他克莫司致器官移植后新發(fā)糖尿病的發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

陳凡 徐彥貴

（天津市第一中心醫(yī)院藥學(xué)部，天津 300192）

他克莫司致器官移植后新發(fā)糖尿病的發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

陳凡 徐彥貴

（天津市第一中心醫(yī)院藥學(xué)部，天津 300192）

器官移植術(shù)后新發(fā)糖尿病是實(shí)體器官移植后的主要并發(fā)癥之一，免疫抑制常被認(rèn)為是導(dǎo)致器官移植術(shù)后新發(fā)糖尿病的主要因素，包括糖皮質(zhì)激素、鈣調(diào)磷酸酶抑制劑等。其中，鈣調(diào)磷酸酶抑制劑對(duì)血糖的影響最大。他克莫司是從鏈霉菌屬中分離出的發(fā)酵產(chǎn)物，是一種強(qiáng)效免疫抑制性大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，現(xiàn)廣泛用于實(shí)體器官移植的免疫抑制劑。他克莫司對(duì)細(xì)胞免疫有選擇性抑制作用，主要通過抑制白細(xì)胞介素-2的釋放，全面抑制T淋巴細(xì)胞的作用。通過查閱文獻(xiàn)，從三方面綜述了他克莫司引起高血糖的機(jī)制，包括影響β細(xì)胞存活和復(fù)制、影響胰島素分泌、影響外周組織的胰島素利用。

他克莫司；新發(fā)糖尿病；器官移植；發(fā)病機(jī)制；進(jìn)展

他克莫司是從鏈霉菌屬中分離出的發(fā)酵產(chǎn)物，是一種強(qiáng)效免疫抑制性大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，現(xiàn)廣泛用于實(shí)體器官移植的免疫抑制劑。他克莫司對(duì)細(xì)胞免疫有選擇性抑制作用，主要通過抑制白細(xì)胞介素-2（IL-2）的釋放，全面抑制T淋巴細(xì)胞的作用。在T細(xì)胞內(nèi)，T細(xì)胞受體的活化增加了細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度，這個(gè)過程是經(jīng)鈣調(diào)蛋白激活鈣調(diào)磷酸酶形成的，之后鈣調(diào)磷酸酶脫磷酸化為T細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor of activated T-cells，NFAT），NFAT移向T細(xì)胞核，增強(qiáng)IL-2基因編碼的活性和細(xì)胞因子的活性。他克莫司可抑制NFAT的去磷酸化。具體而言，他克莫司通過與FK506結(jié)合蛋白1B（tacrolimus binding proteins 1B，F(xiàn)KBP1B）結(jié)合抑制肽酰脯氨酰異構(gòu)酶活性。他克莫司FKBP1B復(fù)合物與鈣調(diào)磷酸酶相互作用抑制該酶，進(jìn)而抑制T細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和IL-2的轉(zhuǎn)錄。

器官移植術(shù)后新發(fā)糖尿病（new-onset diabetes after transplantation，NODAT）是實(shí)體器官移植后的一個(gè)主要并發(fā)癥，通常導(dǎo)致住院率和死亡率的升高[1]，NODAT與很多危險(xiǎn)因素有關(guān)，例如老齡、非白色人種、2型糖尿病家族史、肥胖、乙型肝炎病毒感染和免疫抑制劑等[2]。免疫抑制常被認(rèn)為是導(dǎo)致NODAT的主要因素，包括糖皮質(zhì)激素、鈣調(diào)磷酸酶抑制劑、西羅莫司等。其中，鈣調(diào)磷酸酶抑制劑對(duì)血糖的影響最大，一些研究顯示，使用該類藥物的患者，NODAT的發(fā)生率為15%～30%[3]。大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道他克莫司致糖尿病多于環(huán)孢素。最近的一項(xiàng)開放、隨機(jī)、多中心的有關(guān)腎臟移植后的研究結(jié)果表明，他克莫司組比環(huán)孢素組出現(xiàn)了更多的NODAT或空腹血糖調(diào)節(jié)受損（33.6%vs. 26%，P＝0.046）[4]。然而，他克莫司致糖尿病的不良反應(yīng)機(jī)制目前還不明確。本文就現(xiàn)有的機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 影響β細(xì)胞存活和復(fù)制

鈣調(diào)磷酸酶由兩個(gè)亞單位組成，一個(gè)是與鈣調(diào)蛋白結(jié)合的鈣調(diào)磷酸酶A，另一個(gè)是鈣調(diào)磷酸酶B，鈣調(diào)磷酸酶是唯一受Ca2+/鈣調(diào)素（Calmodulin，CaM）調(diào)節(jié)的蛋白磷酸酶[5]。鈣調(diào)磷酸酶廣泛存在于組織中，包括胰島細(xì)胞、骨骼肌、心臟、神經(jīng)元、脂肪細(xì)胞，參與抗原活化T淋巴細(xì)胞激活，骨骼肌基因表達(dá)和重塑以及胚胎期心血管系統(tǒng)的形成[6]。

鈣調(diào)磷酸酶和它下游的信號(hào)傳導(dǎo)途徑在多個(gè)組織中的細(xì)胞中普遍存在。β細(xì)胞的存活和復(fù)制在糖尿病發(fā)病機(jī)制中起著重要的作用。他克莫司影響β細(xì)胞增殖[7]。鈣調(diào)磷酸酶在胰島β細(xì)胞中也有表達(dá)，在β細(xì)胞內(nèi)有兩個(gè)分子靶點(diǎn)，一個(gè)是NFAT，另一個(gè)就是cAMP反應(yīng)結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）活性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transducer of regulated CREB activity 2，TORC2）?；罨拟}調(diào)磷酸酶脫磷酸后形成多種NFAT轉(zhuǎn)錄因子，NFAT最初是可誘導(dǎo)核因子，它可以與T細(xì)胞內(nèi)的IL-2啟動(dòng)子結(jié)合[8]。然而，隨后的研究證明無所不在的NFAT家族成員能被生物體細(xì)胞，包括免疫細(xì)胞及非免疫細(xì)胞表達(dá)[9]。NFAT家族中有5個(gè)相似的成員，其中4個(gè)都經(jīng)鈣離子信號(hào)控制。脫磷酸的NFAT進(jìn)入核內(nèi)，核內(nèi)的NFAT是細(xì)胞因子基因表達(dá)激活的關(guān)鍵成分，促進(jìn)T細(xì)胞激活[10]。而他克莫司通過抑制NFAT的去磷酸化，從而抑制了T細(xì)胞的激活。

通過這兩個(gè)靶點(diǎn)脫磷酸介導(dǎo)的核內(nèi)重新定位，鈣調(diào)磷酸酶整合鈣離子和cAMP信號(hào)（由生理性激活劑產(chǎn)生，如受高血糖和腸促胰島素激活）[11]。CREB轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)胰高血糖素肽（glucagon-like peptide，GLP-1）的存活及繁殖和葡萄糖信號(hào)途徑[12]，GLP-1是一種腸促胰素，在餐后會(huì)促進(jìn)胰島素的分泌，因此，CREB的表達(dá)會(huì)影響血糖。轉(zhuǎn)基因大鼠胰島CREB多肽的表達(dá)為陰性，胰島素受體底物2（insulin receptor substrate-2，IRS2）的表達(dá)減少，因此胰島細(xì)胞凋亡而發(fā)展為糖尿病。IRS2是CREB的靶點(diǎn)和PI3K/Akt途徑的上游調(diào)節(jié)因子，PI3K/Akt是β細(xì)胞新的鈣調(diào)磷酸酶的靶點(diǎn)。在嚙齒動(dòng)物和人類的胰島上，IRS2 mRNA和其蛋白在鈣調(diào)磷酸酶抑制劑的作用下減少。此外，鈣調(diào)磷酸酶影響IRS2的表達(dá)部分是NFAT介導(dǎo)的，NFAT以鈣調(diào)磷酸酶敏感的方式與IRS2激動(dòng)受體結(jié)合產(chǎn)生了這種效應(yīng)[11]。他克莫司可以減少Akt磷酸化，提示鈣調(diào)磷酸酶可能通過PI3K/Akt途徑影響β細(xì)胞的復(fù)制及存活。他克莫司在與鈣調(diào)磷酸酶上的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合以前，在細(xì)胞內(nèi)與他克莫司結(jié)合蛋白結(jié)合，抑制鈣調(diào)磷酸酶及下游通路[13]而減少β細(xì)胞的復(fù)制和存活。

2 影響胰島素分泌

體內(nèi)與體外的研究顯示鈣調(diào)磷酸酶抑制劑損傷胰島素的分泌功能，呈劑量依賴[13]。一項(xiàng)臨床研究揭示，他克莫司對(duì)胰島素分泌的抑制效應(yīng)是谷濃度過高所導(dǎo)致，降低谷濃度可以改善胰島β細(xì)胞功能[14]。他克莫司的這種抑制胰島細(xì)胞分泌的機(jī)制還不清楚。鈣調(diào)磷酸酶結(jié)合位點(diǎn)缺失的大鼠葡萄糖刺激胰島素分泌的功能受損，這可能是β細(xì)胞分泌胰島素減少，而不是胰島素分泌途徑的缺失[13]。線粒體在其中起到了關(guān)鍵的作用，通過提供ATP和合成代謝促進(jìn)胰島素的分泌。葡萄糖刺激β細(xì)胞內(nèi)胰島素釋放的機(jī)制是明確的，途徑包括促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入β細(xì)胞、細(xì)胞液的糖酵解和線粒體內(nèi)的葡萄糖氧化、促進(jìn)ATP增多和ATP/ADP的比值增加、ATP敏感的鉀離子通道關(guān)閉、細(xì)胞膜去極化、電壓依賴的鈣離子通道開放鈣離子內(nèi)流等機(jī)制。

最近的研究表明藥理劑量的他克莫司在基因轉(zhuǎn)錄水平顯著減低INS-1細(xì)胞線粒體的功能和呼吸鏈功能[15]，連續(xù)6 h暴露于他克莫司后，IRS2 mRNA在INS-1細(xì)胞的表達(dá)下降50%[11]。他克莫司通過抑制ATP敏感的鉀離子通道的關(guān)閉而誘導(dǎo)葡萄糖刺激的胰島素分泌[16]，也可以影響細(xì)胞內(nèi)鈣離子和葡萄糖激酶而使胰島素分泌減少，通過阻斷L型鈣離子通道，胰島素分泌的下游途徑，減少細(xì)胞內(nèi)鈣離子的內(nèi)流。低劑量的他克莫司抑制的是葡萄糖介導(dǎo)的胰島素分泌，而胰島素基礎(chǔ)分泌并不減少，這種抑制作用主要是因?yàn)槠咸烟羌っ富钚缘臏p低，導(dǎo)致糖酵解和ATP合成的減少。葡萄糖激酶是糖酵解的限速酶，是β細(xì)胞葡萄糖的感應(yīng)器，對(duì)β細(xì)胞起著核心性的影響。ATP合成的減少直接影響細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，因ATP增強(qiáng)鈣離子的促進(jìn)胰島素釋放效應(yīng)。他克莫司影響葡萄糖激酶的作用機(jī)制在很大程度上還是不清楚的[17]。

3 影響外周組織的胰島素利用

盡管資料很少，但一些研究還是證明了鈣調(diào)磷酸酶抑制劑可以損傷外周胰島素的作用。骨骼肌是胰島素利用的主要場所，占全部胰島素利用的70%～80%，胰島素抵抗是2型糖尿病的特點(diǎn)。骨骼肌的重塑和再生依賴很多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，其中有三個(gè)最主要的途徑。其中一個(gè)途徑是鈣調(diào)磷酸酶/NFAT，活化的鈣調(diào)磷酸酶使NFAT脫磷酸，脫磷酸的NFAT轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，激活參與肌肉重塑的基因，但這種途徑具有特異性，NFAT家族不同成員表現(xiàn)出不同的作用、不同的脫磷酸方式和不同核質(zhì)穿梭形式。NFAT的脫磷酸調(diào)節(jié)是復(fù)雜的，NFAT脫磷酸化暴露了核定位信號(hào)序列，促進(jìn)其定位于細(xì)胞核。NFAT家族成員參與調(diào)節(jié)肌纖維基因型和形態(tài)學(xué)[18]，鈣調(diào)磷酸酶/NFAT途徑的藥理學(xué)抑制劑會(huì)促進(jìn)骨骼肌胰島素抵抗肌球蛋白快速纖維化，這種纖維化有利于胰島素抵抗的發(fā)展?；罨腘FAT還可導(dǎo)致其他轉(zhuǎn)錄因子的改變，包括肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（mytocyte enhancer factor 2，MEF2）、過氧化物酶增殖體激活受體激動(dòng)劑γ-1等。盡管鈣調(diào)磷酸酶抑制劑影響胰島素利用的證據(jù)都是從大鼠實(shí)驗(yàn)中獲得，且文獻(xiàn)數(shù)量少，但還是提示鈣調(diào)磷酸酶信號(hào)途徑參與調(diào)節(jié)骨骼肌胰島素敏感性。目前未見他克莫司影響骨骼肌的胰島素敏感性的報(bào)道。

綜上所述，他克莫司通過影響β細(xì)胞存活和復(fù)制、胰島素分泌、外周組織的胰島素利用等方面使血糖異常，從而導(dǎo)致NODAT。在人體中，有些作用機(jī)制還需要進(jìn)一步深入的研究。

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Research on Nosogenesis of New-onset Diabetes Mellitus After Transplantation Induced by Tacrolimus

Chen Fan，Xu Yangui（Pharmacy Department of The First Central Hospital of Tianjin，Tianjin 300192，China）

New-onset diabetes mellitus（NODM）after organ transplantation is one of the major complications after solid organ transplantation.Immunosuppression is considered as the main factor leading to NODM after organ transplantation，the immunosuppressive agents include glucocorticoids and calcineurin inhibitors，etc.and calcineurin inhibitors have a big effect on blood sugar.Tacrolimus is the fermented products isolated from Streptomyces，it is a macrolide antibiotic with potent immunosuppression and is now widely used as an immune inhibitor in organ transplants. Tacrolimus has a selective inhibitory action on cellular immunity，primarily by inhibiting the release of leukotriene-2 to inhibit the role of T lymphocytes.Based on the research of foreign literatures，this paper respectively discussed from three aspects of mechanism of hyperglycemia induced by tacrolimus，including the effects on β-cell survival and replication，insulin secretion and the influence of peripheral tissue insulin action.

Tacrolimus；New-onset Diabetes Mellitus（NODM）；Organ Transplantation；Nosogenesis；Progress

10.3969/j.issn.1672-5433.2014.06.009

2013-12-13）

陳凡，女，碩士，副主任藥師。研究方向：臨床藥學(xué)。E-mail：franchen_cn@yahoo.com