江　震(综述)， 沈喜妹， 杨立勇(审校)



c-Jun氨基末端激酶信号通路与胰岛β细胞凋亡

江震(综述)， 沈喜妹， 杨立勇(审校)

NK丝裂原活化蛋白激酶类； 细胞凋亡； 糖尿病； 胰岛/*细胞学； 氧化性应激； 内质网； 细胞因子类

近年的流行病学调查显示，我国成人糖尿病患病率达11.6%，糖尿病前期患病率高达50.1%，糖尿病总体防治形势严峻[1]。据一项英国糖尿病前瞻性研究显示，患者确诊糖尿病时胰岛β细胞的功能仅残留约50%，且随着糖尿病的进展胰岛β细胞的功能呈进行性下降[2]。在2型糖尿病患者中，β细胞数量减少及凋亡增加是引起β细胞功能受损的主要原因[3]。c-Jun氨基末端激酶(c-Jun amino-terminal kinase, JNK)作为一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，参与了内质网应激、氧化应激及细胞因子等途径介导的胰岛β细胞凋亡。对JNK信号通路的调控，有望成为保护胰岛β细胞功能的重要手段。笔者围绕JNK在胰岛β细胞凋亡中的作用作一综述，旨在阐明糖尿病发病的可能机制。

1　JNK概述

JNK又称应激激活蛋白激酶，为有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)超家族的重要成员[4]。JNK由不同基因编码3种异构体，分别为JNK1、JNK2和JNK3。JNK1和JNK2基因广泛表达于各种组织中，而JNK3表达局限于脑、心脏、睾丸等特异性组织。

JNK信号通路通过三级酶促级联反应而激活, 即MAPK激酶的激酶(MAPK kinase kinase,MAPKKK)-MAPK激酶(MAPK kinase, MAPKK)-MAPK[5]。MAPKK通过双磷酸化JNK上第183位苏氨酸残基和第185位酪氨酸残基，从而激活JNK。静息状态下，JNK主要在细胞质中定位,受刺激因素激活后，JNK移位到细胞核中,激活核内转录因子,调节基因的转录和翻译，影响细胞凋亡、增殖、分化等。

2　JNK与胰岛细胞凋亡

研究证实，糖毒性、脂毒性、胰岛淀粉样多肽等因素可诱发炎症、氧化应激、内质网应激反应，引起胰岛β细胞凋亡、数量进行性减少，从而导致糖尿病的发生发展。无论1型或2型糖尿病，均存在不同程度的胰岛β细胞的衰竭，而胰岛β细胞的凋亡在糖尿病的发病过程中发挥着重要作用。越来越多的研究表明，JNK信号通路在多方面参与了胰岛β细胞的存活和功能的调节。

2.1胰岛细胞凋亡诱因

2.1.1胰岛细胞凋亡与炎症因子炎症参与了糖尿病的发生发展。在一项2型糖尿病的横断面研究中发现，患者肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等炎症因子水平均高于正常对照组，并且炎症评分和2型糖尿病高血糖状态和胰岛素抵抗相关[6]。通过免疫组织化学对比4种主要的自发性1型糖尿病大鼠模型发现，其胰岛组织中均存在相关炎症因子的浸润，而健康的胰腺组织中却无炎症因子的表达，同时在浸润的胰岛中发现凋亡的胰岛β细胞[7]。当Cohen糖尿病敏感大鼠注射白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)抗体后，胰岛功能得以改善[8]。在细胞水平也得出类似的结论，INS-1细胞及分离的人胰岛细胞在IL-1β干预下，TUNEL染色可见胰岛β细胞凋亡增加，胰岛素分泌功能受损[9]。

2.1.2胰岛细胞凋亡与糖脂毒性葡萄糖和游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)对胰岛β细胞的存活和功能起决定性作用，糖毒性和脂毒性引起胰岛β细胞凋亡得到了广泛认可。以高脂和果糖喂养的小鼠出现胰岛β细胞数量减少，TUNEL染色见胰岛细胞凋亡增加，胰岛素抵抗指数升高[10]。以16.7 mmol/L的葡萄糖或者100 μmol/L饱和脂肪酸棕榈酸(palmitic acid，PA)体外干预MIN6细胞发现细胞凋亡率增加，胰岛素释放减少[11]。而基因敲除短链脂肪酸受体FFAR2及FFAR3的小鼠在高脂饮食喂养后胰岛素分泌得到了增强，同时肥胖小鼠的葡萄糖耐受现象得到极大改善[12]。

2.1.3胰岛细胞凋亡与胰岛淀粉样多肽研究显示，40%～100%的2型糖尿病患者胰岛内存在胰岛淀粉样蛋白沉积，通过损伤胰岛β细胞参与2型糖尿病的发病过程[13]。以人胰岛素样多肽转基因小鼠构建的2型糖尿病胰岛素淀粉样病变模型，在腹腔注射胰岛素样淀粉多肽的抑制剂后，通过减少胰岛淀粉样蛋白的沉积，起到抑制胰岛细胞凋亡，改善糖耐量的作用[14]。在细胞水平同样得到验证，暴露于胰岛淀粉样多肽的INS-1E细胞活性下降，凋亡增加[15]。这些研究显示胰岛淀粉样多肽在胰岛β细胞生存方面起着重要作用。

2.1.4胰岛细胞凋亡与毒物环境污染是糖尿病发病的重要诱因。随着环境污染的日益严重，由重金属毒物引起的糖尿病的发病率也逐年升高。许多糖尿病患者与正常人相比，血清样本中有着更高水平的镉、镍、汞等有毒金属[16]。在一项对美国成年人尿液中重金属与糖尿病关系的横断面研究中发现，钼、锑、钨、铀与糖尿病呈正相关[17]，说明重金属含量可作为评估糖尿病患病风险的一个因素。在饮用水加入镉喂养的野生大鼠，出现糖脂代谢紊乱、胰岛的损害及外周组织的胰岛素抵抗[18]。RIN-m5F细胞和分离的小鼠胰岛在钼干预下出现胰岛素分泌受损及细胞凋亡[19]。

2.2JNK信号通路介导的胰岛细胞凋亡

2.2.1JNK介导的内质网应激胰岛β细胞拥有高度发达的内质网，是内质网应激(endoplasmic reticulum, ERS)的敏感细胞，ERS引起的胰岛β细胞的凋亡是糖尿病发病的重要环节。在高糖、脂质过度负荷、病毒感染等诱因下，内质网稳态被打破，导致蛋白质错误折叠，诱发ERS。ERS发生时，首先活化肌醇需求激酶(inositol requirement 1，IRE-1)，激活的IRE-1招募肿瘤坏死因子受体相关因子2(TNF receptor-associated factor 2，TRAF2)以及凋亡信号调控激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK-1)，形成IRE-1-TRAF2-ASK1 复合物，导致JNK的活化，最终引起细胞凋亡[20]。

研究显示，高糖或者PA诱导内质网应激通过IRE-1-JNK途径的激活促进胰岛β细胞凋亡[21-22]，使用IRE-1抑制剂或者JNK抑制剂下调JNK的表达，抑制胰岛凋亡[22]。用JNK1的shRNA沉默INS-1细胞的JNK1的表达，可以增加高糖和PA诱导的细胞凋亡和胱天蛋白酶-9(caspase-9)和胱天蛋白酶-3(caspase-3)的表达，这是通过JNK依赖的ERS途径，而沉默JNK2或者JNK3却不干扰上述途径。提示JNK的亚型JNK1可以保护PA和高糖通过内质网应激诱导的胰岛β细胞的凋亡[23]。

2.2.2JNK介导的氧化应激氧化应激指机体受到有害刺激时，自由基生成增多或者代谢障碍，导致氧化系统和抗氧化系统失平衡，造成组织、细胞的损伤。胰岛β细胞由于抗氧化酶水平较低这一特性，决定其易受氧化应激损伤发生凋亡。

高糖启动氧化应激，通过活性氧(reactive oxygen species,ROS)激活JNK，上调caspase-3和caspase-9造成细胞凋亡，当用ROS及JNK的抑制剂预先干预后，可抑制上述通路引起的胰岛β细胞凋亡[24]。体外培养NIT-1胰岛β细胞，在极低密度脂蛋白或FFA刺激下，NADPH氧化酶2(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase-2，NOX2)促进ROS产生通过JNK途径介导胰岛细胞凋亡，使用NOX2的抑制剂或siRNA沉默NOX2后，JNK的活化受抑制，胰岛β细胞的凋亡减轻[25-26]。提示高脂饮食破坏了机体氧化还原反应的平衡,激活JNK活性，诱导胰岛细胞凋亡。人胰岛淀粉样多肽通过上调INS-1E胰岛细胞ROS、丙二醛、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达，活化JNK通路，引起细胞凋亡增加，而抑制JNK活性后，胰岛细胞凋亡数量减少[27]。重金属镉刺激胰岛细胞RIN-m5F生成ROS，活化JNK，启动线粒体凋亡途径，介导胰岛细胞的凋亡，进一步使用JNK抑制剂或siRNA干扰后ROS生成并没有减少，而JNK活化受抑制，胰岛细胞凋亡改善[28]。

2.2.3JNK介导的炎症糖尿病被认为是一种自然免疫和低度炎症性疾病，炎症因子是诱导胰岛β细胞凋亡的重要诱导因素，JNK可介导由细胞因子诱导的胰岛β细胞凋亡。

IL-1β通过激活MIN6的JNK信号通路介导胰岛β细胞凋亡，使用JNK抑制剂后可显著保护IL-1β诱导的细胞凋亡[29]。干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)可引起JNK亚型中JNK1表达的上调介导细胞凋亡，应用JNK1的siRNA后抑制IFN诱导的细胞凋亡[30]。还有研究发现JNK亚型在细胞凋亡中的不同作用，其用细胞因子(IL-1β，TNF-α和 IFN-γ)培养INS-1E细胞，用siRNA沉默JNK3表达，增加细胞因子诱导的凋亡，而敲除JNK1或JNK2结果却是相反的，起保护作用，结果提示JNK3在细胞因子诱导的凋亡中起保护作用[31]。

细胞因子诱导胰岛细胞凋亡还需依赖于JNK支架蛋白的调节。细胞因子诱导JNK相互作用蛋白-1 (c-Jun amino-terminal kinase interacting protein-1，JIP1)泛素化降解，JNK的结合位点暴露，从而与下游底物如转录因子结合，介导胰岛细胞的凋亡[32]。衰减JIP-1含量可以增加JNK磷酸化[33]，过表达JIP-1基因的胰岛β细胞可通过下调JNK介导caspase-3等转录因子的活性来减少JNK诱导的细胞凋亡,反义mRNA使JIP-1的表达减少,增加细胞凋亡[34]。以上研究表明，胰岛β细胞中支架蛋白JIP-1是JNK诱导细胞凋亡的重要信号分子,其在胰岛β细胞中的含量是JNK诱导细胞凋亡过程中的关键调节因素。

2.2.4JNK与TLR4依赖的途径Shen等的研究表明，体外培养胰岛细胞，在PA干预下，可通过Toll样受体4(toll like receptor 4,TLR4)依赖途径激活JNK，诱导细胞凋亡，进一步敲除TLR4基因或者使用JNK抑制剂干预，可下调JNK的表达，同时抑制PA诱导的胰岛细胞的凋亡[35-36]。说明TLR4-JNK信号通路也是诱导胰岛细胞的凋亡的一个重要途径。

2.2.5JNK与腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase ，AMPK)途径AMPK在胰岛β细胞凋亡中所起的作用仍具有争议性，有的研究证实是起促进凋亡作用，而有些结论却是相反的。最新研究表明，AMPK对胰岛β细胞的促凋亡或者抗凋亡的效应可能归因于不同的培养条件，从而通过调节不同的下游介质来起到相应作用。在标准培养情况下(非高糖、高脂)，AMPK的激活剂5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸(5-aminoimidazole-4-carboxamide Ribonucleoside，AICAR)通过AMPK依赖的JNK-caspase-3途径介导INS-1E的凋亡，而在PA的干预下，AICAR却是通过下调p38的磷酸化起抑制胰岛β细胞凋亡。而AMPK的另一激活剂二甲双胍在标准培养情况下，不引起细胞的凋亡，但在PA的干预下，二甲双胍通过下调P38和JNK的磷酸化起到抑制胰岛β细胞的作用[37],表明JNK在AMPK依赖的胰岛β细胞凋亡中是起促进还是抑制作用是具有条件性的。

3　结　语

糖尿病发病机制复杂，JNK信号通路与胰岛β细胞凋亡关系密切。JNK信号介导胰岛β细胞的凋亡过程中，各种机制如氧化应激、内质网应激等并非完全独立的，常相互作用，交织成网，密不可分。因而，JNK诱导胰岛细胞凋亡的机制是多因素、多途径共同作用的结果。对JNK亚型的研究中显示，JNK1和JNK2起促进胰岛β凋亡作用，而JNK3具有保护作用，可以抑制胰岛β凋亡。综上，JNK信号通路的激活广泛参与了胰岛β细胞的凋亡，JNK的过表达促进凋亡，抑制此通路活性则可以减少凋亡，起保护作用。探讨JNK信号转导通路在胰岛β细胞凋亡中的作用，有望为糖尿病的预防和治疗提供新的依据。

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(编辑：常志卫)

2015-11-18

国家自然科学基金(81370921)

福建医科大学 附属第一医院内分泌科，福州350005

江震(1988-)，男，医师

杨立勇. Email:yly_lm@sina.com

R322.57； R329.25； R345.57； R977.3

A

1672-4194(2016)05-0345-04