一把双刃剑_自噬对糖尿病和胰岛_细胞的影响_朱丽波.pdf

特邀讲座作者单位：哈尔滨医科大学附属第一医院内分泌科通讯作者：李艳波，：一把双刃剑自噬对糖尿病和胰岛细胞的影响朱丽波李艳波【摘要】自噬是一种细胞内的代谢降解过程，能够在溶酶体内降解损伤的细胞质或细胞器。自噬参与多种生物体的生长、分化和组织重构，同时也与某些疾病有关。有研究表明，自噬在维持胰岛细胞结构和功能中起重要作用。抑制自噬可增加胰岛细胞死亡。然而自噬在糖尿病中的作用还不清楚。【关键词】自噬；凋亡；糖尿病；胰岛细胞：，：，：【】，【】；自噬是亚细胞膜结构发生的形态学改变，通过溶酶体介导蛋白质和细胞器的降解过程。自噬起始时，细胞质内出现许多游离的双层膜结构，逐渐延伸包裹细胞质或损伤的细胞器形成囊泡，称为自噬体，其外膜与溶酶体膜融合后使所包裹的物质进入溶酶体进行降解。自噬主要分为微自噬、巨自噬和分子伴侣介导自噬。本文主要讨论巨自噬（下称“自噬”）。自噬是一种在溶酶体内降解老化或受损的细胞器和蛋白质，并将其降解产物循环再利用的一个细胞内代谢降解过程。因此，自噬通常被认为是在多种应激情况下保护细胞免受损害，以及对细胞损害表现出的一种适应性反应。但自噬也会导致非凋亡形式的细胞死亡，其称为型程序性细胞死亡。自噬是保护细胞还是导致细胞死亡主要取决于细胞和环境因素影响。自噬的作用需从正反两方面来阐述，一方面，自噬在维持胰岛细胞结构、功能，抑制及有害物质引起的细胞凋亡中发挥重要作用；另一方面，自噬参与胰岛细胞的损伤。其正面作用为：（）自噬相关基因（）缺陷小鼠的胰岛细胞经染色后可观察到多囊结构。超薄切片部分经甲苯胺蓝染色显示，突变的胰岛包含胀大的空泡细胞位于胰岛周边胞浆淡染部分相当于染色的囊肿结构。观察显示，空泡细胞很可能是退化的胰岛细胞。在缺陷鼠的胰岛细胞中能观察到更多异常的超微结构，如肿胀的线粒体和粗面内质网及高尔基复合体，这显示自噬在维持胰岛细胞结构方面是必不可少的。（）自噬在维持胰岛细胞内环境稳定方面也发挥重要作用。小鼠胰岛中国糖尿病杂志年月第卷第期，细胞存在分泌缺陷，但胰岛素生成正常，会造成胰岛素在细胞内积蓄。等研究显示，小鼠胰岛细胞通过上调细胞自噬水平，加速细胞内胰岛素降解来维持细胞内胰岛素的平衡。（）在缺陷鼠的胰岛细胞中，观察到细胞中胰岛素颗粒下降，在缺陷鼠的胰岛细胞分泌的基础胰岛素量也下降。缺陷鼠的胰岛细胞与对照组比，高糖刺激下胰岛素分泌量下降，这表明，自噬在胰岛素分泌方面起重要作用。（）自噬被激活是一种适应性反应。等发现，予高脂喂养周的敲除小鼠模型：与未被敲除的小鼠比较，出现了严重的糖耐量异常。形态学分析显示，小鼠胰岛细胞的代偿增殖能力受损，同时退化的胰岛细胞增加及蛋白积聚。本身可被自噬降解，也可与泛素蛋白结合通过自噬在溶酶体内降解。这表明，在应对外来应激时，自噬帮助胰岛细胞清除的是不必要的、有害的蛋白，保护细胞免受有害物质诱导的细胞死亡或凋亡。（）患者血糖升高主要是由于胰岛素分泌不足和，其主要特点是胰岛细胞作用缺陷。而胰岛细胞凋亡增加是由于内质网应激和胰岛细胞内胰岛淀粉样多肽（）等有毒物质积聚，增加会导致。（）是一种淀粉样蛋白质，和胰岛素一样由胰岛细胞合成和分泌。等研究证实，增加体内胰岛细胞表达会抑制自噬引起的高血糖。肥胖是的主要危险因素之一，其会加强表达而抑制自噬，增强自噬会降低表达引起胰岛细胞的凋亡，证实了自噬在有毒物质引起的细胞凋亡中起保护作用。（）水平在状态下会增加。包括饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，直接作用于胰岛细胞，饱和脂肪酸减少细胞增殖能力和诱导细胞凋亡。棕榈酸（）是一种具有相同碳链长度的单不饱和脂肪酸，消除毒性作用可促进胰岛细胞增殖。诱导细胞死亡主要通过凋亡、释放细胞色素、活化细胞凋亡蛋白酶（）和分裂。调节自噬是在增加的情况下，诱导胰岛细胞自噬是胰岛细胞生存的适应性反应。等证明，可导致胰岛细胞凋亡，同时在高糖情况下细胞毒性增加。在作用于胰岛细胞时，能观察到双层的弧形结够、双层膜的自噬体和单层膜的自噬溶酶体。内质网应激和类三磷酸肌醇激酶参与诱导自噬。当自噬增强时诱导胰岛细胞死亡减少。相反，在自噬系统被禁锢在自噬体形成阶段、自噬体和溶酶体融合阶段或溶酶体降解蛋白阶段，会诱导胰岛细胞死亡增加。由于细胞环境和细胞刺激因素不同，自噬会导致细胞死亡和存活两种不同的后果。因此，对于自噬的这种决定细胞命运的双重角色有待于进一步研究。自噬的负面作用：（）自噬性细胞死亡导致糖尿病患者胰岛细胞缺失。由于自身免疫的破坏作用导致胰岛细胞绝对缺乏，内源性胰岛素产生明显不足，需通过外源性注射胰岛素或胰岛胰腺移植。是渐进式胰岛细胞作用缺陷导致胰岛素分泌不足和在外周组织产生。因此，胰岛细胞凋亡在糖尿病患者胰岛细胞数量下降中起主要作用，自身免疫细胞的死亡也导致胰岛细胞数量的丢失。等通过电子显微镜研究患者和正常人群胰腺内分泌细胞显示，死亡的胰岛细胞在组和对照组分别占（）和（），在糖尿病胰岛中死亡的胰岛细胞有凋亡标志的占（）、对照组占（）（）。在患者胰岛中死亡的胰岛细胞有大量液泡没有变大的染色质凝聚（自噬死亡相关迹象）者、对照组（）。从分子水平研究胰岛细胞的自噬机制发现，患者和（参与自噬的起始过程）表达没变但溶酶体相关性膜蛋白（）和组织蛋白酶和（参与自噬之后的过程）的表达减少。当正常人群的胰岛暴露于非酯化脂肪酸时可观察到大量液泡积聚，同时伴有胰岛细胞死亡增加和表达减少，这提示自噬也可能导致胰岛细胞的损伤。（）氧化应激在糖尿病患者的胰岛细胞死亡中起重要作用。自噬在饥饿和低氧的条件下可保护胰岛细胞。然而，氧化应激导致的过度自噬会导致胰岛细胞死亡。通过检测经胰岛多重应激刺激后糖尿病患者凋亡基因表达情况，发现在抑制细胞存活和死亡状态下基因表达显著增加。、和在胰岛细胞凋亡中的作用未见报道。是一种多区域蛋白质，通过调节凋亡的内在和外的途径来提高细胞的存活率。蛋白家族中国糖尿病杂志年月第卷第期，参与活化及抑制。能抑制激活。在氧化应激和低氧情况下胰岛和的表达水平显著下降，表明抗凋亡防御能力下降。是位于下游调节分裂的一种基因，在应激条件下增加倍，表明已到凋亡的最后阶段。可增加线粒体自噬并作为低氧的一种适应性反应。（）内质网应激也可将自噬和凋亡联系在一起。和胰岛素均由胰岛细胞的颗粒合成并分泌，会引起胰岛细胞凋亡。导致胰岛细胞凋亡的主要机制是内质网氧化应激。减少会提高人类胰岛细胞存活率。胰岛素能刺激内质网合成几乎所有的分泌蛋白，这些蛋白的正确折叠和组装由分子伴侣在内质网腔内完成。当葡萄糖增多时，需要的胰岛素也增多，导致分子伴侣负荷过重从而不能正确折叠和转运蛋白，引起内质网应激后诱导胰岛细胞凋亡；内质网应激也能有效地诱导自噬，起到保护细胞的作用。的形成是一种在内质网应激条件下细胞（胰岛素瘤细胞）自噬的标志。但是内质网的应激也会激活，而（肠促胰岛素类似物）会显著降低。高糖（）或高脂（）刺激引起的内质网应激（）和氧化应激（）可诱导胰岛细胞自噬。类三磷酸肌醇激酶（），自噬相关基因（）和溶酶体相关性膜蛋白（）在调节自噬中起重要作用。然而，自噬在糖尿病中是起保护作用还是有害作用目前还不清楚，许多问题有待于进一步解决。胰岛细胞是否存在自噬依赖性细胞死亡；胰岛细胞是否通过调控、和种基因的表达及的积聚来诱导自噬和凋亡现象仍然存在争议。（图）图自噬、凋亡和糖尿病，自噬维持正常胰岛功能的重要性和在鼠通过促进胰岛素降解率来维持胰岛素含量，进一步证实保存胰岛细胞正常自噬的重要性。胰岛细胞特异性敲除鼠的胰岛素水平降低、，而改变自噬与糖尿病患者的胰岛细胞缺失相关。因此，自噬在糖尿病中的作用尚不明确，控制胰岛细胞的途径也不清楚。等报道，抗糖尿病药物二甲双胍可较正转录，减少被液泡吞噬的死亡胰岛细胞的数量。进一步的研究需要证实自噬是否能被精确调控，阻止糖尿病发生和延缓进展。因此，自噬可能是预防和治疗糖尿病的新靶点。另外，自噬不仅可以清除不正常的细胞质和蛋白质，也可清除传染因子包括宿主细胞的病毒和细菌。有关细胞水平的研究显示，自中国糖尿病杂志年月第卷第期，噬在清除结核分枝杆菌、链球菌和单纯疱疹病毒中也起作用。自噬在其他疾病中的作用也有待于进一步研究。目前的研究表明，自噬在细胞存活与死亡中是把双刃剑，对细胞的存