硫氧還蛋白相互作用蛋白介導胰島β細胞凋亡及功能障礙研究進展

張之 1，張　燕 2，李學軍 3

(1．新疆醫科大學基礎醫學院藥理學教研室，新疆烏魯木齊　830011; 2．烏魯木齊軍區總醫院，新疆

烏魯木齊830011; 3．北京大學醫學部藥理學系，北京100191)

摘要:硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)不僅與細胞的氧化還原狀態密切相關，在胰島β細胞功能障礙和細胞凋亡中也扮演了重要角色。高糖通過招募碳水化合物反應元件結合蛋白(ChREBP)到TXNIP的啟動子，ChREBP與組蛋白乙酰轉移酶p300相互作用，引起TXNIP的轉錄，TXNIP介導高糖誘發的氧化應激、內質網應激、NOD樣受體3炎癥小體激活、凋亡和自噬障礙等。可通過誘導微小RNA-204的表達下調鳥類MafA蛋白哺乳動物同系物而抑制胰島素基因轉錄，抑制胰島素信號轉導途徑，進而抑制葡萄糖刺激的胰島素分泌; TXNIP通過抑制硫氧還蛋白系統影響細胞的生存，同時還是介導細胞線粒體凋亡和內質網應激凋亡途徑的樞紐分子。抑制TXNIP可能是一個阻止糖尿病進程的有效靶點。本文就TXNIP在胰島細胞凋亡和胰島功能障礙方面的相關研究進行回顧和總結分析。

文獻標志碼: A

文章編號: 1000-3002(2015)03-0482-04

DOI: 10．3867/j．issn．1000-3002．2015．03．022

基金項目:新疆維吾爾自治區自然科學基金(2012211A038)

作者簡介:張之，女，博士，主要從事心血管藥理學研究。

通訊作者:李學軍，E-mail: xuejunli168@163．com

糖尿病發病的分子機制至今未徹底闡明。胰島β細胞在糖毒性、脂毒性等各種不良因素影響下引起的細胞凋亡是胰島細胞功能障礙甚至衰竭的重要原因。研究發現，硫氧還蛋白相互作用蛋白(thioredoxin interacting protein，TXNIP)不僅是細胞氧化還原狀態的重要調節者 ［1］，還是介導細胞凋亡、氧化應激、內質網應激、炎癥和自噬等的關鍵因子，可能是聯接各種糖尿病發病機制的一個樞紐分子。本文就TXNIP在胰島細胞凋亡及胰島功能障礙領域的研究進展作一綜述。

1　TXNIP的表達

1．1高糖誘導TXNIP的轉錄

高血糖作為一種代謝異常情況可以激活細胞內多種防御機制，如細胞凋亡、炎癥 ［2］和自噬等 ［3］。高濃度葡萄糖是誘導TXNIP表達的重要因素，在胰島素抵抗/糖尿病模型小鼠 ［4］及糖尿病患者β細胞中均發現TXNIP表達顯著上調 ［5］。但高糖引起TXNIP的基因轉錄不依賴于葡萄糖的代謝，而是由人類TXNIP啟動子區一個特殊的碳水化合物反應元件(carbohydrate response element，ChoRE)介導。葡萄糖可劑量及時間依賴性地招募轉錄因子碳水化合物反應元件結合蛋白(carbohydrate response element-binding protein，ChREBP)到TXNIP的啟動子，ChREBP與組蛋白乙酰轉移酶p300相互作用，引起組蛋白H4的乙酰化，同時伴隨RNA多聚酶Ⅱ的征募 ［6］，說明葡萄糖引起的TXNIP轉錄伴有染色質結構的調整。高糖誘導TXNIP的表達上調是引起后續細胞凋亡、細胞功能障礙的重要原因。

1．2脂肪酸抑制TXNIP的表達

“脂毒性”也是引起胰島細胞凋亡和功能障礙的的重要因素。但研究顯示，棕櫚酸沒有誘導TXNIP表達的作用 ［7］，將棕櫚酸與葡萄糖聯合處理胰島細胞，發現棕櫚酸甚至取消了葡萄糖誘導TXNIP表達的作用。也有研究顯示，棕櫚酸和油酸能抑制TXNIP的表達 ［8］，該作用可能與棕櫚酸激活AMP激活的蛋白激酶，驅逐ChREBP出細胞核有關。提示脂肪酸引起的細胞凋亡可能主要是非TXNIP依賴性途徑介導的。

2　TXNIP介導胰島β細胞凋亡

研究表明，糖尿病狀態下TXNIP是高血糖誘導的胰島β細胞凋亡的關鍵介導者。TXNIP在大鼠胰島素瘤INS-1胰島細胞中過表達可誘導胰島細胞顯著凋亡，糖尿病BTBR ob/ob小鼠胰島中TXNIP的表達及細胞凋亡也顯著增高，人胰島暴露于高糖也可導致TXNIP顯著升高，凋亡顯著增加 ［10］。而抑制TXNIP能抑制凋亡，促進胰島β細胞的存活。用鏈脲佐菌素處理TXNIP特異性敲除小鼠的胰島β細胞，β細胞數量增加了3倍，凋亡減少了約50倍，并能對抗鏈脲佐菌素誘導的血糖升高作用，對抗肥胖誘導的糖尿病 ［11］。還有研究發現，TXNIP的缺乏誘導了胰島Akt/BC-xL抗凋亡信號通路的激活 ［10］。

2．1 TXNIP是介導內質網應激凋亡途徑的樞紐分子

最近基于實驗、臨床和遺傳等領域的研究證據顯示，在1型和2型糖尿病發展過程中，內質網應激(endoplasmic-reticulum stress，ERS)是決定胰島β細胞生死的重要機制之一。ERS與炎癥之間的對話被認為是β細胞死亡及功能障礙的重要原因。研究發現，TXNIP是連接ERS與炎癥的關鍵信號節點分子。ERS通過內質網R樣蛋白激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)和內質網肌醇需求酶-1α(inositolrequiring enzyme-1α，IRE1α)信號通路誘導TXNIP的表達 ［12］，TXNIP通過激活NOD樣受體3炎癥小體，引起細胞凋亡前胱天蛋白酶1裂解及白細胞介素1β(interleukin，IL-1β)的產生，從而誘導β細胞凋亡。以上表明終端非折疊蛋白反應時，ERS能通過IRE1α-TXNIP等通路促發無菌性炎癥，進而促進細胞凋亡 ［13］。提示TXNIP是一個潛在的治療糖尿病及ERS相關的人類疾病的重要靶標。

2．2 TXNIP通過抑制硫氧還蛋白減少細胞存活，促進細胞凋亡

硫氧還蛋白(thioredoxin，TRX)是廣泛存在于細胞的巰基還原酶，其功能不僅是調控細胞氧化還原水平，還包括與靶標分子或轉錄因子的相互作用來控制細胞生長、抗細胞凋亡。TXNIP能與TRX結合，抑制TRX的活性，還能促進活性氧的產生，從而促進細胞凋亡 ［14］。相反，抑制TXNIP的表達，能增強TRX的活性，減少活性氧的產生，減少細胞凋亡，如核因子紅細胞2-相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)可通過結合TXNIP啟動子中的ARE元件，抑制TXNIP的基礎表達 ［9］，增強TRX的活性，從而減少細胞凋亡水平;而高糖通過抑制Nrf2誘導TXNIP的表達從而促進細胞凋亡。因此，在糖尿病中Nrf2-TXNIP-TRX是控制細胞氧化還原狀態及細胞凋亡的重要信號途徑。

2．3 TXNIP介導線粒體凋亡途徑

研究發現，氧化應激可導致胰島β細胞TXNIP由細胞核穿梭運動進入線粒體。TXNIP結合并氧化線粒體中的TRX2，減少TRX2與凋亡信號調節激酶1(apoptosis signal-regulating kinase-1，ASK1)的結合，導致ASK1的磷酸化激活，從而誘導線粒體途徑的凋亡，細胞色素c釋放，細胞凋亡蛋白酶3裂解 ［15］。抑制TXNIP可抑制線粒體TXNIPTRX2-ASK1凋亡信號途徑介導的β細胞凋亡 ［7］。

2．4藥物通過作用于TXNIP影響β細胞凋亡

2．4．1糖皮質激素通過上調TXNIP引起胰島β細胞凋亡

長期應用糖皮質激素，可以引起葡萄糖耐量受損及糖尿病，具體分子機制不甚清楚。最近研究表明，地塞米松通過上調TXNIP mRNA的表達而引起胰島β細胞凋亡，影響β細胞的生存 ［16］，而且該誘導依賴于p38胞外信號調節激酶的激活。

2．4．2肌動肽4和維拉帕米通過抑制TXNIP減少胰島β細胞凋亡

依克那肽4(exenatide-4，Ex-4)是一種激動胰高血糖素樣肽1受體的新型抗糖尿病藥物，不僅促進胰島素分泌，還有助于保存內源性的胰島β細胞，延緩2型糖尿病的進展，研究發現，Ex-4抑制TXNIP的表達(通過促進蛋白酶體依賴性TXNIP的降解)而減少了胰島β細胞的凋亡 ［17］，穩定過表達TXNIP，幾乎可完全拮抗Ex-4的抗凋亡效果。

維拉帕米是鈣通道阻斷藥，口服維拉帕米能提高內源性胰島素水平，保護小鼠免于鏈脲佐菌素誘發的糖尿病，在BTBR ob/ob小鼠，能促進胰島細胞生存，改善葡萄糖穩態和胰島素敏感性 ［18］。機制可能是通過抑制神經鈣蛋白信號，降低ChREBP與TXNIP啟動子E-盒的結合力。

3　TXNIP介導胰島功能障礙

3．1 TXNIP抑制葡萄糖刺激的胰島素分泌

胰島素敏感性降低及葡萄糖刺激胰島素分泌(glucose stimulated insulin secretion，GSIS)缺陷是2型糖尿病的典型特征。研究發現，TXNIP高表達能誘導活性氧產生，伴隨GSIS功能的嚴重喪失;相反，抑制胰島β細胞內TXNIP表達，細胞內活性氧水平降低，短暫或穩定地敲除TXNIP都能恢復GSIS，說明抑制TXNIP能改善胰島素分泌功能 ［19］。

3．2 TXNIP抑制胰島素信號轉導途徑

胰島素信號轉導途徑受抑制是胰島素抵抗和胰島功能障礙的重要分子機制。TXNIP缺陷的ob/ob肥胖小鼠胰島素敏感性顯著提高 ［20］，同時胰島素分泌功能顯著改善，骨骼肌的胰島素受體底物-1/蛋白激酶B信號通路被激活，這些改變與下調解偶聯蛋白2的表達水平密切相關。已知偶聯蛋白2敲除可使小鼠空腹血糖水平降低，胰島β細胞數量增多，細胞胰島素含量增多，胰島素分泌能力增加。

3．3 TXNIP通過微RNA-204(miR-204)下調MafA，抑制胰島素基因轉錄

研究表明，糖尿病及TXNIP能誘導胰島β細胞表達一種特殊的微小RNA即miR-204 ［21］，通過直接靶向及下調鳥類MafA蛋白哺乳動物同系物抑制胰島素的產生。在INS-1胰島細胞，TXNIP缺陷小鼠、糖尿病小鼠模型及人類胰島上均證實TXNIP能調節miR-204的表達水平。TXNIP通過抑制信號傳導因子及轉錄激活因子3的活化而誘導miR-204。TXNIP缺陷的Hcb-19小鼠具有更高的循環胰島素濃度，更高的胰島素含量及β細胞數量。當多次給予注射低劑量鏈脲佐菌素誘導高血糖時，小鼠并未產生高血糖癥 ［22］，提示抑制TXNIP能增加胰腺胰島素含量，可能是治療2型糖尿病的關鍵。

4　結語

TXNIP與胰島β細胞生存和功能密切相關，TXNIP還與許多糖尿病細胞事件如血管生成受損 ［23］，外周組織葡萄糖攝取減少，糖尿病視網膜細胞凋亡 ［24］、腎小球膜細胞凋亡、心肌細胞凋亡等密切相關。因此，抑制TXNIP可能是一個阻止糖尿病進程的強有力的靶點，發現抑制TXNIP的藥物并闡明其分子機制可能是糖尿病及其并發癥治療的重要突破。