神經酰胺在胰島β細胞凋亡中作用的研究進展

段麗君，商書霞，郭洪濤，趙春云，李艷芬，代紅沙

(1.冀中能源峰峰集團有限公司總醫院內分泌科，河北 邯鄲 056200；2.冀中能源峰峰集團有限公司總醫院消化內科，河北 邯鄲 056200)

糖尿病(DM)是一種復雜的慢性代謝紊亂性疾病，幾乎各個年齡組人群均會受累，糖尿病患者正在全球范圍內迅速增加，我國也將面臨因眾多糖尿病患者帶來的巨大的經濟及社會負擔。凋亡是促使機體為更好地適應生存環境而發生的由基因調控的程序性細胞死亡，它對于機體的各種生理性、病理性狀態等必不可少。糖尿病的發生發展與胰島β細胞的凋亡密不可分。然而，β細胞的過度凋亡導致細胞數量大量丟失及功能障礙是糖尿病胰島素分泌減少的根本病因。神經酰胺作為鞘脂類的代謝產物，主要通過從頭合成、鞘磷脂循環生成，涉及細胞凋亡、細胞周期抑制、細胞衰老等細胞功能，在細胞應激反應中起到一定的調節作用，尤其在凋亡的誘導過程中，神經酰胺可通過內、外源性通路促進細胞發生凋亡，還能激活 JNK、KSR、PKC 等促進細胞凋亡[1]。神經酰胺在1、2型糖尿病β細胞凋亡中的作用已被確立。有研究顯示神經酰胺通過增加線粒體膜的通透性、激活內源性凋亡信號通路誘導胰島β細胞凋亡[2]；同時有研究表明，神經酰胺的從頭合成途徑在內質網應激介導的β細胞凋亡中發揮作用[3]。本文旨在通過闡述神經酰胺在胰島β細胞凋亡各個環節中的作用，掌握和了解胰島β細胞凋亡中的關鍵因子和可調控途徑，為更好地預防和治療糖尿病提供一定的思路。

1 神經酰胺激活外源性凋亡通路

在過去的幾十年中，外源性凋亡通路的激活在β細胞丟失中的重要作用已被廣泛介紹。外源性凋亡通路的激活始于細胞外死亡配體TNF-α、Fas等與其各自細胞表面的受體相結合，通過招募和活化caspases(大多數是激活caspase-8)、進而裂解和激活其下游效應器(如caspase-3)傳導凋亡信號的[4]。有報道稱諸如細胞因子、飽和脂肪酸等藥物誘導神經酰胺的蓄積激活了外源性凋亡途徑介導的β細胞凋亡[5]。正常的胰島β細胞僅有少量的Fas表達，但當暴露于細胞因子(如IL-1)時，Fas表達會增加[6]。caspase-8缺乏的胰島β細胞可以對抗神經酰胺誘導的細胞死亡，進一步暗示了神經酰胺在凋亡通路中的作用[7]。

2 神經酰胺誘導大量自由基的生成

一定量的ROS和RNS對于維持正常生理信號和代謝功能是必不可少的，但是過量的這些自由基可以導致細胞死亡和組織損傷[8]；當機體遭受高血糖、低氧等有害刺激時，活性氧簇、活性氮簇等高活性分子生成增多，它們顯著影響細胞的存活及壽命，并可導致細胞程序性死亡[9]。神經酰胺調節ROS/RNS生成、介導β細胞凋亡的可能機制：(1)通過破壞β細胞線粒體呼吸鏈的復合體Ⅰ、復合體Ⅲ間電子傳遞促進ROS的產生及細胞色素c釋放和caspase激活進而誘導β細胞凋亡[10]，有研究亦證實神經酰胺誘導劑TNF-α能抑制復合物Ⅲ活性[11]；(2)通過降低β細胞bcl-2 mRNA表達，減少抗凋亡bcl-2蛋白合成而促使細胞凋亡[12]；(3)神經酰胺可活化NADPH氧化酶、導致ROS的生成和細胞凋亡[13]；(4)神經酰胺誘導iNOS的表達增加，進而激活NOS介導的細胞凋亡[14]?？傊?，這些研究表明，由神經酰胺激活生成的ROS / RNS是促進許多哺乳動物模型研究中細胞凋亡的重要因素之一，同時也有證據顯示，ROS、RNS通過抑制神經酰胺酶使得神經酰胺蓄積[15]；二者的雙向交互作用可能參與了β細胞凋亡級聯反應，仍待進一步證實。

3 神經酰胺與內質網應激

眾多的數據顯示，內質網應激在β細胞凋亡中具有極其重要的地位[16]。在糖尿病發病過程中需要胰島β細胞分泌大量的胰島素來對抗高血糖。作為分泌蛋白合成及折疊場所的內質網，當機體對胰島素折疊和分泌超出自身能力范圍時，更容易誘發應激損傷[17]。內質網應激導致內質網中未折疊蛋白及錯誤折疊的胰島素蓄積，通過未折疊蛋白反應修復內質網功能，但是，當其修復失敗時便激活了β細胞凋亡信號傳導通路。有研究顯示，高糖誘導內質網應激并通過IRE-1-JNK途徑的激活促進胰島β細胞凋亡[18]。有研究在糖尿病動物模型中證實內質網應激誘導細胞凋亡；同時也有內質網應激標志性蛋白在糖尿病患者的胰島細胞中表達[19]。另有研究報道，飽和脂肪酸可以促進內質網應激誘導的β細胞凋亡[19]，這種特定的毒性作用可能與神經酰胺的形成有關[20]。鞘磷脂酶水解來源的神經酰胺亦可激活內質網應激誘導的β細胞凋亡[21]；抑制中性鞘磷脂酶活性可以保護β細胞免受內質網應激誘導的細胞凋亡[22]，進一步證實了神經酰胺在內質網應激誘導細胞死亡中的重要性。

4 神經酰胺改變線粒體膜的功能

神經酰胺增加線粒體膜通透性、激活內源性細胞凋亡途徑介導β細胞凋亡。當細胞遭受強烈刺激時啟動內在的線粒體通路。無論刺激、還是促凋亡分子細胞色素c被釋放到細胞質中，連同另一個促凋亡蛋白、凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)激活始動因子caspase-9、進而激活其下游效應器(如caspase-3)傳導凋亡信號[23]。內源性凋亡途徑由Bcl-2家族調控，Bcl-2蛋白有兩大類，即促凋亡蛋白(如Bad、Bid、Bax等)和抗凋亡蛋白(如Bcl-2、Bcl xL、Mcl-1等)?？沟蛲龅鞍淄ㄟ^阻止線粒體釋放細胞色素c減少細胞凋亡，而促凋亡蛋白與之相反。細胞最終的命運取決于二者的比例。神經酰胺可增加線粒體對細胞色素c的通透性，通過招募和激活線粒體上促凋亡蛋白Bax表達介導凋亡。Birbes 等[24]與 Kashkar等[25]證明將鞘磷脂轉化為神經酰胺的鞘磷脂酶誘導劑可促進bax在線粒體上的轉位和活化，進而導致細胞色素c釋放。與此一致，消耗bax或通過過度表達bcl-2拮抗其活性，可阻止神經酰胺誘導的細胞凋亡[26]。Siskind等[27]證實神經酰胺也能直接在線粒體膜中形成通道，從而提高其對細胞色素c的通透性，雖然這種作用沒有被廣泛研究，但這可能是其改變線粒體膜通透性的另一機制。

5 神經酰胺與炎癥因子

炎癥參與了糖尿病的發生發展，它在糖尿病發病機理及胰島素抵抗中起著非常重要的作用。細胞因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-1β(IL-1β)和γ-干擾素(INF-γ)都對胰腺β細胞產生細胞毒作用[28]。新的證據表明神經酰胺在這些細胞因子誘導的β細胞凋亡中起作用[5]。分別暴露于TNF-α、IL-1β的胰島素分泌細胞MIN6、RINm5F 細胞，可以觀察到神經酰胺生成增加，并且同時看到神經酰胺模仿TNF-α、IL-1β在這些細胞中的毒性作用[29]。

6 神經酰胺與脂肪酸

存在已久的證據顯示，長期暴露于游離脂肪酸(FFA)對胰腺β細胞有不利影響，神經酰胺被認為是FFA誘導的β細胞毒性的中介物，神經酰胺的前體被發現誘導糖尿病大鼠、健康大鼠和人β細胞凋亡[30]。對ZDF大鼠的一項研究中發現，神經酰胺的從頭合成途徑是游離脂肪酸誘導β細胞凋亡的主要原因[31]。此外，在嚙齒類及人類的β細胞中，應用絲氨酸棕櫚酰轉移酶(STP)抑制劑L-環絲氨酸或神經酰胺合酶抑制劑伏馬菌素B1可以減輕脂肪酸誘導的細胞毒性反應[31]。與此相反，一些關于β細胞凋亡的研究報告說，FFA治療后神經酰胺僅略有增加，但是抑制神經酰胺的合成可顯著減少細胞凋亡。這一矛盾結果的可能解釋為：一方面神經酰胺在特定的細胞增加，并沒有改變引起細胞凋亡的總的神經酰胺數量[32]；另一方面在誘導細胞凋亡后，神經酰胺轉變為其他的鞘磷脂代謝掉了[33]；最后，不同凋亡潛能的神經酰胺可能變換為不同亞型[30]。總之，神經酰胺的從頭合成途徑在脂肪酸誘導β細胞凋亡中扮演著關鍵角色。

綜上所述，神經酰胺通過激活內、外源性凋亡通路及內質網應激途徑，與活性氮/活性氧、炎癥因子、游離脂肪酸相互作用等誘導胰島β細胞凋亡。從臨床的角度而言，神經酰胺介導的眾多途徑對糖尿病病理生理機制的研究具有非常重要的意義，但仍有許多問題有待進一步研究解決。首先，目前還不清楚為什么神經酰胺能介導細胞內許多不同的信號途徑，同時盡管存在不同種類的神經酰胺，但其各自在糖尿病的病理生理過程中的關鍵作用尚未完全清楚；其次，內質網中產生的神經酰胺可以運輸到不同的細胞器，而且，許多細胞器含有能夠合成神經酰胺的酶。因此，在不同的亞細胞室中，神經酰胺的定量和定性方面必須得到廣泛的研究。