他克莫司致器官移植后新发糖尿病的发病机制研究进展

陈凡 徐彦贵

（天津市第一中心医院药学部，天津 300192）

他克莫司致器官移植后新发糖尿病的发病机制研究进展

陈凡 徐彦贵

（天津市第一中心医院药学部，天津 300192）

器官移植术后新发糖尿病是实体器官移植后的主要并发症之一，免疫抑制常被认为是导致器官移植术后新发糖尿病的主要因素，包括糖皮质激素、钙调磷酸酶抑制剂等。其中，钙调磷酸酶抑制剂对血糖的影响最大。他克莫司是从链霉菌属中分离出的发酵产物，是一种强效免疫抑制性大环内酯类抗生素，现广泛用于实体器官移植的免疫抑制剂。他克莫司对细胞免疫有选择性抑制作用，主要通过抑制白细胞介素-2的释放，全面抑制T淋巴细胞的作用。通过查阅文献，从三方面综述了他克莫司引起高血糖的机制，包括影响β细胞存活和复制、影响胰岛素分泌、影响外周组织的胰岛素利用。

他克莫司；新发糖尿病；器官移植；发病机制；进展

他克莫司是从链霉菌属中分离出的发酵产物，是一种强效免疫抑制性大环内酯类抗生素，现广泛用于实体器官移植的免疫抑制剂。他克莫司对细胞免疫有选择性抑制作用，主要通过抑制白细胞介素-2（IL-2）的释放，全面抑制T淋巴细胞的作用。在T细胞内，T细胞受体的活化增加了细胞内的钙离子浓度，这个过程是经钙调蛋白激活钙调磷酸酶形成的，之后钙调磷酸酶脱磷酸化为T细胞核转录因子（nuclear factor of activated T-cells，NFAT），NFAT移向T细胞核，增强IL-2基因编码的活性和细胞因子的活性。他克莫司可抑制NFAT的去磷酸化。具体而言，他克莫司通过与FK506结合蛋白1B（tacrolimus binding proteins 1B，FKBP1B）结合抑制肽酰脯氨酰异构酶活性。他克莫司FKBP1B复合物与钙调磷酸酶相互作用抑制该酶，进而抑制T细胞信号转导和IL-2的转录。

器官移植术后新发糖尿病（new-onset diabetes after transplantation，NODAT）是实体器官移植后的一个主要并发症，通常导致住院率和死亡率的升高[1]，NODAT与很多危险因素有关，例如老龄、非白色人种、2型糖尿病家族史、肥胖、乙型肝炎病毒感染和免疫抑制剂等[2]。免疫抑制常被认为是导致NODAT的主要因素，包括糖皮质激素、钙调磷酸酶抑制剂、西罗莫司等。其中，钙调磷酸酶抑制剂对血糖的影响最大，一些研究显示，使用该类药物的患者，NODAT的发生率为15%～30%[3]。大多数文献报道他克莫司致糖尿病多于环孢素。最近的一项开放、随机、多中心的有关肾脏移植后的研究结果表明，他克莫司组比环孢素组出现了更多的NODAT或空腹血糖调节受损（33.6%vs. 26%，P＝0.046）[4]。然而，他克莫司致糖尿病的不良反应机制目前还不明确。本文就现有的机制进行综述。

1 影响β细胞存活和复制

钙调磷酸酶由两个亚单位组成，一个是与钙调蛋白结合的钙调磷酸酶A，另一个是钙调磷酸酶B，钙调磷酸酶是唯一受Ca2+/钙调素（Calmodulin，CaM）调节的蛋白磷酸酶[5]。钙调磷酸酶广泛存在于组织中，包括胰岛细胞、骨骼肌、心脏、神经元、脂肪细胞，参与抗原活化T淋巴细胞激活，骨骼肌基因表达和重塑以及胚胎期心血管系统的形成[6]。

钙调磷酸酶和它下游的信号传导途径在多个组织中的细胞中普遍存在。β细胞的存活和复制在糖尿病发病机制中起着重要的作用。他克莫司影响β细胞增殖[7]。钙调磷酸酶在胰岛β细胞中也有表达，在β细胞内有两个分子靶点，一个是NFAT，另一个就是cAMP反应结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）活性调节转导子（transducer of regulated CREB activity 2，TORC2）。活化的钙调磷酸酶脱磷酸后形成多种NFAT转录因子，NFAT最初是可诱导核因子，它可以与T细胞内的IL-2启动子结合[8]。然而，随后的研究证明无所不在的NFAT家族成员能被生物体细胞，包括免疫细胞及非免疫细胞表达[9]。NFAT家族中有5个相似的成员，其中4个都经钙离子信号控制。脱磷酸的NFAT进入核内，核内的NFAT是细胞因子基因表达激活的关键成分，促进T细胞激活[10]。而他克莫司通过抑制NFAT的去磷酸化，从而抑制了T细胞的激活。

通过这两个靶点脱磷酸介导的核内重新定位，钙调磷酸酶整合钙离子和cAMP信号（由生理性激活剂产生，如受高血糖和肠促胰岛素激活）[11]。CREB转录因子介导胰高血糖素肽（glucagon-like peptide，GLP-1）的存活及繁殖和葡萄糖信号途径[12]，GLP-1是一种肠促胰素，在餐后会促进胰岛素的分泌，因此，CREB的表达会影响血糖。转基因大鼠胰岛CREB多肽的表达为阴性，胰岛素受体底物2（insulin receptor substrate-2，IRS2）的表达减少，因此胰岛细胞凋亡而发展为糖尿病。IRS2是CREB的靶点和PI3K/Akt途径的上游调节因子，PI3K/Akt是β细胞新的钙调磷酸酶的靶点。在啮齿动物和人类的胰岛上，IRS2 mRNA和其蛋白在钙调磷酸酶抑制剂的作用下减少。此外，钙调磷酸酶影响IRS2的表达部分是NFAT介导的，NFAT以钙调磷酸酶敏感的方式与IRS2激动受体结合产生了这种效应[11]。他克莫司可以减少Akt磷酸化，提示钙调磷酸酶可能通过PI3K/Akt途径影响β细胞的复制及存活。他克莫司在与钙调磷酸酶上的结合位点结合以前，在细胞内与他克莫司结合蛋白结合，抑制钙调磷酸酶及下游通路[13]而减少β细胞的复制和存活。

2 影响胰岛素分泌

体内与体外的研究显示钙调磷酸酶抑制剂损伤胰岛素的分泌功能，呈剂量依赖[13]。一项临床研究揭示，他克莫司对胰岛素分泌的抑制效应是谷浓度过高所导致，降低谷浓度可以改善胰岛β细胞功能[14]。他克莫司的这种抑制胰岛细胞分泌的机制还不清楚。钙调磷酸酶结合位点缺失的大鼠葡萄糖刺激胰岛素分泌的功能受损，这可能是β细胞分泌胰岛素减少，而不是胰岛素分泌途径的缺失[13]。线粒体在其中起到了关键的作用，通过提供ATP和合成代谢促进胰岛素的分泌。葡萄糖刺激β细胞内胰岛素释放的机制是明确的，途径包括促进葡萄糖进入β细胞、细胞液的糖酵解和线粒体内的葡萄糖氧化、促进ATP增多和ATP/ADP的比值增加、ATP敏感的钾离子通道关闭、细胞膜去极化、电压依赖的钙离子通道开放钙离子内流等机制。

最近的研究表明药理剂量的他克莫司在基因转录水平显著减低INS-1细胞线粒体的功能和呼吸链功能[15]，连续6 h暴露于他克莫司后，IRS2 mRNA在INS-1细胞的表达下降50%[11]。他克莫司通过抑制ATP敏感的钾离子通道的关闭而诱导葡萄糖刺激的胰岛素分泌[16]，也可以影响细胞内钙离子和葡萄糖激酶而使胰岛素分泌减少，通过阻断L型钙离子通道，胰岛素分泌的下游途径，减少细胞内钙离子的内流。低剂量的他克莫司抑制的是葡萄糖介导的胰岛素分泌，而胰岛素基础分泌并不减少，这种抑制作用主要是因为葡萄糖激酶活性的减低，导致糖酵解和ATP合成的减少。葡萄糖激酶是糖酵解的限速酶，是β细胞葡萄糖的感应器，对β细胞起着核心性的影响。ATP合成的减少直接影响细胞内钙离子浓度升高，因ATP增强钙离子的促进胰岛素释放效应。他克莫司影响葡萄糖激酶的作用机制在很大程度上还是不清楚的[17]。

3 影响外周组织的胰岛素利用

尽管资料很少，但一些研究还是证明了钙调磷酸酶抑制剂可以损伤外周胰岛素的作用。骨骼肌是胰岛素利用的主要场所，占全部胰岛素利用的70%～80%，胰岛素抵抗是2型糖尿病的特点。骨骼肌的重塑和再生依赖很多信号转导通路，其中有三个最主要的途径。其中一个途径是钙调磷酸酶/NFAT，活化的钙调磷酸酶使NFAT脱磷酸，脱磷酸的NFAT转移至细胞核内，激活参与肌肉重塑的基因，但这种途径具有特异性，NFAT家族不同成员表现出不同的作用、不同的脱磷酸方式和不同核质穿梭形式。NFAT的脱磷酸调节是复杂的，NFAT脱磷酸化暴露了核定位信号序列，促进其定位于细胞核。NFAT家族成员参与调节肌纤维基因型和形态学[18]，钙调磷酸酶/NFAT途径的药理学抑制剂会促进骨骼肌胰岛素抵抗肌球蛋白快速纤维化，这种纤维化有利于胰岛素抵抗的发展。活化的NFAT还可导致其他转录因子的改变，包括肌细胞增强因子2（mytocyte enhancer factor 2，MEF2）、过氧化物酶增殖体激活受体激动剂γ-1等。尽管钙调磷酸酶抑制剂影响胰岛素利用的证据都是从大鼠实验中获得，且文献数量少，但还是提示钙调磷酸酶信号途径参与调节骨骼肌胰岛素敏感性。目前未见他克莫司影响骨骼肌的胰岛素敏感性的报道。

综上所述，他克莫司通过影响β细胞存活和复制、胰岛素分泌、外周组织的胰岛素利用等方面使血糖异常，从而导致NODAT。在人体中，有些作用机制还需要进一步深入的研究。

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Research on Nosogenesis of New-onset Diabetes Mellitus After Transplantation Induced by Tacrolimus

Chen Fan，Xu Yangui（Pharmacy Department of The First Central Hospital of Tianjin，Tianjin 300192，China）

New-onset diabetes mellitus（NODM）after organ transplantation is one of the major complications after solid organ transplantation.Immunosuppression is considered as the main factor leading to NODM after organ transplantation，the immunosuppressive agents include glucocorticoids and calcineurin inhibitors，etc.and calcineurin inhibitors have a big effect on blood sugar.Tacrolimus is the fermented products isolated from Streptomyces，it is a macrolide antibiotic with potent immunosuppression and is now widely used as an immune inhibitor in organ transplants. Tacrolimus has a selective inhibitory action on cellular immunity，primarily by inhibiting the release of leukotriene-2 to inhibit the role of T lymphocytes.Based on the research of foreign literatures，this paper respectively discussed from three aspects of mechanism of hyperglycemia induced by tacrolimus，including the effects on β-cell survival and replication，insulin secretion and the influence of peripheral tissue insulin action.

Tacrolimus；New-onset Diabetes Mellitus（NODM）；Organ Transplantation；Nosogenesis；Progress

10.3969/j.issn.1672-5433.2014.06.009

2013-12-13）

陈凡，女，硕士，副主任药师。研究方向：临床药学。E-mail：franchen_cn@yahoo.com