炎性因子調(diào)控1型糖尿病血管內(nèi)皮細胞功能的研究進展

李 倩，劉純?nèi)A，王晨怡，談嬌嬌，馬玉萍，呂海宏

(蘭州大學第一醫(yī)院 內(nèi)分泌科，甘肅 蘭州 730000)

糖尿病是目前世界范圍內(nèi)威脅人類健康的主要慢性疾病，其高患病率、高致殘率及高致死率引發(fā)人們高度關注。2020年中國成人糖尿病的患病率上升至12.8%，其中1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)約占糖尿病總患病率的5%～10%[1]。T1DM所致的死亡中30%與心血管疾病相關[2]，T細胞介導的炎性反應選擇性破壞胰腺β細胞和內(nèi)皮細胞是T1DM及微血管和大血管并發(fā)癥的重要機制[3]。炎性因子在協(xié)調(diào)T1DM發(fā)展過程中胰腺β細胞和免疫細胞之間復雜的多細胞相互作用中發(fā)揮著關鍵作用。現(xiàn)在普遍認為內(nèi)皮功能障礙是動脈硬化、高血壓、冠心病及其他心血管疾病的早期標志，炎性因子與內(nèi)皮細胞功能的復雜聯(lián)系具有廣闊的研究前景。因此本文就炎性因子參與T1DM內(nèi)皮功能調(diào)控作如下綜述。

1 炎性因子與T1DM的關系

T1DM是一種慢性自身免疫性疾病，自身免疫性T淋巴細胞和調(diào)節(jié)性T細胞(Tregs)以及相關炎性細胞因子均參與T1DM的病理進程。同時T1DM激活并釋放炎性因子，加重糖尿病及并發(fā)癥的程度。一方面，促炎性細胞因子破壞促凋亡和抗凋亡蛋白之間平衡，介導β細胞進行性喪失。另一方面，高血糖不僅能加強體內(nèi)氧化應激，使活性氧上調(diào)進而誘導PKC磷酸化，通過ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化介導炎性介質(zhì)的釋放；同時也可直接通過p38 MAPK途徑，激活NF-κB傳導通路，觸發(fā)炎性因子如TNF和IL-6釋放[4]，進一步介導對β細胞的損傷。重要的炎性因子參與調(diào)控T1DM發(fā)生發(fā)展過程如下。

1.1 白介素家族

白介素(interleukin，IL)家族諸多細胞因子廣泛參與T1DM生理病理進程，但其機制不盡相同。IL-1主要與胰島β細胞表面受體結(jié)合，導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體應激，引起β細胞分泌功能障礙及細胞凋亡。IL-2可能通過增加Tregs數(shù)量，抑制胰島特異性自體反應性效應T細胞(Teffs)來阻斷炎性因子對胰腺β細胞的破壞。目前IL-6 和IL-10在T1DM中的具體作用機制尚不清楚，推測可能與β細胞表面受體表達增加、氧化應激減少、Tregs群的數(shù)量增加以及其他細胞因子表達相關。IL-2、IL-7、IL-15主要通過調(diào)節(jié)效應T細胞和調(diào)節(jié)性T細胞之間的穩(wěn)態(tài)參與T1DM發(fā)病進程。IL-21表現(xiàn)出多效性，可影響多種免疫細胞的分化和功能。IL-21導致的免疫細胞活化級聯(lián)反應中，CD8+T 細胞介導對TIDM患者β細胞的攻擊。

目前，針對白介素家族免疫調(diào)節(jié)途徑研究取得一定進展。IL-1受體拮抗劑阿那白滯素(anakinra)、抗IL-1β mAb卡那單抗(canakinumab)和抗IL-1α mAb已被批準用于臨床研究[5]。第一階段研究顯示出IL-1受體拮抗劑利洛納塞在1型糖尿病青年患者中良好的耐受性，然而并未發(fā)現(xiàn)其單獨使用的有效性[6]，推測一方面可能與有限的試驗時間不能準確判定利洛納塞的長期治療效果相關，另一方面推測其單獨使用的作用有限，與胰島素等藥物合用后或許可以加強治療效果。IL-2治療糖尿病的一項多中心隨機對照試驗顯示低劑量IL-2可以通過增加功能性Tregs的數(shù)量，抑制Teffs來阻斷對β細胞的破壞，顯示了IL-2在糖尿病免疫性治療中的獨特前景[7]。在嚙齒動物和人胰島組織中，已發(fā)現(xiàn)IL-6通過減少氧化應激對β細胞起保護作用，目前正在研究抗IL-6受體抗體托西利珠單抗在T1DM患者保留β細胞功能方面的作用，期待予以臨床更多的指導[8]。此外，目前聯(lián)合因子療法在T1DM中是具有潛力的治療方式。動物實驗發(fā)現(xiàn)增強IL-2，阻斷IL-7和IL-15途徑可以預防和治療小鼠的糖尿病，同時發(fā)現(xiàn)抗T細胞抗原受體(anti-T cell antigen receptor，TCR)、抗IL-17以及抗IL-6三聯(lián)療法在T1DM動物實驗模型治療中顯示強大的優(yōu)越性[9]。因此IL-2/Treg通路增強、IL-7的最有效轉(zhuǎn)化、IL-15/Teffs拮抗劑聯(lián)合使用，可能是未來T1D細胞因子治療方式。

1.2 腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)

TNF-α主要通過激活TNF-α受體，誘導T細胞凋亡和Treg細胞擴增進而參與β細胞的凋亡進程。它既可單獨參與糖尿病病程，也可協(xié)同IL-1共同參與糖尿病患者β細胞的凋亡，因此抑制TNF-α炎性通路是治療TIDM的有效途徑。最新研究認為，抗TCR與抗TNF-α和抗IL-1β的三聯(lián)組合在恢復正常血糖、保護胰島結(jié)構完整和保證β細胞質(zhì)量方面是最有效的，同時抗TCR與抗TNF-α的雙抗體組合被證明是最適合逆轉(zhuǎn)T1DM代謝狀態(tài)的免疫療法[10]。

1.3 γ干擾素(r-interferon，INF-γ)

IFN-γ是由Th1細胞分泌的細胞因子，具有抗病毒，抗腫瘤和免疫調(diào)控作用。研究[11]發(fā)現(xiàn)T1DM的β細胞質(zhì)量下降與外周B:9-23rPep(胰島素B鏈氨基酸9-23相關肽)的增加有關，而且這種由IFN-γ誘導的免疫反應性呈現(xiàn)特異性。這提示IFN-γ可能通過識別胰島組織的B:9-23表位引起T1DM的β細胞質(zhì)量的下降，進而參與T1DM慢性免疫炎性過程。目前實驗[12]發(fā)現(xiàn)T1DM患者運用胰島素后IFN-γ呈下降趨勢，這預示胰島素在減輕T1DM慢性炎性反應中的潛在作用。目前研究顯示阻斷MIG表達也可能是T1DM治療的一種潛在方法，T1DM中IFN-γ誘導可產(chǎn)生MIG，這種趨化因子不僅招募Th1淋巴細胞，進而啟動Th1反應，同時誘導放大MIG/CXCR3軸反饋回路，進而參與β細胞破壞和T1DM免疫炎性過程[13]。T1DM發(fā)病過程中趨化因子-細胞因子的相互作用還需要進一步研究。

1.4 轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)

轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)，屬于調(diào)節(jié)細胞生長和分化的TGF-β超家族成員之一，在調(diào)節(jié)細胞生長、分化和免疫功能方面起重要作用。TGF-β信號通過與Smad3整合，激活并維持Ink4a表達，進而抑制胰島β細胞復制過程。動物研究觀察到抑制成年鼠TGF-β/Ink4a位點后其β細胞復制增加[14]，這揭示了TGF-β信號在 Ink4a/Arf 位點調(diào)控中的新作用以及用TGF-β信號的小分子抑制劑促進β細胞復制的潛力。在分子水平上，Smad3與Foxo1 結(jié)合導致TGF-β依賴性細胞凋亡，TGF-β/Smad3 信號的遺傳或藥理學抑制或敲除Foxo1可保護β細胞凋亡[15]。TGF-β/Smad3在促進β細胞凋亡中，有抑制 TGF-β/Smad3通路增強β細胞增殖的治療潛力。

1.5 叉頭轉(zhuǎn)錄因子p3(forkhead box P3，F(xiàn)oxp3)

Foxp3是T1DM參與免疫應答重要的編碼蛋白質(zhì)，對調(diào)節(jié)性T細胞的功能至關重要，其功能失調(diào)會導致T1DM發(fā)生。miR142-3p/Tet2/Foxp3軸會干擾調(diào)節(jié)性T(Treg)細胞的有效誘導，導致Treg穩(wěn)定性受損，引發(fā)胰島自身免疫降低[16]，進一步引起T1DM的發(fā)生。這項研究從胰島自身免疫機制角度出發(fā)，揭示了miR142-3p/Tet2介導的Treg不穩(wěn)定性在T1DM自身免疫中作用。

2 炎性因子與內(nèi)皮細胞功能研究

內(nèi)皮細胞在保持血管完整性及平衡免疫方面起著重要作用。炎性因子持續(xù)刺激，促炎和抗炎介質(zhì)介導的炎性微環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡，常導致內(nèi)皮功能障礙，進而引發(fā)大血管并發(fā)癥(如冠狀動脈疾病，外周動脈疾病，卒中)和微血管并發(fā)癥(如糖尿病腎病和視網(wǎng)膜病)的發(fā)生。因此研究內(nèi)皮細胞源性炎性因子及其潛在機制可能有效預防心血管疾病的進展。除了傳統(tǒng)的炎性標記CRP、IFN-γ和TNF-α外，近年研究顯示IL-33、凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體-1(LOX-1)，可溶性TNF受體(sTNFR)、可溶性細胞間黏附分子ICAM、可溶性血管細胞黏附分子(sVCAM)和活化T細胞核因子(NFAT)與內(nèi)皮功能障礙亦有密切關系。

2.1 白介素類和IFN-γ

IL-33屬于IL-1家族的細胞因子,常表達于上皮細胞、內(nèi)皮細胞和成纖維細胞的細胞核中。內(nèi)皮細胞損傷或應激時,IL-33作為一種警報蛋白迅速從細胞中釋放出來，與ST2/IL-1R4的異二聚體受體結(jié)合發(fā)揮炎性反應[17]。IFN-γ可誘導巨噬細胞產(chǎn)生一氧化氮合酶(iNOS)，促進NO的合成，引起體內(nèi)細胞因子動態(tài)失衡，參與T1DM患者血管內(nèi)皮細胞炎性反應。

2.2 TNF-α

TNF-α通過激活 NF-κB信號通路導致血管內(nèi)皮細胞炎性介質(zhì)的釋放。研究發(fā)現(xiàn)TNF-α誘導的單核細胞/HUVECs相互作用被扁蒴藤素所抑制，同時扁蒴藤素通過下調(diào)MCP-1、IL-6、IL-8等細胞因子和ICAM-1、VCAM-1等黏附分子的表達發(fā)揮對血管炎性抗炎作用[18]。NF-κB/miR-425-5p/MCT4軸的激活在糖尿病相關的內(nèi)皮功能障礙中起著重要作用。另有研究發(fā)現(xiàn)高血糖和IL-1β誘導的NF-κB/miR-425-5p/MCT4軸可下調(diào)MCT4的表達，導致乳酸轉(zhuǎn)運受損和細胞內(nèi)pH值失衡，最終導致內(nèi)皮細胞凋亡增加和內(nèi)皮功能障礙[19]。高糖濃度下主要通過p38/MAPK/inOs/cOX2/eP1和嘌呤能通路來介導IL-1β/TnF-α誘導內(nèi)皮cx43半通道活性來實現(xiàn)[20]。因此在一定程度上能夠抑制黏附分子和促炎細胞因子表達，并抑制NF-κB信號或者miR-425-5p的表達來改善內(nèi)皮細胞損傷的藥物，有望成為治療和預防慢性炎性疾病或者治療糖尿病血管并發(fā)癥的新治療靶點。

2.3 凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體-1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)

oxLDL(氧化低密度脂蛋白)以其誘導內(nèi)皮細胞功能障礙而被人熟知，也是氧化應激的主要血清標志物。LOX-1作為oxLDL的凝集素樣受體，是一種促炎性信號分子，近年來引起了人們的強烈關注。有動物研究發(fā)現(xiàn)T1DM中LOX-1、JNK、p38、精氨酸酶和活性氧(超氧陰離子和過氧化氫)的激活可以導致NO介導的冠狀動脈內(nèi)皮功能受損[21]，提示LOX-1/p38 MAPK通路參與了ox-LDL誘導的血管內(nèi)皮損傷過程。研究發(fā)現(xiàn)DPP-IV抑制劑沙格列汀可抑制LOX-1的表達，同時減少ox-LDL誘導的細胞因子和血管黏附分子以及活性氧的產(chǎn)生；另外，沙格列汀通過抑制ox-LDL誘導的JNK激酶的磷酸化以及NF-κB p65的積累，增強激活蛋白1(AP-1)亞基c-Jun/c-fos的表達以及AP-1啟動子的活性，發(fā)揮內(nèi)皮保護的作用[22]。這顯示出沙格列汀獨立于降糖的血管內(nèi)皮保護能力，在糖尿病血管并發(fā)癥中表現(xiàn)出強大應用潛力。因此抑制LOX-1表達通路可能改善糖尿病患者的血管內(nèi)皮功能障礙。

2.4 血管細胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1，sVCAM-1)和細胞間黏附分子1 (intercellular adhesion mo1ecule-1,ICAM-1)

內(nèi)皮功能受損可導致脂蛋白等大分子的穿透性增加，趨化分子如ICAM-1、VCAM-1、E-選擇素、p-選擇素等表達增加。sVCAM-1和sICAM-1促進白細胞黏附在毛細血管內(nèi)皮上，參與視網(wǎng)膜病、腎病、冠狀動脈疾病和其他糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生。在非透析依賴的糖尿病腎病患者中，炎性細胞因子與sVCAM-1相關，能增加心臟代謝風險[23]。sVCAM-1作為內(nèi)皮功能障礙的標志物，是1型糖尿病患者高血壓風險的最具潛力的預測因子[24]。

2.5 活化T細胞核因子(nuclear factor of activated T cells，NFAT)

NFAT能增加炎性介質(zhì)，如IL-6，sVCAM-1，組織因子等的表達。研究證明NFAT通過調(diào)節(jié)炎性介質(zhì)和抗氧化防御(即NOX4和過氧化氫酶)途徑參與糖尿病驅(qū)動的動脈粥樣硬化斑塊形成[25]。目前NFAT與內(nèi)皮功能障礙方面的研究較少，其導致血管損傷的具體分子機制仍不清楚。研究發(fā)現(xiàn)用NFAT阻斷劑A-285222治療糖尿病小鼠后，其內(nèi)皮NO合成酶表達和血漿NO水平升高，IL-6、血漿內(nèi)皮素-1和血壓降低，小鼠生存率提高[26]。這說明NFAT阻斷劑能夠改善糖尿病小鼠血管內(nèi)皮功能狀態(tài)，同時提示抑制NFAT有望成為一種新的具有潛力的保護內(nèi)皮功能的治療方式。

3 問題與展望

高血糖、炎性因子和內(nèi)皮細胞功能障礙之間的相互作用錯綜復雜，炎性因子網(wǎng)絡協(xié)調(diào)T1DM的起始和破壞階段的炎性反應中起著至關重要的作用，動物模型觀察表明細胞因子如IL-2、IL-6、TNF-α和IFN-γ可以根據(jù)環(huán)境不同誘導或預防T1DM的發(fā)生[7-8,10-11]。高血糖以及炎性介質(zhì)所致血管內(nèi)皮損傷機制已被逐漸認識，IL-33、LOX-1、ICAM、VCAM和NFAT，尤其內(nèi)皮細胞源性因子調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞信號通路，導致內(nèi)皮屏障功能障礙，目前炎性因子拮抗劑治療血管內(nèi)皮功能障礙的研究結(jié)果并不一致，可能與炎性因子復雜網(wǎng)絡關系有關。血管內(nèi)皮功能障礙是動脈粥樣硬化的第一階段，可能會最終引發(fā)更大風險的心血管事件，關注T1DM患者的炎性因子對機體免疫穩(wěn)態(tài)及血管內(nèi)皮功能的影響進行針對細胞因子免疫治療的基礎與臨床相關研究，有望為T1DM及內(nèi)皮功能障礙患者的抗炎治療提出新途徑。