王 靜，劉紅霞，蔡東成，何朝勇

（中國藥科大學藥學院藥理系，南京211198）

糖尿病是以血液中葡萄糖水平升高為主要特征的代謝性疾病。隨著生活水平不斷提高，糖尿病發(fā)病率急劇上升。流行病學數(shù)據(jù)表明，2017年至2045年，糖尿病患者增長率將超過50%，糖尿病患者數(shù)預計達到6.93億［1］。

胰島素抵抗導致胰島β細胞代償性分泌更多胰島素以維持機體正常的血糖水平，隨病程延長，胰島β細胞功能和數(shù)量逐漸下降［2］。早期胰島β細胞死亡的可能機制包括線粒體功能障礙、氧化應激、內質網(wǎng)應激和糖脂毒性等。因此，恢復胰島β細胞功能及體量對治療糖尿病具有重要意義。本文基于糖尿病發(fā)病機制及胰島β細胞死亡的不同作用機制綜述了胰島β細胞保護的最新研究進展，旨在探討恢復胰島β細胞功能及體量在糖尿病治療中的必要性。

1 增強胰島β細胞功能，促進胰島素合成與分泌

胰島β細胞是機體唯一可以合成并分泌胰島素的細胞。促進胰島素合成與分泌是增強胰島β細胞功能的主要方式。

1.1 調節(jié)胰島素合成相關靶點

胃饑餓素（ghrelin）是生長激素促分泌素受體的內源性配體，它可以促進生長激素的分泌，并與能量代謝息息相關。Gray等［3］發(fā)現(xiàn)，ghrelin顯著提高大鼠前胰島素原mRNA的表達，從而促進胰島素的合成。同時，一些轉錄因子參與調控胰島β細胞合成與分泌胰島素。Yang等［4］發(fā)現(xiàn)，miR-96抑制轉錄因子Sox6活性增強胰島素的合成與分泌，促進胰島β細胞的功能。Villamayor等［5］報道在胰腺特異性敲除GATA結合蛋白6（GATA binding protein 6，GATA6）小 鼠 中 ，轉 錄 因 子 PDX1、NKX6.1和MafA等蛋白表達顯著下調，未成熟的胰島素顆粒增多，胰島素合成減少，分泌受損。

1.2 免疫細胞和胰島β細胞

胰島內存在一定數(shù)量的先天性免疫細胞，其中巨噬細胞占80%左右。研究發(fā)現(xiàn)，胰島內先天免疫細胞可調控胰島β細胞功能，維持機體穩(wěn)態(tài)［6］。在胰管結扎小鼠模型中，M2型巨噬細胞可通過分泌轉化生長因子β1，誘導胰島β細胞中Smad7的上調，從而促進胰島β細胞增殖［7］。相反，小鼠巨噬細胞部分清除模型中胰島β細胞增殖明顯受抑制［8］，因此，巨噬細胞對于誘導胰島β細胞增殖和更新具有重要的調控作用。Dalmas等［9］研究發(fā)現(xiàn)，胰島間充質細胞分泌的IL-33作用于胰島內駐留的第2組先天淋巴樣細胞（islet-resident group 2 innate lymphoid cells，ILC2s），通過分泌IL-13和集落刺激因子2促進巨噬細胞和樹突狀細胞中產(chǎn)生視黃酸，從而誘導胰島β細胞分泌胰島素。目前，胰島內的先天性免疫細胞及其信號轉導促進胰島β細胞維持更新、分泌胰島素的詳細機制尚不明確，仍需進一步深入研究。

1.3 腸道菌群和胰島β細胞

除胰島內駐留的先天免疫細胞對胰島功能起調節(jié)作用外，腸道菌群對于調控胰島功能具有重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌來源的短鏈脂肪酸可激活迷走神經(jīng)促進胰島素分泌。Zhang等［10］發(fā)現(xiàn)腸道潘氏細胞分泌的溶菌酶可激活腸道共生菌釋放肽聚糖受體1（nod like receptor1，Nod1），促進下游銜接蛋白Rip2定位至胰島素小泡，招募Rab1a驅動胰島素轉運，促進胰島素分泌。

1.4 常見促胰島素分泌劑

目前臨床上使用的促胰島素分泌劑包括磺酰脲類藥物和格列奈類藥物?；酋ｋ孱愃幬锿ㄟ^與胰島β細胞膜上的磺酰脲受體（sulphonylurea receptor，SUR）結合，阻斷與其偶聯(lián)的ATP敏感鉀通道（ATP-sensitive potassium channel，KATP），引起鈣通道開放，使胞漿內鈣離子濃度升高，從而刺激胰島素分泌。格列奈類藥物同樣作用于胰島β細胞膜上的KATP，但這兩類藥物僅適用于胰島功能尚存的糖尿病患者。促胰島素分泌劑的長期使用易導致胰島β細胞凋亡［11］。因此，尋找促進胰島素分泌并對胰島β細胞具有保護功能的藥物作用新靶點對于糖尿病治療意義重大。目前，臨床中現(xiàn)有的降糖藥對胰島β細胞功能和存活作用尚不明確。本課題組通過對磺酰脲類降糖藥物進行篩選，發(fā)現(xiàn)格列美脲顯著抑制內質網(wǎng)應激引起的胰島β細胞凋亡，可以有效恢復胰島β細胞功能與體量，降低小鼠體內血糖水平。

研究發(fā)現(xiàn)，胰高血糖素樣肽-1（glucagon like peptide 1，GLP-1）作為腸促胰島素激素，可促進胰島素分泌，誘導胰島β細胞增殖，從而抑制胰島β細胞凋亡［12］。但是，體內有活性的GLP-1易被二肽基肽酶（dipeptidyl peptidase-4，DPP4）水解，導致GLP-1失活，減弱其胰島β細胞保護功能?；谏鲜鰴C制，目前已開發(fā)GLP-1受體激動劑利拉魯肽和DPP-4抑制劑西格列汀，均已應用于臨床。

2 抑制胰島β細胞凋亡

1型糖尿病中，胰島β細胞特異性抗原誘導T細胞分化成熟，誘發(fā)細胞因子如IL-1β，TNF-α和NO的分泌，從而促進胰島β細胞凋亡［13］。2型糖尿病中，糖脂毒性等可引起線粒體功能受損和ATP合成減少，減弱胰島素分泌［14］。此外，高血糖和游離脂肪酸誘導活性氧生成，可引起內質網(wǎng)應激、氧化應激和炎癥反應等，促進胰島β細胞凋亡。因此，抑制胰島β細胞凋亡可有效恢復胰島β細胞功能和體量。

2.1 線粒體和胰島β細胞

線粒體功能障礙可引起胰島β細胞胰島素分泌受阻，并可啟動細胞凋亡程序。Zhang等［15］發(fā)現(xiàn)，高糖引起電壓依賴性陰離子通道1（voltage-dependent anion-selective channel protein1，VDAC1）表達升高，VDAC1通過錯誤地靶向胰島β細胞膜引起細胞中ATP損耗、細胞代謝-分泌脫偶聯(lián)，降低細胞功能（圖1）。研究證實，傳統(tǒng)胰島素增敏劑二甲雙胍具有抑制VDAC1的功能。此外，在糖尿病大鼠中，蒽醌-糖苷通過抑制氧化應激反應和線粒體凋亡，改善血脂代謝，減少胰島β細胞凋亡［16］。

Figure 1 Mechanisms of islet β cell apoptosis in type 2 diabetes

2.2 內質網(wǎng)應激和胰島β細胞

胰島β細胞中內質網(wǎng)分布廣泛，以維持正常的胰島素分泌和釋放［17］。高糖環(huán)境下，內質網(wǎng)未折疊或錯誤折疊蛋白增多，導致內質網(wǎng)功能紊亂，啟動適應性信號轉導，即未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）。UPR通過激活肌醇酶1α（inositol requiring enzyme 1α，IRE1α）、PKR類似的內質網(wǎng)激酶（PKR-like ER kinase，PERK）和激活性轉錄因子 6（activating transcription factor 6，ATF6）信號通路，減少蛋白合成，增強蛋白折疊能力，從而維持內質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。

持續(xù)的內質網(wǎng)應激可引發(fā)細胞啟動凋亡程序，其中C/EBP同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）作為PERK信號通路下游的轉錄因子發(fā)揮促凋亡作用。糖尿病小鼠模型中，CHOP敲除可顯著減少胰島β細胞凋亡，CHOP過表達則降低抗凋亡蛋白Bcl-2的表達，升高活性氧水平［18］。而且，持續(xù)性內質網(wǎng)應激可導致IRE1α活化，剪切X盒結合蛋白（X-box-binding protein 1，XBP1），降解胰島素mRNA，減少胰島素的合成和釋放［19］。內質網(wǎng)應激過程中，敲除ATF6α的小鼠其應激敏感性增加［20］。通過高通量篩選技術，Duan等［21-22］發(fā)現(xiàn)2，4-二氨基喹唑啉化合物9c和3-（N-哌啶基）甲基苯甲酰胺衍生物13d（圖2）均顯著抑制內質網(wǎng)應激，恢復胰島β細胞功能和體量，降低糖尿病小鼠血糖水平。因此，維持內質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)從而保護胰島β細胞有望成為潛在的糖尿病治療策略。

Figure 2 Chemical structures of compound 9c and compound 13d

3 促進胰島β細胞增殖

研究報道，1型和2型糖尿病均會引起胰島β細胞數(shù)量減少和功能減退，且隨著年齡增長，成人體內胰島β細胞的增殖能力喪失，幾乎不增殖［23］。因此，促進胰島β細胞增殖是恢復其功能和體量的重要策略之一，近年來，關于胰島β細胞增殖調控的相關基因逐漸被發(fā)現(xiàn)并確證。

3.1 碳水化合物反應元件結合蛋白

碳水化合物反應元件結合蛋白（carbohydrate response element binding protein，ChREBP）作為一種調控糖脂代謝的轉錄因子，可與碳水化合物反應元件結合，從而驅動靶基因的表達，同時也在胰島中表達并參與胰島β細胞的增殖過程。研究發(fā)現(xiàn)，ChREBP可增加核因子紅細胞系-2相關因子2（nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2）的表達和活性，發(fā)揮抗氧化作用并誘導線粒體生物發(fā)生，促進葡萄糖誘導的胰島β細胞增殖［24］。同時，過表達Nrf2亦可在體外誘導人胰島β細胞增殖（圖3）。

3.2 絲氨酸蛋白酶抑制劑B

研究發(fā)現(xiàn)肝臟分泌蛋白絲氨酸蛋白酶抑制劑B（serpin B1）促進胰島β細胞增殖，在敲除serpin B1小鼠中胰島β細胞增殖減慢，而在斑馬魚中過表達serpin B1引起胰島β細胞增殖。在肝臟特異性敲除胰島素受體引起胰島素抵抗的小鼠模型中，敲除肝臟叉頭框轉錄因子O1（forkhead box protein O1，F(xiàn)oxO1）可降低serpin B1的表達，從而抑制胰島β細胞增殖［25］，但serpin B1的下游分子機制尚不明確（圖3）。

Figure 3 Pathways involved in islet β cell proliferation

3.3 雙底物特異性酪氨酸磷酸化調節(jié)激酶A

雙底物特異性酪氨酸磷酸化調節(jié)激酶A（dualspecificity tyrosine-phosphorylation regulated kinase 1A，DYRK1A）是一種進化上高度保守的蛋白激酶。DYRK1A可通過磷酸化細胞周期相關蛋白如P21和Cyclin D1調控細胞的增殖和分化過程。Wang等［26］篩選發(fā)現(xiàn)，在不同糖尿病動物模型中，駱駝蓬堿類似物均可抑制calcineurin-NFATDYRK1A信號通路促進胰島β細胞增殖，從而控制血糖水平。Shen等［27］亦發(fā)現(xiàn)氨基吡嗪類化合物GNF7156可抑制DYRK1A和糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3，GSK3β）的活性，促進人胰島β細胞增殖，改善糖尿病小鼠血糖水平。以上結果提示抑制DYRK1A的活性具有促進胰島β細胞增殖的作用（圖 3）。但Rachdi等［28］發(fā)現(xiàn)，在敲除DYRK1A小鼠中，葡萄糖耐量降低，胰島β細胞增殖以及胰島β細胞的體量均減少。提示在不同種屬中，DYRK1A在胰島β細胞中發(fā)揮的生物學作用可能有所不同，以DYRK1A為靶點的藥物研究仍需進一步探討。

4 誘導其他種類細胞分化成為胰島β細胞

誘導其他種類細胞分化為具有細胞功能且表達成熟胰島β細胞標志基因NEUROD1，NKX6.1，PAX6，PDX1，MafA的胰島β樣細胞是增加胰島β細胞體量和保護胰島β細胞功能的另一重要方法［29］。目前研究熱點主要包括誘導胰島α細胞或胰腺導管細胞、胰腺前體細胞和腺泡細胞以及干細胞分化為胰島β樣細胞等方面，其中對干細胞進行誘導分化的研究最為深入。

在體外，Pagliuca等［30］利用誘導性多能性誘導干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）誘導產(chǎn)生具有葡萄糖反應性的成熟β樣細胞，該誘導細胞可表達成熟胰島β細胞的標志物PDX1，調節(jié)胰島素分泌，改善小鼠的血糖水平。Veres等［31］發(fā)現(xiàn)用帶有標記CD49a抗體的磁珠可準確富集胰島β樣細胞，提高細胞分化效率。

除多能干細胞外，其他來源的干細胞亦可誘導分化為胰島β樣細胞。2016年，實驗發(fā)現(xiàn)糖尿病患者的表皮細胞可轉分化成iPSC，再進一步分化為具有葡萄糖應答反應的胰島β樣細胞［32］。此外，Saxena等［33］采用基因編程技術，選取一位50歲受試者提取其脂肪組織來源的間充質干細胞，成功分化成為功能性胰島β細胞。Sancho等［34］發(fā)現(xiàn)抑制SCF型泛素連接酶組成成分FBW7的活性，可誘導胰腺導管細胞分化成為胰島β樣細胞。Lin等［35］發(fā)現(xiàn)在胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESC）中轉染PAX4可顯著提高ESC分化為胰島β樣細胞的效能。在斑馬魚中進行全生物篩選發(fā)現(xiàn)，雙硫侖或霉酚酸可分別通過抑制視黃酸的合成或降低細胞的GTP水平誘導前體細胞分化為胰島β樣細胞［36］。目前，定向誘導多種來源的細胞分化為具有分泌功能性胰島β樣細胞依然存在相關技術及理論瓶頸，但以胰島β細胞再生為策略的糖尿病治療手段依然是基礎和臨床研究關注重點。

5 結 語

隨著對糖尿病研究的不斷深入，胰島β細胞的功能和體量在糖尿病的發(fā)生發(fā)展中的作用也逐漸受到關注。目前已發(fā)現(xiàn)許多新型天然產(chǎn)物可改善血糖水平［37-38］。此外，基于胰島β細胞保護對臨床使用的降糖藥物進行研究也有助于藥物的合理應用。近年來，隨著免疫系統(tǒng)和腸道微生物調控胰島功能作用的深入研究，關于胰島β細胞增殖的機制逐漸被闡明。高糖高脂及炎癥信號等病理刺激下導致胰島β細胞凋亡的相關研究也不斷推進。促進胰島β細胞增殖及誘導其他細胞分化為胰島β細胞是提高胰島β細胞體量的有效方法，但是通過藥理學誘導胰島β細胞增殖的方式仍需要對相關藥物的致癌性進行評估，同時關注血液循環(huán)中胰島素及血糖水平，以保證藥物的安全性。

在糖尿病治療中，恢復胰島β細胞體量和功能的策略日益受到關注。目前大量基礎研究、藥物篩選以及相關的干細胞療法研究不斷深入，同時取得了一定的成果，展現(xiàn)出良好的前景。但是，此策略是否能運用于臨床，服務于糖尿病患者還需要多學科配合系統(tǒng)地展開研究。