DJ-1蛋白與糖尿病的關系研究進展

周晴，魏慧麗，鄧華聰

近年來，糖尿病發病率在全世界范圍逐漸上升，糖尿病已成為繼心血管疾病及腫瘤之后的第三大非傳染性疾病。世界衛生組織(WHO)的統計數據表明，2014年全球糖尿病患病人數達4.2億，其中絕大多數集中于人口眾多的發展中國家[1]。糖尿病是以高血糖為主要表現的眾多病理變化的總和，最終導致包括失明、腎功能衰竭、神經病變等涉及全身多臟器的慢性并發癥[2]。眾所周知，胰島素抵抗及胰島β細胞功能進行性紊亂在2型糖尿病的發生發展過程中具有重要作用[3-5]，其中胰島β細胞功能的紊亂在2型糖尿病前期已經發生，并且在病程中逐漸惡化，早期則主要表現為第一時相胰島素分泌減少[6]。近年來研究發現，DJ-1蛋白具有改善胰島β細胞功能并維持血糖穩態的作用[7]。因此本文針對DJ-1與糖尿病的研究現況做一綜述。

1 DJ-1蛋白概述

DJ-1是1997年Nagakubo應用雙酵母雜交系統時發現的一種新的蛋白，是一種絲裂原依賴性癌蛋白，廣泛表達于全身各組織。人類DJ-1含有189個氨基酸，具有α-螺旋、β-折疊結構，一般以二聚體的形式存在，又稱PARK-7，屬于DJ-1/ThiJ/PfpI超家族[8]。

既往研究主要集中于DJ-1與神經退行性病變-帕金森病之間的關系。研究發現，DJ-1的突變與早發型帕金森病的神經自發性退行性變相關[9]，同時DJ-1的水平下降促進了帕金森病的病理變化[10]。

研究發現DJ-1具有多種生理功能，其中抗氧化應激是其突出而主要的作用。Taira等[11]研究發現，沉默小鼠胚胎成纖維細胞中的DJ-1后，與對照組相比，實驗組細胞極易死亡。后續研究發現在氧化應激條件下，細胞內DJ-1向線粒體內重分布，同時轉變為pI5.8酸性亞型，第106位的半胱氨酸轉變為半胱亞磺酸，進而發揮抗氧化應激作用[12]。在轉染DJ-1的RINm5F細胞中，Jo等[13]研究發現DJ-1可明顯抑制過氧化氫引起的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPKs)及核轉錄因子-κB(nuclear factor of kappa B，NF-κB)信號通路的激活，同時可降低活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產生及DNA的破壞，從而保護細胞免受氧化應激導致的死亡。

Nrf2 [nuclear factor erythroid 2 (NFE2)-related factor 2]是轉錄因子家族成員之一，同時也是抗氧化應激基因表達的主要調節因子[14]。生理條件下，Keap-1與Nfr2結合使得后者表現出生物效應，但當處于氧化應激時，Nfr2向核內移位，進而引發抗氧化基因的表達[15]。Clements等[16]研究發現，DJ-1可阻止Nrf2與Keap1的結合，維持Nrf2的穩定性，阻止其泛素化及降解，并且當DJ-1缺失時，Nrf2的表達及穩定性下降。

谷胱甘肽(glutathione，GSH)在維持細胞氧化還原平衡狀態及保護細胞免受氧化應激損傷中發揮著重要作用，Zhou等[17]研究發現，氧化應激條件下，DJ-1可通過增加GSH合成途徑中限速-谷氨酸半胱氨酸連接酶的活性促進GSH的合成，從而降低細胞內ROS及氧化應激引起的蛋白氧化水平，進一步發揮其抗氧化應激作用。亦有研究表明，DJ-1可與分子伴侶結合促進其抗氧化作用[18]。

研究發現，除上述抗氧化應激作用外，DJ-1亦具有神經保護[19]、調控雄激素受體[20]并參與多種癌癥的發生[21-22]等作用。近年來發現，DJ-1可通過調節細胞凋亡相關因子的表達發揮抗胰島β細胞凋亡的作用，并可呈劑量依賴性地增加胰島素分泌[23]。

2 DJ-1與胰島β細胞

Waanders等[24]在使用高糖(16.7mmol/L)及低糖(5.6mmol/L)分別處理胰島后發現，高糖處理下的DJ-1水平升高了2倍；同時，高脂飲食后小鼠胰島內DJ-1的表達升高了1.7倍。Inberg等[25]在研究MINI6細胞在不同葡萄糖濃度下的生理變化時發現，高糖狀態(25mmol/L)下的細胞表達較高水平的DJ-1，進一步使用RNA干擾技術抑制細胞內DJ-1表達后MINI6及小鼠胰島在H2O2或毒胡蘿卜素引起的氧化應激狀態下極易死亡，同時該研究發現在氧化應激及內質網應激狀態下DJ-1可呈劑量依賴性地增加胰島素的分泌。

除抗氧化應激外，DJ-1還可保護胰島β細胞免受凋亡。Jain等[23]使用低劑量鏈脲佐菌素(STZ)處理DJ-1敲除小鼠后發現，與對照組相比，其胰島素水平明顯下降而血糖水平明顯升高，且DJ-1敲除的胰島β細胞的凋亡速度及炎癥因子水平為對照組的2倍，進而提示DJ-1在氧化應激及炎癥狀態下具有保護胰島β細胞的作用。內質網應激通過引起未折疊蛋白反應(unfolded protein response，UPR)而與胰島β細胞凋亡密切相關[26]。Inberg等[25]發現，在胰島β細胞系及小鼠胰島中使用小干擾RNA沉默DJ-1的表達后，細胞加速死亡，而通過腺病毒載體提高DJ-1的表達水平可緩解細胞死亡；進一步研究發現，DJ-1可通過降低氧化應激條件下細胞內BiP(亦即GRP78/HSPA5，內質網中蛋白質輸入、折疊及組裝過程中的重要成員，是UPR的標志)水平而減少細胞凋亡。凋亡因子在細胞凋亡過程中發揮著重要作用。Jo等[13]在使用白細胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)及γ干擾素(IFN-γ)處理的RINm5F細胞中發現，轉染DJ-1可降低細胞內毒性，抑制抑制細胞色素C的釋放及caspase-3的活化，降低Bax的表達，增加Bcl-1的表達，進而對抗細胞因子誘導的RINm5F細胞死亡。相關研究亦表明，DJ-1可通過與死亡結構域相關蛋白(death domain associated protein，Daxx)結合阻止其向細胞質的轉位，進而抑制細胞凋亡信號調節激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1)的激活，從而阻止細胞死亡[27]；同時，DJ-1可抑制絲裂素活化蛋白激酶/ERK激酶激酶(mitogen-activated protein kinase/ERK kinase kinase 1，MEKK1)的激活，從而阻止MEKK1介導的細胞死亡[28]。既往研究發現，2型糖尿病患者胰島內DJ-1的mRNA及蛋白質水平均明顯降低[7]，提示2型糖尿病患者胰島內清除ROS及促進其他抗氧化物表達的能力降低，在糖脂毒性對胰島β細胞損傷的基礎上DJ-1水平的降低進一步加重了其損傷，導致胰島β細胞功能持續下降。

隨后的臨床研究更提示了DJ-1與糖尿病發生發展的密切關系。一項對代謝綜合征患者進行12周生活方式干預的研究發現，干預組患者血清DJ-1水平升高，并且DJ-1水平的增加與血糖及血壓的改善相關[29]。Cheng等[30]發現，妊娠糖尿病患者胎兒臍靜脈內皮細胞中DJ-1的含量降低，提示DJ-1含量的降低可能與后代糖尿病發病率增加相關。

3 DJ-1與糖尿病

2型糖尿病是以進行性的胰島素分泌障礙及胰島素抵抗為特征、以高血糖為主要表現的慢性進展性疾病。UKPDS研究[31]發現新診斷的2型糖尿病患者中胰島β細胞功能已下降50%，而隨著病情的進展，胰島β細胞功能持續下降，直至出現胰島β細胞功能衰竭。因此恢復胰島β細胞功能是治療2型糖尿病的重中之重。

既往研究發現，氧化應激與胰島β細胞功能密切相關。體內生理水平的ROS對于維持糖代謝穩態具有重要意義，但長期暴露于高水平的ROS使機體處于氧化應激狀態并進而引起糖代謝的紊亂[32]；反之，在長期高糖高脂作用下，脂質過氧化物及晚期糖基化終末產物生成增加，進而導致ROS大量產生[33]。高糖高脂與氧化應激相互促進、相互發展，形成惡性循環。研究發現，糖尿病患者體內氧化應激標記物如8-羥基脫氧鳥苷(8-OHdG)、4-羥基-2-壬烯醛(4-HNE)等明顯增加[34]，而抗氧化應激物質GSH水平明顯降低[35]，提示糖尿病患者處于氧化應激狀態。同時相關研究發現，胰島內抗氧化系統的表達水平較低，使得胰島β細胞在氧化應激狀態下極易受損，胰島素生成基因轉錄水平及胰島β細胞功能下降[36-37]，最終導致胰島β細胞死亡。

綜上所述，DJ-1作為廣泛表達于機體各個組織的蛋白，可通過抗氧化應激及抗凋亡等途徑保護胰島β細胞，因而具有廣闊的研究前景，以DJ-1作為靶點開展治療或可為糖尿病患者帶來諸多受益。目前DJ-1與糖尿病的研究多局限于基礎實驗，仍缺乏大樣本的人群研究對基礎研究結果進行驗證，且其在2型糖尿病發生發展中的作用機制仍需明確。因此，深入探討DJ-1在糖尿病發病和干預中的機制及臨床應用前景是今后的重要研究方向。

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