慢性炎性反应在糖尿病胰岛β细胞功能损伤中作用的新进展

毛倩云 王 琛

糖尿病是当今严重危害人类健康的一种慢性代谢性疾病，其发病率随经济的发展而逐年上升，并呈现出低龄化的趋势。胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能障碍是2型糖尿病发病的重要病理生理机制，其中以胰岛β细胞功能障碍为发病的核心环节。越来越多的研究结果显示，2型糖尿病既是一种慢性代谢性疾病，也是一种慢性炎性反应疾病。慢性低度炎性病变参与了胰岛素抵抗，以及胰岛β细胞功能障碍、死亡的发生和发展过程。免疫系统不仅对外界感染和损伤应答，还会对营养超载应答，过量的饱和脂肪酸(SFAs)和葡萄糖引起肝脏、肌肉和胰岛细胞代谢应激(metabolic stress)，激活机体免疫系统导致炎性病变的发生。现就国内外近几年慢性炎性反应在糖尿病胰岛β细胞功能损伤中作用的新进展予以综述。

1 营养超载与慢性非特异性炎性反应

炎性反应是活体组织对损伤因子所产生的防御反应，机体通过一系列血管反应(如液体渗出、白细胞激活和渗出等)清除损伤因子。损伤因子的持续存在使机体处于慢性炎性反应状态。根据是否存在特异性的致病因素，慢性炎性反应可分为慢性特异性炎性反应和慢性非特异性炎性反应，后者是一种慢性的低度炎性反应，无明显症状，以体内IL-1、IL-6和TNF-α等促炎细胞因子水平显著升高为特征[1]。代谢与免疫密切相关，免疫反应的维持需要能量，饥饿和营养不良会削弱免疫功能，但持续营养超载(如摄入过多的碳水化合物、SFAs等营养物质)同样会破坏代谢与免疫间的平衡，激活先天免疫系统，从而引发慢性低度炎性反应[2]。越来越多的研究[3]证明，慢性非特异性炎性反应与肥胖、2型糖尿病等的发生息息相关。

人体摄入过多的碳水化合物、SFAs等营养物质可导致循环中炎性细胞因子(如TNF-α、CRP和IL-6)水平升高[4-6]。细胞研究[7-10]结果显示，SFAs和高糖可以直接激活巨噬细胞表面的Toll样受体(TLR)4受体，后者通过激活细胞内NF-κB信号通路，诱导炎性细胞因子(如IL-1β、IL-6)分泌。此外，SFAs也可激活组织细胞(如脂肪、肌肉、胰岛细胞)的TLR4-NF-κB信号通路，促进趋化因子[如人单核细胞趋化蛋白(MCP)-1、趋化因子配体(CXCL)1]表达，间接激活巨噬细胞，从而进一步促进炎性反应[10-12]发生。除了TLR4受体，SFAs和高糖也可通过促进活性氧产生，激活巨噬细胞表面的另一种模式识别受体——核苷酸结合寡聚化结构域样受体(NLR)蛋白，形成NLRP3炎性小体，诱导巨噬细胞分泌IL-1β和IL-18[13]，或激活组织细胞的NLRP3炎性小体，分泌炎性细胞因子(SFAs促进脂肪细胞分泌IL-18，高糖促进胰岛β细胞分泌IL-1β)[14]，加重炎性反应。最后，高糖形成的糖基化终产物(AGEs)还可以通过结合巨噬细胞表面的新型模式识别受体——晚期糖基化终末产物受体(RAGE)，激活NF-κB信号通路[15]。总之，摄入过量的能量导致血糖和SFAs水平升高，通过激活巨噬细胞和组织细胞中的模式识别受体，促进炎性细胞因子分泌，诱发慢性非特异性炎性反应。

2 慢性非特异性炎性反应对胰岛β细胞的影响

1型糖尿病是已知的自身免疫疾病。炎性细胞因子和炎性细胞直接或间接造成胰岛β细胞的功能障碍与凋亡[16]，对1型糖尿病发病中胰岛β细胞损伤起关键作用。新近研究结果显示，慢性非特异炎性反应在2型糖尿病发病中对胰岛β细胞去分化、细胞凋亡和(或)死亡，以及容量减少也起重要作用。

2.1 对胰岛β细胞功能障碍和凋亡的影响 研究[17-18]发现，2型糖尿病患者胰岛中CD45+免疫细胞、巨噬细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞浸润增多。在2型糖尿病模型鼠中也观察到类似的改变[17, 19]。研究[20-22]结果显示，炎性细胞因子IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-12作用于胰岛β细胞，减少葡萄糖诱导的胰岛β细胞胰岛素的释放。其中，IL-1β还可通过诱导Fas死亡受体[23]，或通过促进诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和一氧化氮(NO)在胰岛β细胞中显著积累[24]，或刺激胰岛β细胞NF-κB表达，导致胰岛β细胞凋亡[25-27]。除了对胰岛β细胞的直接作用，IL-1β还通过增加趋化因子(如CXCL1、MCP-1)和黏附因子Vcam1的表达，促进巨噬细胞胰岛浸润[28]，加重胰岛炎性反应。使用IL-1受体拮抗剂可以保护高糖对胰岛β细胞的损伤效应[29]。敲除TLR4和NLRP3也可以减少高脂饮食诱导的胰岛中巨噬细胞浸润或胰腺IL-1β的活化，缓解胰岛β细胞功能障碍和凋亡[30-31]。进一步研究结果显示，B淋巴细胞在调节肥胖小鼠T淋巴细胞分泌促炎细胞因子中起重要作用[32]。缺乏B淋巴细胞的肥胖小鼠血中各种促炎细胞因子水平均明显降低[33]。

2.2 对胰岛β细胞增殖的影响 2型糖尿病是一种与年龄有关的疾病，随着年龄的增长，胰岛β细胞端粒缩短[34]，增殖能力下降[35]。老化的胰岛显示出慢性炎性反应的迹象，巨噬细胞浸润和分泌的TNF-α增加，胰岛β细胞中NF-κB被激活[36]。研究发现，炎性细胞因子对胰岛β细胞的增殖具有调节作用。促炎细胞因子IL-1β、TNF-α、IFNγ一方面抑制细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2，减少胰岛β细胞的增殖[37]；另一方面，IL-1β还可激活胰岛β细胞内的NF-κB，后者通过抑制调节胰岛β细胞增殖的转录因子同源框蛋白(NKX)-6.1[26]和胰岛β细胞增殖的年龄相关基因socs2的表达[36]，来减少胰岛β细胞的增殖。反之，抑炎细胞因子则促进胰岛β细胞的增殖。如M2巨噬细胞通过释放TGF-β来促进TGF-β信号通路中SMAD7上调，SMAD7通过直接上调细胞周期激活因子CyclinD1和CyclinD2促进胰岛β细胞增殖[38]。

2.3 在胰岛β细胞去分化中的作用 以往认为，胰岛β细胞分泌的胰岛素减少主要是因胰岛β细胞凋亡所致。然而，近来在动物模型和人体进行的研究[39]结果表明，除了凋亡，细胞去分化也是糖尿病中功能性胰岛β细胞群丢失的重要因素。胰岛β细胞的去分化是指成熟的胰岛β细胞在不同程度上丧失其分化的表型和细胞特征，并退化为分化程度较低或未分化状态。去分化时，胰岛β细胞中高度表达的基因，如胰岛素基因、糖代谢的关键基因[葡萄糖转运蛋白2(Glut2)和葡萄糖激酶(GCK)]、关键转录因子的基因[Forkhead转录因子(FOXO1)、胰-十二指肠同源盒1(PDX1)和(NKX-)6.1表达均下调，其中具有调控胰岛素作用的转录因子FOXO1的失活是去分化的促发因素；而那些通常被抑制的基因(如葡萄糖-6-磷酸酶、乳酸脱氢酶的调控基因)和祖细胞转录因子的基因[如神经元素3(NGN3)、POU类5同源框1(POU5F1)]表达均上调[40]。以上过程最终导致胰岛β细胞的代谢和结构发生重构，对葡萄糖刺激反应降低、胰岛素分泌缺陷。

在胰岛β细胞去分化的分子机制中，除氧化应激、内质网应激和缺氧外，慢性低度炎性反应也起了重要作用[40]。研究发现，人胰岛β细胞在体外培养时，由于细胞可能暴露于对细胞存活不利的应激，随着培养时间的延长，胰岛β细胞的关键转录因子[如神经分化因子1(NEUROD1)和NKX2.2]表达下调，胰腺祖细胞特异性转录因子[如性别决定区Y框蛋白9(SOX9)]表达上调，同时，IL-8、CXCL6等炎性细胞因子基因表达均显著上调[41]。用炎性细胞因子IL-1β、IL-6或TNF-α处理人和小鼠胰岛细胞后，胰岛β细胞去分化程度增加，表现在胰岛β细胞的分化标志基因(如PDX1、NKX-6.1和FOXO1)表达水平下降，祖细胞转录因子基因(如POU5F1)表达水平上升[40]。在体外采用IL-1受体拮抗剂能明显缓解SFAs诱导的小鼠胰岛β细胞去分化，阻止Glut2、PDX1、NKX-6.1和FOXO1基因的表达下调；在体内实验中，TNF-α拮抗剂也可以逆转2型糖尿病和高脂喂养肥胖小鼠胰岛β细胞关键基因[胰岛素2(Ins2)、Glut2]的表达下调[40]。

3 免疫调控在糖尿病治疗中的作用

鉴于炎性反应在糖尿病发病中对胰岛β细胞功能障碍、凋亡和去分化起了重要作用，糖尿病的免疫调节制剂(包括使用抑制促炎因素、加强抗炎细胞和因子的制剂)被广泛研究。临床试验通过口服或注射IL-1β抗体(如Canakinumab和Gevokizumab)和促巨噬细胞浸润的趋化因子——MCP-1的抗体(如Emapticap)，促进2型糖尿病患者胰岛β细胞的胰岛素分泌[42-44]。在动物实验中，通过给糖尿病小鼠模型——KK-Ay小鼠注射IL-1β的主动接种疫苗IL-1β表位肽(A1β)，来诱导机体IL-1β强抗体应答，下调IL-1β，使胰岛β细胞容量增加、凋亡减少，胰岛内Ki-67阳性细胞增加[45-46]。除了抑制促炎因素，通过给予链脲霉素(STZ)诱导的糖尿病小鼠腹腔内注射抗炎细胞因子IL-27，也能够减少胰岛中免疫细胞的浸润和IL-1β的表达，促进胰岛β细胞胰岛素的分泌[47]。

此外，临床常用的降糖药物也具有抗炎作用。二甲双胍和二肽基肽酶4(DPP-4)抑制剂是临床常用的治疗糖尿病的药物。动物实验发现，二甲双胍可以通过激活巨噬细胞中腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)来减少脂肪酸诱导的巨噬细胞浸润和促炎细胞因子的产生[48]，通过降低胰岛β细胞内的促凋亡蛋白硫氧还蛋白互作蛋白(TXNIP)的表达来减少胰岛β细胞的凋亡[49]。临床研究[50]发现，2型糖尿病患者在静脉注射DPP-4抑制剂12周后，患者单核细胞上TLR4、NF-κB、TNF-α表达量和血浆中CRP和IL-6水平均下降。干细胞治疗是当今医学研究最前沿的方向之一，不仅能提供细胞替代，还可以通过免疫调节改善机体的健康状态。研究[51]结果显示，脂肪组织衍生的间充质干细胞，能够抑制STZ诱导的糖尿病小鼠脾细胞中促炎细胞因子(如IFN-γ、IL-17)的分泌，诱导调节性细胞因子(如TGF-β、IL-4、IL-10)的分泌，促进胰岛β细胞的存活和胰岛素的分泌。

4 展 望

综上所述，慢性非特异性炎性反应在糖尿病发病时胰岛β细胞的功能障碍、凋亡和去分化中起了重要作用，针对炎性反应的免疫疗法有助于保护胰岛β细胞免受代谢应激的损伤。慢性非特异性炎性反应对糖尿病的作用研究目前取得了重大进展，但仍有一些问题需要阐明，如研究结果多数来自动物模型，缺少基于人体的研究，炎性细胞和因子在体内对胰岛β细胞去分化的作用机制尚不明确等。探讨慢性非特异性炎性反应对胰岛β细胞的功能影响机制，以及开发相应的治疗手段和策略，将为糖尿病治疗提供新的方向和思路。