硫氧还蛋白相互作用蛋白在糖尿病发病中的作用机制

范 源 李 晔 白 洁

(昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500)

糖尿病分为1型和2型糖尿病，1型糖尿病系自身免疫性疾病，其胰岛受到巨噬细胞及T细胞所产生细胞因子、干扰素及肿瘤坏死因子(TNF)-α等作用后导致胰岛β细胞凋亡；而2型糖尿病与胰岛β细胞凋亡及胰岛素抵抗有关〔1～3〕。β细胞减少可导致血糖增高；而长时间高血糖作用能促使β细胞群数量逐渐减少。高水平葡萄糖所导致的胰岛炎症、氧化应激、线粒体应激、内质网应激等在胰岛β细胞凋亡中起重要作用〔4〕。加之人类胰岛β细胞转化率较慢〔5〕，故胰岛β细胞受损后将导致糖尿病。然而，有关糖尿病发病机制尚不清楚。硫氧还蛋白相互作用蛋白(TXNIP)在糖尿病发病中起重要作用，是目前研究糖尿病的重要靶点。因此，本文对TXNIP在糖尿病中的作用机制的研究进展做一综述。

1 TXNIP

TXNIP又被称为维生素D3上调蛋白(VDUP)1和硫氧还蛋白结合蛋白(TBP)2。1994年，TXNIP首次在1,25-二羟维生素D3作用的HL-60早幼粒细胞白血病细胞系中被分离鉴定。研究发现TXNIP具有重要生物学功能，在细胞增殖、分化、凋亡过程及肿瘤、应激性疾病的发生发展中具有重要作用〔6～8〕。

外界环境如紫外线、γ射线、热刺激、双氧水、葡萄糖等可诱导TXNIP表达，TXNIP增加可使细胞周期滞留在G0/G1期，从而发挥其抗增殖及抑制生长作用，同时，TXNIP过表达加重氧化应激导致细胞凋亡〔9～11〕。因此，TXNIP的表达对β细胞的生存和增殖起重要作用，因而TXNIP也对维持葡萄糖内环境稳定起重要作用〔12〕。TXNIP的活性与硫氧还蛋白的相互作用有关。TXNIP可与硫氧还蛋白(TRX)1相互作用，抑制TRX1的还原活性，影响活性氧水平，从而产生对细胞生长调节的作用〔13〕。Junn等〔14〕应用酵母杂交实验发现TXNIP与TRX1结合，TXNIP的134～395氨基酸与TRX的活性位点结合，因此TXNIP只能与还原型的TRX结合；TXNIP与TRX1结合导致凋亡信号激酶1(ASK-1)从TRX1分离并激活，导致下游Caspase-3被激活，进而诱导细胞凋亡〔7〕。反之，如果降低TXNIP表达则可缓解葡萄糖诱导的细胞凋亡〔15〕。

2 TXNIP与糖尿病

高糖导致TXNIP表达增加继而造成胰岛β细胞凋亡，葡萄糖通过细胞碳水化合物反应原件结合蛋白(ChREBP)、组蛋白H4乙酰化(histone H4 acetylation)、P300诱导胰岛β细胞TXNIP表达增加〔16〕。高糖作用下，ChREBP通过去磷酸化进入核内的比率是低糖的3倍；葡萄糖促使ChREBP/Mlx(ChREBP的异质二聚体伴侣)与ChoRE结合，继而通过ChREBP与P300直接交互反应与启动子结合，募集的P300刺激组蛋白H4乙酰化，进行染色质修饰，同时促使RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)转移到启动子区，致使TXNIP基因开始转录〔17〕。Zhou等〔18〕研究发现，TXNIP参与炎症因子NLRP3的启动调节，NLRP3是一种负责调控免疫炎症和免疫信使因子白细胞介素(IL)-1β生产的复合蛋白质。各种压力和应激信号如感染等会促使TXNIP的激活，进而激活炎症因子NLRP3并释放出IL-1β。高血糖症可导致基于TXNIP参与的IL-1β释放，从而出现了在糖尿病患者中观察到的慢性炎症。同样在Txnip(-/-)小鼠，Nlrp3(-/-)小鼠表现出葡萄糖耐量和胰岛素敏感性增加的表现。

抗糖尿病药物EX-4在Ins-1细胞降低TXNIP表达，同时Caspase-3及Bax的明显下降，表明减少TXNIP的表达能够减缓胰岛β细胞的凋亡。Chen等〔19〕在INS-1细胞、人胰岛β细胞、肥胖型糖尿病BTBR小鼠胰腺组织及先天性TXNIP蛋白表达缺失的HcB-19小鼠胰腺组织对高糖毒性、TXNIP及β细胞凋亡三者之间关系进行分析，研究显示TXNIP不仅是葡萄糖促胰岛β细胞凋亡的关键因子，更是导致胰岛β细胞凋亡的重要蛋白。Masson等〔20〕对Hcb-19/ TXNIP-/-小鼠及对照C3H小鼠进行皮下注射链脲佐菌素(STZ)实验，在低剂量STZ条件(50 mg/kg)下，与对照C3H小鼠相比Hcb-19/TXNIP-/-小鼠没有发生高血糖；在INS-1细胞实验中，RNA干扰TXNIP表达下降，对高糖诱导的INS-1毒性具有抵抗作用。还有研究报道：TXNIP缺失可以抵抗线粒体介导的胰岛β细胞凋亡而对脂肪酸介导的内质网应激反应没有作用：其原因在于脂肪酸不能诱导TXNIP的表达〔21〕。以上研究可以看出葡萄糖可以诱导TXNIP，而TXNIP的表达增高促使胰岛细胞凋亡，导致糖尿病发生。

3 TXNIP促胰岛β细胞凋亡机制

高糖状况下，TXNIP表达与葡萄糖浓度存在递增效应关系，同时TXNIP表达增强可使细胞内活性氧(ROS)水平增高，敲除TXNIP能够增加TRX1活性，使细胞内ROS水平减低。在高糖促TXNIP表达增强的情况下，可以导致氧化应激程度加重〔11〕。过表达TXNIP可以激活诱导型一氧化氮合酶(iNOS)介导的细胞损伤，研究显示：TXNIP是蛋白质的巯基-亚硝基化内源性调节因子，TXNIP可直接与TRX1的活性位点Cys32结合，抑制Trx1介导的去亚硝基化，促使TRX1抵抗亚硝化应激下降〔22〕。Reich等〔23〕发现TXNIP可作为糖皮质激素诱导胰岛β细胞凋亡的新调节因子，在糖皮质激素刺激的胰岛β细胞中TXNIP被丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)激活。另外，TXNIP缺失时Akt/Bcl-xL表达增加，这样胰岛细胞中抗凋亡和促存活的途径被激活〔24〕，在STZ作用下胰岛β细胞的存活力增强。线粒体途径的胰岛β细胞凋亡与多种分子有关，Akt/Bcl-xL信号体系非常重要，Akt信号途径有助于维持胰岛β细胞的存活，而且Bcl-xL是抗凋亡因子，可保护线粒体膜的完整性，增加Akt的表达及活性，这将促使胰岛β细胞增殖并抑制胰岛β细胞凋亡〔25〕。

此外，TXNIP具有调节激活炎症体的作用。炎症体是一种多蛋白复合体，控制着Caspase-1的活化及免疫功能，其主要组分为核苷酸结合与寡聚片段(NOD)样受体蛋NLRP1、NLRP3、Caspase-1等，其中NLRP3及Caspase-1最为重要，完整的NLRP3炎症体与Caspase-1一旦汇聚活化，则能产生并分泌IL-1β、IL-18，且NLRP3炎症小体与ROS密切相关〔26〕。最近研究表明：TXNIP是NLRP3炎症体激活途径的信号分子，TXNIP可以特异性地与NLRP3的亮氨酸重复片段(LRR)及核苷酸结合与寡聚片段(NACHT)结合，在高糖作用下的情况下，胰岛分泌IL-1β依赖于ROS-TXNIP-NLRP3炎症体激活途径。还有研究：TXNIP敲除的THP-1细胞的IL-1β水平下降，TXNIP-/-小鼠巨噬细胞产生的IL-1β降低，而THP-1细胞再过度表达TXNIP，其IL-1β水平恢复〔18，27〕。

综上所述，高糖可促使TXNIP表达，通过ROS、ASK-1/AKT、NLRP3炎症等途径造成胰岛β细胞凋亡。因此，TXNIP在葡萄糖毒性与胰岛β细胞凋亡起重要作用，下调或减少TXNIP表达对胰岛β细胞具有保护作用，因此，TXNIP是治疗糖尿病的一个重要的靶点，进一步研究TXNIP的作用机制将有助于寻求新的糖尿病治疗方法。

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