內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激氧化應(yīng)激及JNK通路與型糖尿病

1、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激氧化應(yīng)激及JNK通路與2型糖尿病侯志強(qiáng)  李宏亮  李光偉衛(wèi)生部中日友好醫(yī)院內(nèi)分泌代謝病中心胰島細(xì)胞功能受損和外周組織胰島素抵抗是2型糖尿病(T2DM)發(fā)病中的兩個(gè)重要方面。目前研究發(fā)現(xiàn)T2DM時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress,ERS）和氧化應(yīng)激（oxidative stress）被激活，而且二者之間可相互作用相互影響，并共同活化了c-Jun氨基端激酶（c-Jun N-terminal kinasse,JNK）通路參與了T2DM的發(fā)生發(fā)展。本文將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激及JNK通路在導(dǎo)致胰島細(xì)胞功能受損及外周胰島素抵抗中的作用及機(jī)

2、制作一綜述。1內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與2型糖尿病內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）是真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)翻譯合成和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的儲(chǔ)存場所，對(duì)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用。ERS是指由于某種原因使細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生理功能發(fā)生紊亂的一種亞細(xì)胞器病理狀態(tài)。目前研究發(fā)現(xiàn)ERS在T2DM的胰島細(xì)胞功能受損、調(diào)亡及外周胰島素抵抗中占據(jù)著重要的地位1,2。1.1     內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與胰島細(xì)胞    胰島細(xì)胞具有高度發(fā)達(dá)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在正常生理情況下，機(jī)體可通過ERS的PERK（RNA激活蛋白激酶的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)類似激酶）-真核細(xì)胞翻譯起始子（eIF2）磷

3、酸化途徑影響胰島素的合成，調(diào)節(jié)細(xì)胞胰島素分泌功能3。但是，過度的ERS可能導(dǎo)致胰島細(xì)胞功能受損，甚至細(xì)胞調(diào)亡。Scheuner D等4研究發(fā)現(xiàn)eIF2突變純合子鼠其胚胎和新生鼠體內(nèi)均存在著嚴(yán)重的細(xì)胞缺乏及胰島素含量顯著降低，雜合子突變鼠在高脂喂養(yǎng)后盡管胰島的大小與野生型鼠無明顯差別，但單個(gè)胰島中胰島素含量較野生型降低，而且葡萄糖和精氨酸刺激后胰島素的分泌也明顯減弱，從而提示eIF2在高脂誘導(dǎo)的胰島功能損傷中起到了保護(hù)作用。I型跨膜蛋白激酶/核糖核酸內(nèi)切酶（IRE1）是ERS中另一條重要的調(diào)節(jié)細(xì)胞胰島素合成的途徑。Lipson KL等5發(fā)現(xiàn)急性血糖升高可活化細(xì)胞IRE1信號(hào)通路，從而促進(jìn)胰島素的

4、合成，而阻斷IRE1通路后可明顯減低胰島素的合成，說明IRE1信號(hào)通路參與了細(xì)胞胰島素合成，并可能成為改善細(xì)胞功能的治療靶點(diǎn)。ERS通過CHOP，JNK和Caspases途徑介導(dǎo)的細(xì)胞調(diào)亡是導(dǎo)致糖尿病發(fā)病另一重要機(jī)制6。研究發(fā)現(xiàn)雜合子Akita小鼠，由于胰島素2基因突變干擾了胰島素A，B鏈間的二硫鍵形成，使胰島素蛋白錯(cuò)誤折疊，加重內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，誘導(dǎo)CHOP表達(dá)增強(qiáng)導(dǎo)致細(xì)胞調(diào)亡，促進(jìn)了Akita鼠自發(fā)性糖尿病的發(fā)生，而在CHOP敲除小鼠中誘導(dǎo)Akita突變后，可保護(hù)細(xì)胞數(shù)目并使得高血糖發(fā)生被延遲7。此外，F(xiàn)ornoni A等8在體外應(yīng)用JNK的抑制性多肽（L-JNKI）處理鼠的胰島及細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)L-

5、JNKI可提高胰島細(xì)胞的存活率。1.2     內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與胰島素抵抗ERS不僅參與調(diào)節(jié)胰島細(xì)胞功能衰竭及介導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡，而且與T2DM外周胰島素抵抗密切相關(guān)9,10。Ozcan U等1發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞發(fā)生ERS時(shí)胰島素受體底物1（IRS-1）的酪氨酸磷酸化明顯降低，而JNK依賴性的絲氨酸磷酸化是升高的；而給于合成抑制劑SP600125或抑制性多肽-JIP阻斷JNK通路后，可逆轉(zhuǎn)ERS引發(fā)的上述變化，提示ERS可通過促進(jìn)JNK依賴性的IRS-1絲氨酸磷酸化而影響胰島素的受體信號(hào)通路，導(dǎo)致胰島素抵抗。X-盒結(jié)合蛋白-1（XBP-1）是一種調(diào)節(jié)多種基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子

6、，是調(diào)控ERS的關(guān)鍵因子。Ozcan U等1還發(fā)現(xiàn)高脂喂養(yǎng)的XBP-1基因突變雜合子（XBP-1+/-）小鼠同XBP-1+/+鼠比較，肝臟中的PERK磷酸化水平和JNK活性均顯著增加，IRS-1酪氨酸磷酸化和Akt絲氨酸磷酸化均降低。進(jìn)一步說明ERS可通過JNK通路活化導(dǎo)致細(xì)胞胰島素受體信號(hào)通路抑制。氧調(diào)節(jié)蛋白150（ORP150）是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶，研究表明ORP150可保護(hù)細(xì)胞免受ERS所致?lián)p傷。Nakatani Y等11給予C57BL/KsJ-dbdb肥胖糖尿病鼠表達(dá)ORP150的腺病毒（Ad-ORP）后發(fā)現(xiàn)肝臟中ORP150表達(dá)明顯增加，而且與表達(dá)綠色熒光蛋白（GFP）的腺病毒（Ad

7、-GFP）處理者相比肝臟中ERS水平明顯降低。采用正常血糖高胰島素鉗夾試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)肝臟中ORP150過度表達(dá)可降低胰島素抵抗，并可改善C57BL/KsJ-db/db鼠的葡萄糖耐量。此外，Ad-ORP處理鼠較Ad-GFP者IRS-1的酪氨酸磷酸化及Akt絲氨酸磷酸化明顯增加。這些結(jié)果表明ORP150過度表達(dá)可降低肝臟中ERS水平，增強(qiáng)胰島素信號(hào)，改善胰島素抵抗和糖耐量。上述資料表明，T2DM時(shí)胰島細(xì)胞過度的ERS可損傷細(xì)胞分泌胰島素的功能，甚至參與誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡，而且ERS還可導(dǎo)致外周組織如肝臟中胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路受損，發(fā)生胰島素抵抗。2. 氧化應(yīng)激與2型糖尿病    氧

8、化應(yīng)激是指活性氧簇（ROS）產(chǎn)生與內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)對(duì)其的消除能力失去平衡，則過多的ROS氧化生物大分子，并最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷。現(xiàn)認(rèn)為T2DM時(shí)高血糖癥誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激，而后者參與了胰島細(xì)胞功能受損、調(diào)亡及外周組織胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展。2.1 氧化應(yīng)激與胰島細(xì)胞對(duì)糖尿病患者及動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)糖尿病時(shí)氧化應(yīng)激水平明顯增高，而且由于胰島細(xì)胞中的抗氧化酶（如過氧化氫酶和谷胱苷肽過氧化物酶）表達(dá)相對(duì)較低，因而與其他組織相比細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激更為敏感，提示氧化應(yīng)激可能參與誘導(dǎo)了T2DM時(shí)胰島細(xì)胞功能損傷及調(diào)亡12。給于糖尿病動(dòng)物模型，如C57BL/KsJ-db/db鼠和ZDF鼠等，抗氧化劑處理（如硫辛酸等）

9、可保護(hù)胰腺細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激損傷，從而改善葡萄糖刺激的胰島素分泌效應(yīng)，減輕胰島細(xì)胞調(diào)亡，進(jìn)一步說明氧化應(yīng)激參與了糖尿病中細(xì)胞功能損傷13,14。目前對(duì)氧化應(yīng)激損傷胰島細(xì)胞功能的具體機(jī)制尚不完全清楚。研究發(fā)現(xiàn)ROS可導(dǎo)致胰腺十二指腸同源異型盒（PDX-1）的mRNA水平降低，誘導(dǎo)PDX-1合成降低。在蛋白水平，氧化應(yīng)激還可介導(dǎo)PDX-1 61和66位的絲氨酸磷酸化，影響PDX-1與DNA結(jié)合的活性，并增PDX-1蛋白的降解率和縮短其半衰期15。而且ROS還能導(dǎo)致PDX-1啟動(dòng)胰島素基因的轉(zhuǎn)錄活性降低，從而使胰島素合成減少。ROS對(duì)PDX-1基因表達(dá)及其活性的影響主要是通過激活JNK通路而實(shí)現(xiàn)的。此

10、外，ROS可減少血漿谷胱苷肽（GSH）水平，并導(dǎo)致細(xì)胞膜跨膜巰基氧化，進(jìn)而損害胰島細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，降低胰島素的分泌。解偶聯(lián)蛋白-2（UCP-2）可減少ROS生成，而且研究表明誘導(dǎo)UCP2表達(dá)上調(diào)可降低葡萄糖刺激的胰島素分泌，并最終導(dǎo)致細(xì)胞功能損傷16。采用反義寡核苷酸抑制UCP-2的表達(dá)可明顯改善胰島細(xì)胞分泌胰島素功能17，提示糖尿病時(shí)機(jī)體為對(duì)抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)UCP2表達(dá)增加，而后者則參與了胰島細(xì)胞功能損傷過程。此外，資料表明線粒體內(nèi)的氧化應(yīng)激是導(dǎo)致胰島細(xì)胞調(diào)亡的直接誘因18。ROS可通過細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化及影響線粒體ATP生成，使細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子增加，進(jìn)而激活磷脂酶促進(jìn)膜磷脂分解，并激活脂加

11、氧酶和環(huán)加氧酶形成具有高度生物活性的炎性介質(zhì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷調(diào)亡。2.2 氧化應(yīng)激與胰島素抵抗T2DM時(shí)氧化應(yīng)激水平升高，不僅可導(dǎo)致胰島細(xì)胞功能受損及調(diào)亡，而且還參與了外周組織胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激時(shí)被激活的多種應(yīng)激敏感通路可能與胰島素抵抗有關(guān)，如核因子-B（NF-B）、磷脂酰肌醇(-3)激酶（PI-3K）、p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）及J NK通路等。IKK-是調(diào)節(jié)NF-B通路的一種絲氨酸激酶，其活化可抑制胰島素的外周作用；而抑制IKK的活性可降低IRS-1絲氨酸磷酸化和增加酪氨酸磷酸化，改善胰島素敏感性。采用基因敲除的方法研究發(fā)現(xiàn)IKK雜合子小鼠（IKK+/-）較同窩出

12、生的小鼠（IKK+/+）對(duì)胰島素更為敏感。PI-3K通路在胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有重要作用，而氧化應(yīng)激時(shí)作用在PI-3K上游的酪氨酸磷酸酶，及調(diào)節(jié)PI-3K信號(hào)通路的脂質(zhì)磷酸酶（PIEN）被氧化失活，從而抑制糖尿病骨骼肌胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的PI-3K通路20。此外，氧化應(yīng)激時(shí)H2O2含量增多，而后者可誘導(dǎo)L6肌肉細(xì)胞的p38 MAPK活化，抑制胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，給予特異性的p38 MAPK抑制劑可逆轉(zhuǎn)這種抑制作用。在中國倉鼠卵巢細(xì)胞中，氧化應(yīng)激活化的JNK通路可增加IRS-1的絲氨酸磷酸化（307位）及抑制胰島素刺激的酪氨酸磷酸化。因此，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)活化的多條通路均與外周胰島素抵抗發(fā)生密切相關(guān)，其

13、各通路之間可能還有交互作用，具體機(jī)制十分復(fù)雜，尚有待我們進(jìn)一步研究證實(shí)。    總之，氧化應(yīng)激在胰島細(xì)胞功能受損、調(diào)亡及外周胰島素抵抗中均發(fā)揮了重要的作用，給予糖尿病患者抗氧化劑治療可改善胰島細(xì)胞分泌胰島素功能，增加外周組織胰島素的敏感性，減輕胰島素抵抗。3. JNK通路與2型糖尿病ERS和氧化應(yīng)激導(dǎo)致T2DM胰島細(xì)胞功能損傷和外周胰島素抵抗的機(jī)制均十分復(fù)雜，有許多的因子和通路被激活并發(fā)揮作用，而ERS和氧化應(yīng)激均可通過誘導(dǎo)活化JNK通路參與T2DM的發(fā)生發(fā)展，阻斷JNK通路可改善胰島細(xì)胞功能和胰島素抵抗。3.1 JNK通路與胰島細(xì)胞Kaneto H等21發(fā)現(xiàn)在體

14、外誘導(dǎo)小鼠胰島發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)先是JNK通路被活化，繼而胰島素基因被抑制。腺病毒介導(dǎo)的野生型JNK1（WT-JNK1）過度表達(dá)可抑制細(xì)胞胰島素基因表達(dá)和分泌，而顯性負(fù)突變JNK1的過度表達(dá)（DN-JNK1）可改善氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的胰島素基因表達(dá)降低，提示細(xì)胞中JNK通路被活化可導(dǎo)致胰島素基因表達(dá)降低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，將胰島細(xì)胞瘤細(xì)胞HIT細(xì)胞暴露于氧化應(yīng)激環(huán)境中，內(nèi)源性表達(dá)的PDX-1和外源性綠色熒光蛋白（GFP）標(biāo)記的PDX-1均從細(xì)胞核易位至細(xì)胞質(zhì)中22。而加入DN-JNK1后可抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的PDX-1易位，提示JNK通路活化影響了轉(zhuǎn)錄因子PDX-1的細(xì)胞核/質(zhì)易位，致使PDX-1與胰島素啟

15、動(dòng)子結(jié)合的活性發(fā)生改變，抑制了胰島素基因的表達(dá)23?？傊?，JNK通路活化誘導(dǎo)PDX-1活性的降低，抑制胰島素基因轉(zhuǎn)錄，造成了細(xì)胞功能受損。既然JNK通路在T2DM胰腺細(xì)胞功能受損中發(fā)揮著重要作用，所以選擇性抑制JNK通路是否可對(duì)T2DM帶來有益的效應(yīng)引起了眾多學(xué)者的關(guān)注24。Kaneto等21將表達(dá)DN-JNK的小鼠胰島移植到鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的糖尿病Swiss裸鼠腎臟中，發(fā)現(xiàn)其較對(duì)照組小鼠血糖水平明顯降低，而且胰島中胰島素mRNA水平相對(duì)受到了保護(hù)。此外，Kaneto等25還構(gòu)建JIP-1-HIV-TAT-FITC多肽（簡稱JHTF），一種FITC標(biāo)記的細(xì)胞膜通透性的JNK抑制性多肽，

16、經(jīng)腹腔注射到C57BL/KsJ-db/db鼠體內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)盡管同對(duì)照鼠之間體重和攝食無明顯差異，但接受JHTF處理鼠的非空腹血糖水平明顯降低，而且葡萄糖耐量試驗(yàn)也顯示JHTF處理鼠的糖耐量得到明顯改善。3.2 JNK通路與胰島素抵抗目前認(rèn)為JNK是外周胰島素作用的中心調(diào)節(jié)因子，JNK通路活化參與了肥胖及T2DM外周組織胰島素抵抗的發(fā)生26。Hirosumi J等27將飲食誘導(dǎo)（高脂喂養(yǎng)）肥胖鼠的JNK基因敲除（JNK-KO）后，發(fā)現(xiàn)其同野生型的肥胖鼠比較血糖及胰島素水平均明顯降低，而且IRS-1的絲氨酸磷酸化水平降低，胰島素敏感性增加。對(duì)JNK靶向性突變的遺傳性肥胖鼠（ob/ob）研究也發(fā)現(xiàn)了

17、胰島素信號(hào)通路改善，胰島素敏感性增加，提示JNK缺陷可對(duì)飲食性及遺傳性糖尿病動(dòng)物模型高脂環(huán)境下的胰島素抵抗起到一定程度的改善作用。此外，采用腺病毒介導(dǎo)的顯性負(fù)相型JNK（Ad-DN-JNK）或JNK抑制性多肽阻斷JNK通路進(jìn)一步證實(shí)了JNK在胰島素抵抗中作用。Nakatani Y等28發(fā)現(xiàn)給予肥胖糖尿病動(dòng)物模型C57BL/KsJ-db/db鼠Ad-DN-JNK處理后非空腹血糖水平明顯降低，胰島素敏感性增強(qiáng)。此外，同對(duì)照組相比Ad-DN-JNK處理鼠肝臟中IRS-1絲氨酸磷酸化水平明顯降低及酪氨酸磷酸化顯著增加，而且Akt絲氨酸473位磷酸化是降低的；與之相反，正常鼠肝臟中JNK過度表達(dá)可降低胰

18、島素敏感性。Kaneto H等25將JNK抑制性多肽JHTF注射到C57BL/KsJ-db/db鼠體內(nèi)也觀察到類似的結(jié)果。接受JHTF處理鼠的非空腹血糖水平明顯降低，胰島素敏感性和糖耐量顯著改善，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)JHTF處理鼠的胰島素靶器官（肝臟、脂肪和肌肉）中IRS-1的307位絲氨酸磷酸化水平降低，酪氨酸磷酸化水平升高，Akt的473位絲氨酸和308位蘇氨酸磷酸化水平也是增高的。這些結(jié)果提示阻斷JNK通路可減輕肥胖糖尿病鼠的胰島素抵抗及改善糖耐量，對(duì)T2DM來說是一種潛在性治療途徑。 參考文獻(xiàn)：1.       Ozcan

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