蔡皓伟 李春月 杜 君 李 静 杨永歆 李 忠

伴随着我国人口老龄化进程的加快和生活方式的改变，我国成人糖尿病患病率显著增加。据相关研究显示，我国18岁及以上人群糖尿病患病率为10.4%。2017年国际糖尿病联盟指出，预计到2045年全球糖尿病患者将增至6.09亿。目前我国人群糖尿病发病以2型糖尿病为主，1型糖尿病及其它类型糖尿病少见，但2型糖尿病的发病机制尚不明确，其病理、生理学特征为胰岛素调控能力下降伴随β细胞功能缺陷。胰岛β细胞功能障碍是2型糖尿病发生的重要环节之一。以往的观点认为2型糖尿病患者的胰岛功能下降是胰岛细胞的过早凋亡，而研究发现胰岛β细胞凋亡的增加并不能完全解释胰岛功能衰退，功能性胰岛β细胞数量的下调是其主要原因。在各种代谢环境下β细胞发生去分化改变，分化成了具有多项分化潜能的内分泌祖细胞。影响细胞去分化有多个环节因素，其最重要的是转录因子通过不同的信号通路对β细胞的去分化产生影响。干预去分化或转分化将为2型糖尿病的治疗带来新的方向，然而β细胞分化为其它细胞的途径机制涉及多种因子和信号转导通路，系统性认识转导信号通路有助于了解胰岛细胞功能的本质，本文将从细胞去分化过程中可能涉及的信号通路和相关信号因子做以下综述。

1 胰岛β细胞去分化概述

细胞分化是原始细胞分裂功能之一，分化的细胞失去特有的结构和功能，在各种因素作用下回到未分化祖细胞特性的过程称为细胞去分化，细胞去分化的调控可以在不同的水平上进行，如转录水平、翻译水平以及蛋白质形成后活性调节水平等。β细胞从胚胎时期到成熟的过程，需要多种基因复杂的调控，多种信号通路中有各种转录因子参与其中，精细调控着细胞的分化，而这一过程目前尚未完全阐明，有研究提出，在糖尿病发病机制中，β细胞去分化具有重要作用，其中转录因子胰腺十二指肠同源盒(pancreatic duodenal homeobox-1，PDX-1)、肌腱膜纤维肉瘤癌基因同系物A及葡萄糖转运蛋白2表达下降，β细胞回到原始幼稚状态。这种分化主要是β细胞转化为内分泌前体细胞状态，或者转分化为α细胞、pp细胞等其他内分泌细胞。在胰腺发育早期可由祖细胞分泌转录因子神经元素3，对细胞调控去分化起主要作用。是何种信号通路对去分化产生关键作用目前尚不清楚，因为在细胞的分化、转分化的过程中，细胞因子通过不同信号通路进行信息传递。

2 不同信号通路参与去分化过程

2.1 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC 1)信号通路 mTORC 1是一种多蛋白复合物，由哺乳动物雷帕霉素靶蛋白mTOR、同源蛋白mLST8、调节蛋白Raptor、Akt底物1-PRAS40和交互蛋白DEPTOR组成。其功能是促进细胞生长、生物合成、营养物质的吸收等，也能抑制细胞自噬。雷帕霉素、生长因子、胰岛素、理化因素等因素能够控制 mTORC 1的生物活性。这些因素通过下游的真核转录因子4E结合蛋白1和S6K1,使mRNA 5’端起始复合物激活，实现调控细胞增殖、分化。研究发现，胰岛细胞mTORC 1通过调节Cyclin D2(β细胞周期，增殖和质量的关键调节剂)进而影响胰岛β细胞的增殖、生长。激活mTORC1可以促进胰岛细胞胰岛素的分泌。国内学者对血糖正常的部分(60%)胰腺切除术的小鼠观察发现，mTORC1途径可介导β细胞代偿性增殖，促进葡萄糖耐量和葡萄糖刺激的胰岛素分泌，但并未影响外周组织中的胰岛素敏感性。破坏mTORC1信号后不仅可以抑制细胞增殖，同时能减少细胞周期蛋白D2蛋白的浓度。另一研究显示，S6K通过磷酸化负调控区域的位点参与正反馈调节刺激mTORC1的活性，进而调控胰岛素的分泌。mTOR分为mTORC1和mTORC2两个因子，当出现胰岛素抵抗时，机体通过增加β细胞中的mTORC1/mTORC2信号可以增加β细胞数量和促进胰岛素分泌。但是，当这些反馈机制失效时，就会出现2型糖尿病。国外学者研究发现敲除小鼠mTORC1关键组蛋白Rapko，这些转基因小鼠在出生后4周即出现了显性糖尿病，并存在严重的胰岛素分泌缺陷，8周后在胰岛细胞观察到尚未分化成熟的细胞。mTORC1间接调控HIF-1α和胆固醇结合蛋白来调节糖代谢，以促进葡萄糖的吸收与利用，抑制α酮戊二酸脱氢酶活性；其还通过磷酸化自噬相关蛋白ATg13抑制细胞自噬。因此，mTORC1可以影响胰岛β细胞分化趋势。研究发现mTOR介导的信号传导途径对于β细胞生长是非必需的，只在正常或者糖尿病形成条件下参与了调节β细胞分泌功能。因此，所有影响这一信号通路的因子能够干预β细胞的去分化，但不是主要的途径。

2.2 蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)信号通路 蛋白激酶是催化蛋白质磷酸化过程的酶，可分为蛋白激酶A、Akt、蛋白激酶C和钙调蛋白激酶。1991年，Akt被鉴定属于丝/苏氨酸激酶家族，它广泛表达于各组织。Akt是生长因子和胰岛素等重要生理刺激调节的受体酪氨酸激酶的下游靶分子。叉头转录因子1(forkhead box transcrition factor 1,FoxO1)是Akt信号路径的下游效应分子，通过调节细胞的氧化应激、增殖及凋亡等多种生理过程，参与机体的生长发育、代谢及肿瘤形成。Akt通过调控FoxO1 的磷酸化，使其结合细胞核中的伴侣蛋白，促进FoxO1从细胞核转移至细胞浆。在细胞浆中伴侣蛋白将FoxO1核定位信号封闭，使其定位于细胞浆中。FoxO1主要表达在胰腺细胞、肝细胞、脂肪细胞中，是一种多功能蛋白，为叉头蛋白大家族的分子之一，它在参与调节细胞增殖、凋亡、衰老、分化、应激、自噬、代谢中发挥重要作用。另一项研究发现，FoxO1可以维持β细胞终末分化状态以及抑制胰腺祖细胞分化为β细胞，维持这一平衡状态取决于磷酸化和去磷酸化水平。有研究发现大量胰岛素表达阴性的细胞存在于2型糖尿病动物模型的胰岛中，FoxO1 的进行性丢失使该类细胞能表达嗜铬粒蛋白-A、神经元素3、Oct等前β细胞标志物。国外学者研究发现正常血糖小鼠胰岛β细胞中FoxO1 仅局限于胞浆中，当高血糖状态时，少量FoxO1出现在细胞核中,其机制可能是FoxO1失去了免疫荧光活性，同时β细胞丧失了胰岛素分泌功能。FoxO1参与抑制β细胞去分化，敲除小鼠FoxO1在高龄或产后群体中胰岛功能开始下降，与其β细胞发生去分化有关。去分化后的β细胞转化为具有多项分化潜能的内分泌祖细胞样细胞,影响内分泌功能，导致胰岛β细胞功能下降。关于在糖尿病中FoxO1的研究大多为动物研究，还有研究发现，通过给予干预因素，增加FoxO1活性可降低胰岛β细胞衰竭程度。

2.3 核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)通路 NF-κB是一种控制转录的DNA蛋白复合物，存在于所有动物细胞类型中，是细胞内重要的核转录因子，参与机体的炎症反应、免疫应答，进而调节细胞凋亡、应激等反应。它有NF-κB 1、NF-κB 2、RelA、RelB和c-Rel 5个成员，可分为两组，NF-κB 1、NF-κB 2为一组，分别由前体裂解而成；RelA、RelB和c-Rel为另一组，无前体。 NF-κB信号转导通路主要有经典通路、非经典通路和旁通路3种，作为转录因子可以正向调节1型血管紧张素II受体(angiotensin receptor，AngII)的基因表达，且血管紧张Ⅱ通过活性氧通路及络氨酸激酶Src/蛋白激酶P13k通路激活NF-κB。非活化的NF-κB复合物包括p65亚基和抑制性核因子κB抑制因子a(nuclear factor κB inhibitor，IκB a)。机体处以应激反应时，激酶抑制性亚基IκBa从复合物释放进而促进p65向细胞核转移，从而产生基因的转录调控。血管紧张素原是目前己知血管紧张素受体的唯一前体蛋白，它被肾素水解生成无活性的血管紧张素I，再由血管紧张素转化酶作用生成具有活性的AngII，是局部血管紧张素激活的核心标志，通过与AnglI受体结合，维持血压及水电解质平衡。研究发现，长期高血糖环境可激活胰岛局部肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)系统，通过增强氧化应激及炎症通路导致β细胞凋亡增加减少细胞数量，还可以通过上调细胞血管紧张素受体亚型表达减少胰岛局部血流和胰岛素的生物合成。研究表明，血管紧张素转化酶抑制剂能够降低高血压患者新发糖尿病的风险，先前考虑与其介导的血管收缩有关，后通过研究证明AngII是通过白细胞介素1β或NF-κB通路导致胰岛炎症损伤。AngII激活多种不同类型细胞的NF-κB通路，有实验研究表明RAS抑制剂在糖尿病中的心肌细胞保护作用可能与NF-κB炎症反应减少有关，而抑制IκB激酶可以防止AnglI诱导的促炎细胞因子水平上调。国内学者研究发现，通过阻断RAS及其炎症通路可以显著减少神经元素3阳性表达面积，进而减少胰岛细胞的去分化。通过抑制RAS和NF-κB通路，β细胞重新获得了特征性标志物，在某些情况下，去分化可能是β细胞走向衰竭过程中的保护机制，而通过恢复这些中间状态的分化细胞，可改善胰岛素分泌状态。

2.4 不同通路联合调控 在β细胞去分化复杂的过程中，很少是通过单一的通路完成去分化，大部分都是通过关键因子激活或者下调多种通路中的相关因子促进β细胞去分化，而生物体这种高级联合调控作用能够更准确地调节去分化信号片段，进而完成再分化的目标。研究发现，相互作用途径的信号网络抑制正常细胞的增殖并阻止异常分化的发生，而其中关键信号因子的激活可能引起多种通路同时进行调节，表达不同的信号共同调节β细胞，同时形成反馈回路表达不同的因子，如Wnt/β-catenin信号激活通过抑制YAP/TAZ和Notch信号之间的正反馈回路抑制细胞生长,最终调节β联蛋白的表达。研究发现，信号转导与异常激活时会导致其他信号转导通路相互作用，表明相互作用的信号转导网络共同发挥作用，而不是单个信号转导通路在抑制细胞异常分化，如Wnt/β蛋白、NF-κB和STAT3信号可被同时激活。在肝糖原相关基因的调控中，细胞周期蛋白D依赖性激酶可以将细胞外信号转导与调节DNA复制和有丝分裂的细胞周期信号整合在一起，这一过程中依次涉及Ras、磷脂酰肌醇-3-OH激酶(PI3K)和Akt的信号通路。

综上所述，β细胞失去原有的细胞形态转分化为非β细胞或者祖母细胞身份这一复杂过程通过多种信号通路进行信息调控、传递表达。胰岛β细胞受损是引起胰岛功能减退的主要原因之一，引起功能改变的不同信号通路之间有各自的独立性，也相互影响。β细胞去分化在一定程度上是可逆的，通过代谢水平的改变，细胞形态也随之发生变化。细胞分化、去分化为了解β细胞功能受损机制提供新的思路，也为2型糖尿病的治疗带来了新的靶点。研究胰岛β细胞去分化信号通路有助于研究保护胰岛细胞形态、促进胰岛β细胞增殖、提高胰岛β细胞分泌转录因子的方法，为化学药物、中药、针灸等改善胰岛细胞功能提供依据。因此，进一步明确信号通路的关键调控基因至关重要，可以帮助了解2型糖尿病的发生、发展机制，为干预β细胞去分化、逆转去分化提供参考。