炎性因子调控1型糖尿病血管内皮细胞功能的研究进展

李 倩，刘纯华，王晨怡，谈娇娇，马玉萍，吕海宏

(兰州大学第一医院 内分泌科，甘肃 兰州 730000)

糖尿病是目前世界范围内威胁人类健康的主要慢性疾病，其高患病率、高致残率及高致死率引发人们高度关注。2020年中国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)约占糖尿病总患病率的5%～10%[1]。T1DM所致的死亡中30%与心血管疾病相关[2]，T细胞介导的炎性反应选择性破坏胰腺β细胞和内皮细胞是T1DM及微血管和大血管并发症的重要机制[3]。炎性因子在协调T1DM发展过程中胰腺β细胞和免疫细胞之间复杂的多细胞相互作用中发挥着关键作用。现在普遍认为内皮功能障碍是动脉硬化、高血压、冠心病及其他心血管疾病的早期标志，炎性因子与内皮细胞功能的复杂联系具有广阔的研究前景。因此本文就炎性因子参与T1DM内皮功能调控作如下综述。

1 炎性因子与T1DM的关系

T1DM是一种慢性自身免疫性疾病，自身免疫性T淋巴细胞和调节性T细胞(Tregs)以及相关炎性细胞因子均参与T1DM的病理进程。同时T1DM激活并释放炎性因子，加重糖尿病及并发症的程度。一方面，促炎性细胞因子破坏促凋亡和抗凋亡蛋白之间平衡，介导β细胞进行性丧失。另一方面，高血糖不仅能加强体内氧化应激，使活性氧上调进而诱导PKC磷酸化，通过ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化介导炎性介质的释放；同时也可直接通过p38 MAPK途径，激活NF-κB传导通路，触发炎性因子如TNF和IL-6释放[4]，进一步介导对β细胞的损伤。重要的炎性因子参与调控T1DM发生发展过程如下。

1.1 白介素家族

白介素(interleukin，IL)家族诸多细胞因子广泛参与T1DM生理病理进程，但其机制不尽相同。IL-1主要与胰岛β细胞表面受体结合，导致内质网和线粒体应激，引起β细胞分泌功能障碍及细胞凋亡。IL-2可能通过增加Tregs数量，抑制胰岛特异性自体反应性效应T细胞(Teffs)来阻断炎性因子对胰腺β细胞的破坏。目前IL-6 和IL-10在T1DM中的具体作用机制尚不清楚，推测可能与β细胞表面受体表达增加、氧化应激减少、Tregs群的数量增加以及其他细胞因子表达相关。IL-2、IL-7、IL-15主要通过调节效应T细胞和调节性T细胞之间的稳态参与T1DM发病进程。IL-21表现出多效性，可影响多种免疫细胞的分化和功能。IL-21导致的免疫细胞活化级联反应中，CD8+T 细胞介导对TIDM患者β细胞的攻击。

目前，针对白介素家族免疫调节途径研究取得一定进展。IL-1受体拮抗剂阿那白滞素(anakinra)、抗IL-1β mAb卡那单抗(canakinumab)和抗IL-1α mAb已被批准用于临床研究[5]。第一阶段研究显示出IL-1受体拮抗剂利洛纳塞在1型糖尿病青年患者中良好的耐受性，然而并未发现其单独使用的有效性[6]，推测一方面可能与有限的试验时间不能准确判定利洛纳塞的长期治疗效果相关，另一方面推测其单独使用的作用有限，与胰岛素等药物合用后或许可以加强治疗效果。IL-2治疗糖尿病的一项多中心随机对照试验显示低剂量IL-2可以通过增加功能性Tregs的数量，抑制Teffs来阻断对β细胞的破坏，显示了IL-2在糖尿病免疫性治疗中的独特前景[7]。在啮齿动物和人胰岛组织中，已发现IL-6通过减少氧化应激对β细胞起保护作用，目前正在研究抗IL-6受体抗体托西利珠单抗在T1DM患者保留β细胞功能方面的作用，期待予以临床更多的指导[8]。此外，目前联合因子疗法在T1DM中是具有潜力的治疗方式。动物实验发现增强IL-2，阻断IL-7和IL-15途径可以预防和治疗小鼠的糖尿病，同时发现抗T细胞抗原受体(anti-T cell antigen receptor，TCR)、抗IL-17以及抗IL-6三联疗法在T1DM动物实验模型治疗中显示强大的优越性[9]。因此IL-2/Treg通路增强、IL-7的最有效转化、IL-15/Teffs拮抗剂联合使用，可能是未来T1D细胞因子治疗方式。

1.2 肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)

TNF-α主要通过激活TNF-α受体，诱导T细胞凋亡和Treg细胞扩增进而参与β细胞的凋亡进程。它既可单独参与糖尿病病程，也可协同IL-1共同参与糖尿病患者β细胞的凋亡，因此抑制TNF-α炎性通路是治疗TIDM的有效途径。最新研究认为，抗TCR与抗TNF-α和抗IL-1β的三联组合在恢复正常血糖、保护胰岛结构完整和保证β细胞质量方面是最有效的，同时抗TCR与抗TNF-α的双抗体组合被证明是最适合逆转T1DM代谢状态的免疫疗法[10]。

1.3 γ干扰素(r-interferon，INF-γ)

IFN-γ是由Th1细胞分泌的细胞因子，具有抗病毒，抗肿瘤和免疫调控作用。研究[11]发现T1DM的β细胞质量下降与外周B:9-23rPep(胰岛素B链氨基酸9-23相关肽)的增加有关，而且这种由IFN-γ诱导的免疫反应性呈现特异性。这提示IFN-γ可能通过识别胰岛组织的B:9-23表位引起T1DM的β细胞质量的下降，进而参与T1DM慢性免疫炎性过程。目前实验[12]发现T1DM患者运用胰岛素后IFN-γ呈下降趋势，这预示胰岛素在减轻T1DM慢性炎性反应中的潜在作用。目前研究显示阻断MIG表达也可能是T1DM治疗的一种潜在方法，T1DM中IFN-γ诱导可产生MIG，这种趋化因子不仅招募Th1淋巴细胞，进而启动Th1反应，同时诱导放大MIG/CXCR3轴反馈回路，进而参与β细胞破坏和T1DM免疫炎性过程[13]。T1DM发病过程中趋化因子-细胞因子的相互作用还需要进一步研究。

1.4 转化生长因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)

转化生长因子β1(TGF-β1)，属于调节细胞生长和分化的TGF-β超家族成员之一，在调节细胞生长、分化和免疫功能方面起重要作用。TGF-β信号通过与Smad3整合，激活并维持Ink4a表达，进而抑制胰岛β细胞复制过程。动物研究观察到抑制成年鼠TGF-β/Ink4a位点后其β细胞复制增加[14]，这揭示了TGF-β信号在 Ink4a/Arf 位点调控中的新作用以及用TGF-β信号的小分子抑制剂促进β细胞复制的潜力。在分子水平上，Smad3与Foxo1 结合导致TGF-β依赖性细胞凋亡，TGF-β/Smad3 信号的遗传或药理学抑制或敲除Foxo1可保护β细胞凋亡[15]。TGF-β/Smad3在促进β细胞凋亡中，有抑制 TGF-β/Smad3通路增强β细胞增殖的治疗潜力。

1.5 叉头转录因子p3(forkhead box P3，Foxp3)

Foxp3是T1DM参与免疫应答重要的编码蛋白质，对调节性T细胞的功能至关重要，其功能失调会导致T1DM发生。miR142-3p/Tet2/Foxp3轴会干扰调节性T(Treg)细胞的有效诱导，导致Treg稳定性受损，引发胰岛自身免疫降低[16]，进一步引起T1DM的发生。这项研究从胰岛自身免疫机制角度出发，揭示了miR142-3p/Tet2介导的Treg不稳定性在T1DM自身免疫中作用。

2 炎性因子与内皮细胞功能研究

内皮细胞在保持血管完整性及平衡免疫方面起着重要作用。炎性因子持续刺激，促炎和抗炎介质介导的炎性微环境稳态失衡，常导致内皮功能障碍，进而引发大血管并发症(如冠状动脉疾病，外周动脉疾病，卒中)和微血管并发症(如糖尿病肾病和视网膜病)的发生。因此研究内皮细胞源性炎性因子及其潜在机制可能有效预防心血管疾病的进展。除了传统的炎性标记CRP、IFN-γ和TNF-α外，近年研究显示IL-33、凝集素样氧化低密度脂蛋白受体-1(LOX-1)，可溶性TNF受体(sTNFR)、可溶性细胞间黏附分子ICAM、可溶性血管细胞黏附分子(sVCAM)和活化T细胞核因子(NFAT)与内皮功能障碍亦有密切关系。

2.1 白介素类和IFN-γ

IL-33属于IL-1家族的细胞因子,常表达于上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞的细胞核中。内皮细胞损伤或应激时,IL-33作为一种警报蛋白迅速从细胞中释放出来，与ST2/IL-1R4的异二聚体受体结合发挥炎性反应[17]。IFN-γ可诱导巨噬细胞产生一氧化氮合酶(iNOS)，促进NO的合成，引起体内细胞因子动态失衡，参与T1DM患者血管内皮细胞炎性反应。

2.2 TNF-α

TNF-α通过激活 NF-κB信号通路导致血管内皮细胞炎性介质的释放。研究发现TNF-α诱导的单核细胞/HUVECs相互作用被扁蒴藤素所抑制，同时扁蒴藤素通过下调MCP-1、IL-6、IL-8等细胞因子和ICAM-1、VCAM-1等黏附分子的表达发挥对血管炎性抗炎作用[18]。NF-κB/miR-425-5p/MCT4轴的激活在糖尿病相关的内皮功能障碍中起着重要作用。另有研究发现高血糖和IL-1β诱导的NF-κB/miR-425-5p/MCT4轴可下调MCT4的表达，导致乳酸转运受损和细胞内pH值失衡，最终导致内皮细胞凋亡增加和内皮功能障碍[19]。高糖浓度下主要通过p38/MAPK/inOs/cOX2/eP1和嘌呤能通路来介导IL-1β/TnF-α诱导内皮cx43半通道活性来实现[20]。因此在一定程度上能够抑制黏附分子和促炎细胞因子表达，并抑制NF-κB信号或者miR-425-5p的表达来改善内皮细胞损伤的药物，有望成为治疗和预防慢性炎性疾病或者治疗糖尿病血管并发症的新治疗靶点。

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

oxLDL(氧化低密度脂蛋白)以其诱导内皮细胞功能障碍而被人熟知，也是氧化应激的主要血清标志物。LOX-1作为oxLDL的凝集素样受体，是一种促炎性信号分子，近年来引起了人们的强烈关注。有动物研究发现T1DM中LOX-1、JNK、p38、精氨酸酶和活性氧(超氧阴离子和过氧化氢)的激活可以导致NO介导的冠状动脉内皮功能受损[21]，提示LOX-1/p38 MAPK通路参与了ox-LDL诱导的血管内皮损伤过程。研究发现DPP-IV抑制剂沙格列汀可抑制LOX-1的表达，同时减少ox-LDL诱导的细胞因子和血管黏附分子以及活性氧的产生；另外，沙格列汀通过抑制ox-LDL诱导的JNK激酶的磷酸化以及NF-κB p65的积累，增强激活蛋白1(AP-1)亚基c-Jun/c-fos的表达以及AP-1启动子的活性，发挥内皮保护的作用[22]。这显示出沙格列汀独立于降糖的血管内皮保护能力，在糖尿病血管并发症中表现出强大应用潜力。因此抑制LOX-1表达通路可能改善糖尿病患者的血管内皮功能障碍。

2.4 血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1，sVCAM-1)和细胞间黏附分子1 (intercellular adhesion mo1ecule-1,ICAM-1)

内皮功能受损可导致脂蛋白等大分子的穿透性增加，趋化分子如ICAM-1、VCAM-1、E-选择素、p-选择素等表达增加。sVCAM-1和sICAM-1促进白细胞黏附在毛细血管内皮上，参与视网膜病、肾病、冠状动脉疾病和其他糖尿病并发症的发生。在非透析依赖的糖尿病肾病患者中，炎性细胞因子与sVCAM-1相关，能增加心脏代谢风险[23]。sVCAM-1作为内皮功能障碍的标志物，是1型糖尿病患者高血压风险的最具潜力的预测因子[24]。

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

NFAT能增加炎性介质，如IL-6，sVCAM-1，组织因子等的表达。研究证明NFAT通过调节炎性介质和抗氧化防御(即NOX4和过氧化氢酶)途径参与糖尿病驱动的动脉粥样硬化斑块形成[25]。目前NFAT与内皮功能障碍方面的研究较少，其导致血管损伤的具体分子机制仍不清楚。研究发现用NFAT阻断剂A-285222治疗糖尿病小鼠后，其内皮NO合成酶表达和血浆NO水平升高，IL-6、血浆内皮素-1和血压降低，小鼠生存率提高[26]。这说明NFAT阻断剂能够改善糖尿病小鼠血管内皮功能状态，同时提示抑制NFAT有望成为一种新的具有潜力的保护内皮功能的治疗方式。

3 问题与展望

高血糖、炎性因子和内皮细胞功能障碍之间的相互作用错综复杂，炎性因子网络协调T1DM的起始和破坏阶段的炎性反应中起着至关重要的作用，动物模型观察表明细胞因子如IL-2、IL-6、TNF-α和IFN-γ可以根据环境不同诱导或预防T1DM的发生[7-8,10-11]。高血糖以及炎性介质所致血管内皮损伤机制已被逐渐认识，IL-33、LOX-1、ICAM、VCAM和NFAT，尤其内皮细胞源性因子调节内皮细胞信号通路，导致内皮屏障功能障碍，目前炎性因子拮抗剂治疗血管内皮功能障碍的研究结果并不一致，可能与炎性因子复杂网络关系有关。血管内皮功能障碍是动脉粥样硬化的第一阶段，可能会最终引发更大风险的心血管事件，关注T1DM患者的炎性因子对机体免疫稳态及血管内皮功能的影响进行针对细胞因子免疫治疗的基础与临床相关研究，有望为T1DM及内皮功能障碍患者的抗炎治疗提出新途径。