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胰島β細(xì)胞調(diào)亡的主要分子機(jī)制(2)

2012-08-29 16:11 閱讀:9236 來源:愛愛醫(yī) 責(zé)任編輯:潘樂樂
[導(dǎo)讀] 細(xì)胞凋亡是1型和2型糖尿病 發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),但1 型和2 型糖尿病細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制有所不同。FASL、穿孔素和顆粒酶、IL-1、 TNF-、IFN-和NO在1型糖尿病的細(xì)胞凋亡中起著重要的作用。炎癥應(yīng)激、氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在2型糖尿病的細(xì)胞凋亡中發(fā)揮著關(guān)鍵

    這些細(xì)胞因子還通過協(xié)同作用發(fā)揮作用。在體外環(huán)境中,TNF-α和IFN-γ均無法單獨誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡,而單獨使用IL-1β僅有輕微的促凋亡效應(yīng)。然而但這些細(xì)胞因子協(xié)調(diào)發(fā)揮效應(yīng)時,其誘導(dǎo)凋亡的作用大大增強(qiáng)[18] 。這些細(xì)胞因子還可促進(jìn)誘導(dǎo)型一氧化碳合酶(iNOS)合成,產(chǎn)生大量NO。iNOS啟動子區(qū)包含NF-κB的兩個可被IL- 1β和TNF-α激活結(jié)合位點和一個可被IFN-γ激活的STAT-1結(jié)合位點。

    NO是對細(xì)胞功能和凋亡存在著濃度依賴性的復(fù)雜作用,高濃度的NO引起DNA斷裂,激活p53,活化PARP引起由于DNA修復(fù)時ATP耗竭所導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡。此外,高濃度的NO還可與半胱氨酸、酪氨酸發(fā)生直接化學(xué)反應(yīng),修飾蛋白影響蛋白功能。NO還可調(diào)節(jié)NF-κB和AP-1活性,與其他轉(zhuǎn)錄因子的鋅指蛋白域相互作用,調(diào)節(jié)β細(xì)胞凋亡 [19] 。

    2.2 1型糖尿病β細(xì)胞凋亡的遏制

    目前認(rèn)為,T淋巴細(xì)胞是引起β細(xì)胞凋亡的效應(yīng)細(xì)胞,巨噬細(xì)胞和樹狀突細(xì)胞作為抗原呈遞細(xì)胞和氧自由基以及其他細(xì)胞毒性因子的釋放細(xì)胞在β細(xì)胞凋亡中起著重要作用,然而FASL、IL-1β、IFN-γ、TNF-α和NO等細(xì)胞因子,哪個因子在β凋亡中起著至關(guān)重要的作用還有爭議。但隨著人們對胰島β細(xì)胞調(diào)亡機(jī)制、調(diào)節(jié)因素及其與糖尿病關(guān)系的認(rèn)識,胰島β細(xì)胞凋亡遏制的研究將為臨床防止T1DM提供新途徑。其一,消除或抑制促凋亡因素:對于1型糖尿病,自身免疫性破壞是胰島β細(xì)胞損害的主要原因,故通過誘導(dǎo)免疫耐受、免疫赦免、阻斷細(xì)胞因子及NO的作用具有重要意義。誘導(dǎo)免疫耐受方面,可通過在胸腺內(nèi)轉(zhuǎn)基因表達(dá)胰島素或胸腺內(nèi)注射胰島提取物質(zhì)、胰島B鏈、谷氨酸脫羧酶65等可清除與胰島或B細(xì)胞抗原反應(yīng)的胸腺細(xì)胞;口服自身抗原可經(jīng)旁路抑制產(chǎn)生免疫耐受;阻斷T細(xì)胞激活所需的協(xié)同刺激信號。如 CTLA4-Ig,阻斷協(xié)同刺激分子CD28-B7相互作用致T細(xì)胞無反應(yīng)或凋亡等。同時,機(jī)體有些部位如睪丸可通過表達(dá)FasL誘導(dǎo)Fas浸潤T細(xì)胞凋亡而獲得免疫赦免,將表達(dá) FasL的成肌細(xì)胞與胰島共同移植,能顯著延長胰島存活期。但也有實驗顯示。轉(zhuǎn)基因表達(dá)FasL的鼠同源胰島移植物卻受到中性粒細(xì)胞的破壞而萎縮,而抗FasL抗體能減輕胰島炎、防止胰島B細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

    Turvey等研究認(rèn)為,除非能防止FasL依賴性的中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),否則,通過異位表達(dá)FasL誘導(dǎo)浸潤T細(xì)胞凋亡而防止移植物被排斥的策略就不可能實現(xiàn)。還可抑制或阻斷細(xì)胞因子及NO的促凋亡作用。如轉(zhuǎn)基因表達(dá)IL-1受體拮抗蛋白(1RAP)、蛋白IB235(Islet—brain)1和IB2、 JNK抑制劑-細(xì)胞通透肽均可防止IL-1β誘導(dǎo)的胰島β細(xì)胞死亡。IGF-I對細(xì)胞因子介導(dǎo)的細(xì)胞死亡也有保護(hù)效應(yīng),NOS抑制劑、Ca2+ 螯合物及Ca2+ 依賴性蛋白酶 Calpain的抑制劑均可阻斷NO供體SNAP誘導(dǎo)的胰島β細(xì)胞凋亡。其二,干預(yù)細(xì)胞凋亡過程保護(hù)胰島:通過阻斷死亡受體信號傳導(dǎo)途徑如誘導(dǎo)Fas相關(guān)的死亡區(qū)域 (FADD)、TNFR相關(guān)的死亡區(qū)域(TRADD)失功能突變可以防止TNFR和Fas介導(dǎo)的凋亡。增加抗凋亡蛋白的表達(dá)如轉(zhuǎn)染Bc1-2基因可以防止免疫反應(yīng)介導(dǎo)的胰島β細(xì)胞損傷,轉(zhuǎn)基因表達(dá)Bc1-xL的胰島β細(xì)胞系生存能力增強(qiáng)。還可經(jīng)抑制caspose的作用如轉(zhuǎn)基因表達(dá)caspase-l,-8的抑制劑CrmA降低β細(xì)胞對致糖尿病性T細(xì)胞的易感性,減少 NOD鼠糖尿病的發(fā)生。另外熱休克 蛋白(Hsp)的表達(dá)可通過保護(hù)線粒體功能、抑制應(yīng)激激活的蛋白激酶及p38激酶的激活、防止p53介導(dǎo)的Bax基因轉(zhuǎn)錄激活而發(fā)揮抗凋亡作用。

    3. 2型糖尿病和β細(xì)胞凋亡

    2型糖尿病是一個進(jìn)展性疾病,盡管胰島β細(xì)胞分泌胰島素不足和胰島素抵抗在2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中誰起主導(dǎo)作用仍是一個爭議的問題:過去認(rèn)為胰島素抵抗在2 型糖尿病病理生理機(jī)制中占主要位置,現(xiàn)在越來越多地認(rèn)識到胰島β細(xì)胞分泌胰島素不足在2型糖尿病發(fā)生發(fā)展中起重要作用。一般來說,胰島產(chǎn)生胰島素的能力決定于β細(xì)胞的數(shù)量和β細(xì)胞的功能性活動。外周胰島素抵抗和隨之而來的胰島素需求的不斷增加都是通過β細(xì)胞活動和(或) β細(xì)胞團(tuán)塊的增加實現(xiàn)的。胰島β細(xì)胞功能障礙是2型糖尿病發(fā)生的必要條件,胰島β細(xì)胞凋亡是造成胰島素分泌能力絕對下降的重要因素,β細(xì)胞凋亡在2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制中起了重要的作用。

    3.1 2型糖尿病患者增加β細(xì)胞凋亡的主要原因

    引起β細(xì)胞凋亡的機(jī)制尚不清楚,但是許多因素牽涉在內(nèi),如高血糖癥、高脂血癥、胰島淀粉樣物質(zhì)的沉積,或這些因素的聯(lián)合作用,使機(jī)體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性逐漸破壞,而出現(xiàn)明顯的糖尿病,并引起各種急慢性并發(fā)癥?,F(xiàn)將可能引起2型糖尿病胰島β細(xì)胞凋亡增加的機(jī)制簡單分述如下:

    3.1.1 “糖毒性”作用

    糖尿病是以血糖升高為臨床特點,高血糖對機(jī)體的不良影響,稱為“葡萄糖毒性作用”。高血糖對β細(xì)胞的損傷作用是導(dǎo)致β細(xì)胞功能缺陷的重要因素。葡萄糖通過葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白進(jìn)入胰島β細(xì)胞,被磷酸化后,可進(jìn)入許多代謝途徑,包括糖酵解。正常的β細(xì)胞可根據(jù)長期的營養(yǎng)狀態(tài)調(diào)節(jié)胰島素分泌能力,β細(xì)胞還能通過增殖來適應(yīng)更長期的變化。但在長期高血糖水平下,胰島β細(xì)胞凋亡增多而增殖減少,從而減少有功能的β細(xì)胞數(shù)量。長期高血糖增加β細(xì)胞凋亡的具體作用機(jī)制可能與以下因素有關(guān):

    (1) 長期高血糖可能影響參與凋亡的基因表達(dá),通過改變Bcl蛋白家族之間的平衡來調(diào)節(jié)β細(xì)胞凋亡水平[20] 。Federici等發(fā)現(xiàn)在高葡萄糖(16.7mmol/L) 條件下,高血糖能夠持續(xù)增加促凋亡基因Bad、Bid、Bik的表達(dá),減少Bcl-xl抗凋亡基因的表達(dá),而對Bcl-2抗凋亡基因的表達(dá)沒有影響。高血糖打破了促凋亡和抗凋亡之間的平衡,并向著凋亡的方向發(fā)展,促進(jìn)胰島細(xì)胞凋亡。

    (2)糖毒性的生物化學(xué)機(jī)制可能是由慢性氧化應(yīng)激引起。氧化和抗氧化作用失衡所致的氧化應(yīng)激引起胰島β細(xì)胞凋亡[21] 。

    (3) 高血糖可通過上調(diào)Fas受體和刺激FasL表達(dá)引起胰島β 細(xì)胞凋亡。2型糖尿病可能是一個炎癥性過程,高血糖誘導(dǎo)β細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子 IL-1β,IL-1β激活NF-κB而觸發(fā)通過上調(diào)Fas受體而引起β細(xì)胞的凋亡。

    (4)Liu[22] 等提出糖毒性誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡的機(jī)制之一可能是葡萄糖的代謝影響O-連接的N-乙酰胺基G對細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的修飾,產(chǎn)生對糖負(fù)荷的適應(yīng),導(dǎo)致β細(xì)胞凋亡。

    3.1.2 “脂毒性”作用

    2型糖尿病患者存在脂代謝紊亂,常有血漿游離脂肪酸(FFA)的升高。FFA對β細(xì)胞的影響是雙向的,有研究提示短期高濃度FFA可顯著刺激胰島素分泌,而長期高水平的血漿FFA濃度可導(dǎo)致胰島β細(xì)胞分泌功能受損,胰島素釋放減少,即發(fā)生脂毒性作用。FFA的脂毒性作用最終可致β細(xì)胞凋亡增加,為了區(qū)別于其它原因?qū)е碌牡蛲?,將這種FFA引起的凋亡稱之為脂凋亡。研究表明,長期暴露于高FFA可引起人和鼠胰島β細(xì)胞脂質(zhì)過載,細(xì)胞增生下調(diào)、凋亡增加,胰島素分泌減少[23-24] 。Shimabukuro[25] 等提出FFA可通過增加合成鞘髓磷脂醇產(chǎn)物一酰基鞘氨醇(一個細(xì)胞凋亡信息分子)導(dǎo)致β細(xì)胞凋亡,?;拾贝伎缮险{(diào)NF-κB的表達(dá),而后者又可上調(diào)NO合酶的表達(dá),使NO產(chǎn)生增加;FFA可以通過一氧化氮獨立機(jī)制的影響使正常的胰島β細(xì)胞凋亡。甘油三酯是細(xì)胞內(nèi)FFA的來源,胰島素具有激活脂蛋白酯酶的作用,其相對不足時,血漿乳糜微粒和極低密度脂蛋白顆粒中的TG降解發(fā)生障礙,使血中甘油三酯水平升高。胰島素抵抗可引起高甘油三酯血癥,而后者又可影響胰島素的活性,反過來導(dǎo)致胰島素抵抗,造成惡性循環(huán),因此高甘油三酯血癥在糖尿病的發(fā)展過程中起著重要作用。Shimabukuro[25] 等用5mmol/L 的甘油三酯孵育正常大鼠胰島72小時,胰島的分泌功能較對照組降低。并且甘油三酯可使胰島內(nèi)由于細(xì)胞凋亡而產(chǎn)生的DNA條帶增加l5倍,而DNA條帶的增加是細(xì)胞凋亡的特征之一,因此高甘油三酯本身可能引起β細(xì)胞凋亡。

    3.1.3 葡萄糖脂肪毒性作用

    2型糖尿病的β細(xì)胞功能缺陷是一個進(jìn)展過程,脂肪酸(FA)作用與其共存的葡萄糖濃度有很大的關(guān)系。血糖正常時,慢性升高的FA就會在線粒體中被迅速氧化,不會損害β細(xì)胞功能;相反,當(dāng)FA和血糖濃度都升高,F(xiàn)A酯化的代謝產(chǎn)物的積累可能會抑制葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌和胰島素的基因表達(dá),β細(xì)胞的功能就會受到極大的損害。Jacqueminet等的研究證明,在低糖濃度時,胰島素分泌和胰島素的基因表達(dá)正常,而在高糖濃度時卻明顯下降;隨之他們研究又發(fā)現(xiàn)軟脂酸鹽誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)甘油三酯的集聚僅在高糖存在時出現(xiàn),依賴葡萄糖的中性脂質(zhì)的聚集與胰島素mRNA的水平的聯(lián)系是反向的。葡萄糖毒性和脂肪毒性的這種緊密相聯(lián)在某種意義上說高血糖是脂毒性出現(xiàn)的必需條件,進(jìn)一步來說,脂毒性可認(rèn)為是糖毒性的一個機(jī)制,活性氧簇的產(chǎn)生可能是葡萄糖毒性和脂毒性共有的機(jī)制,胰島在軟脂酸中的暴露誘導(dǎo)活性氧簇的產(chǎn)生[26] ,用二甲雙胍治療胰島能夠防止FA的惡化作用[27] 。因此可以認(rèn)為:在損害β細(xì)胞功能上,葡萄糖毒性和脂毒性相互依賴地集中于這一點,且有協(xié)同作用。

    3.1.4 胰島淀粉樣多肽(1APP)的沉積

    lAPP為37氨基酸多肽,又稱為胰淀素,是胰島β細(xì)胞的正常分泌產(chǎn)物,與胰島素合成及分泌并行,其中第20~29位氨基酸序列是lAPP形成淀粉樣纖維蛋白沉積的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。IAPP容易積存在β細(xì)胞之間,或β細(xì)胞和其他內(nèi)分泌細(xì)胞之間,從而減少了有功能的β細(xì)胞數(shù)目和分泌區(qū)域。尸檢發(fā)現(xiàn),90%的2型糖尿病患者胰島中有淀粉樣纖維蛋白沉積,伴B細(xì)胞數(shù)量減少40%~60%,且胰島淀粉樣變性程度與糖尿病的病變程度一致,提示IAPP可能造成T2DM 胰島B細(xì)胞數(shù)量減少。人LAPP可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 [28] ,且二者呈劑量相關(guān)性;有絲分裂期的胰島細(xì)胞對人IAPP誘導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡較分裂間期的細(xì)胞更敏感[29] 。轉(zhuǎn)入人lAPP基因的純合子肥胖小鼠在高糖、高脂飲食、生長激素或糖皮質(zhì)激素處理后胰島內(nèi)很快出現(xiàn)大量IAPP變性沉積,β細(xì)胞凋亡水平大于復(fù)制水平,數(shù)量下降,最終發(fā)展為2型糖尿病[30-31] 。lAPP聚集物在胰島形成淀粉樣纖維素,中等大小的lAPP聚集物,通過膜破壞對胰島細(xì)胞有“細(xì)胞毒性作用”,誘導(dǎo)胰島細(xì)胞的凋亡[32] 。 3.2 2型糖尿病患者β細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制 2型糖尿病患者β細(xì)胞量減少主要原因是由于凋亡增加,糖毒性、糖脂毒性炎癥介質(zhì)和胰淀素的沉積是導(dǎo)致2型糖尿病患者β細(xì)胞凋亡的原因。這些因素主要是通過炎癥應(yīng)激、氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等分子機(jī)制調(diào)控β細(xì)胞凋亡。


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