β細胞凋亡是1型和2型糖尿病 發(fā)病機制中的關鍵環(huán)節(jié)，但1 型和2 型糖尿病β細胞凋亡的分子機制有所不同。FASL、穿孔素和顆粒酶、IL-1β、 TNF-α、IFN-γ和NO在1型糖尿病的β細胞凋亡中起著重要的作用。炎癥應激、氧化應激和內(nèi)質網(wǎng)應激在2型糖尿病的β細胞凋亡中發(fā)揮著關鍵作用。

    細胞凋亡（ apoptosis）是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡，又稱為程序性細胞死亡（ programmed cell death），是真核細胞的一種特殊的死亡形式[1] 。細胞凋亡，是局部環(huán)境生理或病理性變化引起的、由自身內(nèi)部機制調節(jié)的一種主動的、按一定程序進行的細胞自發(fā)性死亡方式，是以一種與細胞有絲分裂完全相反的方式來調節(jié)細胞群體相對恒定的重要機制，是一個多步驟發(fā)生的、受基因調控的遺傳機制。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；細胞呈現(xiàn)胞體變小，皺縮，染色質濃集，核固縮，進而核碎裂形成被膜包圍的凋亡小體，最后被周圍吞噬細胞吞噬降解。細胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達以及調控等的作用，它對生物個體的發(fā)育、存活以及保持正常生理功能都有重要意義，是機體為更好地適應生存環(huán)境而主動爭取的一種死亡過程。但如果細胞凋亡規(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細胞凋亡與糖尿病

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

    在糖尿病整個病理過程中，β細胞凋亡呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢。在1型糖尿病中，β細胞凋亡起著決定性作用，在1型糖尿病診斷時，β細胞量減少約75％甚至90％以上。目前關于在2型糖尿病發(fā)病機制中，β細胞量減少還是β細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在2型糖尿病中β細胞量是明顯減少的。在沙鼠的2型糖尿病模型中，早期β細胞新陳代謝率增加（增殖和凋亡增加），β細胞量輕度增加。隨著疾病的進展，β細胞凋亡逐漸占優(yōu)勢，表現(xiàn)為糖尿病終末期β細胞量顯著減少。Bulter等[3] 通過尸檢研究了糖尿病患者的β細胞量的變化。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細胞量減少63％；非肥胖糖尿病患者相對β 細胞量比既無肥胖又無糖尿病者減少41％。他們認為β細胞凋亡增加是2型糖尿病患者β細胞量減少的主要原因，而β細胞的新生和增殖保持正常甚至稍微增高。其他學者的研究[4-5] 也證實2型糖尿病患者_β_細胞量較非糖尿病對照人群明顯減少。

    2.1型糖尿病和β細胞凋亡

    1型糖尿病中β細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，許多免疫效應細胞，包括CD8＋ 、CD4＋ T細胞和巨噬細胞、樹突狀細胞及其效應分子，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）以及其效應分子、補體、金屬離子等參與了胰島β細胞凋亡的過程。

    2.1 1型糖尿病β細胞凋亡的分子機制

    1型糖尿病β細胞破壞的主要機制包括：
    1.表達于激活的CD8+ T淋巴細胞的FAS配體（FASL）和表達于胰島β細胞的FAS受體，激活凋亡的死亡受體途徑；
    2.激活的 CD8+ T淋巴細胞釋放穿孔素和顆粒酶，誘導β細胞凋亡；
    3.浸潤于胰島細胞的各種免疫細胞釋放細胞因子，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β細胞凋亡；
    4.巨噬細胞、樹狀突細胞和β細胞釋放活性氧元件，如一氧化氮（NO），調控β細胞凋亡。

    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構域（DD, death domain），它與其配體FasL結合可以啟動凋亡信號的轉導引起細胞凋亡。FAS和FASL分別表達于β細胞表面和浸潤于胰島細胞的CD8+ T細胞。FAS激活后誘導形成FAS三聚體，三聚化的Fas和FasL結合后，使三個Fas分子的死亡結構域相聚成簇，受體通過死亡區(qū)域直接或間接與細胞內(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的必需成分，稱死亡效應區(qū)域（ death effect domain, DED），F(xiàn)ADD是死亡信號轉錄中的一個連接蛋白。DD結構域負責和Fas分子胞內(nèi)段上的DD結構域結合，該蛋白再以DED連接另一個帶有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caspase8的分子。當 FADD與受體結合后，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蛋白酶結構域，裂解后導致Caspase- 8自我活化，激活其下游效應 Caspase誘導細胞凋亡。體外研究表明Caspase-8能與caspase-3，-4，-7，-9等分子結合，遂由單鏈酶原轉成有活性的雙鏈蛋白，進而引起隨后的級聯(lián)反應，即 Caspases，后者作為酶原而被激活，引起下面的級聯(lián)反應[6] ，誘導β細胞發(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小鼠胰島細胞的FAS相關的死亡域蛋白突變可抵抗FAS和細胞因子誘導的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細胞的顆粒中，CD8+ T細胞受體識別β細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胞外環(huán)境。穿孔素可在細胞表面形成孔洞，絲氨酸蛋白酶顆粒酶通過這些孔進入細胞，引起一系列的級聯(lián)反應，如 caspase的激活和BID蛋白的活化，引起β細胞凋亡。在穿孔素存在時，顆粒酶B能直接激活caspase3，7，8，l0誘導靶細胞快速凋亡，還可通過旁路途徑如裂解BID為短鏈BID促進細胞凋亡。目前認為穿孔素/顆粒酶是T細胞介導β細胞凋亡的主要介質。在l型糖尿病中，自身反應性細胞毒性T淋巴細胞（CTL）通過Fas／FasL途徑和穿孔素／顆粒酶途徑誘導β細胞凋亡，但通過穿孔素／顆粒酶途徑導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β細胞凋亡，而在疾病進展期則顆粒酶介導的β細胞凋亡起主導作用。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+ 特異性殺傷機制，β細胞凋亡還可通過IL-1β、IFN-γ和TNF-α等促炎癥因子誘導。

    IL-1β與受體（IL-1R）結合后誘導受體的胞漿域形成多蛋白復合物，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IRAK-1，使其自IL-1R蛋白復合物中釋放。然后IRAK-1活化TNF受體相關因子 -6（TRAF-6），TRAF-6興奮IKK，IKK使與NF-κB結合的IκB降解，將NF-κB 釋放使其核轉位，發(fā)揮基因調控的作用。實驗證明NF-κB抑制劑轉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的信號轉導，可預防鏈脲菌素誘導的糖尿病發(fā)生，抑制胰島β細胞的凋亡[13] 。IL-1β除促β細胞凋亡的作用外，還可影響β細胞功能。該效應是通過IL-1β降低胰島素囊泡與β細胞膜的錨定而實現(xiàn)的[14] 。

    IFN-γ與其受體結合后誘導其寡聚化并且募集Jak1和Jak2，Jak1和Jak2通過磷酸化激活Stat-1，然后Stat-1轉移至細胞核內(nèi)調節(jié)在啟動子區(qū)含GAS基因的表達，如 FAS，caspases和iNOS等。研究發(fā)現(xiàn)，阻滯胰島Stat-1基因的表達，可防止鏈脲菌素誘導的糖尿病發(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）結合后，TNF-R1形成三聚體募集TNFR1相關的死亡結構域蛋白（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IKK復合物協(xié)同誘導NF-κB。此外TNF-α還通過TRAF-2誘導β細胞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] 。