DJ-1蛋白與糖尿病的關(guān)系研究進(jìn)展

周晴，魏慧麗，鄧華聰

近年來，糖尿病發(fā)病率在全世界范圍逐漸上升，糖尿病已成為繼心血管疾病及腫瘤之后的第三大非傳染性疾病。世界衛(wèi)生組織(WHO)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2014年全球糖尿病患病人數(shù)達(dá)4.2億，其中絕大多數(shù)集中于人口眾多的發(fā)展中國家[1]。糖尿病是以高血糖為主要表現(xiàn)的眾多病理變化的總和，最終導(dǎo)致包括失明、腎功能衰竭、神經(jīng)病變等涉及全身多臟器的慢性并發(fā)癥[2]。眾所周知，胰島素抵抗及胰島β細(xì)胞功能進(jìn)行性紊亂在2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用[3-5]，其中胰島β細(xì)胞功能的紊亂在2型糖尿病前期已經(jīng)發(fā)生，并且在病程中逐漸惡化，早期則主要表現(xiàn)為第一時(shí)相胰島素分泌減少[6]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，DJ-1蛋白具有改善胰島β細(xì)胞功能并維持血糖穩(wěn)態(tài)的作用[7]。因此本文針對(duì)DJ-1與糖尿病的研究現(xiàn)況做一綜述。

1 DJ-1蛋白概述

DJ-1是1997年Nagakubo應(yīng)用雙酵母雜交系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種新的蛋白，是一種絲裂原依賴性癌蛋白，廣泛表達(dá)于全身各組織。人類DJ-1含有189個(gè)氨基酸，具有α-螺旋、β-折疊結(jié)構(gòu)，一般以二聚體的形式存在，又稱PARK-7，屬于DJ-1/ThiJ/PfpI超家族[8]。

既往研究主要集中于DJ-1與神經(jīng)退行性病變-帕金森病之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，DJ-1的突變與早發(fā)型帕金森病的神經(jīng)自發(fā)性退行性變相關(guān)[9]，同時(shí)DJ-1的水平下降促進(jìn)了帕金森病的病理變化[10]。

研究發(fā)現(xiàn)DJ-1具有多種生理功能，其中抗氧化應(yīng)激是其突出而主要的作用。Taira等[11]研究發(fā)現(xiàn)，沉默小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中的DJ-1后，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞極易死亡。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激條件下，細(xì)胞內(nèi)DJ-1向線粒體內(nèi)重分布，同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閜I5.8酸性亞型，第106位的半胱氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘腚讈喕撬?，進(jìn)而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用[12]。在轉(zhuǎn)染DJ-1的RINm5F細(xì)胞中，Jo等[13]研究發(fā)現(xiàn)DJ-1可明顯抑制過氧化氫引起的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPKs)及核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor of kappa B，NF-κB)信號(hào)通路的激活，同時(shí)可降低活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生及DNA的破壞，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激導(dǎo)致的死亡。

Nrf2 [nuclear factor erythroid 2 (NFE2)-related factor 2]是轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一，同時(shí)也是抗氧化應(yīng)激基因表達(dá)的主要調(diào)節(jié)因子[14]。生理?xiàng)l件下，Keap-1與Nfr2結(jié)合使得后者表現(xiàn)出生物效應(yīng)，但當(dāng)處于氧化應(yīng)激時(shí)，Nfr2向核內(nèi)移位，進(jìn)而引發(fā)抗氧化基因的表達(dá)[15]。Clements等[16]研究發(fā)現(xiàn)，DJ-1可阻止Nrf2與Keap1的結(jié)合，維持Nrf2的穩(wěn)定性，阻止其泛素化及降解，并且當(dāng)DJ-1缺失時(shí)，Nrf2的表達(dá)及穩(wěn)定性下降。

谷胱甘肽(glutathione，GSH)在維持細(xì)胞氧化還原平衡狀態(tài)及保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷中發(fā)揮著重要作用，Zhou等[17]研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激條件下，DJ-1可通過增加GSH合成途徑中限速-谷氨酸半胱氨酸連接酶的活性促進(jìn)GSH的合成，從而降低細(xì)胞內(nèi)ROS及氧化應(yīng)激引起的蛋白氧化水平，進(jìn)一步發(fā)揮其抗氧化應(yīng)激作用。亦有研究表明，DJ-1可與分子伴侶結(jié)合促進(jìn)其抗氧化作用[18]。

研究發(fā)現(xiàn)，除上述抗氧化應(yīng)激作用外，DJ-1亦具有神經(jīng)保護(hù)[19]、調(diào)控雄激素受體[20]并參與多種癌癥的發(fā)生[21-22]等作用。近年來發(fā)現(xiàn)，DJ-1可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡相關(guān)因子的表達(dá)發(fā)揮抗胰島β細(xì)胞凋亡的作用，并可呈劑量依賴性地增加胰島素分泌[23]。

2 DJ-1與胰島β細(xì)胞

Waanders等[24]在使用高糖(16.7mmol/L)及低糖(5.6mmol/L)分別處理胰島后發(fā)現(xiàn)，高糖處理下的DJ-1水平升高了2倍；同時(shí)，高脂飲食后小鼠胰島內(nèi)DJ-1的表達(dá)升高了1.7倍。Inberg等[25]在研究MINI6細(xì)胞在不同葡萄糖濃度下的生理變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，高糖狀態(tài)(25mmol/L)下的細(xì)胞表達(dá)較高水平的DJ-1，進(jìn)一步使用RNA干擾技術(shù)抑制細(xì)胞內(nèi)DJ-1表達(dá)后MINI6及小鼠胰島在H2O2或毒胡蘿卜素引起的氧化應(yīng)激狀態(tài)下極易死亡，同時(shí)該研究發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下DJ-1可呈劑量依賴性地增加胰島素的分泌。

除抗氧化應(yīng)激外，DJ-1還可保護(hù)胰島β細(xì)胞免受凋亡。Jain等[23]使用低劑量鏈脲佐菌素(STZ)處理DJ-1敲除小鼠后發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，其胰島素水平明顯下降而血糖水平明顯升高，且DJ-1敲除的胰島β細(xì)胞的凋亡速度及炎癥因子水平為對(duì)照組的2倍，進(jìn)而提示DJ-1在氧化應(yīng)激及炎癥狀態(tài)下具有保護(hù)胰島β細(xì)胞的作用。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過引起未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)而與胰島β細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[26]。Inberg等[25]發(fā)現(xiàn)，在胰島β細(xì)胞系及小鼠胰島中使用小干擾RNA沉默DJ-1的表達(dá)后，細(xì)胞加速死亡，而通過腺病毒載體提高DJ-1的表達(dá)水平可緩解細(xì)胞死亡；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，DJ-1可通過降低氧化應(yīng)激條件下細(xì)胞內(nèi)BiP(亦即GRP78/HSPA5，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)輸入、折疊及組裝過程中的重要成員，是UPR的標(biāo)志)水平而減少細(xì)胞凋亡。凋亡因子在細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮著重要作用。Jo等[13]在使用白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)及γ干擾素(IFN-γ)處理的RINm5F細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染DJ-1可降低細(xì)胞內(nèi)毒性，抑制抑制細(xì)胞色素C的釋放及caspase-3的活化，降低Bax的表達(dá)，增加Bcl-1的表達(dá)，進(jìn)而對(duì)抗細(xì)胞因子誘導(dǎo)的RINm5F細(xì)胞死亡。相關(guān)研究亦表明，DJ-1可通過與死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白(death domain associated protein，Daxx)結(jié)合阻止其向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1)的激活，從而阻止細(xì)胞死亡[27]；同時(shí)，DJ-1可抑制絲裂素活化蛋白激酶/ERK激酶激酶(mitogen-activated protein kinase/ERK kinase kinase 1，MEKK1)的激活，從而阻止MEKK1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡[28]。既往研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者胰島內(nèi)DJ-1的mRNA及蛋白質(zhì)水平均明顯降低[7]，提示2型糖尿病患者胰島內(nèi)清除ROS及促進(jìn)其他抗氧化物表達(dá)的能力降低，在糖脂毒性對(duì)胰島β細(xì)胞損傷的基礎(chǔ)上DJ-1水平的降低進(jìn)一步加重了其損傷，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能持續(xù)下降。

隨后的臨床研究更提示了DJ-1與糖尿病發(fā)生發(fā)展的密切關(guān)系。一項(xiàng)對(duì)代謝綜合征患者進(jìn)行12周生活方式干預(yù)的研究發(fā)現(xiàn)，干預(yù)組患者血清DJ-1水平升高，并且DJ-1水平的增加與血糖及血壓的改善相關(guān)[29]。Cheng等[30]發(fā)現(xiàn)，妊娠糖尿病患者胎兒臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中DJ-1的含量降低，提示DJ-1含量的降低可能與后代糖尿病發(fā)病率增加相關(guān)。

3 DJ-1與糖尿病

2型糖尿病是以進(jìn)行性的胰島素分泌障礙及胰島素抵抗為特征、以高血糖為主要表現(xiàn)的慢性進(jìn)展性疾病。UKPDS研究[31]發(fā)現(xiàn)新診斷的2型糖尿病患者中胰島β細(xì)胞功能已下降50%，而隨著病情的進(jìn)展，胰島β細(xì)胞功能持續(xù)下降，直至出現(xiàn)胰島β細(xì)胞功能衰竭。因此恢復(fù)胰島β細(xì)胞功能是治療2型糖尿病的重中之重。

既往研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激與胰島β細(xì)胞功能密切相關(guān)。體內(nèi)生理水平的ROS對(duì)于維持糖代謝穩(wěn)態(tài)具有重要意義，但長期暴露于高水平的ROS使機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)并進(jìn)而引起糖代謝的紊亂[32]；反之，在長期高糖高脂作用下，脂質(zhì)過氧化物及晚期糖基化終末產(chǎn)物生成增加，進(jìn)而導(dǎo)致ROS大量產(chǎn)生[33]。高糖高脂與氧化應(yīng)激相互促進(jìn)、相互發(fā)展，形成惡性循環(huán)。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者體內(nèi)氧化應(yīng)激標(biāo)記物如8-羥基脫氧鳥苷(8-OHdG)、4-羥基-2-壬烯醛(4-HNE)等明顯增加[34]，而抗氧化應(yīng)激物質(zhì)GSH水平明顯降低[35]，提示糖尿病患者處于氧化應(yīng)激狀態(tài)。同時(shí)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，胰島內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的表達(dá)水平較低，使得胰島β細(xì)胞在氧化應(yīng)激狀態(tài)下極易受損，胰島素生成基因轉(zhuǎn)錄水平及胰島β細(xì)胞功能下降[36-37]，最終導(dǎo)致胰島β細(xì)胞死亡。

綜上所述，DJ-1作為廣泛表達(dá)于機(jī)體各個(gè)組織的蛋白，可通過抗氧化應(yīng)激及抗凋亡等途徑保護(hù)胰島β細(xì)胞，因而具有廣闊的研究前景，以DJ-1作為靶點(diǎn)開展治療或可為糖尿病患者帶來諸多受益。目前DJ-1與糖尿病的研究多局限于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，仍缺乏大樣本的人群研究對(duì)基礎(chǔ)研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，且其在2型糖尿病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制仍需明確。因此，深入探討DJ-1在糖尿病發(fā)病和干預(yù)中的機(jī)制及臨床應(yīng)用前景是今后的重要研究方向。

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