脂肪酸对胰腺β细胞功能及凋亡影响的研究进展

李建宁，马立荣，杨怡

(1宁夏医科大学基础医学院，银川 750004；2宁夏医科大学内分泌研究所)

脂肪酸对胰腺β细胞功能及凋亡影响的研究进展

李建宁1,2，马立荣1,2，杨怡1,2

(1宁夏医科大学基础医学院，银川 750004；2宁夏医科大学内分泌研究所)

脂肪酸特别是高浓度脂肪酸对胰腺β细胞存在脂毒性作用，通过细胞内外的多种机制与途径的介入(细胞外可通过受体、激素等作用；细胞内可通过线粒体功能障碍、内质网应激、氧化应激、神经酰胺合成、自噬等；细胞核内可通过细胞核受体与细胞周期)，导致胰岛β细胞凋亡与功能障碍。

脂肪酸；胰腺β细胞；功能障碍；细胞凋亡

肥胖是糖尿病重要的发病危险因素，常被作为代谢综合征的一部分，同时伴随着血脂紊乱和血液循环中瘦素及其他细胞因子(如肿瘤坏死因子α、IL-6、IL-1等)的变化。这些变化不仅与胰岛素敏感性有关，还影响着胰腺β细胞的存活和功能。脂肪酸与胰腺β细胞的凋亡及胰岛素再生、降解、分泌关系的研究都证明了脂毒性的存在[1,2]。现就脂肪酸在胰腺β细胞细胞外、胞质及胞核三个方面的作用，综述脂肪酸对胰腺β细胞功能及凋亡的影响。

1 脂肪酸在胰腺β细胞胞外的作用

脂肪酸对胰腺β细胞的作用需要很多细胞外因素的介导，包括受体、生长因子与激素、细胞炎性介质等。

G蛋白偶联受体(GPRs)家族已经成为治疗糖尿病的一大类新靶点。GPR40也称为游离脂肪酸(FFA)受体1(FFAR1)，在胰腺β细胞中表达并介导中长链FFA引起的胰岛素分泌[3]。已有研究[4]发现，GPR40在2型糖尿病(T2DM)患者胰腺β细胞中表达下降。GPR40的激动剂CNX-011-67在链脲佐菌素诱导的糖尿病模型大鼠中能够增加葡萄糖的应答反应、胰岛素分泌和含量[5]。GPR40被认为是T2DM的治疗靶点，成为未来治疗T2DM的新药[6]。有研究发现，在内源性长链FFA和一系列合成配体偶联激活GPR40的过程中，会导致肠促胰岛素的分泌，而肠促胰岛素具有保护胰腺β细胞对抗脂毒性的功能，同时对葡萄糖稳态有益处[7]。除了GPR40外，脂肪酸还通过GPR78、GPR119、GPR120等受体作用于胰腺β细胞[3]。

催乳素、雌激素、肠促胰岛素等具有保护胰腺β细胞对抗脂毒性的功能；而炎性介质与脂毒性协同作用损伤胰腺β细胞，这些因素影响下的脂毒性效应通常在高血糖情况下表现更充分。已有研究表明，催乳素通过激活Jak-Stat通路保护脂毒作用下的β细胞[8]。在人类胰岛中，肠促胰岛素激素[主要包括胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、糖依赖性胰岛素释放肽(GIP)]被发现可以促进胰腺β细胞网络的联结，而脂质的出现会终断这种联结，并影响胰岛素分泌[9]。糖尿病小鼠在应用GLP-1拮抗剂与低脂联合治疗中发现：二者联合应用比单一应用更能增强胰腺β细胞功能，并增加β细胞数量[10]。雌二醇可以调节胰岛的脂质合成，敲除内质网雌激素α受体后的小鼠β细胞容易在脂毒条件下发生功能障碍[11]。炎症会通过多种机制影响胰腺β细胞的生存与功能，FFA可以直接激活炎症通路，产生促进炎症的毒性作用。有研究[12]发现，棕榈酸处理β细胞后，通过TLR4-Myd88通路增加细胞因子水平并促进炎性巨噬细胞聚集。在胰岛的体外实验中发现,高脂喂养并应用棕榈酸处理后，胰岛中M1型巨噬细胞的迁移抑制因子数量增加，去除M1型巨噬细胞后会减少胰腺β细胞的脂毒性[13]。也有研究发现，阻断INS-1细胞系的棕榈酸化可以减少胰腺β细胞中细胞因子诱导的氧化应激与氮化应激[14]。由此可见，脂毒性可以促进与增强胰岛的炎症过程，通过调控胰腺胰岛β细胞的炎症过程可能是糖尿病治疗的又一个途径。

2 脂肪酸在胰腺β细胞胞质中的作用

脂肪酸在胰腺β细胞胞质中通过线粒体功能障碍、内质网应激、氧化应激、神经酰胺合成及自噬等因素发挥影响凋亡及功能障碍的作用，5种因素相互联系、制约，共同作用于胰腺β细胞功能损伤过程中，其中自噬作为一种新的细胞质脂毒性机制受到越来越多的重视。

2.1 线粒体功能障碍 FFA诱导的β细胞凋亡与Akt磷酸化水平下调有关。有研究发现激活Akt磷酸化可以下调Bad表达、减少Cyt C释放、抑制Caspase-9的活化，从而抑制β细胞的凋亡[15]。有研究[16]发现，棕榈酸处理会降低Bcl-2表达，同时增加Bax表达，最终导致线粒体通透性增加、半胱氨酸蛋白酶激活和细胞核去断裂。已经证实Bax作为FoxO1的一个下游靶基因，介导FoxO1在脂毒性细胞凋亡中的作用[17]。

2.2 内质网应激 饱和脂肪酸在胰腺β细胞内具有诱发内质网应激的作用。内质网应激通常会通过3种膜蛋白引起信号通路激活，比如饱和脂肪酸作用于肌醇依赖性激酶1α(IRE1α)后通过磷酸化而激活c-Jun氨基末端激酶(JNK)，继而引起细胞凋亡[18]。在人类胰岛中，棕榈酸可以通过激活JNK促进胰腺β细胞凋亡[19]。在与内质网应激相关的众多因子中，CHOP和JNK的激活一直被视为是脂毒性的关键调节靶点。

2.3 氧化应激 棕榈酸在胰腺β细胞内可以通过转录因子2(TCF2)介导PI3K/AKT和MEK/ERK的激活，继而诱导ROS生成[15]。高浓度ROS会触发细胞内的氧化应激，造成氧化损伤导致线粒体功能丧失，最终引发细胞凋亡。例如H2O2等形式的ROS可以直接氧化修饰Bax蛋白上第62位和126位的半胱氨酸残基，激活Bax并使其向线粒体转位，引发胰腺β细胞凋亡[20]。FFA也可以诱导一氧化氮合酶(NOS)的表达，引起NO的生成增多，导致细胞分泌胰岛素功能障碍，而应用诱导型NOS(iNOS)抑制剂可以减轻胰岛素分泌缺陷[21]。

2.4 神经酰胺合成 血浆FFA水平持续升高，可导致胞质内脂酰CoA升高，进而促进软脂酰CoA及神经酰胺生成。神经酰胺由软酯酰CoA与丝氨酸在丝氨酸棕榈酰转移酶(SPT)的催化下生成。神经鞘磷脂(主要为神经酰胺)通过SAPK/JNK信号转导途径引起细胞凋亡已经得到了共识。有研究报道神经酰胺可激活p53，其转录调节作用抑制Bcl-2的表达，启动Bax、p21/wafl、GADD45等下游基因的表达，诱导和增加胰腺β细胞凋亡[22]。

2.5 自噬 棕榈酸在大鼠与人类的胰腺β细胞中能够增强自噬，并且与内质网肿胀相关[23]。另有研究发现，在大鼠及小鼠胰腺β细胞中Atg 7过表达会增加细胞对棕榈酸引起的自噬的敏感性，而敲除Atg 7显示出胰腺β细胞具有内质网损伤适应性，同时增强对内质网应激的敏感性[24,25]。尽管脂肪酸会增加自噬小体，继而增加自噬，但相关动力学研究[26]发现，用油酸或棕榈酸处理后，自噬流动性是减少的。有研究[27]发现脂肪酸还可能通过JNK在胰腺β细胞中引起自噬过程。自噬作为一种新的细胞质脂毒性机制正在受到越来越多的关注。

3 脂肪酸在胰腺β细胞核内的作用

细胞核内的脂肪酸毒性效应常通过细胞核受体与细胞周期体现。过氧化物酶体增殖激活受体(PPAR)是细胞核受体，也是分化、发育与代谢中调控多种基因的转录因子。如PPARγ激活通过增加FFAR1的表达促进胰岛素分泌，后者属于β细胞分化基因，还会激活包括通路上的葡萄糖转运体、磷脂酶C等。肥胖小鼠中PPARα过表达可以在不影响β细胞数量的情况下维持胰岛素的分泌[28]。有一种假说认为，脂毒性通过抑制胰腺β细胞增殖，阻止细胞数量扩增，继而导致胰岛素分泌受损和β细胞死亡。还有研究[29]发现，增加甘油三酯在血循环中的浓度，可以减少葡萄糖诱导的小鼠β细胞增殖。在进行小鼠胰腺β细胞原代培养时，FFA也可以减少其增殖[30]。另有研究结果则相反,胰腺β细胞增殖在高脂喂养的小鼠中是增加的，但这种增加是直到β细胞增殖开始后FFA才开始的，胰腺β细胞增殖也许是由其他相关过剩营养物质的改变所导致的。体内(血液与细胞内)脂质的出现通过细胞核作用促进还是阻止β细胞增殖仍然是未知的。

脂肪酸，特别是高浓度脂肪酸对胰腺β细胞存在脂毒性作用，通过细胞内外的多种机制与途径的介入，导致胰岛β细胞凋亡与功能障碍。不同的损伤因子会通过不同的通路导致胰腺β细胞凋亡，意味着在糖尿病等疾病的发生与发展中阻止进行性胰腺β细胞损失是困难的。鉴于胰腺β细胞的特殊结构与功能，了解脂肪酸与其之间的分子机制有着重要意义，同时也可为临床针对肥胖、糖尿病等筛选出更有效的治疗。

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国家自然科学基金资助项目(81670798)。

杨怡(E-mail： yangyi74322@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.22.039

R587.1

A

1002-266X(2017)22-0106-03

2016-10-08)