他克莫司致器官移植后新發糖尿病的發病機制研究進展

陳凡 徐彥貴

（天津市第一中心醫院藥學部，天津 300192）

他克莫司致器官移植后新發糖尿病的發病機制研究進展

陳凡 徐彥貴

（天津市第一中心醫院藥學部，天津 300192）

器官移植術后新發糖尿病是實體器官移植后的主要并發癥之一，免疫抑制常被認為是導致器官移植術后新發糖尿病的主要因素，包括糖皮質激素、鈣調磷酸酶抑制劑等。其中，鈣調磷酸酶抑制劑對血糖的影響最大。他克莫司是從鏈霉菌屬中分離出的發酵產物，是一種強效免疫抑制性大環內酯類抗生素，現廣泛用于實體器官移植的免疫抑制劑。他克莫司對細胞免疫有選擇性抑制作用，主要通過抑制白細胞介素-2的釋放，全面抑制T淋巴細胞的作用。通過查閱文獻，從三方面綜述了他克莫司引起高血糖的機制，包括影響β細胞存活和復制、影響胰島素分泌、影響外周組織的胰島素利用。

他克莫司；新發糖尿病；器官移植；發病機制；進展

他克莫司是從鏈霉菌屬中分離出的發酵產物，是一種強效免疫抑制性大環內酯類抗生素，現廣泛用于實體器官移植的免疫抑制劑。他克莫司對細胞免疫有選擇性抑制作用，主要通過抑制白細胞介素-2（IL-2）的釋放，全面抑制T淋巴細胞的作用。在T細胞內，T細胞受體的活化增加了細胞內的鈣離子濃度，這個過程是經鈣調蛋白激活鈣調磷酸酶形成的，之后鈣調磷酸酶脫磷酸化為T細胞核轉錄因子（nuclear factor of activated T-cells，NFAT），NFAT移向T細胞核，增強IL-2基因編碼的活性和細胞因子的活性。他克莫司可抑制NFAT的去磷酸化。具體而言，他克莫司通過與FK506結合蛋白1B（tacrolimus binding proteins 1B，FKBP1B）結合抑制肽酰脯氨酰異構酶活性。他克莫司FKBP1B復合物與鈣調磷酸酶相互作用抑制該酶，進而抑制T細胞信號轉導和IL-2的轉錄。

器官移植術后新發糖尿病（new-onset diabetes after transplantation，NODAT）是實體器官移植后的一個主要并發癥，通常導致住院率和死亡率的升高[1]，NODAT與很多危險因素有關，例如老齡、非白色人種、2型糖尿病家族史、肥胖、乙型肝炎病毒感染和免疫抑制劑等[2]。免疫抑制常被認為是導致NODAT的主要因素，包括糖皮質激素、鈣調磷酸酶抑制劑、西羅莫司等。其中，鈣調磷酸酶抑制劑對血糖的影響最大，一些研究顯示，使用該類藥物的患者，NODAT的發生率為15%～30%[3]。大多數文獻報道他克莫司致糖尿病多于環孢素。最近的一項開放、隨機、多中心的有關腎臟移植后的研究結果表明，他克莫司組比環孢素組出現了更多的NODAT或空腹血糖調節受損（33.6%vs. 26%，P＝0.046）[4]。然而，他克莫司致糖尿病的不良反應機制目前還不明確。本文就現有的機制進行綜述。

1 影響β細胞存活和復制

鈣調磷酸酶由兩個亞單位組成，一個是與鈣調蛋白結合的鈣調磷酸酶A，另一個是鈣調磷酸酶B，鈣調磷酸酶是唯一受Ca2+/鈣調素（Calmodulin，CaM）調節的蛋白磷酸酶[5]。鈣調磷酸酶廣泛存在于組織中，包括胰島細胞、骨骼肌、心臟、神經元、脂肪細胞，參與抗原活化T淋巴細胞激活，骨骼肌基因表達和重塑以及胚胎期心血管系統的形成[6]。

鈣調磷酸酶和它下游的信號傳導途徑在多個組織中的細胞中普遍存在。β細胞的存活和復制在糖尿病發病機制中起著重要的作用。他克莫司影響β細胞增殖[7]。鈣調磷酸酶在胰島β細胞中也有表達，在β細胞內有兩個分子靶點，一個是NFAT，另一個就是cAMP反應結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）活性調節轉導子（transducer of regulated CREB activity 2，TORC2）。活化的鈣調磷酸酶脫磷酸后形成多種NFAT轉錄因子，NFAT最初是可誘導核因子，它可以與T細胞內的IL-2啟動子結合[8]。然而，隨后的研究證明無所不在的NFAT家族成員能被生物體細胞，包括免疫細胞及非免疫細胞表達[9]。NFAT家族中有5個相似的成員，其中4個都經鈣離子信號控制。脫磷酸的NFAT進入核內，核內的NFAT是細胞因子基因表達激活的關鍵成分，促進T細胞激活[10]。而他克莫司通過抑制NFAT的去磷酸化，從而抑制了T細胞的激活。

通過這兩個靶點脫磷酸介導的核內重新定位，鈣調磷酸酶整合鈣離子和cAMP信號（由生理性激活劑產生，如受高血糖和腸促胰島素激活）[11]。CREB轉錄因子介導胰高血糖素肽（glucagon-like peptide，GLP-1）的存活及繁殖和葡萄糖信號途徑[12]，GLP-1是一種腸促胰素，在餐后會促進胰島素的分泌，因此，CREB的表達會影響血糖。轉基因大鼠胰島CREB多肽的表達為陰性，胰島素受體底物2（insulin receptor substrate-2，IRS2）的表達減少，因此胰島細胞凋亡而發展為糖尿病。IRS2是CREB的靶點和PI3K/Akt途徑的上游調節因子，PI3K/Akt是β細胞新的鈣調磷酸酶的靶點。在嚙齒動物和人類的胰島上，IRS2 mRNA和其蛋白在鈣調磷酸酶抑制劑的作用下減少。此外，鈣調磷酸酶影響IRS2的表達部分是NFAT介導的，NFAT以鈣調磷酸酶敏感的方式與IRS2激動受體結合產生了這種效應[11]。他克莫司可以減少Akt磷酸化，提示鈣調磷酸酶可能通過PI3K/Akt途徑影響β細胞的復制及存活。他克莫司在與鈣調磷酸酶上的結合位點結合以前，在細胞內與他克莫司結合蛋白結合，抑制鈣調磷酸酶及下游通路[13]而減少β細胞的復制和存活。

2 影響胰島素分泌

體內與體外的研究顯示鈣調磷酸酶抑制劑損傷胰島素的分泌功能，呈劑量依賴[13]。一項臨床研究揭示，他克莫司對胰島素分泌的抑制效應是谷濃度過高所導致，降低谷濃度可以改善胰島β細胞功能[14]。他克莫司的這種抑制胰島細胞分泌的機制還不清楚。鈣調磷酸酶結合位點缺失的大鼠葡萄糖刺激胰島素分泌的功能受損，這可能是β細胞分泌胰島素減少，而不是胰島素分泌途徑的缺失[13]。線粒體在其中起到了關鍵的作用，通過提供ATP和合成代謝促進胰島素的分泌。葡萄糖刺激β細胞內胰島素釋放的機制是明確的，途徑包括促進葡萄糖進入β細胞、細胞液的糖酵解和線粒體內的葡萄糖氧化、促進ATP增多和ATP/ADP的比值增加、ATP敏感的鉀離子通道關閉、細胞膜去極化、電壓依賴的鈣離子通道開放鈣離子內流等機制。

最近的研究表明藥理劑量的他克莫司在基因轉錄水平顯著減低INS-1細胞線粒體的功能和呼吸鏈功能[15]，連續6 h暴露于他克莫司后，IRS2 mRNA在INS-1細胞的表達下降50%[11]。他克莫司通過抑制ATP敏感的鉀離子通道的關閉而誘導葡萄糖刺激的胰島素分泌[16]，也可以影響細胞內鈣離子和葡萄糖激酶而使胰島素分泌減少，通過阻斷L型鈣離子通道，胰島素分泌的下游途徑，減少細胞內鈣離子的內流。低劑量的他克莫司抑制的是葡萄糖介導的胰島素分泌，而胰島素基礎分泌并不減少，這種抑制作用主要是因為葡萄糖激酶活性的減低，導致糖酵解和ATP合成的減少。葡萄糖激酶是糖酵解的限速酶，是β細胞葡萄糖的感應器，對β細胞起著核心性的影響。ATP合成的減少直接影響細胞內鈣離子濃度升高，因ATP增強鈣離子的促進胰島素釋放效應。他克莫司影響葡萄糖激酶的作用機制在很大程度上還是不清楚的[17]。

3 影響外周組織的胰島素利用

盡管資料很少，但一些研究還是證明了鈣調磷酸酶抑制劑可以損傷外周胰島素的作用。骨骼肌是胰島素利用的主要場所，占全部胰島素利用的70%～80%，胰島素抵抗是2型糖尿病的特點。骨骼肌的重塑和再生依賴很多信號轉導通路，其中有三個最主要的途徑。其中一個途徑是鈣調磷酸酶/NFAT，活化的鈣調磷酸酶使NFAT脫磷酸，脫磷酸的NFAT轉移至細胞核內，激活參與肌肉重塑的基因，但這種途徑具有特異性，NFAT家族不同成員表現出不同的作用、不同的脫磷酸方式和不同核質穿梭形式。NFAT的脫磷酸調節是復雜的，NFAT脫磷酸化暴露了核定位信號序列，促進其定位于細胞核。NFAT家族成員參與調節肌纖維基因型和形態學[18]，鈣調磷酸酶/NFAT途徑的藥理學抑制劑會促進骨骼肌胰島素抵抗肌球蛋白快速纖維化，這種纖維化有利于胰島素抵抗的發展。活化的NFAT還可導致其他轉錄因子的改變，包括肌細胞增強因子2（mytocyte enhancer factor 2，MEF2）、過氧化物酶增殖體激活受體激動劑γ-1等。盡管鈣調磷酸酶抑制劑影響胰島素利用的證據都是從大鼠實驗中獲得，且文獻數量少，但還是提示鈣調磷酸酶信號途徑參與調節骨骼肌胰島素敏感性。目前未見他克莫司影響骨骼肌的胰島素敏感性的報道。

綜上所述，他克莫司通過影響β細胞存活和復制、胰島素分泌、外周組織的胰島素利用等方面使血糖異常，從而導致NODAT。在人體中，有些作用機制還需要進一步深入的研究。

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Research on Nosogenesis of New-onset Diabetes Mellitus After Transplantation Induced by Tacrolimus

Chen Fan，Xu Yangui（Pharmacy Department of The First Central Hospital of Tianjin，Tianjin 300192，China）

New-onset diabetes mellitus（NODM）after organ transplantation is one of the major complications after solid organ transplantation.Immunosuppression is considered as the main factor leading to NODM after organ transplantation，the immunosuppressive agents include glucocorticoids and calcineurin inhibitors，etc.and calcineurin inhibitors have a big effect on blood sugar.Tacrolimus is the fermented products isolated from Streptomyces，it is a macrolide antibiotic with potent immunosuppression and is now widely used as an immune inhibitor in organ transplants. Tacrolimus has a selective inhibitory action on cellular immunity，primarily by inhibiting the release of leukotriene-2 to inhibit the role of T lymphocytes.Based on the research of foreign literatures，this paper respectively discussed from three aspects of mechanism of hyperglycemia induced by tacrolimus，including the effects on β-cell survival and replication，insulin secretion and the influence of peripheral tissue insulin action.

Tacrolimus；New-onset Diabetes Mellitus（NODM）；Organ Transplantation；Nosogenesis；Progress

10.3969/j.issn.1672-5433.2014.06.009

2013-12-13）

陳凡，女，碩士，副主任藥師。研究方向：臨床藥學。E-mail：franchen_cn@yahoo.com