線粒體通透性轉換孔在2型糖尿病患者血小板高活性狀態中的作用*

趙 玲，彭玲玲，王 智，郭同蘭 綜述,梁 偉△ 審校

1.蚌埠醫學院,安徽蚌埠 233000；2.蚌埠醫學院附屬連云港市第二人民醫院檢驗科,江蘇連云港 222000

糖尿病是一種慢性、全身代謝性疾病，其中心腦血管并發癥是2型糖尿病(T2DM)患者最主要的死亡原因。已有研究表明，糖尿病患者體內血小板處于高活性狀態，而線粒體通透性轉換孔(MPTP)開放或激活在血小板高活性狀態中發揮重要作用。本文主要綜述MPTP在T2DM患者血小板高活性狀態中作用。

1 MPTP概述

1.1MPTP總體特征及其組成 有研究者報道，當血小板線粒體暴露在高鈣、磷酸鹽、氧化或其他應激條件下，血小板線粒體發生急性腫脹和解偶聯，在這種情況下可觀察到線粒體腫脹并伴隨著MPTP打開，會導致線粒體膜電位的喪失、caspase的激活及不可逆的細胞死亡[1]。MPTP通道是電壓門控的非選擇性通道，除受基質鈣超載和活性氧(ROS)激活外，血小板MPTP的開放還受一些相關蛋白、離子及與這些蛋白和通道本身的控制[2-3]。

近來研究發現，MPTP是由腺嘌呤核苷酸轉位酶(ANT)、電壓依賴性陰離子通道和親環蛋白D蛋白(CypD)、磷酸鹽載體、外膜轉位蛋白、己糖激酶和BCL-2構成[3]。每種組成MPTP結構的蛋白質敲除模型表明，構成MPTP的這些蛋白質并不是引起MPTP活性所必需的,這些被提議的組成MPTP的蛋白質成分中的大多數可能是MPTP調節者，而不是引起MPTP通道活化的必要組成成分[3-4]。有研究者認為MPTP傳導核心是ATP合成酶的c亞基，但也有一些研究者認為這可能是由于大的ATP合成酶二聚體形成了MPTP傳導核心的另一種結構，關于MPTP的主要成孔蛋白結構尚未確定，而且ATP合成酶在MPTP中的作用目前尚存在爭議[5-7]。

1.2MPTP功能 線粒體是具有雙層膜結構的真核細胞器，其主要功能是通過氧化磷酸化為機體供能，此外線粒體還參與多種細胞功能如ROS產生、脂肪酸β氧化、細胞內Ca2+的平衡調節、膽固醇及激素的合成等[8]。各種原因引起線粒體數目、結構、質量、功能的變化均可導致線粒體功能障礙[9]。MPTP是存在于線粒體內外膜之間的一種可誘導形成非選擇性通道的內膜蛋白復合體。與線粒體功能障礙相關的現象之一是由于各種因素引起MPTP通道的開放，導致增加線粒體膜對離子和溶質的通透性及細胞色素C等膜內促凋亡因子大量釋放入細胞質，從而引起線粒體途徑介導的細胞凋亡。

BONORA等[10]研究認為，MPTP開放不僅導致線粒體損傷和細胞死亡，而且也參與細胞的健康生理調節，如MPTP參與細胞正常的鈣釋放調節，這是人體新陳代謝調節所必需的生理活動，遺傳學證據確實證明MPTP是一系列急慢性疾病的主要病因決定因素，其特征是有絲分裂后細胞的無端喪失。這些情況包括腦、心臟和腎臟的缺血/再灌注損傷、神經退行性疾病、中毒綜合征，以及肌病/營養不良障礙。可見，細胞線粒體無論是在健康生理或在疾病病理過程中，均扮演重要角色，同時也突顯了研究抑制MPTP的藥物在治療線粒體相關疾病的必要性。

2 MPTP與T2DM患者血小板高活性的關系

2.1糖尿病患者與血小板高活性狀態的關系 GAIZ等[11]研究認為，T2DM患者動脈粥樣硬化的患病率比非糖尿病患者高，且多數患者最終死于心腦血管并發癥，而絕大多數心腦血管事件都與血栓形成有關，在導致T2DM血栓前狀態的因素如血小板聚集功能增強、纖維蛋白溶解受損、內皮細胞功能異常中，血小板功能障礙起著關鍵作用。血小板的高活性可導致血小板黏附、聚集功能增強，血栓形成能力增加，血小板表面特殊膜蛋白表達增加及血小板更新率增加[12]。此外，肥胖、血脂異常等與糖尿病相關的代謝狀況也可導致血小板活性升高。王志軍等[13]研究認為，與非糖尿病患者相比，合并冠心病的糖尿病患者使用抗血小板藥物會有較高的藥物抵抗和不良心血管事件發生。因此通過研究糖尿病患者引起血小板高活性的機制，還可以為抗血小板藥物的研發提供理論依據。俞海珍等[14]研究認為，T2DM患者血小板活性增高可能與高血糖狀態有關：血液中過多的葡萄糖滲透進入到血小板內而合成大量ATP、血小板膜蛋白糖基化使血小板對促凝聚物呈高反應性,并使血小板呈激活狀態,表現出很強的聚集活性及蛋白激酶C激活等機制增加血小板的活性。此外,高血糖還可能通過增加巨核細胞糖蛋白的產生而增強血小板的活性。

許文亮等[15]研究認為，胰島素抵抗與血小板高活性狀態也有密切的聯系，血小板發生胰島素抵抗時，胰島素增加血小板一氧化氮合成的能力降低,環磷酸鳥苷合成減少,血小板對前列環素2和一氧化氮抑制血小板聚集作用的敏感性下降,導致胰島素抗血小板聚集作用減弱。范志佳等[16]研究發現，胰島素能抵消血小板激動劑的影響，因此，胰島素抵抗或者其分泌的相對或絕對缺乏均會削弱胰島素對血小板活化的抑制作用,從而提高血小板活性。

2.2MPTP在T2DM患者血小板高活性中的作用 有研究報道，糖尿病患者中氧化應激水平的升高是由于ROS過度產生和抗氧化防御效率的降低所導致[17]。正常情況下，線粒體會產生適度的ROS，不會導致強烈的促凋亡信號，但足以觸發各種機制，調整細胞過程，保護線粒體和細胞免受損害[18]。MPTP短時間且不頻繁的開放，會觸發保護通路，但增加MPTP開放頻率和持續時間與更持久的氧化損傷有關，這可能導致衰老甚至細胞死亡。

線粒體呼吸鏈是產生ROS的主要場所，糖尿病相關的代謝紊亂產生的糖化或氧化的低密度脂蛋白(ox-LDL)會損害線粒體呼吸鏈復合體的酶活性[19]。有研報道，氧化應激的生物標志物即氧化低密度脂蛋白和F2-異前列腺素，被證明其與T2DM發病呈正相關，且隨著患者體質量指數的變化而改變[20]。

生理水平的ROS對于細胞的正常代謝狀態是必不可少的，但在病理條件或氧化應激期間，會出現電子傳輸鏈功能障礙，從而導致過量的ROS積累和氧化損傷。正常狀態下，細胞內ROS的產生與清除之間保持動態平衡，當ROS產生過多或ROS清除障礙時，細胞內ROS會過度堆積。T2DM患者的線粒體會增加氧化應激并增強對MPTP開放的敏感性，這與暴露的硫醇基團增加引起ANT構象變化有關。由于大多數ROS產生于線粒體中，線粒體活性氧(MROs)過量產生與線粒體和細胞的氧化損傷、衰老和退行性疾病密切相關。

MPTP的完全開放增加了MROs產量，并釋放了大量的基質代謝物，這些因素導致了線粒體膜電位崩潰，氧化磷酸化和線粒體代謝受抑制，基質腫脹，長時間開放后導致外膜破裂，釋放出膜間隙蛋白，最終導致細胞凋亡。此外，ROS、Ca2+、谷胱甘肽和其他代謝物釋放到細胞質中會破壞細胞穩態，增加對蛋白質、離子通道、轉運體和膜磷脂的氧化損傷。MPTP激活不僅受到MROs誘導的線粒體保護通路的直接或間接調控，而且還受到DNA損傷誘導的促凋亡信號的調控。因為MROs也會對膜磷脂造成氧化損傷，所以有學者認為氧化的磷脂，尤其是氧化的心磷脂，會激活MPTP[20]。此外，氧化應激增強MPTP激活的蛋白質的轉移。目前逐步形成一種共識，即MROs誘導的保護通路和細胞損傷誘導的凋亡通路之間的平衡以某種方式整合到線粒體中，決定衰老的進展和最終的細胞死亡。

2.3T2DM患者血小板高活性的分子機制 纖溶系統受損、內皮細胞受損、血小板微粒(PMPs)產生、高血糖與高凝狀態、胰島素缺乏、胰島素抵抗、全身炎性反應增加、某些代謝異常、某些細胞紊亂、氧化應激增加、P2Y12信號和血小板轉換率增加等因素共同參與了T2DM血栓前狀態的形成。在諸多因素中，內皮功能障礙被認為是啟動參與T2DM患者血管并發癥等相關炎癥的關鍵事件。譚芳等[21]研究認為，糖尿病患者血小板活性增高多與信號通路失調有關，NO-GC-cGMP-PKG-VASP和PGI-AC-cAMP-PKA-VASP兩條信號通路在抑制血小板活化、維持血小板處于靜息狀態中起重要作用。YANG等[22]研究認為，T2DM患者血小板功能亢進可能也與胰島素干擾P2Y12受體信號傳遞機制的缺陷所致有關。胰島素與其受體結合后，通過酪氨酸磷酸化激活胰島素受體IRS-1，從而啟動與Giα-亞基的結合。然后Giα活性被抑制，并通過P2Y12減弱腺苷酸環化酶的抑制作用。有報道稱，P2Y12受體是血小板活化和血栓形成的主要受體，在糖尿病患者中表達增強或激活可能是糖尿病血栓前狀態和抗血小板作用受損的原因[23]。YANG等[22]報道人血小板中存在microRNAs異常表達，這些miRNAs調控與血小板激活、血小板形狀改變和血小板晝夜反應性相關的基因表達。循環miR-223水平最近被證明是糖尿病患者缺血性卒中的危險因素[24]。糖尿病患者由于血小板表面非酶糖基化作用使膜流動性降低，同時也使其黏附能力和血栓交聯作用增強，導致了糖尿病患者血小板活性增高。此外，糖尿病患者的高血糖狀態還通過抑制ERK、p38和Akt通路的激活，導致內皮細胞的增殖和遷移受損。

血小板凋亡主要涉及線粒體凋亡通路。T2DM患者血小板凋亡的分子機制與線粒體外膜通透性有關，它通過形成一種稱為線粒體凋亡誘導通道的外膜通道來激活促凋亡的Bcl-2家族成員，如Bax，通過誘導由活化的寡聚促凋亡的Bcl-2蛋白組成的大的外膜孔，在其他促凋亡組分的輔助下調節線粒體外膜通透性。血小板凋亡的上游標志物包括線粒體膜電位的去極化和bcl-2家族蛋白Bax和Bak的激活。促凋亡蛋白寡聚在線粒體外膜上，最終將細胞色素c從線粒體釋放到細胞質，并激活caspase-9，下游的凋亡事件包括血小板磷酯酰絲氨酸的外翻，進而觸發caspase-3和caspase-7激活和微粒脫落。血小板發生凋亡時，PS由細胞膜內側轉移到細胞膜外側，位于細胞膜外側的PS促進凝血酶原轉化為凝血酶，進而促進血栓的形成。

另外，血小板發生凋亡時會釋放PMPs，PMPs在血液止血、血栓形成、癌癥和炎癥中發揮類似于血小板的作用。LI等[25]研究發現，T2DM組PMPs顯著高于非糖尿病對照組，提示PMPs可能在T2DM及其并發癥的發病機制中起一定作用。

在糖尿病患者引起血栓前狀態諸多因素中，血小板功能異常發揮著重要作用，通過分析糖尿病患者血小板高活性的機制可為抗血小板藥物的研發提供依據，但由于糖尿病及各種并發癥的發生過程十分復雜，多種因素相互作用，導致引起血小板高活性的機制尚不清楚，需繼續探索和完善。

3 結 語

MPTP開放與許多疾病的發生發展相關，如在缺血-再灌注損傷、糖尿病、腦損傷、心血管疾病及神經變性疾病中，MPTP開放可加重患者病情進展，而在腫瘤疾病中MPTP開放又可以緩解患者病情進展，許多直接作用于MPTP藥物，如CypD有效抑制劑環孢素A(CsA)等成為治療疾病的一個新的方向，然而CsA與其他蛋白之間的相互作用是否會產生不良反應尚不明確，因此，探明MPTP分子結構及其在T2DM患者體內引起血小板高活性的機制十分必要，這將為T2DM等有關線粒體的疾病提供新的理論依據，并可為進行抗血小板藥物的研發提供實驗室數據支撐。