神經(jīng)酰胺在胰島β細(xì)胞凋亡中作用的研究進(jìn)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(tuán)有限公司總醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北 邯鄲 056200；2.冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司總醫(yī)院消化內(nèi)科，河北 邯鄲 056200)

糖尿病(DM)是一種復(fù)雜的慢性代謝紊亂性疾病，幾乎各個(gè)年齡組人群均會(huì)受累，糖尿病患者正在全球范圍內(nèi)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(jīng)濟(jì)及社會(huì)負(fù)擔(dān)。凋亡是促使機(jī)體為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而發(fā)生的由基因調(diào)控的程序性細(xì)胞死亡，它對(duì)于機(jī)體的各種生理性、病理性狀態(tài)等必不可少。糖尿病的發(fā)生發(fā)展與胰島β細(xì)胞的凋亡密不可分。然而，β細(xì)胞的過度凋亡導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)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(jīng)酰胺作為鞘脂類的代謝產(chǎn)物，主要通過從頭合成、鞘磷脂循環(huán)生成，涉及細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期抑制、細(xì)胞衰老等細(xì)胞功能，在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)中起到一定的調(diào)節(jié)作用，尤其在凋亡的誘導(dǎo)過程中，神經(jīng)酰胺可通過內(nèi)、外源性通路促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生凋亡，還能激活 JNK、KSR、PKC 等促進(jìn)細(xì)胞凋亡[1]。神經(jīng)酰胺在1、2型糖尿病β細(xì)胞凋亡中的作用已被確立。有研究顯示神經(jīng)酰胺通過增加線粒體膜的通透性、激活內(nèi)源性凋亡信號(hào)通路誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞凋亡[2]；同時(shí)有研究表明，神經(jīng)酰胺的從頭合成途徑在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡中發(fā)揮作用[3]。本文旨在通過闡述神經(jīng)酰胺在胰島β細(xì)胞凋亡各個(gè)環(huán)節(jié)中的作用，掌握和了解胰島β細(xì)胞凋亡中的關(guān)鍵因子和可調(diào)控途徑，為更好地預(yù)防和治療糖尿病提供一定的思路。

1 神經(jīng)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(xì)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(xì)胞外死亡配體TNF-α、Fas等與其各自細(xì)胞表面的受體相結(jié)合，通過招募和活化caspases(大多數(shù)是激活caspase-8)、進(jìn)而裂解和激活其下游效應(yīng)器(如caspase-3)傳導(dǎo)凋亡信號(hào)的[4]。有報(bào)道稱諸如細(xì)胞因子、飽和脂肪酸等藥物誘導(dǎo)神經(jīng)酰胺的蓄積激活了外源性凋亡途徑介導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡[5]。正常的胰島β細(xì)胞僅有少量的Fas表達(dá)，但當(dāng)暴露于細(xì)胞因子(如IL-1)時(shí)，F(xiàn)as表達(dá)會(huì)增加[6]。caspase-8缺乏的胰島β細(xì)胞可以對(duì)抗神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，進(jìn)一步暗示了神經(jīng)酰胺在凋亡通路中的作用[7]。

2 神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)大量自由基的生成

一定量的ROS和RNS對(duì)于維持正常生理信號(hào)和代謝功能是必不可少的，但是過量的這些自由基可以導(dǎo)致細(xì)胞死亡和組織損傷[8]；當(dāng)機(jī)體遭受高血糖、低氧等有害刺激時(shí)，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(xì)胞的存活及壽命，并可導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡[9]。神經(jīng)酰胺調(diào)節(jié)ROS/RNS生成、介導(dǎo)β細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制：(1)通過破壞β細(xì)胞線粒體呼吸鏈的復(fù)合體Ⅰ、復(fù)合體Ⅲ間電子傳遞促進(jìn)ROS的產(chǎn)生及細(xì)胞色素c釋放和caspase激活進(jìn)而誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡[10]，有研究亦證實(shí)神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)劑TNF-α能抑制復(fù)合物Ⅲ活性[11]；(2)通過降低β細(xì)胞bcl-2 mRNA表達(dá)，減少抗凋亡bcl-2蛋白合成而促使細(xì)胞凋亡[12]；(3)神經(jīng)酰胺可活化NADPH氧化酶、導(dǎo)致ROS的生成和細(xì)胞凋亡[13]；(4)神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)iNOS的表達(dá)增加，進(jìn)而激活NOS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[14]?？傊?，這些研究表明，由神經(jīng)酰胺激活生成的ROS / RNS是促進(jìn)許多哺乳動(dòng)物模型研究中細(xì)胞凋亡的重要因素之一，同時(shí)也有證據(jù)顯示，ROS、RNS通過抑制神經(jīng)酰胺酶使得神經(jīng)酰胺蓄積[15]；二者的雙向交互作用可能參與了β細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，仍待進(jìn)一步證實(shí)。

3 神經(jīng)酰胺與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

眾多的數(shù)據(jù)顯示，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在β細(xì)胞凋亡中具有極其重要的地位[16]。在糖尿病發(fā)病過程中需要胰島β細(xì)胞分泌大量的胰島素來對(duì)抗高血糖。作為分泌蛋白合成及折疊場(chǎng)所的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，當(dāng)機(jī)體對(duì)胰島素折疊和分泌超出自身能力范圍時(shí)，更容易誘發(fā)應(yīng)激損傷[17]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊蛋白及錯(cuò)誤折疊的胰島素蓄積，通過未折疊蛋白反應(yīng)修復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，但是，當(dāng)其修復(fù)失敗時(shí)便激活了β細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)通路。有研究顯示，高糖誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激并通過IRE-1-JNK途徑的激活促進(jìn)胰島β細(xì)胞凋亡[18]。有研究在糖尿病動(dòng)物模型中證實(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；同時(shí)也有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志性蛋白在糖尿病患者的胰島細(xì)胞中表達(dá)[19]。另有研究報(bào)道，飽和脂肪酸可以促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡[19]，這種特定的毒性作用可能與神經(jīng)酰胺的形成有關(guān)[20]。鞘磷脂酶水解來源的神經(jīng)酰胺亦可激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡[21]；抑制中性鞘磷脂酶活性可以保護(hù)β細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[22]，進(jìn)一步證實(shí)了神經(jīng)酰胺在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞死亡中的重要性。

4 神經(jīng)酰胺改變線粒體膜的功能

神經(jīng)酰胺增加線粒體膜通透性、激活內(nèi)源性細(xì)胞凋亡途徑介導(dǎo)β細(xì)胞凋亡。當(dāng)細(xì)胞遭受強(qiáng)烈刺激時(shí)啟動(dòng)內(nèi)在的線粒體通路。無論刺激、還是促凋亡分子細(xì)胞色素c被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，連同另一個(gè)促凋亡蛋白、凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)激活始動(dòng)因子caspase-9、進(jìn)而激活其下游效應(yīng)器(如caspase-3)傳導(dǎo)凋亡信號(hào)[23]。內(nèi)源性凋亡途徑由Bcl-2家族調(diào)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(xì)胞色素c減少細(xì)胞凋亡，而促凋亡蛋白與之相反。細(xì)胞最終的命運(yùn)取決于二者的比例。神經(jīng)酰胺可增加線粒體對(duì)細(xì)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(dá)介導(dǎo)凋亡。Birbes 等[24]與 Kashkar等[25]證明將鞘磷脂轉(zhuǎn)化為神經(jīng)酰胺的鞘磷脂酶誘導(dǎo)劑可促進(jìn)bax在線粒體上的轉(zhuǎn)位和活化，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞色素c釋放。與此一致，消耗bax或通過過度表達(dá)bcl-2拮抗其活性，可阻止神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[26]。Siskind等[27]證實(shí)神經(jīng)酰胺也能直接在線粒體膜中形成通道，從而提高其對(duì)細(xì)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(jī)制。

5 神經(jīng)酰胺與炎癥因子

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

6 神經(jīng)酰胺與脂肪酸

存在已久的證據(jù)顯示，長(zhǎng)期暴露于游離脂肪酸(FFA)對(duì)胰腺β細(xì)胞有不利影響，神經(jīng)酰胺被認(rèn)為是FFA誘導(dǎo)的β細(xì)胞毒性的中介物，神經(jīng)酰胺的前體被發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)糖尿病大鼠、健康大鼠和人β細(xì)胞凋亡[30]。對(duì)ZDF大鼠的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)酰胺的從頭合成途徑是游離脂肪酸誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡的主要原因[31]。此外，在嚙齒類及人類的β細(xì)胞中，應(yīng)用絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶(STP)抑制劑L-環(huán)絲氨酸或神經(jīng)酰胺合酶抑制劑伏馬菌素B1可以減輕脂肪酸誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性反應(yīng)[31]。與此相反，一些關(guān)于β細(xì)胞凋亡的研究報(bào)告說，F(xiàn)FA治療后神經(jīng)酰胺僅略有增加，但是抑制神經(jīng)酰胺的合成可顯著減少細(xì)胞凋亡。這一矛盾結(jié)果的可能解釋為：一方面神經(jīng)酰胺在特定的細(xì)胞增加，并沒有改變引起細(xì)胞凋亡的總的神經(jīng)酰胺數(shù)量[32]；另一方面在誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡后，神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌那柿字x掉了[33]；最后，不同凋亡潛能的神經(jīng)酰胺可能變換為不同亞型[30]?？傊窠?jīng)酰胺的從頭合成途徑在脂肪酸誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡中扮演著關(guān)鍵角色。

綜上所述，神經(jīng)酰胺通過激活內(nèi)、外源性凋亡通路及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)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(dǎo)胰島β細(xì)胞凋亡。從臨床的角度而言，神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的眾多途徑對(duì)糖尿病病理生理機(jī)制的研究具有非常重要的意義，但仍有許多問題有待進(jìn)一步研究解決。首先，目前還不清楚為什么神經(jīng)酰胺能介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)許多不同的信號(hào)途徑，同時(shí)盡管存在不同種類的神經(jīng)酰胺，但其各自在糖尿病的病理生理過程中的關(guān)鍵作用尚未完全清楚；其次，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中產(chǎn)生的神經(jīng)酰胺可以運(yùn)輸?shù)讲煌募?xì)胞器，而且，許多細(xì)胞器含有能夠合成神經(jīng)酰胺的酶。因此，在不同的亞細(xì)胞室中，神經(jīng)酰胺的定量和定性方面必須得到廣泛的研究。