神经酰胺在胰岛β细胞凋亡中作用的研究进展

段丽君，商书霞，郭洪涛，赵春云，李艳芬，代红沙

(1.冀中能源峰峰集团有限公司总医院内分泌科，河北 邯郸 056200；2.冀中能源峰峰集团有限公司总医院消化内科，河北 邯郸 056200)

糖尿病(DM)是一种复杂的慢性代谢紊乱性疾病，几乎各个年龄组人群均会受累，糖尿病患者正在全球范围内迅速增加，我国也将面临因众多糖尿病患者带来的巨大的经济及社会负担。凋亡是促使机体为更好地适应生存环境而发生的由基因调控的程序性细胞死亡，它对于机体的各种生理性、病理性状态等必不可少。糖尿病的发生发展与胰岛β细胞的凋亡密不可分。然而，β细胞的过度凋亡导致细胞数量大量丢失及功能障碍是糖尿病胰岛素分泌减少的根本病因。神经酰胺作为鞘脂类的代谢产物，主要通过从头合成、鞘磷脂循环生成，涉及细胞凋亡、细胞周期抑制、细胞衰老等细胞功能，在细胞应激反应中起到一定的调节作用，尤其在凋亡的诱导过程中，神经酰胺可通过内、外源性通路促进细胞发生凋亡，还能激活 JNK、KSR、PKC 等促进细胞凋亡[1]。神经酰胺在1、2型糖尿病β细胞凋亡中的作用已被确立。有研究显示神经酰胺通过增加线粒体膜的通透性、激活内源性凋亡信号通路诱导胰岛β细胞凋亡[2]；同时有研究表明，神经酰胺的从头合成途径在内质网应激介导的β细胞凋亡中发挥作用[3]。本文旨在通过阐述神经酰胺在胰岛β细胞凋亡各个环节中的作用，掌握和了解胰岛β细胞凋亡中的关键因子和可调控途径，为更好地预防和治疗糖尿病提供一定的思路。

1 神经酰胺激活外源性凋亡通路

在过去的几十年中，外源性凋亡通路的激活在β细胞丢失中的重要作用已被广泛介绍。外源性凋亡通路的激活始于细胞外死亡配体TNF-α、Fas等与其各自细胞表面的受体相结合，通过招募和活化caspases(大多数是激活caspase-8)、进而裂解和激活其下游效应器(如caspase-3)传导凋亡信号的[4]。有报道称诸如细胞因子、饱和脂肪酸等药物诱导神经酰胺的蓄积激活了外源性凋亡途径介导的β细胞凋亡[5]。正常的胰岛β细胞仅有少量的Fas表达，但当暴露于细胞因子(如IL-1)时，Fas表达会增加[6]。caspase-8缺乏的胰岛β细胞可以对抗神经酰胺诱导的细胞死亡，进一步暗示了神经酰胺在凋亡通路中的作用[7]。

2 神经酰胺诱导大量自由基的生成

一定量的ROS和RNS对于维持正常生理信号和代谢功能是必不可少的，但是过量的这些自由基可以导致细胞死亡和组织损伤[8]；当机体遭受高血糖、低氧等有害刺激时，活性氧簇、活性氮簇等高活性分子生成增多，它们显著影响细胞的存活及寿命，并可导致细胞程序性死亡[9]。神经酰胺调节ROS/RNS生成、介导β细胞凋亡的可能机制：(1)通过破坏β细胞线粒体呼吸链的复合体Ⅰ、复合体Ⅲ间电子传递促进ROS的产生及细胞色素c释放和caspase激活进而诱导β细胞凋亡[10]，有研究亦证实神经酰胺诱导剂TNF-α能抑制复合物Ⅲ活性[11]；(2)通过降低β细胞bcl-2 mRNA表达，减少抗凋亡bcl-2蛋白合成而促使细胞凋亡[12]；(3)神经酰胺可活化NADPH氧化酶、导致ROS的生成和细胞凋亡[13]；(4)神经酰胺诱导iNOS的表达增加，进而激活NOS介导的细胞凋亡[14]。总之，这些研究表明，由神经酰胺激活生成的ROS / RNS是促进许多哺乳动物模型研究中细胞凋亡的重要因素之一，同时也有证据显示，ROS、RNS通过抑制神经酰胺酶使得神经酰胺蓄积[15]；二者的双向交互作用可能参与了β细胞凋亡级联反应，仍待进一步证实。

3 神经酰胺与内质网应激

众多的数据显示，内质网应激在β细胞凋亡中具有极其重要的地位[16]。在糖尿病发病过程中需要胰岛β细胞分泌大量的胰岛素来对抗高血糖。作为分泌蛋白合成及折叠场所的内质网，当机体对胰岛素折叠和分泌超出自身能力范围时，更容易诱发应激损伤[17]。内质网应激导致内质网中未折叠蛋白及错误折叠的胰岛素蓄积，通过未折叠蛋白反应修复内质网功能，但是，当其修复失败时便激活了β细胞凋亡信号传导通路。有研究显示，高糖诱导内质网应激并通过IRE-1-JNK途径的激活促进胰岛β细胞凋亡[18]。有研究在糖尿病动物模型中证实内质网应激诱导细胞凋亡；同时也有内质网应激标志性蛋白在糖尿病患者的胰岛细胞中表达[19]。另有研究报道，饱和脂肪酸可以促进内质网应激诱导的β细胞凋亡[19]，这种特定的毒性作用可能与神经酰胺的形成有关[20]。鞘磷脂酶水解来源的神经酰胺亦可激活内质网应激诱导的β细胞凋亡[21]；抑制中性鞘磷脂酶活性可以保护β细胞免受内质网应激诱导的细胞凋亡[22]，进一步证实了神经酰胺在内质网应激诱导细胞死亡中的重要性。

4 神经酰胺改变线粒体膜的功能

神经酰胺增加线粒体膜通透性、激活内源性细胞凋亡途径介导β细胞凋亡。当细胞遭受强烈刺激时启动内在的线粒体通路。无论刺激、还是促凋亡分子细胞色素c被释放到细胞质中，连同另一个促凋亡蛋白、凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)激活始动因子caspase-9、进而激活其下游效应器(如caspase-3)传导凋亡信号[23]。内源性凋亡途径由Bcl-2家族调控，Bcl-2蛋白有两大类，即促凋亡蛋白(如Bad、Bid、Bax等)和抗凋亡蛋白(如Bcl-2、Bcl xL、Mcl-1等)。抗凋亡蛋白通过阻止线粒体释放细胞色素c减少细胞凋亡，而促凋亡蛋白与之相反。细胞最终的命运取决于二者的比例。神经酰胺可增加线粒体对细胞色素c的通透性，通过招募和激活线粒体上促凋亡蛋白Bax表达介导凋亡。Birbes 等[24]与 Kashkar等[25]证明将鞘磷脂转化为神经酰胺的鞘磷脂酶诱导剂可促进bax在线粒体上的转位和活化，进而导致细胞色素c释放。与此一致，消耗bax或通过过度表达bcl-2拮抗其活性，可阻止神经酰胺诱导的细胞凋亡[26]。Siskind等[27]证实神经酰胺也能直接在线粒体膜中形成通道，从而提高其对细胞色素c的通透性，虽然这种作用没有被广泛研究，但这可能是其改变线粒体膜通透性的另一机制。

5 神经酰胺与炎症因子

炎症参与了糖尿病的发生发展，它在糖尿病发病机理及胰岛素抵抗中起着非常重要的作用。细胞因子如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)和γ-干扰素(INF-γ)都对胰腺β细胞产生细胞毒作用[28]。新的证据表明神经酰胺在这些细胞因子诱导的β细胞凋亡中起作用[5]。分别暴露于TNF-α、IL-1β的胰岛素分泌细胞MIN6、RINm5F 细胞，可以观察到神经酰胺生成增加，并且同时看到神经酰胺模仿TNF-α、IL-1β在这些细胞中的毒性作用[29]。

6 神经酰胺与脂肪酸

存在已久的证据显示，长期暴露于游离脂肪酸(FFA)对胰腺β细胞有不利影响，神经酰胺被认为是FFA诱导的β细胞毒性的中介物，神经酰胺的前体被发现诱导糖尿病大鼠、健康大鼠和人β细胞凋亡[30]。对ZDF大鼠的一项研究中发现，神经酰胺的从头合成途径是游离脂肪酸诱导β细胞凋亡的主要原因[31]。此外，在啮齿类及人类的β细胞中，应用丝氨酸棕榈酰转移酶(STP)抑制剂L-环丝氨酸或神经酰胺合酶抑制剂伏马菌素B1可以减轻脂肪酸诱导的细胞毒性反应[31]。与此相反，一些关于β细胞凋亡的研究报告说，FFA治疗后神经酰胺仅略有增加，但是抑制神经酰胺的合成可显著减少细胞凋亡。这一矛盾结果的可能解释为：一方面神经酰胺在特定的细胞增加，并没有改变引起细胞凋亡的总的神经酰胺数量[32]；另一方面在诱导细胞凋亡后，神经酰胺转变为其他的鞘磷脂代谢掉了[33]；最后，不同凋亡潜能的神经酰胺可能变换为不同亚型[30]。总之，神经酰胺的从头合成途径在脂肪酸诱导β细胞凋亡中扮演着关键角色。

综上所述，神经酰胺通过激活内、外源性凋亡通路及内质网应激途径，与活性氮/活性氧、炎症因子、游离脂肪酸相互作用等诱导胰岛β细胞凋亡。从临床的角度而言，神经酰胺介导的众多途径对糖尿病病理生理机制的研究具有非常重要的意义，但仍有许多问题有待进一步研究解决。首先，目前还不清楚为什么神经酰胺能介导细胞内许多不同的信号途径，同时尽管存在不同种类的神经酰胺，但其各自在糖尿病的病理生理过程中的关键作用尚未完全清楚；其次，内质网中产生的神经酰胺可以运输到不同的细胞器，而且，许多细胞器含有能够合成神经酰胺的酶。因此，在不同的亚细胞室中，神经酰胺的定量和定性方面必须得到广泛的研究。