脂質(zhì)及其毒性對(duì)胰腺細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的影響研究

1、脂質(zhì)及其毒性對(duì)胰腺細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的影響研究脂毒性是指血中的三酰甘油在脂蛋白脂酶的作用下水解成游離脂肪酸(FFA) ,后者進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行氧化代謝供應(yīng)能量或儲(chǔ)存在脂肪內(nèi)。當(dāng)體內(nèi) FFA 水平增高后,超過脂肪組織的儲(chǔ)存能力和各組織對(duì) FFA 的氧化能力時(shí),過多的FFA 即激活非氧化通路以三酰甘油的形式在非脂肪組織過度沉積,即非脂肪組織的異位沉積,從而造成該組織的損傷,如心臟、胰腺、肝臟、血管等。脂毒性的發(fā)生主要與高水平的 FFA相關(guān)。高水平的 FFA 短期內(nèi)可以刺激胰島素分泌,長期則再脂化異位沉積于非脂肪器官,致使周圍組織對(duì)胰島素的敏感性降低,肝臟糖異生增加,肌糖原生成降低,并使胰島 B 細(xì)胞功能

2、受損,最終導(dǎo)致胰島素分泌障礙和胰島素抵抗,從而對(duì)非脂肪組織產(chǎn)生損傷。本文就脂質(zhì)及其毒性對(duì)胰腺細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的影響研究新進(jìn)展作一綜述。1、 轉(zhuǎn)錄因子途徑FFA 主要通過環(huán)磷酸腺苷 (cAMP)反應(yīng)元件調(diào)控因子阻遏物(CREM-17X 及ICER-1) 和甾醇調(diào)節(jié)因子結(jié)合蛋白-1c(SREBP-1c) 來影響胰腺 B 細(xì)胞功能。CREM 是轉(zhuǎn)錄因子 ATF / CREB 家族中的一員,它控制著神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞多基因表達(dá),也是治療肥胖癥、降低動(dòng)物體脂沉積的關(guān)鍵。固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白(ste-rol regulatory element binding proteins,SREBPs) 是膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因

3、子,屬于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 bHLH(helix-loop-helix) 家族。大量研究已證實(shí): SREBPs 是調(diào)控膽固醇、脂肪酸和三酰甘油及脂肪細(xì)胞分化過程的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。在人和動(dòng)物中,存在 3 種形式的 SREBP 同分異構(gòu)體,即SREBP-1a, SREBP-1c 和 SREBP-2。SREBP 存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng),主要功能是介導(dǎo)脂肪酸的合成,并可通過影響碳水化合物代謝、脂質(zhì)生物合成、細(xì)胞生長及凋亡多個(gè)靶基因改變而導(dǎo)致胰島 B 細(xì)胞功能障礙。SREBPs 的組成結(jié)構(gòu)包括 480個(gè)氨基酸組成的 N 端、590 個(gè)氨基酸組成的 C 端和中間的 80 個(gè)氨基酸的發(fā)夾結(jié)構(gòu),后者被親水環(huán)狀結(jié)構(gòu)分割。其中

4、,N端的功能是啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄,C 端則負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。SREBP 的調(diào)控主要發(fā)生在 3 個(gè)水平: SREBP 前體蛋白裂解過程、轉(zhuǎn)錄及SREB 的 翻 譯 后 調(diào) 控。 SREBP-1a 和SREBP-2 的調(diào)控主要發(fā)生在前體裂解階段,SREBP-1c 的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。SREBP 對(duì)脂質(zhì)合成的調(diào)控與 SREBP裂解激活蛋白(SCAP) 和胰島素誘導(dǎo)基因產(chǎn)物(insulin-induced gene,Insig) 有關(guān)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)水平下降時(shí),SREBP 與SCAP 結(jié)合,轉(zhuǎn)入高爾基體,在 1 位蛋白酶作用下清除 SREBP 的 C 端,保留 N 端在細(xì)胞膜,剩余部分返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被2 位蛋白酶

5、清除。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過量時(shí),SCAP/SREBP 復(fù)合體不能形成,則 SREBP 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行。另一方面,Insig 可以與 SCAP 的轉(zhuǎn)感結(jié)構(gòu)域(SSD) 結(jié)合,當(dāng)脂質(zhì)濃度升高,Insig 與 SCAP 結(jié)合而阻斷SCAP-SREBP 復(fù)合體的形成,從而使脂質(zhì)合成減少; 相反,當(dāng)脂質(zhì)濃度降低則這種結(jié)合降低,而使 SREBP 有效地從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)礁郀柣w實(shí)現(xiàn)活化,從而促進(jìn)脂質(zhì)的合成。SREBP-1c 是胰腺重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,直接激活脂肪酸、三酰甘油合成和代謝的 30 多個(gè)基因,同時(shí) SREBP-1c 也是合成這些分子所必需的 NADPH 的協(xié)同因子。因此,SREBP-1c 被稱為脂毒性

6、的門衛(wèi);,能調(diào)控脂肪酸和三酰甘油合成的多種基因,如脂肪酸合成酶(FAS) 。胰島素能上調(diào) SREBP-1c 的 mRNA 表達(dá)和脂肪酸合成基因的表達(dá),同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物丙二酰 CoA 能抑制 CPT1 和線粒體 FA 氧化。SREBP-1c 對(duì)三酰甘油和脂肪酸的調(diào)節(jié)具有靶向性,通過基因工程小鼠模型建立可以發(fā)現(xiàn),SREBP-1c 缺乏的脂肪組織不能有效儲(chǔ)存三酰甘油,從而使脂肪酸增加并儲(chǔ)存在周圍組織,最終導(dǎo)致顯性脂毒性和代謝綜合征。不過,SREBP-1c 是促進(jìn)還是抑制生脂基因的表達(dá),目前還存有爭議。有研究發(fā)現(xiàn),過度表達(dá)的 SREBP-1c 引起胰腺細(xì)胞內(nèi)脂滴大量沉積,并使葡萄糖刺激的胰島 B 細(xì)胞胰島

7、素分泌(GSIS) 受損,而這一表現(xiàn)可能是通過 FFA 引發(fā)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)受損和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激產(chǎn)生的。2、 過氧化物酶增殖物活化受體(PPARs)系統(tǒng)研究顯示,PPARs 作為一重要的細(xì)胞調(diào)節(jié)因子,是脂肪酸代謝轉(zhuǎn)錄途徑的主要決定因子。PPARs 屬于配體介導(dǎo)的激素核內(nèi)受體家族,由 PPARα、δ(β) 、γ 組成。α 受體主要分布在肝臟、心臟、腎臟和褐色脂肪組織,與脂代謝有關(guān); δ 受體在各種組織均有豐富的表達(dá),可能與細(xì)胞的基礎(chǔ)脂質(zhì)代謝有關(guān),也可能協(xié)助 PPARα、PPARγ 的作用; γ 受體主要

8、在脂肪組織和大腸中表達(dá),具有多種生物效應(yīng),在脂肪細(xì)胞分化、糖脂代謝、炎性反應(yīng)中起重要作用。PPARs 由保守的結(jié)構(gòu)區(qū)組成功能結(jié)構(gòu)區(qū),與其配體形成復(fù)合物后,PPARs 在 DNA 結(jié)合區(qū)發(fā)生變構(gòu),通過與視黃酸類受體 α(RXRα) 形成異二聚體,再和目的基因啟動(dòng)子上游的過氧化物酶增殖物反應(yīng)元件(PPRE)結(jié)合而對(duì)靶基因進(jìn)行調(diào)控。PPAR 由多不飽和脂肪酸、類花生酸類脂質(zhì)和不同種的合成配基激活。PPARα 可以調(diào)控肝臟編碼過氧化物酶體、線粒體和微粒體細(xì)胞色素 P450 中某些脂肪酸代謝酶的基因轉(zhuǎn)錄; PPARα 還能誘導(dǎo)乙酰輔酶 A 合成酶,促進(jìn)肝臟

9、提取脂肪酸并轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶 A,提高脂肪酸經(jīng) β 氧化途徑的代謝分解率。當(dāng)脂肪酸攝入增加和 β 氧化增加時(shí),PPARα通過增加肝臟脂蛋白脂酶的表達(dá)而降低ApoC-的產(chǎn)生,逐漸降低三酰甘油的水平,同時(shí)促進(jìn)高密度脂肪酸(HDL) 的主要載脂蛋白 ApoA-和 ApoA-在肝臟的表達(dá),以升高血漿 HDL 的水平。而PPARγ 在脂肪酸增高時(shí),往往通過加強(qiáng)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和?；?CoA 合成而促進(jìn)脂肪細(xì)胞攝取脂肪酸,并增加脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的存儲(chǔ),刺激脂肪組織中參與脂肪酸代謝的多種基因的表達(dá)而降低血脂水平。而 PPARγ 的激活可以增加新分化的小脂肪細(xì)

10、胞而減少肥大的脂肪細(xì)胞,這樣可增加細(xì)胞膜上胰島素受體的數(shù)量,同時(shí)促進(jìn)脂蛋白脂酶、脂肪酸結(jié)合蛋白、脂肪酸合成酶表達(dá)增加,從而減少FFA,增加胰島素敏感性。此外,PPAR 對(duì)于脂肪細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)作用還表現(xiàn)在對(duì)其分泌的多種激素和細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)功能。腫瘤壞死因子(TNF-α) 能抑制前脂肪細(xì)胞的分化以及胰島素刺激的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn),加速脂肪細(xì)胞脂肪分解,增加血 FFA 水平。當(dāng)脂肪酸攝入增加時(shí),PPAR 激活后減緩脂解速度,從而降低 FFA。這種抗脂肪分解的作用可能由 TNF-α 水平及活性改變而介導(dǎo)。肥胖常伴有胰島素抵抗和慢性炎癥反應(yīng),而慢性炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致胰島素抵抗的關(guān)鍵原因。TN

11、F-α 是主要的致炎因子,TNF-α 刺激可以引起 PPARγ下降,另外已證實(shí) PPARγ 配體具有抗炎效應(yīng),激活 PPARγ 可減輕炎癥反應(yīng),炎癥因子表達(dá)減少。體外實(shí)驗(yàn)證明,噻唑烷二酮(TZD) 類藥物可以降低 TNF-α 基因表達(dá),抑制TNF-α 刺激的脂肪分解。PPAR 激活可能阻斷了 TNF-α 在信號(hào)傳導(dǎo)途徑中對(duì)胰島素受體及胰島素受體底物磷酸化的抑制作用。研究顯示,用脂肪酸或 TNF-α 處理內(nèi)皮細(xì)胞,可見細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激增強(qiáng),IL-8 增多,細(xì)胞核因子 κB(NF-

12、κB) 活性增強(qiáng)和細(xì)胞黏附分子-1 含量增加; 若同時(shí)使用脂肪酸和 TNF-α 處理,則細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激進(jìn)一步增強(qiáng),推測(cè) TNF-α 在脂肪酸對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡中起作用。另外,大量試驗(yàn)已證明,TZD 類藥物通過激活 PPAR 可以降低 leptin mRNA 及蛋白水平,提示 PPAR在高脂狀態(tài)下亦可能通過調(diào)控脂質(zhì)水平表達(dá)來降低 FFA。3、 Toll 受體途徑Toll 受體(Toll-like receptors,TLRs)是免疫細(xì)胞表面識(shí)別病原相關(guān)分子模式的一個(gè)模式識(shí)別受體家族,最新研究顯示其在自身免疫疾病和慢性炎癥的相互作用方面起著重要的橋梁作用。TLRs

13、 是近年來發(fā)現(xiàn)的跨膜信號(hào)傳遞受體蛋白。迄今為止,在哺乳動(dòng)物體內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 12個(gè) TLRs 家族的成員,分別命名為 TLR1 12。Toll 屬型跨膜蛋白,其家族成員的結(jié)構(gòu)非常相似,由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū) 3 部分組成。胞外區(qū)富含亮氨酸重復(fù)基序(leucine-rich repeats,LRR) ,有利于對(duì)病原體或其產(chǎn)物的識(shí)別; 胞內(nèi)區(qū)與IL-1 受體的胞內(nèi)區(qū)相似,因而被稱為 TollIL-1 受體同源區(qū)(toll IL-1 receptor homol-ogous region,TIR) ,在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有重要作用。有研究顯示 TLR4、TLR1、TLR2 和 TLR5 在巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞

14、高表達(dá),從而在高脂血癥引起的動(dòng)脈粥樣硬化中發(fā)揮作用。其中,TLR4 在低密度脂蛋白膽固醇(LDL) 作用下在巨噬細(xì)胞表達(dá)上調(diào)。TLR4 受飽和脂肪酸激活,細(xì)胞內(nèi)炎癥通路均被上調(diào),如 JNK、KKB/LKBα / NF-κB,進(jìn)而誘導(dǎo)胰島素抵抗,因而 TLR4 是炎癥與脂質(zhì)代謝信號(hào)通路的交叉點(diǎn)。胰腺 B 細(xì)胞可對(duì)脂肪酸反應(yīng),主要經(jīng)由 TLR4/MyD88 信號(hào)通路并產(chǎn)生一系列趨化因子,最終引起 CD11b+Ly-6C+M1 型促炎單核巨噬細(xì)胞向胰島聚集,引起炎癥反應(yīng)進(jìn)而損傷 B 細(xì)胞。4、 蛋白激酶 C(PKC) 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路PKC 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是 FFA 作用的經(jīng)典途徑

15、,目前已發(fā)現(xiàn) 12 種 PKC 同工酶,并根據(jù)作用機(jī)制分為 3 類: 傳統(tǒng)型,Ca2 +和二脂酰甘油 (diacylglycerol,DAG) 依賴; 非傳統(tǒng)型,僅依賴 DAG; 非典型型,非Ca2 +和非 DAG 依賴。FFA 通過 PKC 途徑能介導(dǎo)下列反應(yīng): (1) 促進(jìn)升高的 Ca2 +和 DAG 進(jìn)一步刺激胰島素的釋放; (2)激活腺苷酸環(huán)化酶,繼而提高胞內(nèi) cAMP濃度,升高的 cAMP 和 PKA 反饋抑制磷脂酰肌醇和 PKC 通路。血漿 FFA 提高導(dǎo)致細(xì)胞脂酰輔酶 A和 DAG 的增多,二者是 PKC 強(qiáng)有力的激活劑,PKC 能使胰島素受體和胰島素受體底物-1(insulin

16、 receptor substrate,IRS-1) 的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化,而IRS-1 的酪氨酸磷酸化受抑,從而使胰腺組織中磷脂酰肌醇 3 激酶(phosphatidyli-nositol 3 kinase,PI3K) 的活性降低,導(dǎo)致葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體-4(glucose transporter-4,Glut-4) 向細(xì)胞表面轉(zhuǎn)位減少,胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取減少; 同時(shí)抑制糖原合成酶活性,使糖原儲(chǔ)備能力下降。另外,FFA 引起的氧化應(yīng)激也可激活 PKC,有證據(jù)表明 FFA 引起的氧化應(yīng)激對(duì) PKC 的作用可能由 NF-κB 抑制物激酶(IKK) 介導(dǎo)。IKK 是 NF-&ka

17、ppa;B 抑制物(IκB) 激酶,而 NF-κB 是炎癥啟動(dòng)、調(diào)節(jié)的關(guān)鍵核因子。NF-κB 與抑制物 IκB 結(jié)合,以無活性的形式存在于細(xì)胞漿內(nèi)。經(jīng)氧化應(yīng)激激活后,IKK 使 IκB 磷酸化并與 NF-κB 解離。解除抑制的活性 NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),調(diào)節(jié)一系列炎癥因子及相關(guān)物質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄和蛋白合成,即 IKK是激活 NF-κB 調(diào)節(jié)炎癥的重要因素。IKK 又是胰島素受體和 IRS-1 絲氨酸磷酸化激酶,可使 IRS307 位的絲氨酸磷酸化,導(dǎo)致正常的酪氨酸磷酸化受抑制,減弱胰島素受體與 IRS

18、 的結(jié)合、妨礙胰島素信號(hào)向 PI3K 傳遞。5、 脂毒性靶向治療隨著對(duì)脂質(zhì)毒性對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)途徑影響機(jī)制的深入認(rèn)識(shí),通過信號(hào)傳導(dǎo)途徑靶向治療也日益成為熱點(diǎn),主要集中于以下 2 方面。5. 1 PPAR 途徑的調(diào)節(jié) 包括 PPARγ激動(dòng)劑、維甲酸受體(RXR) 激動(dòng)劑、β3腎上腺素能受體激動(dòng)劑、PPARα/γ 雙重激動(dòng)劑等。TZDs 是一類直接針對(duì)胰島素抵抗的藥物,Rosiglitazone 和 Pioglitazone已用于臨床,其作用機(jī)制是通過結(jié)合和活化 PPARγ,促進(jìn)脂肪細(xì)胞的分化,減少FFA、TNF-α 和 resistin 的生成。 PPARγ在脂肪組織中與 RXR 組成雜合二聚體,所以 RXR 激動(dòng)劑