NFκB、PKC与糖尿病及胰岛素的抗炎作用

　　作者：肖醉萱,邓德明　孙爱萍　　作者单位：长江大学医学院，湖北 荆州 434023 长江大学附属第一医院 荆州市第一人民医院内分泌科，湖北 荆州 434000

　　【关键词】 糖尿病;胰岛素;核因子Kappa B(NFκB);蛋白激酶C(PKC)

　　胰岛素抵抗(IR)和胰岛素分泌不足是2型糖尿病(T2DM)发病的两个关键因素,但其机制尚未完全阐明。近年来越来越多的研究显示，慢性、亚临床性、非特异性的炎症状态与糖尿病的发生发展有密切关系。胰岛素(Insulin,INS)具有抗炎、保护血管内皮、扩张血管、抗血小板聚集、抗动脉粥样硬化及心脏保护等多种非降糖作用，其中抗炎作用是这些作用的核心。因此，早期胰岛素干预治疗，应成为糖尿病及其并发症治疗方案中的关键环节。胰岛素抗炎机制十分复杂，对核因子Kappa B(nuclear factor kappa B，NFκB))及蛋白激酶C(Protein kinase C，PKC)信号转导通路的抑制，可能是中心环节。

　　1 NFκB与糖尿病及其并发症

　　研究显示，线粒体超氧化物产生过多是糖尿病并发症的统一机制，多元醇通路代谢亢进、蛋白质非酶糖化(糖基化)及其终末产物(AGES)形成增加、PKC激活、己糖胺通路活性增高及NFκB等的激活都是高糖诱导线粒体内电子传递呼吸链产生超氧化物过多后造成的下游事件[1]。目前，已证实氧化应激和高血糖作用的主要靶点是转录因子NFκB，并通过其调控与炎症、细胞增殖、细胞分化等密切相关的多种基因的表达[2]，PKC 通路的异常变化则可能是高糖引起各种紊乱的共同通路。

　　1.1 NFκB简介 NFκB 是由Rel蛋白家族的成员以同源或异源二聚体的形式组成的一组转录因子。在多数细胞中，NFκB与其抑制蛋白(inhibitor of kappaB，IkB)结合，以复合物的形式存在于胞质中。在受到某些活化因素的作用下，NFκB 与IκB 解离，使NFκB 活化、DNA 结合位点暴露并转位于细胞核，与NFκB反应性基因的κB 位点结合，从而调控NFκB反应性基因的转录。

　　1.2 NFκB与糖尿病 NFκB、P38、cJun氨基端激酶( cJun Nterminal kinase,JNK) 等旁路的活化，能共同引起诱导型NO合酶(iNOS)的表达;NFκB 的持续活化还可导致其下游一系列凋亡相关基因的表达，引起胰岛β细胞的凋亡[3]，从而导致1型糖尿病。Sriwijitkamol等[4]的研究揭示NFκB的活化和外周骨骼肌的IR密切相关;近年来研究也发现，与2型糖尿病及IR联系紧密的抵抗素，也是通过NFκB旁路引发TNFa和IL12在人体的表达增多，通过巨噬细胞促进炎性反应，使IR进一步加重，导致2型糖尿病。

　　1.3 NFκB与糖尿病并发症 动脉粥样硬化(AS)形成发展过程中，细胞黏附分子几乎参与了单核细胞黏附和迁移的整个过程，而前者又受NFкB的调控;AS炎症反应过程所涉及的许多因子都是由NFкB 激活，可见NFкB是炎症的核心调节因子。Hofmann 等[5]研究发现:与无肾脏病变的糖尿病患者相比，糖尿病肾病( diabetic nephropathy，DN) 患者NFκB表现出更高的活性，且其活性与蛋白尿程度和血浆血栓调节蛋白浓度相关，说明NFκB的活性与DN及其程度密切相关。在糖尿病眼底血管病变的相关研究中，也观察到糖尿病大鼠体内高血糖所致的氧化应激与视网膜病理改变之间存在很强的相关性，NFκB被氧化应激活化可能是中心环节[6]。同样的情况也存在于糖尿病周围神经病变发生的病理过程中，经Haslbeck等[7]研究糖尿病神经病变证实，AGE与其受体RAGE结合引起NFκB持续活化，可调控其下游一系列细胞因子的表达，在糖尿病周围神经病变甚至更早期的糖耐量异常相关的周围神经病变患者中，活检发现活化的NFκB可在神经束膜及神经外膜血管和部分神经内膜血管上表达。

　　2 PKC与糖尿病及其并发症

　　2.1 PKC简介 蛋白激酶C是多种不同结构不同生物活性的同工酶组成的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族。目前在哺乳动物中发现的PKC至少包含12种同工酶，每种同工酶的结构既高度保守又高度变异，其编码基因位于不同染色体。根据它们不同的活化条件分为三大类[8]:①经典的PKC(conventional PKC，cPKC)：包括PKCα、PKCβ1、PKCβ2和PKCγ，此亚型含全部的氨基酸序列，依赖磷脂酰丝氨酸(PS) 、Ca2+和二酯酰甘油(DAG)或波脂激活;②新型PKC(novel PKC，nPKC)：包括PKCδ、PKCε、PKCη、PKCθ、PKCμ和PKCυ，此类的激活只需DAG，无须Ca2+的参与;③非典型PKC(atypical PKC，aPKC)：包括PKC ζ、PKCι、PKCλ，其膜结合区仅有一个锌指结构，激活依赖PS，对Ca2+和DAG均不依赖。除β1和β2型是由同一基因编码外，其它同工酶都分别由单独的基因编码[9]。正常情况下， PKC静息状态下主要以无活性的形式存在于胞质内，N末端与C末端催化区的底物结合位点结合，使PKC处于失活状态;受到外界刺激时，PKC受特异性底物蛋白吸引，自胞质向胞膜转移，通过多种膜蛋白的磷酸化作用使构象改变， N末端与催化区解离，导致PKC激活[8]。

　　2.2 PKC与糖尿病 研究表明，在胰岛素分泌的级联反应中，蛋白激酶A(PKA)和PKC协同作用于胞吐过程上游的不同环节[10]。葡萄糖氧化的中间产物可直接合成DAG，高血糖状态下DAG在细胞内大量合成，并使DAGPKC 通路活性异常增高，从而磷酸化及下调胰岛素受体。不同的PKC 同工酶对胰岛素信号途径的调节不同，如PKCθ和PKCε可磷酸化胰岛素受体，抑制胰岛素作用，在骨骼肌中尤其明显;而PKCζ作为PI3K下游的靶点，介导胰岛素促进葡萄糖转运、糖原合成等作用。

　　2.3 PKC与糖尿病并发症 血糖正常时总PKC活性和葡萄糖敏感的PKCβ2表达降低40%，而糖尿病患者单核细胞胞膜中PKC活性增强。高血糖通过PKC—NF—κB 可上调系膜细胞内ICAM1及其mRNA的表达，促进单核细胞粘附[11]，而单核细胞的活化及向巨噬细胞的转化是动脉粥样硬化形成的关键。PKC的激活可通过磷酸化并松弛细胞骨架，引起蛋白粘附，上调NOS，增强血管对白蛋白等大分子的通透性。

　　3 PKC诱导NFκB活化

　　在高糖培养的鼠系膜细胞中，Kumar 等[12]研究发现激活的PKC从细胞内可溶性部分向细胞膜转位，与此同时，NFκB p65蛋白也从胞质进入胞核而被活化，说明PKC的激活能诱导NFκB p65蛋白的优先活化;Ha 等[13]也证实高糖能快速激活PKC，而用PKC 阻滞剂能有效抑制高糖诱导的细胞内活性氧簇(ROS)产生及NFκB活化，并进一步使活化后的NFκB诱导的相关转录基因表达减少。这也说明PKC在高糖诱导的ROS产生并导致NFκB 活化中发挥了重要作用。Han等[14]研究发现高糖状态下活性氧的产生和PKC活化可诱导肾小球系膜细胞上NFκB的激活。还有研究表明，PKC抑制剂CGP53353能够阻断高浓度葡萄糖诱导的人大动脉内皮细胞NFκB激活和VCAM1表达[15]。由此可见，PKC 能单独或与其他物质共同促进NFκB及其下游基因表达，参与糖尿病及其并发症的发生、发展。

　　4 胰岛素的抗炎作用

　　4.1 抑制炎症因子的产生，增加抗炎因子的合成 Dandona等[16]在人体试验中发现输注胰岛素能在数小时内产生快速抗炎作用，包括诱导NO释放，增加内皮细胞NO合酶表达，抑制NFκB，降低单核细胞趋化蛋白1(MCP1)、C反应蛋白(CRP)、细胞间黏附分子1 (ICAM1)、基质金属蛋白酶(MMPs)等炎症相关因子和活性氧的浓度。NFκB、激活蛋白(AP1) 和早期生长反应因子(Egr1)被称为“第三信使”，是一类位于细胞浆或胞膜上的蛋白质。NFκB 参与调控免疫应答、炎症反应、细胞分化、细胞粘附、细胞凋亡所必需的200多个基因转录，在机体的免疫反应、炎症效应、细胞粘附以及细胞凋亡等过程中发挥重要作用。AP1能够诱导基质金属蛋白中MMP2、MMP9及MCP1基因的转录与表达，而MMPs在体内主要降解细胞外基质，参与炎症反应、缺血缺氧损伤、结缔组织的降解重建及肿瘤扩散。Egr1的活化，可使G0期细胞进入G1期，导致细胞的增殖，对细胞生长分化和损伤修复起重要作用。TF和PAI1是重要的炎症因子，在炎症的发生与发展中起重要作用。而Egr1可诱导组织因子(TF)和纤溶酶原激活物抑制物1(PAI1)基因的表达。胰岛素通过抑制这3个转录因子，进而抑制其所调控的炎症相关基因转录。Magsino等[17]研究发现，胰岛素抑制NFκB的同时，还能增加IκB的水平，从而加强对NFκB的抑制，并可明显升高具有抗炎作用的IL2、IL4、IL10的水平，降低可溶性ICAM1和MCP1血中的浓度;此外，胰岛素还抑制另外两种前炎症转录因子，即AP1与Egr1，这些转录因子调控基质金属蛋白酶、前血栓组织因子与PAI1等基因的表达。

　　4.2 影响一氧化氮合酶的表达 内皮型一氧化氮合酶(eNOS)主要分布在神经元和内皮细胞，其活性稳定，能持续小量催化NO生成，具有神经介质和调节局部血流作用;诱导型一氧化氮合酶静息时缺乏或浓度很低，只在病理情况下才大量表达，能催化生成大量NO，从而导致内皮细胞功能紊乱、血管过度扩张、渗出增加和组织损伤。目前研究认为，iNOS增加是众多疾病发病的关键。Magsino等[18]发现,人血管内皮细胞与不同浓度的胰岛素(0、25、100、1000mU/L)共同孵育, eNOS的合成呈剂量依赖性增加。给ICU的危重病人输注胰岛素强化控制血糖的一组对比研究结果表明，胰岛素的输注能明显抑制iNOS过度表达而显著改善预后，并可如预期降低ICAM1、e选择素，而eNOS表达不变[19]。Dandona等进一步研究发现,特异的一氧化氮合酶(NOS)抑制剂能够阻断胰岛素对ICAM1的抑制作用,故认为NFκB水平的降低可能与INS增加NO释放和增强NOS的表达有关[20]。

　　4.3 通过降低高血糖间接抗炎 多项研究证明，葡萄糖具有促炎、促血栓形成、增加氧化应激和促炎症因子生成的作用。同时实验表明[21]，正常人口服75g葡萄糖行糖耐量试验(OGTT) 即可在细胞及分子水平表现氧化应激和炎症效应。还有实验表明[2223]，在糖尿病患者中与氧化应激密切相关的NADPH氧化酶的亚组分p67及主要通过NADPH氧化酶途径产生过多的ROS，均可被胰岛素抑制。由于高糖通过PKC和ROS激活NFκB的上调黏附分子表达是糖尿病血管内皮功能受损的一个重要机制[24]。因此，胰岛素通过对PKC和ROS激活NFκB表达的抑制在降血糖的同时间接发挥抗炎作用。

　　2010年3月长江大学学报(自然科学版) 综上所述，大量的流行病学资料、临床试验及基础研究均证实糖尿病及其并发症是一种慢性低度炎症性疾病。NFκB及PKC信号转导通路的异常激活可能是炎症发生发展的中心环节。胰岛素因具有既能有效降低血糖，又能通过抑制NFκB及PKC的异常激活而干预炎症过程的特性，早期强化应用胰岛素将成为糖尿病及其并发症治疗领域中的新趋向。

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