衰老相關(guān)分泌表型因子在糖尿病衰老干預(yù)療法中的研究進(jìn)展

劉童君 趙雅潔 胡潔玲 梁偉

衰老相關(guān)分泌表型因子(senescence-associated secretory phenotype,SASP)亦稱為衰老細(xì)胞傳遞分泌組(senescence-messaging secretome,SMS),是指衰老的細(xì)胞仍具有旺盛的代謝分泌活性,可以分泌大量的可溶性信號分子、蛋白酶及不可溶性分泌性蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì),這些生物活性物質(zhì)統(tǒng)稱為SASP[1]。SASP可以介導(dǎo)多種病理生理效應(yīng),如胚胎發(fā)育、傷口愈合與組織修復(fù)、組織器官老化及腫瘤等,是衰老細(xì)胞的重要標(biāo)志之一,其可以潛在地解釋衰老細(xì)胞是如何改變組織微環(huán)境、吸引免疫細(xì)胞等。近年來,國外學(xué)者提出了一種衰老干預(yù)療法(senotherapy),即靶向衰老細(xì)胞凋亡或抑制SASP,進(jìn)而預(yù)防或改善衰老以及與年齡相關(guān)的疾病[2]。國外最新研究表明,不論是1型糖尿病病人還是T2DM病人,其體內(nèi)胰腺組織中均有衰老的B細(xì)胞聚集并產(chǎn)生SASP,且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)消除衰老的B細(xì)胞或清除SASP可以預(yù)防和緩解糖尿病的進(jìn)展[3-4]。本文著重介紹近幾年國外研究發(fā)現(xiàn)的與糖代謝密切相關(guān)的SASP及其最新的臨床研究進(jìn)展,旨在為糖尿病的預(yù)防及治療提供新的策略框架。

1 與糖代謝密切相關(guān)的SASP

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,SASP可分為五類亞群,包括促炎細(xì)胞因子(IL-6、IL-8、IL-1α、IL-1β、IL-13)、趨化因子(CXCL1、CXCL2、CCL2、CCL20)、生長因子[血管內(nèi)皮生長因子C(VEGFC)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、activin A、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)、生長分化因子15(GDF-15)]、不可溶性細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)以及分泌蛋白酶[基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-7、MMP-9][5]。

1.1 促炎細(xì)胞因子 IL-6及IL-1β是目前國外研究最多的與胰島素抵抗(IR)有關(guān)的促炎細(xì)胞因子。臨床研究表明,在糖尿病病人中,單核細(xì)胞會通過產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子如IL-6及IL-1β來加劇炎癥反應(yīng)[6]。對中老年人群的流行病學(xué)研究同樣發(fā)現(xiàn),即使是亞臨床水平升高的循環(huán)促炎介質(zhì),如IL-6和IL-1β,也會增加發(fā)生IR和糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[7]。在肝臟和脂肪組織中,IL-6可以通過抑制胰島素導(dǎo)致的酪氨酸磷酸化使胰島素信號傳導(dǎo)受損來直接誘導(dǎo)IR;而在白色脂肪組織中,IL-6可以通過其誘導(dǎo)的慢性JAK-STAT3信號傳導(dǎo)導(dǎo)致細(xì)胞因子信號傳導(dǎo)抑制因子3的表達(dá)增加,進(jìn)而阻礙胰島素作用,間接導(dǎo)致IR[7]。IL-6還可以通過促進(jìn)慢性脂肪組織低度炎癥來導(dǎo)致IR[8]。IL-1β亦可以通過干擾胰島素信號傳導(dǎo)來誘導(dǎo)IR[9],具體機(jī)制為:IL-1β通過下調(diào)脂肪細(xì)胞中胰島素受體底物1的表達(dá),使得胰島素介導(dǎo)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT-4)易位顯著減少,進(jìn)而降低胰島素刺激的葡萄糖攝取從而導(dǎo)致IR。在肥胖者中,葡萄糖和游離脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)的長期升高會導(dǎo)致B細(xì)胞中IL-1β過度表達(dá),而IL-1β可以通過干擾胰島素信號傳導(dǎo)來降低脂肪組織中的胰島素敏感性。另外,IL-1B還可以通過抑制B細(xì)胞功能和破壞B細(xì)胞團(tuán)等來促進(jìn)T2DM的發(fā)展,其對B細(xì)胞的促凋亡作用是通過激活MAPK、經(jīng)典NF-κB及非經(jīng)典NF-κB信號通路來實(shí)現(xiàn)的[10]。

1.2 趨化因子 單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1),又稱CCL2,屬于CC趨化因子家族,是一種小型肝素結(jié)合蛋白,對單核細(xì)胞有趨化性。脂肪細(xì)胞分泌的MCP-1可以直接觸發(fā)巨噬細(xì)胞向脂肪組織募集,而浸潤的巨噬細(xì)胞反過來分泌多種趨化因子及細(xì)胞因子,進(jìn)一步促進(jìn)局部炎癥反應(yīng)并影響脂肪細(xì)胞的基因表達(dá),導(dǎo)致系統(tǒng)性IR[11]。糖尿病病人的循環(huán)MCP-1水平顯著升高,其在IR、糖尿病及其并發(fā)癥如糖尿病腎病、視網(wǎng)膜病變中起關(guān)鍵作用,而這一作用可能與氧化應(yīng)激有關(guān)[6,12]。

1.3 生長因子 胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白3(IGF-binding protein 3,IGFBP3)是一種分子量為31 kDa的糖蛋白,其在衰老信號向鄰近細(xì)胞傳遞的過程中發(fā)揮重要作用[13]。IGFBP3可以獨(dú)立于胰島素樣生長因子(IGF)來抑制胰島素刺激的葡萄糖攝取,這可能是通過減少胰島素刺激的GLUT-4易位至質(zhì)膜和減少3T3-L1脂肪細(xì)胞中的蘇氨酸蛋白激酶(Akt)磷酸化實(shí)現(xiàn)的。IGFBP3還可以誘導(dǎo)TNF-α生成并抑制脂聯(lián)素表達(dá)。然而在人類脂肪細(xì)胞中,IGFBP3也可以抑制TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB活性,從而恢復(fù)葡萄糖攝取[14]。另外,研究表明,IGFBP3還受到另一種SASP即纖溶酶原激活物抑制劑(plasminogen activator inhibitor 1,PAI-1)的調(diào)節(jié)。PAI-1是一種絲氨酸蛋白酶抑制劑,可抑制組織型纖溶酶原激活物,裂解IGFBP3,進(jìn)而誘導(dǎo)衰老。PAI-1在自然衰老細(xì)胞模型和誘導(dǎo)衰老細(xì)胞模型中的表達(dá)呈時間依賴性增加[15]。臨床中,IGF-1和IGFBP3的聯(lián)合應(yīng)用即美卡舍明-林菲培可以降低胰島素濃度,改善胰島素敏感性,并對脂質(zhì)譜有顯著影響,如降低空腹甘油三酯水平[16]。

activin A屬于TGF-β1超家族成員,可以通過與激活素Ⅱ型受體(ActRⅡ)結(jié)合、與Smad蛋白(Smad 2和Smad 3)依賴通路相關(guān)聯(lián)調(diào)控基因表達(dá),進(jìn)而調(diào)節(jié)多種細(xì)胞活動[17]。研究表明,activin A/ActRⅡ信號通路的活化與衰老有關(guān)[18]。Chang等[19]的研究發(fā)現(xiàn),糖尿病前期的中老年病人的activin A水平與頸動脈內(nèi)膜-中層厚度呈正相關(guān),推測activin A是糖尿病病人血管形態(tài)完整性被破壞的關(guān)鍵誘發(fā)因素,另外,當(dāng)activin A水平升高時,腎動脈和入球小動脈也會受到一定的影響,并伴有內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙,從而導(dǎo)致蛋白尿,由此推測activin A水平是糖尿病前期和糖尿病的獨(dú)立影響因素。對于心肌細(xì)胞IR的機(jī)制,有研究發(fā)現(xiàn)T2DM病人的心外膜脂肪組織釋放的activin A可通過誘導(dǎo)心肌細(xì)胞中的miR-143來抑制胰島素作用[20]。activin A在肝臟中可以增加胰島素敏感性,并刺激控制脂質(zhì)攝取和從頭脂質(zhì)合成的基因的表達(dá),即activin A與胰島素協(xié)同作用于肝細(xì)胞可促進(jìn)甘油三脂積累,但在沒有IR的人群中,其會導(dǎo)致肝脂肪變性[21]。

TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在許多生物過程中發(fā)揮多效作用。據(jù)報(bào)道,當(dāng)胰島素需求增加時,TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活性降低,同時伴B細(xì)胞增殖增加。此外,體外及體內(nèi)研究均表明,藥物抑制TGF-β信號通路可促進(jìn)B細(xì)胞的增殖[22]。系統(tǒng)性阻斷血管內(nèi)皮生長因子受體3(VEGFR-3)可減少脂肪組織中巨噬細(xì)胞的浸潤,降低肝臟中脂質(zhì)的積累,增強(qiáng)胰島素敏感性[23]。

1.4 不可溶性因子 衰老標(biāo)志蛋白30(senescence marker protein 30,SMP30)是一種參與細(xì)胞鈣代謝的多功能蛋白。隨著年齡增長,SMP水平會下降,即SMP下調(diào)會驅(qū)動細(xì)胞衰老[24]。研究表明,SMP具有抗凋亡、抗氧化、抗炎等多種作用,還參與B細(xì)胞功能;SMP缺乏會損害胰島素分泌以及降低糖耐量[25]。一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn),糖尿病腎病病人SMP30水平顯著下調(diào)[26]。SMP還可以參與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展,研究表明,SMP可以通過影響Akt/GSK-3β通路來增強(qiáng)核轉(zhuǎn)錄因子-E2相關(guān)因子2(Nrf2)的激活,進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞保護(hù)蛋白的表達(dá),發(fā)揮抗凋亡、抗氧化等作用,減少糖尿病性視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞損傷[27]。在成纖維細(xì)胞中,高糖可以降低線粒體高保真蛋白SIRT3水平,進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞衰老[28]。在近端小管上皮細(xì)胞中,高糖驅(qū)動的細(xì)胞衰老是由鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(SGLT2)介導(dǎo)的[29]。即衰老人群SMP下調(diào)可能參與了糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展。

1.5 分泌蛋白酶 MMPs是一種鈣依賴性和含鋅蛋白酶,參與細(xì)胞外基質(zhì)合成、基底膜降解和生長因子刺激等過程,影響脂肪生成和脂肪組織生長。內(nèi)臟器官,特別是胰腺和肝臟的異常脂質(zhì)沉積可能導(dǎo)致B細(xì)胞功能障礙和IR。細(xì)胞外基質(zhì)的重構(gòu)使脂肪得以擴(kuò)張,而MMPs在細(xì)胞外基質(zhì)的構(gòu)建中起著至關(guān)重要的作用[30]。MMP根據(jù)其底物和同源性分為6類:膠原酶,如MMP-1和MMP-8;明膠酶,如MMP-2和MMP-9;基質(zhì)降解素,如MMP-3和MMP-11;基質(zhì)溶解素,包括MMP-7和MMP-26;膜型MMP以及其他分泌型MMP。其中MMP-2和MMP-9是MMP-7的底物。研究表明,MMP-2、MMP-7和MMP-9在肥胖和代謝綜合征或T2DM病人中增加,并被認(rèn)為是肥胖和高血糖病人的生物標(biāo)志物[30]。

2 衰老干預(yù)療法防治糖尿病

哺乳動物衰老研究顯示,衰老有9種生物學(xué)標(biāo)志,包括基因組不穩(wěn)定、端粒縮短、表觀遺傳學(xué)改變、蛋白內(nèi)穩(wěn)態(tài)喪失、線粒體功能障礙、代謝衍生機(jī)制、干細(xì)胞耗竭、細(xì)胞衰老、細(xì)胞間通訊障礙。其中,細(xì)胞衰老作為預(yù)防或治療多種慢性疾病的潛在靶標(biāo),近年來受到相當(dāng)大的關(guān)注[31]。SASP作為衰老細(xì)胞的重要標(biāo)志之一,介導(dǎo)衰老的多種病理生理效應(yīng)[1]。衰老的生物體具有顯著降低的再生潛能和免疫功能,導(dǎo)致衰老細(xì)胞的累積,這種累積也見于年齡相關(guān)性疾病,如T2DM、肥胖、心血管疾病等。因此,或許可以通過去除衰老細(xì)胞或者抑制SASP來達(dá)到預(yù)防或治療年齡相關(guān)性疾病的目的。目前已發(fā)現(xiàn)的可選擇性殺死衰老細(xì)胞的藥物包括多酪氨酸激酶抑制劑(達(dá)沙替尼和黃酮醇槲皮素)、BCL-2抑制劑(ABT-263)等[32]。

T2DM是一種與年齡相關(guān)的疾病,其特征是B細(xì)胞的數(shù)量減少和功能喪失。IR是一種代謝并發(fā)癥,是指正常濃度的胰島素產(chǎn)生的生物反應(yīng)低于正常水平,3種主要的胰島素敏感組織(骨骼肌、肝臟和脂肪組織)對胰島素的反應(yīng)減弱。IR的特點(diǎn)是葡萄糖攝取、糖原合成以及較小程度的葡萄糖氧化失敗,在這種情況下,B細(xì)胞通過增加胰島素分泌和恢復(fù)正常范圍內(nèi)的血糖濃度來補(bǔ)償IR。倘若胰島素敏感性進(jìn)一步下降,則會使B細(xì)胞耗盡,進(jìn)而導(dǎo)致持續(xù)的高血糖和T2DM[10]。而B細(xì)胞的分泌功能以及胰島素敏感性會隨著年齡的增長而減弱。如前所述,SASP中有許多因子如IL-6、IL-1β、MCP-1等均與IR及胰島素敏感性下降密切相關(guān),可能導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生發(fā)展。因此,我們推測靶向清除衰老細(xì)胞或抑制SASP可應(yīng)用于糖尿病的預(yù)防及治療。盡管目前針對1型糖尿病的治療集中在禁止免疫細(xì)胞對B細(xì)胞的攻擊,但是有研究表明,衰老B細(xì)胞的清除可能用于1型糖尿病的預(yù)防和非免疫治療[3]。

對于T2DM的治療,臨床上一直采用逐步方法進(jìn)行管理,即從生活干預(yù)開始,逐漸使用一種或多種口服降糖藥,隨著疾病的進(jìn)展,最終進(jìn)行胰島素治療。但是抗糖尿病藥物并非對所有病人均有效或安全,胰島素治療也由于對低血糖的擔(dān)心或其他因素的存在,從而阻礙最佳血糖控制的實(shí)現(xiàn)[33]。消除衰老的B細(xì)胞或清除SASP或許可以預(yù)防糖尿病[4]。然而,由于在糖尿病的發(fā)生發(fā)展過程中,伴隨著衰老B細(xì)胞的不斷累積,其在不同階段產(chǎn)生的各類SASP因子的組成可能不盡相同,即便是同一種SASP因子,處于不同的糖尿病進(jìn)程,它們所發(fā)揮的作用也可能存在差異。因此,在今后有關(guān)細(xì)胞衰老與糖尿病防治的研究中,根據(jù)不同階段產(chǎn)生的SASP因子的發(fā)生發(fā)展規(guī)律,探討個性化的糖尿病用藥方案,將有助于提高衰老干預(yù)療法的安全性和有效性。