β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β細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制有所不同。FASL、穿孔素和顆粒酶、IL-1β、 TNF-α、IFN-γ和NO在1型糖尿病的β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β細(xì)胞凋亡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

    細(xì)胞凋亡（ apoptosis）是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡，又稱為程序性細(xì)胞死亡（ programmed cell death），是真核細(xì)胞的一種特殊的死亡形式[1] 。細(xì)胞凋亡，是局部環(huán)境生理或病理性變化引起的、由自身內(nèi)部機(jī)制調(diào)節(jié)的一種主動的、按一定程序進(jìn)行的細(xì)胞自發(fā)性死亡方式，是以一種與細(xì)胞有絲分裂完全相反的方式來調(diào)節(jié)細(xì)胞群體相對恒定的重要機(jī)制，是一個(gè)多步驟發(fā)生的、受基因調(diào)控的遺傳機(jī)制。在凋亡過程中，由于內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶的激活，使 DNA在核小體連接區(qū)斷裂，形成以180～200bp整倍數(shù)的DNA片段；細(xì)胞呈現(xiàn)胞體變小，皺縮，染色質(zhì)濃集，核固縮，進(jìn)而核碎裂形成被膜包圍的凋亡小體，最后被周圍吞噬細(xì)胞吞噬降解。細(xì)胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，它對生物個(gè)體的發(fā)育、存活以及保持正常生理功能都有重要意義，是機(jī)體為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而主動爭取的一種死亡過程。但如果細(xì)胞凋亡規(guī)律異常，會給人類造成許多疾病，包括糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等多種疾病的發(fā)生，β細(xì)胞凋亡在1、2 型糖尿病的發(fā)病中扮演了重要角色[2] 。

    1.β細(xì)胞凋亡與糖尿病

    糖尿病患者普遍存在β細(xì)胞總數(shù)減少。β細(xì)胞總數(shù)減少受以下四個(gè)因素來調(diào)節(jié)：①β細(xì)胞的復(fù)制；②β細(xì)胞的體積；③新的β細(xì)胞生成；④β細(xì)胞的凋亡。每個(gè)因素對于維持β 細(xì)胞總數(shù)的作用，都隨著生長發(fā)育的不同階段以及不同的代謝負(fù)荷而有所不同。在新出生嬰兒時(shí)期，由于β細(xì)胞的大量復(fù)制和隨后而來的β細(xì)胞的新生，大大超過了凋亡的速度，所以β細(xì)胞總數(shù)明顯增加。在兒童及青少年時(shí)期，復(fù)制、新生及凋亡的速度都有顯著的下降。到了成人階段，β細(xì)胞的壽命大約為60天，在大多數(shù)情況下，每天約有0.5％的β細(xì)胞凋亡，但有復(fù)制和少數(shù)新生的β細(xì)胞補(bǔ)充。而β細(xì)胞的大小始終相對比較恒定，所以，正常成人的β細(xì)胞數(shù)量維持在一個(gè)相對衡定的狀態(tài)。但在肥胖 人群中，β細(xì)胞復(fù)制加速、肥大，并有新生的β細(xì)胞，使β細(xì)胞總數(shù)增多，來代償肥胖引起的代謝負(fù)荷以及隨之而來的胰島素抵抗。

    在糖尿病整個(gè)病理過程中，β細(xì)胞凋亡呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢。在1型糖尿病中，β細(xì)胞凋亡起著決定性作用，在1型糖尿病診斷時(shí)，β細(xì)胞量減少約75％甚至90％以上。目前關(guān)于在2型糖尿病發(fā)病機(jī)制中，β細(xì)胞量減少還是β細(xì)胞本身份泌功能減低，哪種作用更為重要尚有爭議。但動物模型和人體尸檢均證實(shí)在2型糖尿病中β細(xì)胞量是明顯減少的。在沙鼠的2型糖尿病模型中，早期β細(xì)胞新陳代謝率增加（增殖和凋亡增加），β細(xì)胞量輕度增加。隨著疾病的進(jìn)展，β細(xì)胞凋亡逐漸占優(yōu)勢，表現(xiàn)為糖尿病終末期β細(xì)胞量顯著減少。Bulter等[3] 通過尸檢研究了糖尿病患者的β細(xì)胞量的變化。他們發(fā)現(xiàn)肥胖伴有空腹血糖升高患者的β細(xì)胞量比肥胖非糖尿病者減少 40％，肥胖伴糖尿病患者較單純肥胖者β細(xì)胞量減少63％；非肥胖糖尿病患者相對β 細(xì)胞量比既無肥胖又無糖尿病者減少41％。他們認(rèn)為β細(xì)胞凋亡增加是2型糖尿病患者β細(xì)胞量減少的主要原因，而β細(xì)胞的新生和增殖保持正常甚至稍微增高。其他學(xué)者的研究[4-5] 也證實(shí)2型糖尿病患者_(dá)β_細(xì)胞量較非糖尿病對照人群明顯減少。

    2.1型糖尿病和β細(xì)胞凋亡

    1型糖尿病中β細(xì)胞的死亡模式是壞死。還是凋亡，或二者兼有尚無定論，但越來越多的證據(jù)表明，凋亡在胰島β細(xì)胞自身免疫性破壞中占有重要地位。此外，Trudean 等推測，新生鼠胰島β細(xì)胞凋亡高 峰有可能是引起自身免疫性糖尿病的觸發(fā)因素。在1型糖尿病的病理過程中，許多免疫效應(yīng)細(xì)胞，包括CD8＋ 、CD4＋ T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞及其效應(yīng)分子，如穿孔素/顆粒酶B、白介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子（TNF-α）和干擾素 -γ（IFN-γ）以及其效應(yīng)分子、補(bǔ)體、金屬離子等參與了胰島β細(xì)胞凋亡的過程。

    2.1 1型糖尿病β細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制

    1型糖尿病β細(xì)胞破壞的主要機(jī)制包括：
    1.表達(dá)于激活的CD8+ T淋巴細(xì)胞的FAS配體（FASL）和表達(dá)于胰島β細(xì)胞的FAS受體，激活凋亡的死亡受體途徑；
    2.激活的 CD8+ T淋巴細(xì)胞釋放穿孔素和顆粒酶，誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡；
    3.浸潤于胰島細(xì)胞的各種免疫細(xì)胞釋放細(xì)胞因子，包括白介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子（TNF-α）和干擾素-γ（IFN-γ），促進(jìn)β細(xì)胞凋亡；
    4.巨噬細(xì)胞、樹狀突細(xì)胞和β細(xì)胞釋放活性氧元件，如一氧化氮（NO），調(diào)控β細(xì)胞凋亡。

    2.1.1 FAS和FASL

    Fas（又稱CD95/APO-1）屬于腫瘤壞死因子超家族的亞型，F(xiàn)as分子胞內(nèi)段帶有特殊的死亡結(jié)構(gòu)域（DD, death domain），它與其配體FasL結(jié)合可以啟動凋亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)引起細(xì)胞凋亡。FAS和FASL分別表達(dá)于β細(xì)胞表面和浸潤于胰島細(xì)胞的CD8+ T細(xì)胞。FAS激活后誘導(dǎo)形成FAS三聚體，三聚化的Fas和FasL結(jié)合后，使三個(gè)Fas分子的死亡結(jié)構(gòu)域相聚成簇，受體通過死亡區(qū)域直接或間接與細(xì)胞內(nèi)銜接蛋白（ adoptor protein） FADD（Fas-associated protein with death domain）相偶聯(lián)。FADD是一種胞漿蛋白，其C端含有死亡區(qū)域（DD, death domain），N端是與死亡信號傳導(dǎo)的必需成分，稱死亡效應(yīng)區(qū)域（ death effect domain, DED），F(xiàn)ADD是死亡信號轉(zhuǎn)錄中的一個(gè)連接蛋白。DD結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)和Fas分子胞內(nèi)段上的DD結(jié)構(gòu)域結(jié)合，該蛋白再以DED連接另一個(gè)帶有DED的后續(xù)成分，由此引起N端DED隨即與無活性的半胱氨酸蛋白酶8（caspase-8）酶原前體發(fā)生同源性交聯(lián)，聚合多個(gè)caspase8的分子。當(dāng) FADD與受體結(jié)合后，借助于DED與無活性的caspase8酶原前體偶聯(lián)形成DISC（ death inducing signaling complex）復(fù)合物，Caspase-8酶原前體，其N端也含有DED，C 端含有典型ICE蛋白酶結(jié)構(gòu)域，裂解后導(dǎo)致Caspase- 8自我活化，激活其下游效應(yīng) Caspase誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。體外研究表明Caspase-8能與caspase-3，-4，-7，-9等分子結(jié)合，遂由單鏈酶原轉(zhuǎn)成有活性的雙鏈蛋白，進(jìn)而引起隨后的級聯(lián)反應(yīng)，即 Caspases，后者作為酶原而被激活，引起下面的級聯(lián)反應(yīng)[6] ，誘導(dǎo)β細(xì)胞發(fā)生凋亡。研究表明FAS受體基因突變的NOD小鼠不會發(fā)展為糖尿病[7] ，對NOD小鼠胰島細(xì)胞的FAS相關(guān)的死亡域蛋白突變可抵抗FAS和細(xì)胞因子誘導(dǎo)的β凋亡[8] 。

    2.1.2 穿孔素和顆粒酶

    穿孔素和顆粒酶存在于CD8+ T細(xì)胞的顆粒中，CD8+ T細(xì)胞受體識別β細(xì)胞表面的自身抗原后通過胞吐作用釋放這些毒素分子至細(xì)胞外環(huán)境。穿孔素可在細(xì)胞表面形成孔洞，絲氨酸蛋白酶顆粒酶通過這些孔進(jìn)入細(xì)胞，引起一系列的級聯(lián)反應(yīng)，如 caspase的激活和BID蛋白的活化，引起β細(xì)胞凋亡。在穿孔素存在時(shí)，顆粒酶B能直接激活caspase3，7，8，l0誘導(dǎo)靶細(xì)胞快速凋亡，還可通過旁路途徑如裂解BID為短鏈BID促進(jìn)細(xì)胞凋亡。目前認(rèn)為穿孔素/顆粒酶是T細(xì)胞介導(dǎo)β細(xì)胞凋亡的主要介質(zhì)。在l型糖尿病中，自身反應(yīng)性細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTL）通過Fas／FasL途徑和穿孔素／顆粒酶途徑誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡，但通過穿孔素／顆粒酶途徑導(dǎo)致自身免疫性糖尿病的效率是通過Fas／FasL途徑的3O倍，在疾病早期主要通過Fas／FasL途徑介導(dǎo)β細(xì)胞凋亡，而在疾病進(jìn)展期則顆粒酶介導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡起主導(dǎo)作用。穿孔素缺乏的**-LCMV小鼠（一種病毒誘發(fā)的糖尿病模型）可耐受LCMV的感染，不出現(xiàn)糖尿病表型。而穿孔素基因敲除的NOD小鼠盡管有嚴(yán)重的胰島炎，但很少出現(xiàn)糖尿病 [9-10] 。

    2.1.3炎癥因子

    除了上述2種CD8+ 特異性殺傷機(jī)制，β細(xì)胞凋亡還可通過IL-1β、IFN-γ和TNF-α等促炎癥因子誘導(dǎo)。

    IL-1β與受體（IL-1R）結(jié)合后誘導(dǎo)受體的胞漿域形成多蛋白復(fù)合物，如IL-1受體附件蛋白（IL-1RAcP），Tollip，MyD88，IRAK-1和IRAK-4。IRAK-4磷酸化IRAK-1，激活I(lǐng)RAK-1，使其自IL-1R蛋白復(fù)合物中釋放。然后IRAK-1活化TNF受體相關(guān)因子 -6（TRAF-6），TRAF-6興奮IKK，IKK使與NF-κB結(jié)合的IκB降解，將NF-κB 釋放使其核轉(zhuǎn)位，發(fā)揮基因調(diào)控的作用。實(shí)驗(yàn)證明NF-κB抑制劑轉(zhuǎn)基因小鼠對多次小劑量鏈脲菌素造成的糖尿病模型具有抵抗作用[11] 。此外IL-1β還可激活MAPK信號途徑中的p38和JNK。IL-1R基因敲除小鼠可延緩糖尿病的發(fā)生[12] ，NOD小鼠采用IL- 1R拮抗劑阻斷IL-1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，可預(yù)防鏈脲菌素誘導(dǎo)的糖尿病發(fā)生，抑制胰島β細(xì)胞的凋亡[13] 。IL-1β除促β細(xì)胞凋亡的作用外，還可影響β細(xì)胞功能。該效應(yīng)是通過IL-1β降低胰島素囊泡與β細(xì)胞膜的錨定而實(shí)現(xiàn)的[14] 。

    IFN-γ與其受體結(jié)合后誘導(dǎo)其寡聚化并且募集Jak1和Jak2，Jak1和Jak2通過磷酸化激活Stat-1，然后Stat-1轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)調(diào)節(jié)在啟動子區(qū)含GAS基因的表達(dá)，如 FAS，caspases和iNOS等。研究發(fā)現(xiàn)，阻滯胰島Stat-1基因的表達(dá)，可防止鏈脲菌素誘導(dǎo)的糖尿病發(fā)生[15] 。而IFN-R基因敲除小鼠抑制胰島炎和糖尿病的發(fā)生 [16] 。

    TNF-α與TNF受體-1（TNF-R1）結(jié)合后，TNF-R1形成三聚體募集TNFR1相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域蛋白（TRADD），然后TRADD征募TRAF-2和色氨酸蘇氨酸激酶Rip，TRAF-2激活 MAPK和NF-κB途徑。TRAF-2與Rip通過激活I(lǐng)KK復(fù)合物協(xié)同誘導(dǎo)NF-κB。此外TNF-α還通過TRAF-2誘導(dǎo)β細(xì)胞MAPK中的p38和JNK磷酸化。TNF-R1募集TRADD還可激活 Caspase-8酶原前體，從而激活Caspase-8級聯(lián)誘導(dǎo)凋亡[13] 。TNF-R1基因突變的 NOD小鼠可避免糖尿病的發(fā)生[10] ，與此相類似，抗TNF-α抗體在NOD小鼠可抑制糖尿病的發(fā)生[17] 。