間歇性缺氧誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞損傷及其損傷機(jī)制

糖尿病是常見(jiàn)的全身性代謝紊亂疾病，主要癥狀表現(xiàn)為高血糖。目前全球有大約2.3億人罹患Ⅱ型糖尿病，影響患者正常生活，降低生活質(zhì)量，嚴(yán)重危及大眾健康。該病主要由胰島β細(xì)胞分泌的胰島素絕對(duì)或相對(duì)不足引起，研究表明凋亡引起胰島β細(xì)胞功能缺陷在糖尿病發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用，而尸解證據(jù)表明，糖尿病患者β細(xì)胞數(shù)量的減少與細(xì)胞凋亡的增加有一定關(guān)聯(lián)。減少或逆轉(zhuǎn)胰島β細(xì)胞的凋亡可有效延緩糖尿病的發(fā)展。而引起胰島β細(xì)胞凋亡的原因至今尚不完全明確，因此深入探討胰島β細(xì)胞凋亡機(jī)制對(duì)糖尿病的治療是很有必要的。

本研究擬以胰島INS-1細(xì)胞株為模型，采用空白對(duì)照組、間歇正常氧組、輕度間歇性缺氧、中度間歇性缺氧和重度間歇性缺氧等5種濃度的缺氧模式。采用放免法、MTT、Western blot方法進(jìn)行培養(yǎng)研究，最后對(duì)比各組細(xì)胞株胰島素水平、細(xì)胞增殖程度、Bax與Bcl-2信號(hào)調(diào)控的生物分子表達(dá)情況，研究CIH對(duì)胰島細(xì)胞的可能損害機(jī)制[1]。

目前，認(rèn)為胰島β細(xì)胞損傷的主要原因可從以下兩方面分析，阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（Obstructive sleep apnea-hypopnea syidrone，OSAHS）和慢性間歇性缺氧（Chronic intermittent hypoxia，CIH）。

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征是一種嚴(yán)重的睡眠呼吸疾病，該病是由于夜間咽部氣道的不完全或完全塌陷導(dǎo)致的低氧及睡眠片段化而影響多個(gè)系統(tǒng)的綜合征，主要表現(xiàn)為反復(fù)的短暫低氧和復(fù)氧。

OSAHS可以通過(guò)多種方式和機(jī)制作用于內(nèi)分泌系統(tǒng)，引起血糖升高，是糖尿病發(fā)病的重要誘因。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)OSAHS與Ⅱ型糖尿病患者均易出現(xiàn)諸如高血壓、心律失常、冠心病、肥胖以及某些腦血管疾病等。例如，肥胖可以促使胰島素敏感性降低，相應(yīng)受體數(shù)量減少且受體親和力降低，進(jìn)而引發(fā)胰島素抵抗（IR），誘導(dǎo)Ⅱ型糖尿病的發(fā)病；另一方面，由于肥胖患者胸腹部脂肪的擠壓使肺活量下降，同時(shí)下頜脂肪的堆積使氣道管腔變窄，使肥胖患者并發(fā)CIH的幾率大大升高。OSAHS患者和糖尿病患者中，兩病并發(fā)的幾率達(dá)到37%；而某些類型的睡眠呼吸紊亂（SDB）患者與糖尿病患者中，并發(fā)的概率高達(dá)62%。因此可以看出，阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征和糖尿病有著十分密切的關(guān)系。因此探討OSAHS引起的CIH對(duì)胰島的損傷機(jī)制對(duì)胰島功能的保護(hù)和糖尿病的防治是大有裨益的，并有助于我們?cè)谂R床工作中預(yù)防兩病并發(fā)。

糖尿病患者中，SDB主要表現(xiàn)為OSAHS，且與血糖變化和胰島素抵抗有關(guān)，患者往往伴有內(nèi)分泌激素水平的波動(dòng)，因此二者在病理生理機(jī)制上存在某種聯(lián)系。由上述資料可知，在OSAHS患者中，糖耐量異常現(xiàn)象和Ⅱ型糖尿病患病率較非OSAHS患者顯著升高。可推測(cè)其原因是胰島素抵抗。

OSAHS誘發(fā)的胰島素抵抗導(dǎo)致胰島β細(xì)胞的損傷和凋亡主要機(jī)制研究如下。首先，人體處于缺氧狀態(tài)且睡眠片段化時(shí)，機(jī)體糖皮質(zhì)激素水平會(huì)顯著升高，通過(guò)促進(jìn)脂肪分解、促進(jìn)糖異生過(guò)程，進(jìn)而升高血糖，使血糖代謝紊亂，同時(shí)激發(fā)應(yīng)激反應(yīng)，提高皮質(zhì)醇水平，進(jìn)而抑制胰島素的分泌導(dǎo)致IR、造成胰島β細(xì)胞的損害最終誘導(dǎo)糖尿病發(fā)生。其次，夜間缺氧會(huì)加重健康人的胰島素抵抗，降低對(duì)胰島素的敏感性，且形成時(shí)間依賴；而OSAHS患者發(fā)病時(shí)會(huì)因缺氧抑制血糖的有氧氧化、增強(qiáng)無(wú)氧分解，易引發(fā)血糖代謝障礙。再次，夜間缺氧如CIH能夠提升交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性，可促進(jìn)肌糖原分解代謝、增加游離脂肪酸釋放而擾亂糖代謝，并導(dǎo)致IR。以上因素均可導(dǎo)致胰島β細(xì)胞的損害。

OSAHS臨床表現(xiàn)為低氧和復(fù)氧過(guò)程的交替，該過(guò)程即為睡眠中的慢性間歇性缺氧（CIH），是導(dǎo)致一系列生理病理病變的重要原因。

鑒于CIH對(duì)其他多種細(xì)胞均有不同程度的損傷作用，我們可推斷CIH對(duì)胰島β細(xì)胞極可能具有相似的損傷。研究表明，CIH可通過(guò)氧化應(yīng)激和活化前炎性轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB的表達(dá)，激活SAPK通路介導(dǎo)細(xì)胞凋亡或?qū)е翫NA損傷造成細(xì)胞凋亡，且出現(xiàn)氧化和抗氧化平衡的失調(diào)。若在CIH過(guò)程中暴露人臍動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞，可觀察到細(xì)胞抗氧化能力降低，氧化應(yīng)激反應(yīng)有所加強(qiáng)，且其降低和加強(qiáng)對(duì)低氧程度有依賴性。若以不同頻率間歇性低氧試驗(yàn)，則可觀察到細(xì)胞抗氧化能力降低，氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，且隨頻率減低二者有逐漸減低和增強(qiáng)的趨勢(shì)。因此，CIH與氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡有密切聯(lián)系。

此外，CIH可誘導(dǎo)大鼠神經(jīng)組織、心肌及肺組織凋亡。實(shí)驗(yàn)證明，較嚴(yán)重的間歇性低氧可引起大鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞中c-fos蛋白過(guò)度表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡，這樣的間歇性低氧可能導(dǎo)致早期腦損害。大鼠海馬組織在間歇重度低氧時(shí)存在氧化應(yīng)激損傷，此時(shí)海馬組織通過(guò)改變神經(jīng)元及突觸結(jié)構(gòu)及數(shù)量，引起學(xué)習(xí)及記憶功能障礙，且缺氧時(shí)間越長(zhǎng)，傷害程度越重[2]。

Bax與Bcl-2這一對(duì)凋亡促進(jìn)和抑制基因在CIH該組織細(xì)胞凋亡過(guò)程起到了調(diào)控作用。有報(bào)道表明β細(xì)胞的凋亡可能在糖尿病發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起著重要的作用。尤其Bcl-2基因家族可能參與胰島β細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控[3]。胰島β細(xì)胞內(nèi)抗凋亡基因Bcl-2表達(dá)在有害刺激干預(yù)下顯著下降，而促凋亡基因Bax的表達(dá)則明顯增加，這表明Bax/Bcl-2基因表達(dá)的增減在β細(xì)胞凋亡的調(diào)控中發(fā)揮著重大作用。多項(xiàng)體內(nèi)外研究表明[4]，下調(diào)促凋亡蛋白Bax表達(dá)并促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)能抑制凋亡。另研究表明間歇性缺氧可導(dǎo)致大鼠肺組織凋亡細(xì)胞增多，Bcl-2、Bax相關(guān)基因參與CIH引起大鼠肺組織凋亡。因此，我們有理由推測(cè)CIH可促進(jìn)β細(xì)胞凋亡的增加，并可能通過(guò)Bcl-2/Bax通路使胰島β細(xì)胞數(shù)量減少，進(jìn)而使胰島功能產(chǎn)生障礙。

通過(guò)以上分析，阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征引發(fā)的缺氧狀態(tài)通過(guò)多種途徑擾亂正常血糖代謝，使血糖升高，加重胰島素抵抗，損害胰島β細(xì)胞，誘發(fā)糖尿病；慢性間歇性缺氧通過(guò)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞凋亡，或通過(guò)Bax/Bcl-2這對(duì)凋亡促進(jìn)和抑制基因調(diào)控胰島β細(xì)胞的凋亡過(guò)程，引發(fā)胰島功能障礙，最終誘發(fā)糖尿病。本研究通過(guò)這兩方面深入研究CIH損害胰島細(xì)胞的可能機(jī)制，為揭示OSAHS對(duì)糖尿病機(jī)制提供理論及實(shí)驗(yàn)室依據(jù)[5]。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉振寬，陳寶元，馮靖，等.間歇低氧程度與頻率對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞超氧化物歧化酶和丙二醛分泌水平的影響.中華結(jié)核和呼吸雜志，2011，34（5）：371-374.

[2]李琳，王紅陽(yáng)，陳寶元，等.不同程度慢性間歇低氧對(duì)大鼠海馬C-fos蛋白及凋亡的影響.中華耳鼻咽喉頭頸外科雜志，2012， 47（2）：117-121.

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[4]王璋，司良毅，廖友斌.大鼠睡眠呼吸暫停綜合征動(dòng)物模型的建立[J]中國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)報(bào)，2006，14（1）：40-43.

[5]王寧，范潔.老年人阻塞性睡眠呼吸暫停與血糖及胰島素抵抗[J]北京醫(yī)學(xué)，2004，26：179-182.編輯/蘇小梅