细胞的氧化损伤机制

β细胞的氧化损伤机制

班级：02级口腔2班姓名：张津京指导教师：贾竹青

【摘要】氧化损伤是引起许多组织细胞凋亡的一个重要机制。胰岛细胞内抗氧化物酶水平比较低，因此在高血糖、细胞因子、胰岛淀粉多肽（IAPP）等因素的诱导下容易发生胰岛β细胞的氧化应激反应。后者通过激活一些信号转导途径抑制胰岛素基因转录，损伤胰岛β细胞，进一步加重糖尿病。

【关键词】β细胞；氧化应激；糖尿病

【Abstract】oxidative damage is an important mechanism for apoptosis of many cells. The level of anti-oxidase in the islet cell is low, so under the induction of high glucose, cytokines and islet amyloid polypeptide (IAPP), it is likely to cause oxidative stress in pancreatic βcells. It can then inhibit the transcription of insulin gene through the activation of some signal transduction pathways and damage pancreatic βcells, thus will make diabetes even worse.

【Key words】βcell; oxidative stress; diabetes

一般认为糖尿病是由于绝对或相对胰岛素分泌不足引起的糖、蛋白质、脂肪等代谢紊乱，特征为血糖过高、糖尿、葡萄糖耐量减低及胰岛素释放异常。近年来，将氧化应激(Oxidative stress)和糖尿病及其并发症的复杂病理机制联系在一起颇受注意。与其他组织细胞相比，胰岛β细胞在一些因素诱导下极易发生氧化应激反应，当氧化和抗氧化失衡所致的氧化应激引起胰岛β细胞损伤时，就会使葡萄糖刺激的胰岛素分泌减少，从而诱导糖尿病的发生，并可在已发生糖尿病的情况下进一步加重病情的发展。

一、氧化应激概述

氧元素是生物体供能的主要来源，也是合成ATP、激素及许多生理活性物质所必不可缺的物质。但机体在利用氧元素进行氧化反应的同时，氧元素自身也发生了还原反应，生成活性氧代谢产物，即具有未配对电子的分子、离子或基团，主要包括超氧阴离子自由基(O2-·)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(OH·)等，被统称为氧自由基(OFR)或活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)。正常状态下机体可产生少量ROS参与正常代谢，同时体内存在清除自由基、抑制自由基反应的体系，使得过多的自由基被清除或使自由基减少。如果这一机制遭到破坏，过多的自由基可直接作用于机体，致机体损伤。生物体内氧化应激的产生就是由于自由基产生增多和(或)抗氧化防御功能损害。

ROS中的HO·是中性粒细胞、O2-·是单核/巨噬细胞藉以清除感染病原的重要手段，对机体具有防御作用，就机体自身而言，自身氧化产生的ROS对消灭突变的细胞和加速凋亡细胞的降解亦属有益作用。活性氧如果过多积聚，对机体的毒性作用就会非常突出，对蛋白质、脂肪和核酸均具有损害作用。比如对脂类和细胞膜的破坏而导致细胞死亡；对蛋白质、酶的损伤，导致蛋白质变性、功能丧失和酶失活；对核酸和染色体的破坏，导致DNA链的断裂、染色体的畸变等等。

二、诱导胰岛β细胞氧化应激反应的因素

（一）高血糖

无论是I型糖尿病，还是II型糖尿病，最主要的代谢紊乱是高血糖。越来越多的临床和基础研究表明，长期高血糖可引起β细胞功能损害，主要是通过糖基化作用、葡萄糖氧化和多元醇等作用导致活性氧簇ROS的产生。ROS反过来又会使血糖进一步升高，从而形成一个自我催化的循环而加重糖尿病的发生。同时由于β细胞内本身自由基清除酶（Cu/Zn超氧化物歧化酶、Mn 超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷光甘肽过氧化物酶）和ROS清除蛋白如硫氧化还原蛋白的水平就较低，因此对ROS比较敏感。尤其在患有糖尿病的情况下，SOD、GSH、VitE、VitC等浓度降低[1，2]，明显削弱了机体清除自由基的能力。

1．糖基化作用（glycosylation）

长期高血糖情况下可使各种蛋白质发生变性，即蛋白质的糖基化作用，许多长寿蛋白质如

胶原蛋白随着糖化时间延长而不断糖基化, 形成具有毒性的稳定的不可逆的晚期糖基化终末产物(Advanced glycation end-product，AGE)，尤其是高糖诱导的甲基乙二醛的过度生成。体内诸多组织如肝脏、肾脏、肺脏等的内皮、系膜、巨噬细胞含有AGE受体(RAGE)，胰岛β细胞上亦含有RAGE。当AGE堆积较多时，AGE与其受体结合后发生氧化反应，从而产生多种氧化应激产物(ROS) [3]。

2．葡萄糖氧化作用

长期高血糖情况下，葡萄糖自身氧化作用加强，形成大量氧化中间产物。细胞内葡萄糖经TCA产生较多的NADH和FADH2，它们在线粒体内电子传递链的氧化磷酸化过程中发挥作用。这一过程中将产生超氧阴离子，主要在线粒体内两个部位：复合体I的NADH脱氢酶及泛醌与复合体III交接处。高糖还可引起甘油二酯或卵磷脂的合成增加激活PKC，从而可通过PKC依赖的NADPH氧化酶的激活来刺激ROS的产生[4]。

3．多元醇作用

高糖可引起醛糖还原酶(AR)和山梨醇脱氢酶(SDH)活性增强，一方面导致细胞内山梨醇和果糖浓度增高，引起细胞水肿和损伤,另一方面使NADPH/NADP-的比值下降，增加NADH/NAD+比例，导致GSSH还原成GSH减少[4]，使机体清除自由基的能力下降。

（二）细胞因子

细胞因子介导胰岛细胞毒性作用的一个重要机制就是氧化损伤。研究发现，炎性细胞因子如IL-1β，TNF-α，IFN-γ等，可诱导体外培养的胰岛细胞分泌活性氧中间物ROI，影响氧化磷酸化和糖酵解过程，降低ATP水平，抑制胰岛素的合成和释放[5]。

（三） 胰岛淀粉样多肽（IAPP）

胰岛淀粉样多肽（islet amyloid polypeptide，IAPP）是有37个氨基酸组成的多肽，主要由胰岛β细胞分泌，是胰岛淀粉样物的特有成分。正常情况下可负性调节胰岛素的分泌，但当IAPP 分泌异常，局部水平升高时，可与β细胞表面受体结合，破坏细胞完整性，产生ROS，干扰自由基产生和抗氧化防御系统之间的平衡[6]。IAPP可使NADPH氧化酶活性增强，高活性的NADPH氧化酶可催化三羧酸循环中产生的氧生成超氧离子，从而使细胞膜脂质过氧化反应增强[7]。

三、氧化应激对胰岛β细胞的损伤机制

（一）ROS及ROI的毒性作用

ROS通过抑制胰岛素基因启动子的活性、损伤胰岛β细胞核和线粒体、降低胰腺十二指肠同源异性盒PDX-1（一种在胰岛β细胞特异表达的转录激活因子，同时也是葡萄糖激酶,葡萄糖转运体2等与胰岛素释放有关的一组基因的转录调控因子）基因的表达以及与DNA的结合活性，使β细胞内胰岛素mRNA的生成减少[8]，从而导致胰岛素的生物合成降低。

ROS可进一步代谢产生8-羟基-2,-脱氧鸟苷(80HdG)和4HNE(4-hydroxynonenal)，前者是一种DNA诱变剂，而后者通过氧化不饱和脂肪酸——花生四烯酸破坏β细胞膜的脂质成分，从而导致β细胞功能失调[9]。

作为ROI之一的NO是β细胞损伤的终末效应分子，当NO生成较多时，NO源性的自由基生成增多，使DNA受损引起细胞凋亡。NO还可减少胰岛的血液供给，加重β细胞损伤。另外，NO可导致内质网应激，并通过诱导内质网应激相关凋亡因子而引起β细胞凋亡。

（二）激活c-jun氨基端激酶（JNK）信号转导途径

c-jun氨基末端激酶(JNK)属于丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成员，当细胞受到氧化应激等刺激，JNK信号转导通路时可被不同受体激活，在细胞的增殖、分化、发育、凋亡中起重要作用。

JNK激活可抑制胰岛素基因表达，尤其是在长期高血糖和氧化应激的条件下，JNK的过度激活可降低胰腺十二指肠同源异型盒(PDX-1)的活性，改变其磷酸化状态，引起PDX-1与DNA 的结合能力下降，造成β细胞损伤和胰岛素基因转录障碍，胰岛素合成和分泌减少[10]。

（三）激活氨基己糖途径(glucosamine pathways)