γ-氨基丁酸在胰岛中的作用

李莉华

天津市北辰医院营养科 (天津 300400)

γ-氨基丁酸(GABA)最初由Roberts 和Frankel等发现，是中枢神经系统(CNS)主要的抑制性神经递质。GABA与其受体结合发挥生物学作用，其受体包括GABAAR和GABABR两种。在外周器官中，如胰岛细胞也能产生大量的GABA，作用于胰岛A细胞，通过诱导细胞膜超极化作用，抑制胰高血糖素分泌[1]；作用于胰岛B细胞，诱导细胞膜去极化作用，进而促进胰岛素的分泌[2]。此外，GABA对胰岛B细胞还有多种作用，如促进细胞的增殖及抗细胞凋亡[2]。因此，GABA可能会成为新的糖尿病患者治疗的策略。

1 GABA及受体概述

GABA是中枢神经系统主要的抑制性神经递质，大约30%存在于大脑神经细胞中，几乎影响所有的神经元活动。在神经元细胞中，GABA在细胞质中合成，在谷氨酸脱羧酶(GAD)作用下，由谷氨酸合成，然后转移至突触囊泡。当电压门控Ca2+通道(VGCC)开放，一过性Ca2+浓度升高，触发突触的胞吐作用，GABA释放入突触间隙，与其受体结合发挥生物学作用。GABA也存在于外周器官中，如睾丸、胃肠、卵巢、胎盘、子宫、肾上腺髓质、胰腺等，胰腺中GABA的浓度最高，甚至可与CNS相比[3]。GABA在Langerhans岛的浓度也相当高[4]。在胰腺中，GABA由胰岛B细胞分泌，作用于胰岛A细胞，降低了胰高血糖素的分泌。

GABA的A受体(GABAARs)是配体-门控离子通道超家系的成员，由4种疏水跨膜转运结构域构成(TM1-TM4)[5]。围绕中央孔，5个亚基组成8个亚组亚系(α、β、γ、δ、ε、θ、π、ρ)集合，构成异质开放性三聚体Cl-通透性通道[6]。GABAARs具有异质性，大部分表达于大脑，其由2个α亚基、2个β亚基和1个γ亚基构成[1]。这些亚基在胰岛中被大量发现，也提示了GABA在胰岛中具有一定作用。GABA的B受体(GABABR)主要包括B1R、B2R两种同源的亚基[7]，是与K+通道相关的慢反应受体。GABABR的激活刺激K+通道开放，导致了细胞膜超极化、降低了腺苷酸活化酶的活性[8]；进而阻止Na+通道、VGCC的开放，发挥其抑制作用[9]。

2 GABA在胰腺中的作用

在神经细胞中，GABA引起Cl-改变，进而引起细胞膜静息电位和胞内Ca2+浓度的改变[10]。Ca2+作为关键信号因子，启动了胞内下游的信号通路。在神经发育过程中，GABAARs介导的细胞膜去极化和Ca2+内流激活了PI3K/PKC信号通路[11]。这些蛋白激酶的激活使GABAARs磷酸化，并诱导受体转运[10]。GABA在胰岛A细胞的信号通路目前尚不明确，但也与此相关[1]。随血糖水平升高，胰岛B细胞分泌胰岛素激活胰岛A细胞上的胰岛素受体。随后，Akt激活导致GABAAR β亚基磷酸化作用，进而引起细胞膜上受体的快速转运。GABA持续释放，细胞表面GABAAR数量的增加，受体介导的抑制性离子和膜超极化效应增强；细胞膜超极化关闭VGCC，并抑制胰岛A细胞的胞吐作用和胰高血糖素的释放[6]。在高糖血症中，胰岛素/Akt/GABAAR/胰高血糖素分泌路径受损，可能是胰高血糖素分泌未受抑制的潜在机制。

GABA在胰岛B细胞中的信号通路明显不同。在啮齿类动物和人的胰岛中，在GABAAR拮抗剂和(或)Ca2+通道敏感的抑制剂作用下，GABA能刺激Akt的活化作用，促进胰岛B细胞的增殖和存活[12]。提示，在GABA转运中，GABAAR介导的Ca2+依赖性PI3K/Akt通路是主要的介质。

GABABR是G蛋白偶联受体，启动了cAMP信号通路和Ca2+依赖信号通路。研究显示，在神经细胞中，GABAAR的活化引起了VGCC依赖的胞外Ca2+内流和胞内储存Ca2+的释放，因此，GABAAR仅诱发了胞内的Ca2+[13]。GABA介导了人胰岛B细胞内Ca2+，能够被GABAAR的拮抗剂所阻断，而GABABR拮抗剂仅有部分减弱作用[2]。在GABABR介导的cAMP/PAK依赖的信号通路中[2]，GABA刺激cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的活化。CREB缺失的小鼠模型中，胰岛B细胞中IRS2[14]表达减弱及胰岛B细胞大量缺失[15]，提示在调节胰岛B细胞数量的稳态中，CREB起到关键作用。CREB也是Akt信号通路的靶基因[15-16]。上调PI3K/Akt的抑制作用，CREB的活化并没有被抑制，提示GABA-GABABR诱导的CREB活性独立于PI3K/Akt通路；因此，阻止PKA依赖的CREB并不影响GABA刺激Akt的活化作用[2]。因此，在胰岛素抵抗中，GABA可能绕过了Akt的活化作用。

研究显示，GABABR在调节胰岛素分泌中是可变的；在高糖浓度时(>10 mmol/L)，GABABR在胰岛素分泌中起到抑制作用[17]，而血糖浓度低时则无此作用。体内研究显示，GABABR在调节胰岛B细胞功能上起到重要作用。例如，非肥胖的糖尿病小鼠应用GABAAR拮抗剂，可延缓1型糖尿病(T1DM)的发生[18]，其他研究显示GABABR依赖改善了胰岛B细胞存活和增殖[2]。GABAB1R缺失的小鼠(B1亚基全部敲除)显示可改善糖耐量，增加胰岛素水平，提高葡萄糖刺激的胰岛素分泌，与胰岛体积增大和胰岛素抵抗相关[19]。在野生型而非GABABR敲除的胰岛中，GABABR拮抗剂抑制了葡萄糖刺激的胰岛素分泌[19]。由此得出，在不同的情况下，受体对胰岛B细胞功能具有抑制或刺激作用，以上需要进一步研究。除了GABA受体信号通路，GABA的分解代谢也有助于胰岛素分泌。在GABA分流情况下，α酮酸[20]和葡萄糖[21]促进了GABA的代谢，刺激胰岛素分泌。此机制非常重要，尤其表现在胰岛B细胞内——在高糖刺激下[21]，少量的α-酮戊二酸脱氢酶激活，启动柠檬酸循环。

3 GABA与糖尿病治疗

T1DM是自身免疫性疾病，胰岛中出现T淋巴细胞、巨噬细胞和其他免疫细胞浸润，胰岛B细胞大量损伤，胰岛素分泌明显缺乏；而2型糖尿病(T2DM)的主要病理生理机制为胰岛素抵抗和胰岛B细胞损伤，胰岛炎症反应在胰岛B细胞功能的损伤中也起到重要作用。因此，T1DM和T2DM患者的治疗都包括了抑制炎症反应和恢复胰岛B细胞。

GABA诱导细胞膜去极化和Ca2+依赖性的细胞生长和存活，此途径涉及了PI3K/Akt[2,12]。3个T1DM模型，包括MDSD模型、野生型NOD小鼠、转基因TCR-8.3 NOD小鼠，GABA保护了胰岛B细胞的数量，阻止糖尿病发生。在严重的糖尿病小鼠(MDSD模型)中，GABA使胰岛B细胞再生，并完全颠覆了高血糖[12]。这与抗炎作用和免疫调节密切相关。GABA在T2DM中也是有效的。在高脂饮食的小鼠中，口服GABA改善了糖尿病和胰岛素敏感性[22]，原因为肥胖相关炎症反应受到抑制、Treg应答上调。

研究显示，在啮齿类动物和人中，GABAAR和GABABR在介导GABA摄入效应以促进胰岛B细胞复制和存活中非常重要[2]。在人胰岛细胞中，使用次最优(临界量)的异种胰岛移植模型分析GABA能否发挥治疗作用；在予以STZ诱导糖尿病后，次优量的人胰岛被移植入免疫缺陷NOD结合免疫缺陷-γ小鼠中[8]。在人体试验中，口服GABA增加了移植细胞的增殖、减少了细胞凋亡，进而明显增加胰岛B细胞数量。进一步作用，GABA降低血糖水平、改善糖耐量。在人胰岛细胞中，Ca2+依赖的PI3K/Akt和CREB/IRS2是两种协同和独立的信号通路，介导了GABA的摄入作用[2]。

研究显示，人类口服GABA无副作用[23]。至今，至少有3项关于GABA在人类胰岛功能中的作用研究。在健康人群中，单独口服GABA(5 g或10 g)显著增加血浆胰岛素和C肽(C-P)水平[24]。另一项研究显示，在健康人群中，GABABR激动剂20 mg口服，明显增加胰岛素对糖的反应及基础胰高血糖素水平，但糖耐量并无改变[25]。第3项研究显示，静脉给予GABA(2～4 mg)显著降低血糖水平，此作用发挥在大部分糖尿病患者，而不是非糖尿病人群中[26]。这些人体研究范围是有限的，但仍提示GABA在调节内分泌胰岛功能上起到一定作用。

4 总结

近年发现，在糖尿病患者治疗中，GABA系统是胰岛潜在的治疗靶点。在胰岛A细胞，GABA诱导了细胞膜超极化，抑制胰高血糖素分泌，涉及胰岛素介导的GABAAR转运机制。在胰岛B细胞，GABA诱导了细胞膜去极化，增加了胰岛素分泌。GABA对胰岛B细胞存活和再生是有效的，并增加胰岛B细胞的数量。此外，GABA抑制了胰岛炎症反应和炎性因子的产生。这些数据支持了GABA通过调节胰岛细胞功能、糖代谢和自身免疫起到治疗作用。同时，与啮齿类动物研究相似，GABA在人胰岛中也是有效的。在啮齿类胰岛细胞，GABA有保护作用和增殖作用，但在人胰岛细胞中无相似作用。GABA不透过血脑屏障，口服治疗安全，其为糖尿病患者治疗提供了新的可能。