慢性炎性反應在糖尿病胰島β細胞功能損傷中作用的新進展

毛倩云 王 琛

糖尿病是當今嚴重危害人類健康的一種慢性代謝性疾病，其發(fā)病率隨經濟的發(fā)展而逐年上升，并呈現出低齡化的趨勢。胰島素抵抗和胰島β細胞功能障礙是2型糖尿病發(fā)病的重要病理生理機制，其中以胰島β細胞功能障礙為發(fā)病的核心環(huán)節(jié)。越來越多的研究結果顯示，2型糖尿病既是一種慢性代謝性疾病，也是一種慢性炎性反應疾病。慢性低度炎性病變參與了胰島素抵抗，以及胰島β細胞功能障礙、死亡的發(fā)生和發(fā)展過程。免疫系統不僅對外界感染和損傷應答，還會對營養(yǎng)超載應答，過量的飽和脂肪酸(SFAs)和葡萄糖引起肝臟、肌肉和胰島細胞代謝應激(metabolic stress)，激活機體免疫系統導致炎性病變的發(fā)生。現就國內外近幾年慢性炎性反應在糖尿病胰島β細胞功能損傷中作用的新進展予以綜述。

1 營養(yǎng)超載與慢性非特異性炎性反應

炎性反應是活體組織對損傷因子所產生的防御反應，機體通過一系列血管反應(如液體滲出、白細胞激活和滲出等)清除損傷因子。損傷因子的持續(xù)存在使機體處于慢性炎性反應狀態(tài)。根據是否存在特異性的致病因素，慢性炎性反應可分為慢性特異性炎性反應和慢性非特異性炎性反應，后者是一種慢性的低度炎性反應，無明顯癥狀，以體內IL-1、IL-6和TNF-α等促炎細胞因子水平顯著升高為特征[1]。代謝與免疫密切相關，免疫反應的維持需要能量，饑餓和營養(yǎng)不良會削弱免疫功能，但持續(xù)營養(yǎng)超載(如攝入過多的碳水化合物、SFAs等營養(yǎng)物質)同樣會破壞代謝與免疫間的平衡，激活先天免疫系統，從而引發(fā)慢性低度炎性反應[2]。越來越多的研究[3]證明，慢性非特異性炎性反應與肥胖、2型糖尿病等的發(fā)生息息相關。

人體攝入過多的碳水化合物、SFAs等營養(yǎng)物質可導致循環(huán)中炎性細胞因子(如TNF-α、CRP和IL-6)水平升高[4-6]。細胞研究[7-10]結果顯示，SFAs和高糖可以直接激活巨噬細胞表面的Toll樣受體(TLR)4受體，后者通過激活細胞內NF-κB信號通路，誘導炎性細胞因子(如IL-1β、IL-6)分泌。此外，SFAs也可激活組織細胞(如脂肪、肌肉、胰島細胞)的TLR4-NF-κB信號通路，促進趨化因子[如人單核細胞趨化蛋白(MCP)-1、趨化因子配體(CXCL)1]表達，間接激活巨噬細胞，從而進一步促進炎性反應[10-12]發(fā)生。除了TLR4受體，SFAs和高糖也可通過促進活性氧產生，激活巨噬細胞表面的另一種模式識別受體——核苷酸結合寡聚化結構域樣受體(NLR)蛋白，形成NLRP3炎性小體，誘導巨噬細胞分泌IL-1β和IL-18[13]，或激活組織細胞的NLRP3炎性小體，分泌炎性細胞因子(SFAs促進脂肪細胞分泌IL-18，高糖促進胰島β細胞分泌IL-1β)[14]，加重炎性反應。最后，高糖形成的糖基化終產物(AGEs)還可以通過結合巨噬細胞表面的新型模式識別受體——晚期糖基化終末產物受體(RAGE)，激活NF-κB信號通路[15]。總之，攝入過量的能量導致血糖和SFAs水平升高，通過激活巨噬細胞和組織細胞中的模式識別受體，促進炎性細胞因子分泌，誘發(fā)慢性非特異性炎性反應。

2 慢性非特異性炎性反應對胰島β細胞的影響

1型糖尿病是已知的自身免疫疾病。炎性細胞因子和炎性細胞直接或間接造成胰島β細胞的功能障礙與凋亡[16]，對1型糖尿病發(fā)病中胰島β細胞損傷起關鍵作用。新近研究結果顯示，慢性非特異炎性反應在2型糖尿病發(fā)病中對胰島β細胞去分化、細胞凋亡和(或)死亡，以及容量減少也起重要作用。

2.1 對胰島β細胞功能障礙和凋亡的影響 研究[17-18]發(fā)現，2型糖尿病患者胰島中CD45+免疫細胞、巨噬細胞、B淋巴細胞和T淋巴細胞浸潤增多。在2型糖尿病模型鼠中也觀察到類似的改變[17, 19]。研究[20-22]結果顯示，炎性細胞因子IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-12作用于胰島β細胞，減少葡萄糖誘導的胰島β細胞胰島素的釋放。其中，IL-1β還可通過誘導Fas死亡受體[23]，或通過促進誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和一氧化氮(NO)在胰島β細胞中顯著積累[24]，或刺激胰島β細胞NF-κB表達，導致胰島β細胞凋亡[25-27]。除了對胰島β細胞的直接作用，IL-1β還通過增加趨化因子(如CXCL1、MCP-1)和黏附因子Vcam1的表達，促進巨噬細胞胰島浸潤[28]，加重胰島炎性反應。使用IL-1受體拮抗劑可以保護高糖對胰島β細胞的損傷效應[29]。敲除TLR4和NLRP3也可以減少高脂飲食誘導的胰島中巨噬細胞浸潤或胰腺IL-1β的活化，緩解胰島β細胞功能障礙和凋亡[30-31]。進一步研究結果顯示，B淋巴細胞在調節(jié)肥胖小鼠T淋巴細胞分泌促炎細胞因子中起重要作用[32]。缺乏B淋巴細胞的肥胖小鼠血中各種促炎細胞因子水平均明顯降低[33]。

2.2 對胰島β細胞增殖的影響 2型糖尿病是一種與年齡有關的疾病，隨著年齡的增長，胰島β細胞端粒縮短[34]，增殖能力下降[35]。老化的胰島顯示出慢性炎性反應的跡象，巨噬細胞浸潤和分泌的TNF-α增加，胰島β細胞中NF-κB被激活[36]。研究發(fā)現，炎性細胞因子對胰島β細胞的增殖具有調節(jié)作用。促炎細胞因子IL-1β、TNF-α、IFNγ一方面抑制細胞外調節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2，減少胰島β細胞的增殖[37]；另一方面，IL-1β還可激活胰島β細胞內的NF-κB，后者通過抑制調節(jié)胰島β細胞增殖的轉錄因子同源框蛋白(NKX)-6.1[26]和胰島β細胞增殖的年齡相關基因socs2的表達[36]，來減少胰島β細胞的增殖。反之，抑炎細胞因子則促進胰島β細胞的增殖。如M2巨噬細胞通過釋放TGF-β來促進TGF-β信號通路中SMAD7上調，SMAD7通過直接上調細胞周期激活因子CyclinD1和CyclinD2促進胰島β細胞增殖[38]。

2.3 在胰島β細胞去分化中的作用 以往認為，胰島β細胞分泌的胰島素減少主要是因胰島β細胞凋亡所致。然而，近來在動物模型和人體進行的研究[39]結果表明，除了凋亡，細胞去分化也是糖尿病中功能性胰島β細胞群丟失的重要因素。胰島β細胞的去分化是指成熟的胰島β細胞在不同程度上喪失其分化的表型和細胞特征，并退化為分化程度較低或未分化狀態(tài)。去分化時，胰島β細胞中高度表達的基因，如胰島素基因、糖代謝的關鍵基因[葡萄糖轉運蛋白2(Glut2)和葡萄糖激酶(GCK)]、關鍵轉錄因子的基因[Forkhead轉錄因子(FOXO1)、胰-十二指腸同源盒1(PDX1)和(NKX-)6.1表達均下調，其中具有調控胰島素作用的轉錄因子FOXO1的失活是去分化的促發(fā)因素；而那些通常被抑制的基因(如葡萄糖-6-磷酸酶、乳酸脫氫酶的調控基因)和祖細胞轉錄因子的基因[如神經元素3(NGN3)、POU類5同源框1(POU5F1)]表達均上調[40]。以上過程最終導致胰島β細胞的代謝和結構發(fā)生重構，對葡萄糖刺激反應降低、胰島素分泌缺陷。

在胰島β細胞去分化的分子機制中，除氧化應激、內質網應激和缺氧外，慢性低度炎性反應也起了重要作用[40]。研究發(fā)現，人胰島β細胞在體外培養(yǎng)時，由于細胞可能暴露于對細胞存活不利的應激，隨著培養(yǎng)時間的延長，胰島β細胞的關鍵轉錄因子[如神經分化因子1(NEUROD1)和NKX2.2]表達下調，胰腺祖細胞特異性轉錄因子[如性別決定區(qū)Y框蛋白9(SOX9)]表達上調，同時，IL-8、CXCL6等炎性細胞因子基因表達均顯著上調[41]。用炎性細胞因子IL-1β、IL-6或TNF-α處理人和小鼠胰島細胞后，胰島β細胞去分化程度增加，表現在胰島β細胞的分化標志基因(如PDX1、NKX-6.1和FOXO1)表達水平下降，祖細胞轉錄因子基因(如POU5F1)表達水平上升[40]。在體外采用IL-1受體拮抗劑能明顯緩解SFAs誘導的小鼠胰島β細胞去分化，阻止Glut2、PDX1、NKX-6.1和FOXO1基因的表達下調；在體內實驗中，TNF-α拮抗劑也可以逆轉2型糖尿病和高脂喂養(yǎng)肥胖小鼠胰島β細胞關鍵基因[胰島素2(Ins2)、Glut2]的表達下調[40]。

3 免疫調控在糖尿病治療中的作用

鑒于炎性反應在糖尿病發(fā)病中對胰島β細胞功能障礙、凋亡和去分化起了重要作用，糖尿病的免疫調節(jié)制劑(包括使用抑制促炎因素、加強抗炎細胞和因子的制劑)被廣泛研究。臨床試驗通過口服或注射IL-1β抗體(如Canakinumab和Gevokizumab)和促巨噬細胞浸潤的趨化因子——MCP-1的抗體(如Emapticap)，促進2型糖尿病患者胰島β細胞的胰島素分泌[42-44]。在動物實驗中，通過給糖尿病小鼠模型——KK-Ay小鼠注射IL-1β的主動接種疫苗IL-1β表位肽(A1β)，來誘導機體IL-1β強抗體應答，下調IL-1β，使胰島β細胞容量增加、凋亡減少，胰島內Ki-67陽性細胞增加[45-46]。除了抑制促炎因素，通過給予鏈脲霉素(STZ)誘導的糖尿病小鼠腹腔內注射抗炎細胞因子IL-27，也能夠減少胰島中免疫細胞的浸潤和IL-1β的表達，促進胰島β細胞胰島素的分泌[47]。

此外，臨床常用的降糖藥物也具有抗炎作用。二甲雙胍和二肽基肽酶4(DPP-4)抑制劑是臨床常用的治療糖尿病的藥物。動物實驗發(fā)現，二甲雙胍可以通過激活巨噬細胞中腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)來減少脂肪酸誘導的巨噬細胞浸潤和促炎細胞因子的產生[48]，通過降低胰島β細胞內的促凋亡蛋白硫氧還蛋白互作蛋白(TXNIP)的表達來減少胰島β細胞的凋亡[49]。臨床研究[50]發(fā)現，2型糖尿病患者在靜脈注射DPP-4抑制劑12周后，患者單核細胞上TLR4、NF-κB、TNF-α表達量和血漿中CRP和IL-6水平均下降。干細胞治療是當今醫(yī)學研究最前沿的方向之一，不僅能提供細胞替代，還可以通過免疫調節(jié)改善機體的健康狀態(tài)。研究[51]結果顯示，脂肪組織衍生的間充質干細胞，能夠抑制STZ誘導的糖尿病小鼠脾細胞中促炎細胞因子(如IFN-γ、IL-17)的分泌，誘導調節(jié)性細胞因子(如TGF-β、IL-4、IL-10)的分泌，促進胰島β細胞的存活和胰島素的分泌。

4 展 望

綜上所述，慢性非特異性炎性反應在糖尿病發(fā)病時胰島β細胞的功能障礙、凋亡和去分化中起了重要作用，針對炎性反應的免疫療法有助于保護胰島β細胞免受代謝應激的損傷。慢性非特異性炎性反應對糖尿病的作用研究目前取得了重大進展，但仍有一些問題需要闡明，如研究結果多數來自動物模型，缺少基于人體的研究，炎性細胞和因子在體內對胰島β細胞去分化的作用機制尚不明確等。探討慢性非特異性炎性反應對胰島β細胞的功能影響機制，以及開發(fā)相應的治療手段和策略，將為糖尿病治療提供新的方向和思路。