慢性炎性反應(yīng)在糖尿病胰島β細(xì)胞功能損傷中作用的新進(jìn)展

毛倩云 王 琛

糖尿病是當(dāng)今嚴(yán)重危害人類健康的一種慢性代謝性疾病，其發(fā)病率隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而逐年上升，并呈現(xiàn)出低齡化的趨勢(shì)。胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能障礙是2型糖尿病發(fā)病的重要病理生理機(jī)制，其中以胰島β細(xì)胞功能障礙為發(fā)病的核心環(huán)節(jié)。越來(lái)越多的研究結(jié)果顯示，2型糖尿病既是一種慢性代謝性疾病，也是一種慢性炎性反應(yīng)疾病。慢性低度炎性病變參與了胰島素抵抗，以及胰島β細(xì)胞功能障礙、死亡的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。免疫系統(tǒng)不僅對(duì)外界感染和損傷應(yīng)答，還會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)超載應(yīng)答，過(guò)量的飽和脂肪酸(SFAs)和葡萄糖引起肝臟、肌肉和胰島細(xì)胞代謝應(yīng)激(metabolic stress)，激活機(jī)體免疫系統(tǒng)導(dǎo)致炎性病變的發(fā)生?，F(xiàn)就國(guó)內(nèi)外近幾年慢性炎性反應(yīng)在糖尿病胰島β細(xì)胞功能損傷中作用的新進(jìn)展予以綜述。

1 營(yíng)養(yǎng)超載與慢性非特異性炎性反應(yīng)

炎性反應(yīng)是活體組織對(duì)損傷因子所產(chǎn)生的防御反應(yīng)，機(jī)體通過(guò)一系列血管反應(yīng)(如液體滲出、白細(xì)胞激活和滲出等)清除損傷因子。損傷因子的持續(xù)存在使機(jī)體處于慢性炎性反應(yīng)狀態(tài)。根據(jù)是否存在特異性的致病因素，慢性炎性反應(yīng)可分為慢性特異性炎性反應(yīng)和慢性非特異性炎性反應(yīng)，后者是一種慢性的低度炎性反應(yīng)，無(wú)明顯癥狀，以體內(nèi)IL-1、IL-6和TNF-α等促炎細(xì)胞因子水平顯著升高為特征[1]。代謝與免疫密切相關(guān)，免疫反應(yīng)的維持需要能量，饑餓和營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)削弱免疫功能，但持續(xù)營(yíng)養(yǎng)超載(如攝入過(guò)多的碳水化合物、SFAs等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì))同樣會(huì)破壞代謝與免疫間的平衡，激活先天免疫系統(tǒng)，從而引發(fā)慢性低度炎性反應(yīng)[2]。越來(lái)越多的研究[3]證明，慢性非特異性炎性反應(yīng)與肥胖、2型糖尿病等的發(fā)生息息相關(guān)。

人體攝入過(guò)多的碳水化合物、SFAs等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可導(dǎo)致循環(huán)中炎性細(xì)胞因子(如TNF-α、CRP和IL-6)水平升高[4-6]。細(xì)胞研究[7-10]結(jié)果顯示，SFAs和高糖可以直接激活巨噬細(xì)胞表面的Toll樣受體(TLR)4受體，后者通過(guò)激活細(xì)胞內(nèi)NF-κB信號(hào)通路，誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子(如IL-1β、IL-6)分泌。此外，SFAs也可激活組織細(xì)胞(如脂肪、肌肉、胰島細(xì)胞)的TLR4-NF-κB信號(hào)通路，促進(jìn)趨化因子[如人單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1、趨化因子配體(CXCL)1]表達(dá)，間接激活巨噬細(xì)胞，從而進(jìn)一步促進(jìn)炎性反應(yīng)[10-12]發(fā)生。除了TLR4受體，SFAs和高糖也可通過(guò)促進(jìn)活性氧產(chǎn)生，激活巨噬細(xì)胞表面的另一種模式識(shí)別受體——核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(NLR)蛋白，形成NLRP3炎性小體，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌IL-1β和IL-18[13]，或激活組織細(xì)胞的NLRP3炎性小體，分泌炎性細(xì)胞因子(SFAs促進(jìn)脂肪細(xì)胞分泌IL-18，高糖促進(jìn)胰島β細(xì)胞分泌IL-1β)[14]，加重炎性反應(yīng)。最后，高糖形成的糖基化終產(chǎn)物(AGEs)還可以通過(guò)結(jié)合巨噬細(xì)胞表面的新型模式識(shí)別受體——晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)，激活NF-κB信號(hào)通路[15]?？傊?，攝入過(guò)量的能量導(dǎo)致血糖和SFAs水平升高，通過(guò)激活巨噬細(xì)胞和組織細(xì)胞中的模式識(shí)別受體，促進(jìn)炎性細(xì)胞因子分泌，誘發(fā)慢性非特異性炎性反應(yīng)。

2 慢性非特異性炎性反應(yīng)對(duì)胰島β細(xì)胞的影響

1型糖尿病是已知的自身免疫疾病。炎性細(xì)胞因子和炎性細(xì)胞直接或間接造成胰島β細(xì)胞的功能障礙與凋亡[16]，對(duì)1型糖尿病發(fā)病中胰島β細(xì)胞損傷起關(guān)鍵作用。新近研究結(jié)果顯示，慢性非特異炎性反應(yīng)在2型糖尿病發(fā)病中對(duì)胰島β細(xì)胞去分化、細(xì)胞凋亡和(或)死亡，以及容量減少也起重要作用。

2.1 對(duì)胰島β細(xì)胞功能障礙和凋亡的影響 研究[17-18]發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者胰島中CD45+免疫細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)增多。在2型糖尿病模型鼠中也觀察到類似的改變[17, 19]。研究[20-22]結(jié)果顯示，炎性細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-12作用于胰島β細(xì)胞，減少葡萄糖誘導(dǎo)的胰島β細(xì)胞胰島素的釋放。其中，IL-1β還可通過(guò)誘導(dǎo)Fas死亡受體[23]，或通過(guò)促進(jìn)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和一氧化氮(NO)在胰島β細(xì)胞中顯著積累[24]，或刺激胰島β細(xì)胞NF-κB表達(dá)，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞凋亡[25-27]。除了對(duì)胰島β細(xì)胞的直接作用，IL-1β還通過(guò)增加趨化因子(如CXCL1、MCP-1)和黏附因子Vcam1的表達(dá)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞胰島浸潤(rùn)[28]，加重胰島炎性反應(yīng)。使用IL-1受體拮抗劑可以保護(hù)高糖對(duì)胰島β細(xì)胞的損傷效應(yīng)[29]。敲除TLR4和NLRP3也可以減少高脂飲食誘導(dǎo)的胰島中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)或胰腺I(mǎi)L-1β的活化，緩解胰島β細(xì)胞功能障礙和凋亡[30-31]。進(jìn)一步研究結(jié)果顯示，B淋巴細(xì)胞在調(diào)節(jié)肥胖小鼠T淋巴細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子中起重要作用[32]。缺乏B淋巴細(xì)胞的肥胖小鼠血中各種促炎細(xì)胞因子水平均明顯降低[33]。

2.2 對(duì)胰島β細(xì)胞增殖的影響 2型糖尿病是一種與年齡有關(guān)的疾病，隨著年齡的增長(zhǎng)，胰島β細(xì)胞端?？s短[34]，增殖能力下降[35]。老化的胰島顯示出慢性炎性反應(yīng)的跡象，巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和分泌的TNF-α增加，胰島β細(xì)胞中NF-κB被激活[36]。研究發(fā)現(xiàn)，炎性細(xì)胞因子對(duì)胰島β細(xì)胞的增殖具有調(diào)節(jié)作用。促炎細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α、IFNγ一方面抑制細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2，減少胰島β細(xì)胞的增殖[37]；另一方面，IL-1β還可激活胰島β細(xì)胞內(nèi)的NF-κB，后者通過(guò)抑制調(diào)節(jié)胰島β細(xì)胞增殖的轉(zhuǎn)錄因子同源框蛋白(NKX)-6.1[26]和胰島β細(xì)胞增殖的年齡相關(guān)基因socs2的表達(dá)[36]，來(lái)減少胰島β細(xì)胞的增殖。反之，抑炎細(xì)胞因子則促進(jìn)胰島β細(xì)胞的增殖。如M2巨噬細(xì)胞通過(guò)釋放TGF-β來(lái)促進(jìn)TGF-β信號(hào)通路中SMAD7上調(diào)，SMAD7通過(guò)直接上調(diào)細(xì)胞周期激活因子CyclinD1和CyclinD2促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖[38]。

2.3 在胰島β細(xì)胞去分化中的作用 以往認(rèn)為，胰島β細(xì)胞分泌的胰島素減少主要是因胰島β細(xì)胞凋亡所致。然而，近來(lái)在動(dòng)物模型和人體進(jìn)行的研究[39]結(jié)果表明，除了凋亡，細(xì)胞去分化也是糖尿病中功能性胰島β細(xì)胞群丟失的重要因素。胰島β細(xì)胞的去分化是指成熟的胰島β細(xì)胞在不同程度上喪失其分化的表型和細(xì)胞特征，并退化為分化程度較低或未分化狀態(tài)。去分化時(shí)，胰島β細(xì)胞中高度表達(dá)的基因，如胰島素基因、糖代謝的關(guān)鍵基因[葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(Glut2)和葡萄糖激酶(GCK)]、關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的基因[Forkhead轉(zhuǎn)錄因子(FOXO1)、胰-十二指腸同源盒1(PDX1)和(NKX-)6.1表達(dá)均下調(diào)，其中具有調(diào)控胰島素作用的轉(zhuǎn)錄因子FOXO1的失活是去分化的促發(fā)因素；而那些通常被抑制的基因(如葡萄糖-6-磷酸酶、乳酸脫氫酶的調(diào)控基因)和祖細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的基因[如神經(jīng)元素3(NGN3)、POU類5同源框1(POU5F1)]表達(dá)均上調(diào)[40]。以上過(guò)程最終導(dǎo)致胰島β細(xì)胞的代謝和結(jié)構(gòu)發(fā)生重構(gòu)，對(duì)葡萄糖刺激反應(yīng)降低、胰島素分泌缺陷。

在胰島β細(xì)胞去分化的分子機(jī)制中，除氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和缺氧外，慢性低度炎性反應(yīng)也起了重要作用[40]。研究發(fā)現(xiàn)，人胰島β細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)，由于細(xì)胞可能暴露于對(duì)細(xì)胞存活不利的應(yīng)激，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，胰島β細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[如神經(jīng)分化因子1(NEUROD1)和NKX2.2]表達(dá)下調(diào)，胰腺祖細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子[如性別決定區(qū)Y框蛋白9(SOX9)]表達(dá)上調(diào)，同時(shí)，IL-8、CXCL6等炎性細(xì)胞因子基因表達(dá)均顯著上調(diào)[41]。用炎性細(xì)胞因子IL-1β、IL-6或TNF-α處理人和小鼠胰島細(xì)胞后，胰島β細(xì)胞去分化程度增加，表現(xiàn)在胰島β細(xì)胞的分化標(biāo)志基因(如PDX1、NKX-6.1和FOXO1)表達(dá)水平下降，祖細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子基因(如POU5F1)表達(dá)水平上升[40]。在體外采用IL-1受體拮抗劑能明顯緩解SFAs誘導(dǎo)的小鼠胰島β細(xì)胞去分化，阻止Glut2、PDX1、NKX-6.1和FOXO1基因的表達(dá)下調(diào)；在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，TNF-α拮抗劑也可以逆轉(zhuǎn)2型糖尿病和高脂喂養(yǎng)肥胖小鼠胰島β細(xì)胞關(guān)鍵基因[胰島素2(Ins2)、Glut2]的表達(dá)下調(diào)[40]。

3 免疫調(diào)控在糖尿病治療中的作用

鑒于炎性反應(yīng)在糖尿病發(fā)病中對(duì)胰島β細(xì)胞功能障礙、凋亡和去分化起了重要作用，糖尿病的免疫調(diào)節(jié)制劑(包括使用抑制促炎因素、加強(qiáng)抗炎細(xì)胞和因子的制劑)被廣泛研究。臨床試驗(yàn)通過(guò)口服或注射IL-1β抗體(如Canakinumab和Gevokizumab)和促巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)的趨化因子——MCP-1的抗體(如Emapticap)，促進(jìn)2型糖尿病患者胰島β細(xì)胞的胰島素分泌[42-44]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)給糖尿病小鼠模型——KK-Ay小鼠注射IL-1β的主動(dòng)接種疫苗IL-1β表位肽(A1β)，來(lái)誘導(dǎo)機(jī)體IL-1β強(qiáng)抗體應(yīng)答，下調(diào)IL-1β，使胰島β細(xì)胞容量增加、凋亡減少，胰島內(nèi)Ki-67陽(yáng)性細(xì)胞增加[45-46]。除了抑制促炎因素，通過(guò)給予鏈脲霉素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠腹腔內(nèi)注射抗炎細(xì)胞因子IL-27，也能夠減少胰島中免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)和IL-1β的表達(dá)，促進(jìn)胰島β細(xì)胞胰島素的分泌[47]。

此外，臨床常用的降糖藥物也具有抗炎作用。二甲雙胍和二肽基肽酶4(DPP-4)抑制劑是臨床常用的治療糖尿病的藥物。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以通過(guò)激活巨噬細(xì)胞中腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)來(lái)減少脂肪酸誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[48]，通過(guò)降低胰島β細(xì)胞內(nèi)的促凋亡蛋白硫氧還蛋白互作蛋白(TXNIP)的表達(dá)來(lái)減少胰島β細(xì)胞的凋亡[49]。臨床研究[50]發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者在靜脈注射DPP-4抑制劑12周后，患者單核細(xì)胞上TLR4、NF-κB、TNF-α表達(dá)量和血漿中CRP和IL-6水平均下降。干細(xì)胞治療是當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究最前沿的方向之一，不僅能提供細(xì)胞替代，還可以通過(guò)免疫調(diào)節(jié)改善機(jī)體的健康狀態(tài)。研究[51]結(jié)果顯示，脂肪組織衍生的間充質(zhì)干細(xì)胞，能夠抑制STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠脾細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子(如IFN-γ、IL-17)的分泌，誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性細(xì)胞因子(如TGF-β、IL-4、IL-10)的分泌，促進(jìn)胰島β細(xì)胞的存活和胰島素的分泌。

4 展 望

綜上所述，慢性非特異性炎性反應(yīng)在糖尿病發(fā)病時(shí)胰島β細(xì)胞的功能障礙、凋亡和去分化中起了重要作用，針對(duì)炎性反應(yīng)的免疫療法有助于保護(hù)胰島β細(xì)胞免受代謝應(yīng)激的損傷。慢性非特異性炎性反應(yīng)對(duì)糖尿病的作用研究目前取得了重大進(jìn)展，但仍有一些問(wèn)題需要闡明，如研究結(jié)果多數(shù)來(lái)自動(dòng)物模型，缺少基于人體的研究，炎性細(xì)胞和因子在體內(nèi)對(duì)胰島β細(xì)胞去分化的作用機(jī)制尚不明確等。探討慢性非特異性炎性反應(yīng)對(duì)胰島β細(xì)胞的功能影響機(jī)制，以及開(kāi)發(fā)相應(yīng)的治療手段和策略，將為糖尿病治療提供新的方向和思路。