Caspase家族與2型糖尿病胰島β細(xì)胞凋亡的關(guān)系

李娟　陳莊

【摘要】 2型糖尿病已成為繼心腦血管疾病和惡性腫瘤之后危害人類(lèi)健康的第三大非傳染性疾病，嚴(yán)重影響患者的生命和健康。2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，目前認(rèn)為2型糖尿病是一種慢性炎癥性的疾病，研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病的早期階段就已經(jīng)出現(xiàn)β細(xì)胞凋亡和胰島體積的縮小。但引起β細(xì)胞凋亡的機(jī)制有許多因素牽涉在內(nèi)，如胰島β細(xì)胞長(zhǎng)期受到高血糖癥、高游離脂肪酸、過(guò)多的胰島淀粉樣物質(zhì)沉積及炎癥細(xì)胞因子的影響或這些因素的聯(lián)合慢性作用，使β細(xì)胞內(nèi)環(huán)境逐漸破壞，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能障礙及凋亡。Caspase家族在細(xì)胞凋亡的過(guò)程中處于關(guān)鍵地位，涉及死亡受體途徑、線粒體信號(hào)途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑，為進(jìn)一步了解2型糖尿病的凋亡機(jī)制提供幫助。

【關(guān)鍵詞】 Caspase家族； 2型糖尿??； 胰島β細(xì)胞； 凋亡

中圖分類(lèi)號(hào) R587.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6805（2016）4-0154-02

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2016.4.086

糖尿病是一種慢性代謝性疾病，分為1型和2型糖尿病，其中2型占糖尿病患者的90%。2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制主要有兩個(gè)環(huán)節(jié)，即胰島β細(xì)胞分泌胰島素不足和胰島素抵抗?，F(xiàn)在越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)胰島β細(xì)胞凋亡導(dǎo)致胰島素分泌不足在2型糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，將Caspase家族與2型糖尿病胰島β細(xì)胞凋亡相關(guān)的凋亡途徑進(jìn)行總結(jié)，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 半胱氨酸蛋白酶（Caspase）與細(xì)胞凋亡

1.1 Caspase的定義及分類(lèi)

Caspase家族在細(xì)胞凋亡的過(guò)程中處于關(guān)鍵地位，它是直接導(dǎo)致凋亡細(xì)胞裂解的具有特異天冬氨酸半胱氨酸的半胱氨酸蛋白酶系統(tǒng)。誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因素很多，大致可以分為兩大類(lèi)：胞內(nèi)細(xì)胞因子和細(xì)胞外刺激因子。證據(jù)表明，在一些內(nèi)外誘導(dǎo)因素的作用下，任何一種或多種凋亡信號(hào)傳導(dǎo)途徑在細(xì)胞內(nèi)被活化，最終都將集中在Caspase家族。迄今為止，在哺乳動(dòng)物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少有14種Caspase成員參與了細(xì)胞凋亡。刺激不同的蛋白酶，激活的Caspase誘發(fā)的細(xì)胞凋亡也不盡相同。但在哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡的過(guò)程中，最終執(zhí)行凋亡效應(yīng)大都要經(jīng)過(guò)Caspase-3這一核心作用。

1.2 Caspase與胰島β細(xì)胞凋亡

到目前研究發(fā)現(xiàn)，與激活Caspase有關(guān)的凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有以下幾條。

1.2.1 死亡受體/細(xì)胞質(zhì)膜信號(hào)傳導(dǎo)途徑 位于細(xì)胞膜上的死亡受體（death receptor，DR）與死亡配體（death ligand，DL）特異性結(jié)合后，組成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體，將凋亡信號(hào)由胞外傳至胞內(nèi)，激活caspase的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致凋亡的發(fā)生?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)的死亡受體/配體系統(tǒng)有：Fas/FasL、TNFR1/TNF-α、DR4、DR5/TRAIL、DR3/APO-3L等，其中Fas/FasL目前研究最多。

Ou等[1]研究發(fā)現(xiàn)TRAIL介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路與1型糖尿病發(fā)病有關(guān)，但在2型糖尿病中的機(jī)制尚不清楚。在正常的胰島β細(xì)胞表面并不表達(dá)Fas，但在2型糖尿病患者的胰島β細(xì)胞表面可檢測(cè)到異常表達(dá)的Fas[2]。除此之外脂毒性、瘦素、白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）均可誘導(dǎo)Fas的上調(diào)[3-5]。Park等[6]最新研究發(fā)現(xiàn)胰島淀粉樣多肽（IAPP）的沉積也可上調(diào)胰島β細(xì)胞表面的Fas受體，啟動(dòng)凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)。其余受體介導(dǎo)的胰島細(xì)胞凋亡途徑目前報(bào)道甚少。

1.2.2 線粒體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 當(dāng)細(xì)胞受到某些病理性或生理性刺激時(shí)，可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)線粒體的通道性轉(zhuǎn)換孔道開(kāi)放，使線粒體基質(zhì)內(nèi)的大分子物質(zhì)釋放出來(lái)，如細(xì)胞色素C、Pro-Caspase-2、Pro-Caspase-9。釋放出來(lái)的細(xì)胞色素C與調(diào)亡細(xì)胞蛋白酶活化因子（apoptosis protease activating factor-1，Apaf-1）結(jié)合形成復(fù)合物激活下游的Caspase-9、Caspase-3等從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

目前研究發(fā)現(xiàn)在慢性高糖、高游離脂肪酸的刺激下，氧化應(yīng)激在2型糖尿病的發(fā)生、發(fā)展起了重要的作用。氧化應(yīng)激是指自由基如活性氧（reac-tive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）的產(chǎn)生造成機(jī)體組織細(xì)胞DNA、蛋白質(zhì)等的損傷。胰島β細(xì)胞比起其他細(xì)胞更容易遭受氧化應(yīng)激的損害，因?yàn)橐葝uβ細(xì)胞合成的過(guò)氧化物解毒酶較少，抗氧化能力差，隨著血糖的增高，產(chǎn)生的自由基也會(huì)增加。產(chǎn)生的ROS會(huì)攻擊線粒體膜上的心磷脂，而借助心磷脂錨定的Cyt-c會(huì)從線粒體內(nèi)膜分離下來(lái)釋放到胞漿中[7]，進(jìn)而激活Caspase-9、Caspase-3，誘導(dǎo)凋亡的發(fā)生。Bcl-2抗氧化家族在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮著抗氧化作用，Bcl-2、Bcl-xl等抗凋亡蛋白與Bax、Bak、Bid促凋亡蛋白正常時(shí)維持著動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)高糖氧化應(yīng)激時(shí)，Bax等促凋亡蛋白增加，促發(fā)細(xì)胞凋亡，其促發(fā)凋亡效應(yīng)的機(jī)制是促凋亡蛋白Bax和Bak可能控制著線粒體凋亡途徑中的多個(gè)起始Caspase的激活[8]。研究發(fā)現(xiàn)不僅是高血糖，2型糖尿病患者因胰島素抵抗，會(huì)因脂質(zhì)長(zhǎng)期存在于細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)致過(guò)載引起的氧化應(yīng)激導(dǎo)致胰島β細(xì)胞的功能衰退。其機(jī)制可能是因?yàn)轱柡椭舅崽貏e是軟脂酸會(huì)下降成年鼠胰島β細(xì)胞線粒體內(nèi)膜ATP/ADP的交換，導(dǎo)致線粒體外膜受損通透性增加Cyt-c釋放，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[9]。Piro等[10]也發(fā)現(xiàn)鼠胰島分別暴露于高FFA和高糖環(huán)境中，β細(xì)胞凋亡增加。另外高ROS水平會(huì)直接激活炎癥因子的產(chǎn)生，如白介素-1、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β、細(xì)胞粘附分子、單核細(xì)胞趨化蛋白-1等，并引起NF-κB激活，誘導(dǎo)細(xì)胞損傷。梁瑜禎等[11]就發(fā)現(xiàn)高糖時(shí)，炎癥細(xì)胞因子增加會(huì)使胰島細(xì)胞通過(guò)激活NF-κB信號(hào)通路激活Caspase誘導(dǎo)凋亡。

1.2.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)途徑 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擔(dān)負(fù)蛋白質(zhì)的合成、翻譯后修飾和正確折疊及轉(zhuǎn)運(yùn)的重要生理功能，在糖、脂代謝中起重要作用。當(dāng)細(xì)胞遇到損害因素時(shí)，會(huì)造成大量未折疊或錯(cuò)誤修飾的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中持續(xù)堆積，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。同時(shí)它還是細(xì)胞內(nèi)最主要的鈣庫(kù)，維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)。

胰島β細(xì)胞具有高度發(fā)達(dá)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，研究發(fā)現(xiàn)IAPP、軟脂酸能使胰島β細(xì)胞出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞凋亡[12-13]。已知的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激后可通過(guò)CHOP途徑、c-Jun氨基端激酶（JNK）途徑，Caspase-12途徑等誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

CHOP是一種轉(zhuǎn)錄因子，正常生理?xiàng)l件下CHOP蛋白幾乎不表達(dá)，而在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)CHOP能被強(qiáng)烈誘導(dǎo)。研究證實(shí)CHOP敲除小鼠的胰島，表現(xiàn)出較少的細(xì)胞凋亡和增強(qiáng)的未折疊蛋白反應(yīng)基因的表達(dá)[14]。其具體凋亡機(jī)制是可能是因?yàn)檗D(zhuǎn)錄因子 ATF4、ATF6、XBP1 進(jìn)入細(xì)胞核激活Caspase-3而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的[15-16]。

Hotamisligil等[17]將大鼠胰島細(xì)胞用H2O2處理后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中JNK信號(hào)通路被激活，胰島素基因表達(dá)水平出現(xiàn)了下降，而抑制JNK的活性可以保護(hù)β細(xì)胞免受傷害。Ozcan研究也發(fā)現(xiàn)在糖尿病肥胖小鼠的模型中，JNK蛋白的總活性是上升的[18]，改通路誘導(dǎo)凋亡的具體機(jī)制可能是（1）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活的IRE-1募集腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2（TRAF-2）和凋亡信號(hào)調(diào)控酶1（ASK-1），使得JNK活化，再去激活促凋亡蛋白Bax、Bax分子增加線粒體通透性，釋放出細(xì)胞色素C，激活Caspase-3和Caspase-7，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[19]；（2）激活的IRE-1還可以促進(jìn)Caspase-12的激活，然后促進(jìn)Caspase的級(jí)聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)凋亡[20]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以導(dǎo)致Ca2+的平衡紊亂，例如FFA誘導(dǎo)β細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激能夠增加細(xì)胞庫(kù)容性的Ca2+內(nèi)流，使Caspase-12和Caspase-3激活促進(jìn)了β細(xì)胞的凋亡[21]。另外Bc1-2家族蛋白也參與了細(xì)胞內(nèi)Ca2+的調(diào)節(jié)與釋放，ER應(yīng)激后激活了CHOP蛋白和JNK激酶，兩者能夠抑制Bcl-2的抗凋亡功能，導(dǎo)致Bax和Bak構(gòu)象發(fā)生變化，破壞了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的完整性，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+，從而觸發(fā)細(xì)胞凋亡[22]。

總之，糖尿病胰島β細(xì)胞的凋亡途徑不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。

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（收稿日期：2015-10-01）