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自噬與2型糖尿病胰島β細胞增殖及凋亡

孫穎魏聰1，2，3劉紅利1郎艷松1，4常成成1

(南京中醫(yī)藥大學，江蘇南京210000)

〔關鍵詞〕自噬；胰島β細胞增殖凋亡

1河北以嶺醫(yī)藥研究院

2國家中醫(yī)藥管理局重點研究室(心腦血管絡病)

3河北省絡病重點實驗室4河北醫(yī)科大學

第一作者：孫穎(1987-)，女，在讀博士，主要從事中醫(yī)臨床基礎研究。

自噬與細胞的生存與死亡密切相關〔1〕。研究發(fā)現(xiàn)，自噬在維持胰島β細胞活性及數(shù)量中具有重要作用。在一定氧化應激水平下，自噬可以減少胰島β細胞凋亡、保證其正常增殖。有研究顯示，當環(huán)境極度惡劣時，超出自噬的調(diào)控能力，自噬和凋亡將同時出現(xiàn)于細胞中。因此，闡述自噬在2型糖尿病(T2DM)中的作用，尤其是對胰島β細胞生存的影響尤為重要。

1自噬

自噬是一個將自身細胞質(zhì)內(nèi)受損蛋白或受損細胞器包被進入囊泡，并與溶酶體融合形成自噬溶酶體，降解其所包裹的內(nèi)容物的過程，降解的細胞內(nèi)成分可以提供營養(yǎng)或原料供給細胞循環(huán)再利用，以實現(xiàn)細胞的代謝需要和細胞器的更新〔2〕。

自噬的調(diào)控因素主要有雷帕霉素受體(mTOR)通路、磷酸肌醇等。 mTOR是哺乳動物細胞內(nèi) ATP的感受器，是自噬的一個關鍵的負調(diào)節(jié)因子。若mTOR 激酶活性被抑制從而促進自噬，是細胞自噬調(diào)節(jié)極為重要的信號通路。mTOR上下游信號途徑比較復雜，目前調(diào)節(jié)自噬的具體機制還未闡明?，F(xiàn)已證實的有以下調(diào)控因子：單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)激活后，可以通過抑制 mTOR 通路進而起到促進自噬的作用；磷酸磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)通路也可對mTOR進行正向調(diào)控〔3，4〕。此外，Ⅲ型磷酸磷脂酰肌醇激酶(ClassⅢ PI3K)的產(chǎn)物多磷酸肌醇(PIP)、酵母自噬基因Atg6同系物(Beclin1)可以激活自噬，而I P I3K的產(chǎn)物磷脂酰肌醇3磷酸(PI3P)、B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)則對自噬存在抑制作用。其他的一些調(diào)控因素如酪氨酸激酶受體(PTKS)和酪蛋白激酶Ⅱ(CK-Ⅱ)也同樣起到了調(diào)節(jié)自噬的作用〔5〕。

2自噬與細胞凋亡、增殖

輕微應激狀態(tài)如缺氧、營養(yǎng)匱乏時，細胞可通過自噬獲得可供循環(huán)利用的核苷、氨基酸等大分子物質(zhì)及能量，以維持細胞代謝平衡；又可選擇性清除某些細胞成分，尤其是受損或多余的蛋白質(zhì)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等，以減少異常蛋白和細胞器的堆積，維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。在一定范圍內(nèi)損傷性刺激下，線粒體腫脹、滲透性轉(zhuǎn)運通道開放并且釋放出凋亡因子，此時功能受損的線粒體尚可以通過激活的自噬而被清除，從而避免凋亡因子釋放引起凋亡發(fā)生，因此，自噬作為一種保護性機制可以保護細胞免受于凋亡和壞死，利于細胞存活。因此促凋亡因素激活凋亡程序時，細胞質(zhì)內(nèi)同時也會出現(xiàn)數(shù)量增多的自噬體〔6〕。有研究認為自噬引起了細胞死亡，但有學者研究發(fā)現(xiàn)，通常壞死細胞內(nèi)有很多自噬體，這種現(xiàn)象并非自噬引起死亡，而是死亡伴隨自噬。這兩者在形態(tài)學上兩者無明顯區(qū)別，但可通過阻斷自噬繼而觀察細胞的結(jié)局可區(qū)分開來〔7〕。

自噬可以為細胞清除受損的細胞器及蛋白質(zhì)，從而使細胞DNA避免因應激條件而造成損傷，保證了遺傳的穩(wěn)定性，減少了細胞惡變的發(fā)生。所以，自噬既可以抑制細胞的凋亡，又能保證細胞正常增殖，抑制自噬可能會導致細胞的癌變而發(fā)生惡性增殖〔8〕，所以，自噬作為細胞的自我修復機制參與細胞增殖與新生的過程〔9，10〕。

3自噬與胰島β細胞

3.1不同損傷環(huán)境下胰島β細胞自噬水平不同T2DM時機體可發(fā)生氧化應激損傷、營養(yǎng)因子匱乏等病理生理改變，自噬水平根據(jù)環(huán)境不同而被代償性激活或被抑制。動物研究顯示，高脂飲食喂養(yǎng)的大鼠模型較正常飲食喂養(yǎng)的大鼠自噬水平增加，T2DM模型db/db小鼠胰島β細胞中自噬體數(shù)量有所增加，均提示自噬代償性激活以減輕胰島β細胞的氧化應激。細胞研究顯示，細胞胰島INS-1細胞經(jīng)長鏈自由脂肪酸培養(yǎng)后LC3-Ⅱ表達增多，提示高脂環(huán)境下自噬相關蛋白代償性增加〔11～13〕。自噬激活途徑可能與糖脂等毒性激活AMPK活性、下調(diào)mTOR及其下游p70核糖體蛋白質(zhì)S6激酶(p70S6K)和4E結(jié)合蛋白1(4E-BP1)磷酸化，從而上調(diào)節(jié)LC3-Ⅱ表達有關。另有研究報道，高糖相關氧化應激損傷可能通過上調(diào)c-Jun 氨基端激酶(JNK)途徑誘導自噬。JNK通路的激活與P38蛋白激酶(p38MAPK)有關，p38MAPK通過影響活性氧簇(ROS)及JNK，進而參與自噬調(diào)節(jié)〔14～16〕。另有學者發(fā)現(xiàn)，T2DM患者胰島β細胞自噬相關蛋白Beclin-1和Atg7沒有改變而溶酶體相關膜蛋白2(LAMP2)表達有所降低〔17〕；據(jù)報道，在與衰老相關的T2DM中，自噬水平隨著年齡增加而減少，可能與線粒體ROS的產(chǎn)生加劇線粒體功能損傷及消除有關〔18〕。

T2DM中自噬的不同變化情況的原因之一可能是過多的營養(yǎng)成分和胰島素能抑制自噬，而氧化應激反應則可使得自噬激活，T2DM過程中，營養(yǎng)物質(zhì)、胰島素及氧化應激同時存在，共同調(diào)節(jié)自噬。糖尿病前期多伴有肥胖，過多的營養(yǎng)素和胰島素能抑制自噬，后期因胰島素缺乏，氧化應激增強等原因自噬增強，但也有患者因蛋白質(zhì)降解增加，導致血中氨基酸增加，從而通過激活mTOR途徑抑制自噬〔19〕。

3.2自噬對胰島β細胞凋亡、增殖的影響T2DM患者的胰島素分泌量下降、胰島β細胞數(shù)量減少，這與胰島β細胞增殖過程受損和凋亡增加有密切關系?；A自噬的缺失使胰島β細胞損傷加重，敲除小鼠胰島β細胞內(nèi)自噬相關蛋白 Atg7后，發(fā)現(xiàn)小鼠出現(xiàn)糖耐量低減，血清胰島素水平下降而且 β細胞凋亡增多、增殖減少〔20〕，這提示自噬對于維持細胞數(shù)量及活性具有重要作用。高脂飲食干預后，正常對照組大鼠胰島細胞區(qū)域擴大了2倍，但自噬基因敲除鼠的胰島細胞卻沒有出現(xiàn)增殖，而且自噬基因敲除后會造成胰島素分泌異常及糖耐量降低，也與缺少胰島β細胞代償性增殖有關〔12〕，這提示自噬對于胰島β細胞增殖極為重要。

自噬增強時軟脂酸(PA)誘導胰島β細胞死亡減少，相反在自噬被抑制時，PA會誘導胰島β細胞死亡增加。自噬可以保證在應激情況下胰島細胞代償性增生并減少其死亡，從而在維持胰島細胞數(shù)量上起到重要意義。

自噬維持胰島β細胞數(shù)量的機制主要有：控制T2D氧化損傷造成的胰島細胞炎癥過程，并可緩解氧化應激壓力〔21〕；減少胰島淀粉樣多肽(IAPP)引起的胰島細胞損傷，IAPP是與胰島素一起由胰島β細胞分泌的激素，IAPP抑制胰高血糖素的分泌，且與胰島素結(jié)合共同調(diào)控糖的代謝，T2DM中，胰淀素的大量分泌、胰淀素聚集形成淀粉樣的斑塊可加速胰島β細胞凋亡，在此過程中，自噬相關蛋白p62對于減少IAPP引起的細胞凋亡起重要作用〔22〕；另外，自噬可調(diào)控胰腺內(nèi)分泌環(huán)境及胰島β細胞的分泌功能，調(diào)整胰島β細胞的生存環(huán)境及功能〔13〕。

4研究局限

自噬研究中的技術問題之一是缺乏方便和可靠的方法來檢測自噬。其次，在自噬小體的形成后抑制自噬的進展，反而會導致電鏡觀察下自噬小體數(shù)量的增加，而這一點對于區(qū)分穩(wěn)態(tài)自噬水平和自噬活動很重要。再者，檢測穩(wěn)態(tài)自噬水平可能對自噬的過程進行了封鎖，這些困難在動物模型上尤為顯著。因此，對自噬水平的檢測除了使用電鏡之外，還應結(jié)合使用自噬相關蛋白含量檢測及蛋白質(zhì)降解實驗等方法〔2〕。

綜上所述，近年來，自噬在T2DM中的作用受到越來越多的重視。自噬作為多種藥物的作用靶點之一，對維持胰島β細胞數(shù)量及功能有著重要意義，噻唑烷二酮類藥物可通過5'-AMPK通路激活自噬以減少軟脂酸造成的胰島β細胞凋亡〔23，24〕，但仍存在一些問題，如應激環(huán)境下對胰島β細胞增殖、凋亡、自噬多個方面的調(diào)控作用涉及多個信號通路，尚不清楚哪一條通路起主要作用，或是多條通路起協(xié)同作用。但相信隨著對自噬檢測方式的進步及對不同環(huán)境下胰島β細胞的自噬水平及相關信號轉(zhuǎn)導通路等研究的不斷深入，調(diào)節(jié)自噬藥物的使用將為T2DM疾病的治療開辟新的領域。

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〔2015-02-19修回〕

(編輯李相軍)

通訊作者：魏聰(1979-)，女，博士，主任醫(yī)師，主要從事絡病學研究。

基金項目：國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(No.2012CB518606)

〔中圖分類號〕R-33

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2015)22-6598-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.22.138