鈣神經(jīng)蛋白抑制劑致移植后糖尿病的分子機制

童 玲 綜述 余愛榮 審校

移植后糖尿病(PTDM)是器官移植后常見的嚴重并發(fā)癥之一，可使移植物功能減退甚至喪失，增加術后感染及排斥反應的風險，還可引發(fā)移植術后心血管相關并發(fā)癥，不僅增加治療成本，還嚴重影響患者的生活質量和長期生存率[1]。《中國移植后糖尿病診療技術規(guī)范(2019版)》中指出PTDM的發(fā)病機制主要為β細胞功能衰竭和胰島素敏感度降低，而免疫抑制劑是導致PTDM發(fā)病的重要因素，尤其是鈣神經(jīng)蛋白抑制劑(CNIs)、糖皮質激素等。目前認為CNIs主要從以下幾個方面導致PTDM：直接的胰島β細胞毒性；減少葡萄糖的利用；抑制胰島素分泌；增加胰島素抵抗[2]。但具體機制尚未得到明確的闡述。近年來，越來越多的學者對CNIs致PTDM的藥物基因組學進行了研究，同時探討了CNIs在導致糖尿病的各靶器官中可能的作用。本文將從上述兩方面進行總結、分析，深入了解CNIs致PTDM可能的機制，以期為預防和治療PTDM提供更多的思路與策略。

CNIs主要包括如環(huán)孢素A和他克莫司，它們分別與親環(huán)蛋白A和FKBP12.6形成復合物，并抑制鈣調神經(jīng)磷酸酶(CaN)的活性。CaN是一種雙亞基結構，經(jīng)鈣離子調節(jié)可發(fā)揮去磷酸化的作用，同時對T細胞活化具有重要的作用。CNIs主要通過抑制T細胞和其他免疫細胞中活化T細胞核因子(NFAT)轉錄因子的去磷酸化，進而阻止去磷酸化NFAT易位到細胞核中同時抑制導致T細胞活化的細胞因子基因表達的啟動，從而發(fā)揮免疫抑制作用。Sharif等[3]進行的一項薈萃分析發(fā)現(xiàn)不含CNIs的治療方案與PTDM的發(fā)生減少相關。多數(shù)研究報道，與環(huán)孢素A相比，他克莫司導致PTDM的發(fā)病率更高[4-5]。李智濤等[6]研究認為，他克莫司致PTDM的風險高于環(huán)孢素，主要是由于他克莫司對CaN的抑制作用更強以及β細胞中親免蛋白FKBP12.6的富集性。多數(shù)研究結果顯示CNIs對葡萄糖代謝的影響呈劑量依賴性[7-8]。

CNIs致PTDM相關的藥物基因組學

近十年來，越來越多的研究報道了基因多態(tài)性與CNIs致PTDM之間的相關性。鈣蛋白酶10(CAPN10)可編碼一種表達于胰腺胰島中的非溶酶體半胱氨酸蛋白酶，在維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)的調節(jié)中起重要作用。本課題組研究發(fā)現(xiàn)該基因SNP-19的1等位基因和SNP-43 GG基因型是PTDM發(fā)生的獨立危險因素[9]。

電壓門控鉀通道亞家族Q成員1(KCNQ1)和電壓門控鉀通道亞家族J成員11(KCNJ11)可影響β細胞對胰島素的釋放，進而導致2型糖尿病的發(fā)生。Tavira等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在使用他克莫司治療的患者中KCNQ1 rs2237895編碼外顯子中CC基因型與PTDM的發(fā)生風險顯著相關(P=0.008)。此外，Tavira等[11]測定了使用他克莫司治療后出現(xiàn)PTDM的115例移植受者和未出現(xiàn)PTDM的205例移植受者KCNJ11 rs5219的基因型，結果發(fā)現(xiàn)攜帶A等位基因(AA + AG)與他克莫司誘導的PTDM的發(fā)生風險顯著相關(P=0.004)。

Ling等[12]研究顯示，在中國漢族肝移植患者中供者轉錄因子7類似物2(TCF7L2) rs290487 CC基因型可預測發(fā)生PTDM更高的可能性(>40%)。本課題組對398例腎移植受者的TCF7L2 rs290487基因型進行檢測，在校正相關危險因素后，結果發(fā)現(xiàn)CC基因型攜帶者發(fā)生PTDM的風險是TT基因型攜帶者的2.3倍，而CC+CT基因型攜帶者是TT基因型攜帶者的1.935倍[13]。

Shi等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在腎移植受者中葡萄糖激酶(GCK) G-30A GG基因型與他克莫司誘導的PTDM顯著相關(P<0.05)。GCK G-30A主要通過損害胰島β細胞的功能從而導致2型糖尿病的發(fā)生，而他克莫司可降低胰腺胰島細胞中GCK的活性，進而抑制葡萄糖誘導的胰島素釋放。

細胞質活化T細胞核因子4(NFATc4)基因表達于胰腺胰島細胞。NFAT家族轉錄因子可同時調節(jié)免疫活化和胰島素的產(chǎn)生。而CNIs可靶向激活NFAT。Chen等[15]研究發(fā)現(xiàn)NFATc4 rs10141896 T等位基因與PTDM較低的累積發(fā)生率相關(P=0.02)。攜帶NFATc4 T-T-T-T-G單倍型且使用CNIs治療的受者發(fā)生PTDM的風險降低；而攜帶C-C-C-G-G單倍型的患者發(fā)生PTDM的風險增加。

環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白(CREB)調節(jié)轉錄共刺激因子2(CRTC2)可調節(jié)葡萄糖的代謝。Quteineh等[16]研究發(fā)現(xiàn)在使用他克莫司治療的實體器官移植受者中可觀察到CRTC2 rs8450-AA基因型對PTDM的影響(P=0.02)。

CNIs致PTDM相關的基因還包括脂聯(lián)素(ADIPOQ)、瘦素(LEP)、趨化因子配體2(CCL2)、白細胞介素6(IL-6)、基質金屬蛋白酶2(MMP-2)、過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)、P450氧化還原酶(POR)、內皮一氧化氮合成酶(eNOS)內含子4和鋅轉運體8(ZnT-8)等(表1)。

表1 CNIs致PTDM相關的基因

CNIs:鈣神經(jīng)蛋白抑制劑；PTDM：移植后糖尿?。籌L-6：白細胞介素6；CAPN10：鈣蛋白酶10；KCNQ1：鉀通道亞家族Q成員1；KCNJ11：鉀通道亞家族丁成員11；GCK：葡萄糖激酶；NFATc4:細胞質活化T細胞核因子4；eNOS:內皮一氧化氮合成酶；ZnT-8:鋅轉運體8；TCF7L2：轉錄因子7類似物2；CRTC2：環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白調節(jié)轉錄共刺激因子；ADIPQ：脂聯(lián)素；LEP：瘦素；CCL2：趨化因子配體2；MMP-2：基質金屬蛋白酶2；PPARα:過氧化物酶體增殖物激活受體α;POR:P4So氧化還原酶

CNIs導致糖尿病的靶器官效應

維持正常的血糖平衡或穩(wěn)態(tài)依賴于多個不同的組織中一些同時進行的過程，這些組織包括胰腺、腸道、肝臟、骨骼肌、脂肪細胞和大腦。CaN廣泛分布于胰腺的胰島細胞、骨骼肌、心臟、神經(jīng)元和脂肪細胞等。Chakkera等[28]指出CNIs主要通過兩種方式發(fā)揮致糖尿病效應：(1)導致β細胞功能障礙，從而抑制胰島素分泌；(2)在增加骨骼肌和脂肪組織中胰島素抵抗的同時減少葡萄糖的利用。下面將依次探討CNIs在各組織中通過影響胰島素分泌和胰島素抵抗而導致葡萄糖代謝障礙和糖尿病的藥理學機制。

CNIs對胰腺的影響CaN在分泌胰島素的胰腺β細胞中表達，而在β細胞中存在兩個與CaN關系緊密的分子靶標，即NFAT家族轉錄因子和CREB轉錄共刺激因子。CaN-NFAT信號通路可調節(jié)胰腺β細胞生長和脂肪因子基因轉錄。CREB介導胰腺中胰高血糖素樣肽的增殖和葡萄糖信號通路。胰島中CREB多肽表達陰性的轉基因小鼠可因CREB的直接靶標胰島素受體底物2(IRS2)的表達減少而出現(xiàn)糖尿病，并伴有胰島β細胞的凋亡。小鼠中IRS2的破壞表明外周胰島素信號傳導和胰腺β細胞功能均受損。嚙齒動物模型證明IRS2是對CaN活化有響應的下游基因，其啟動子以CaN敏感的方式與NFAT結合。另外，CNIs可減少小鼠和人胰島中Akt底物的磷酸化，提示CNIs可通過PI3K/Akt途徑調節(jié)胰島β細胞的復制和存活[29]。這些可能是間接效應，因為IRS-2的敲除本身也會由于小鼠β細胞凋亡和功能障礙而產(chǎn)生糖尿病。此外，Speckmann等[30]研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元PAS結構域蛋白4(Npas4)的過表達可降低他克莫司對胰腺β細胞的毒性作用，提示Npas4可能對他克莫司致PTDM具有改善作用。

CNIs對腸道的影響Li等[31]在動物體內實驗研究中發(fā)現(xiàn)，他克莫司通過增強鈉-葡萄糖共轉運體(SGLT1)的活性和表達以誘導胰島素抵抗并增加腸道葡萄糖的吸收。而SGLT1是葡萄糖從腸腔轉運至腸上皮細胞的主要途徑。

CNIs對骨骼肌的影響骨骼肌負責大部分胰島素介導的葡萄糖處置。骨骼肌中Ⅰ型肌纖維具有較高的胰島素敏感性。胰島素通過影響葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)從內膜向細胞表面的移動或轉運來刺激葡萄糖攝取進入脂肪和肌肉組織。多種信號傳導通路在影響骨骼肌重塑的基因轉錄事件調節(jié)中起作用，主要包括(1)肌細胞增強因子(MEF2)及與Ⅱ型組蛋白去乙?；概悸?lián)以調節(jié)骨骼肌發(fā)育的堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉錄因子家族，其中MEF2的敲除可導致胰島素敏感的肌纖維缺失；(2)參與Ⅰ型纖維形成的PPARγ共激活因子1(PGC-1)(α和β)通路：在胰島素抵抗的骨骼肌中可觀察到PGC-1表達減少；(3)CNI/NFAT通路：激活的CaN使NFAT去磷酸化，NFAT易位至細胞核并激活參與肌肉再生和重塑的基因。這并不是一個簡單的通路，因為不同的NFAT亞型表現(xiàn)出不同的功能[29]。目前已假設骨骼肌中CaN/NFAT途徑的抑制可促進胰島素抵抗肌球蛋白快速纖維的轉錄，從而導致胰島素抵抗的發(fā)生。此外，激活的NFAT可導致其他轉錄因子如MEF2和PGC-1水平的變化。Okuyama等[32]研究證實基質細胞蛋白Fibulin-5可作為胰腺胰島細胞中GCK介導的CNI/NFAT信號通路中的一種靶標分子。

CNIs對脂肪細胞的影響雖然骨骼肌是葡萄糖攝取的主要器官，但脂肪細胞在由胰島素刺激并經(jīng)GLUT4介導的葡萄糖處置和攝取中也具有關鍵作用。此外，脂肪細胞衍生的細胞因子即ADIPOQ、LEP、生長素釋放肽和抵抗素均具有重要的代謝功能調節(jié)作用。其中LEP和ADIPOQ可調節(jié)胰島素分泌、葡萄糖和脂質代謝。LEP受體下調和ADIPOQ水平降低所導致的LEP水平升高與胰島素抵抗有關。生長素釋放肽與下丘腦中的血清素2c受體是刺激胰島素分泌的強效下丘腦介質，對于任何給定的葡萄糖濃度均可增加胰島素水平并誘導白色脂肪的形成。它們在破壞葡萄糖體內平衡的炎性細胞因子的最終產(chǎn)生中起作用，而這些因子可增強CNIs致代謝異常。如前所述，ADIPOQ rs1501299以及LEP rs2167270的基因多態(tài)性與PTDM顯著相關。因此，CNIs對生長素釋放肽的影響或者它們是否調節(jié)血清素2c受體可能是未來研究的方向。Pereira等[33]研究發(fā)現(xiàn)，即使是低于治療濃度的CNIs也可抑制人類皮下和網(wǎng)膜脂肪細胞中葡萄糖的攝取。而治療濃度的環(huán)孢素A和他克莫司可通過增加胞吞作用的速率移除人脂肪細胞表面的GLUT4從而抑制葡萄糖的攝取，與胰島素信號傳導無關。這些機制可導致免疫抑制治療相關的胰島素抵抗和糖尿病。

CNIs對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響下丘腦物質對能量穩(wěn)態(tài)、食物攝入和體重有很大影響。生長素釋放肽及血清素2c受體的阻斷可增加食物攝入并減少能量消耗。LEP是一種在脂肪組織中合成且與食欲減少和體重減輕相關的食欲減退肽，可通過與下丘腦中的受體相互作用而在維持體重平衡和生殖中起作用。ADIPOQ似乎主要通過增加能量消耗使體重減輕，還能減少胰島素抵抗。如前所述，CNIs參與其中一些介質的調節(jié)過程中。

小結：本文中總結的基因多態(tài)性主要涉及在影響CNIs致PTDM的過程的不同信號傳導通路中具有功能的基因。目前的結果必須在未來的研究中進行復制，同時需整合其他臨床協(xié)變量和遺傳變異，從而更好地將臨床和遺傳變量的風險評估轉化為臨床實踐，以改善移植受者的生活及生存質量。此外，維持體內葡萄糖穩(wěn)態(tài)是一個復雜的過程，涉及多個器官、多個過程和多種介質。除了抑制CaN，CNIs還可能通過多種機制影響這一復雜過程中的多個步驟進而調節(jié)葡萄糖的體內平衡。本文總結了CNIs導致葡萄糖調節(jié)障礙的部分機制。未來需要進一步的研究來闡明對這一重要臨床問題的完整理解，從而為PTDM的預防和治療提供更多更好的策略。