β细胞凋亡是1型和2型糖尿病 发病机制中的关键环节，但1 型和2 型糖尿病β细胞凋亡的分子机制有所不同。FASL、穿孔素和颗粒酶、IL-1β、 TNF-α、IFN-γ和NO在1型糖尿病的β细胞凋亡中起着重要的作用。炎症应激、氧化应激和内质网应激在2型糖尿病的β细胞凋亡中发挥着关键作用。

    细胞凋亡（ apoptosis）是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡，又称为程序性细胞死亡（ programmed cell death），是真核细胞的一种特殊的死亡形式[1] 。细胞凋亡，是局部环境生理或病理性变化引起的、由自身内部机制调节的一种主动的、按一定程序进行的细胞自发性死亡方式，是以一种与细胞有丝分裂完全相反的方式来调节细胞群体相对恒定的重要机制，是一个多步骤发生的、受基因调控的遗传机制。在凋亡过程中，由于内源性核酸内切酶的激活，使 DNA在核小体连接区断裂，形成以180～200bp整倍数的DNA片段；细胞呈现胞体变小，皱缩，染色质浓集，核固缩，进而核碎裂形成被膜包围的凋亡小体，最后被周围吞噬细胞吞噬降解。细胞凋亡涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它对生物个体的发育、存活以及保持正常生理功能都有重要意义，是机体为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。但如果细胞凋亡规律异常，会给人类造成许多疾病，包括糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病等多种疾病的发生，β细胞凋亡在1、2 型糖尿病的发病中扮演了重要角色[2] 。

    1.β细胞凋亡与糖尿病

    糖尿病患者普遍存在β细胞总数减少。β细胞总数减少受以下四个因素来调节：①β细胞的复制；②β细胞的体积；③新的β细胞生成；④β细胞的凋亡。每个因素对于维持β 细胞总数的作用，都随着生长发育的不同阶段以及不同的代谢负荷而有所不同。在新出生婴儿时期，由于β细胞的大量复制和随后而来的β细胞的新生，大大超过了凋亡的速度，所以β细胞总数明显增加。在儿童及青少年时期，复制、新生及凋亡的速度都有显著的下降。到了成人阶段，β细胞的寿命大约为60天，在大多数情况下，每天约有0.5％的β细胞凋亡，但有复制和少数新生的β细胞补充。而β细胞的大小始终相对比较恒定，所以，正常成人的β细胞数量维持在一个相对衡定的状态。但在肥胖 人群中，β细胞复制加速、肥大，并有新生的β细胞，使β细胞总数增多，来代偿肥胖引起的代谢负荷以及随之而来的胰岛素抵抗。

    在糖尿病整个病理过程中，β细胞凋亡呈现持续增加的趋势。在1型糖尿病中，β细胞凋亡起着决定性作用，在1型糖尿病诊断时，β细胞量减少约75％甚至90％以上。目前关于在2型糖尿病发病机制中，β细胞量减少还是β细胞本身份泌功能减低，哪种作用更为重要尚有争议。但动物模型和人体尸检均证实在2型糖尿病中β细胞量是明显减少的。在沙鼠的2型糖尿病模型中，早期β细胞新陈代谢率增加（增殖和凋亡增加），β细胞量轻度增加。随着疾病的进展，β细胞凋亡逐渐占优势，表现为糖尿病终末期β细胞量显著减少。Bulter等[3] 通过尸检研究了糖尿病患者的β细胞量的变化。他们发现肥胖伴有空腹血糖升高患者的β细胞量比肥胖非糖尿病者减少 40％，肥胖伴糖尿病患者较单纯肥胖者β细胞量减少63％；非肥胖糖尿病患者相对β 细胞量比既无肥胖又无糖尿病者减少41％。他们认为β细胞凋亡增加是2型糖尿病患者β细胞量减少的主要原因，而β细胞的新生和增殖保持正常甚至稍微增高。其他学者的研究[4-5] 也证实2型糖尿病患者_β_细胞量较非糖尿病对照人群明显减少。

    2.1型糖尿病和β细胞凋亡

    1型糖尿病中β细胞的死亡模式是坏死。还是凋亡，或二者兼有尚无定论，但越来越多的证据表明，凋亡在胰岛β细胞自身免疫性破坏中占有重要地位。此外，Trudean 等推测，新生鼠胰岛β细胞凋亡高 峰有可能是引起自身免疫性糖尿病的触发因素。在1型糖尿病的病理过程中，许多免疫效应细胞，包括CD8＋ 、CD4＋ T细胞和巨噬细胞、树突状细胞及其效应分子，如穿孔素/颗粒酶B、白介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子（TNF-α）和干扰素 -γ（IFN-γ）以及其效应分子、补体、金属离子等参与了胰岛β细胞凋亡的过程。

    2.1 1型糖尿病β细胞凋亡的分子机制

    1型糖尿病β细胞破坏的主要机制包括：
    1.表达于激活的CD8+ T淋巴细胞的FAS配体（FASL）和表达于胰岛β细胞的FAS受体，激活凋亡的死亡受体途径；
    2.激活的 CD8+ T淋巴细胞释放穿孔素和颗粒酶，诱导β细胞凋亡；
    3.浸润于胰岛细胞的各种免疫细胞释放细胞因子，包括白介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子（TNF-α）和干扰素-γ（IFN-γ），促进β细胞凋亡；
    4.巨噬细胞、树状突细胞和β细胞释放活性氧元件，如一氧化氮（NO），调控β细胞凋亡。

    2.1.1 FAS和FASL

    Fas（又称CD95/APO-1）属于肿瘤坏死因子超家族的亚型，Fas分子胞内段带有特殊的死亡结构域（DD, death domain），它与其配体FasL结合可以启动凋亡信号的转导引起细胞凋亡。FAS和FASL分别表达于β细胞表面和浸润于胰岛细胞的CD8+ T细胞。FAS激活后诱导形成FAS三聚体，三聚化的Fas和FasL结合后，使三个Fas分子的死亡结构域相聚成簇，受体通过死亡区域直接或间接与细胞内衔接蛋白（ adoptor protein） FADD（Fas-associated protein with death domain）相偶联。FADD是一种胞浆蛋白，其C端含有死亡区域（DD, death domain），N端是与死亡信号传导的必需成分，称死亡效应区域（ death effect domain, DED），FADD是死亡信号转录中的一个连接蛋白。DD结构域负责和Fas分子胞内段上的DD结构域结合，该蛋白再以DED连接另一个带有DED的后续成分，由此引起N端DED随即与无活性的半胱氨酸蛋白酶8（caspase-8）酶原前体发生同源性交联，聚合多个caspase8的分子。当 FADD与受体结合后，借助于DED与无活性的caspase8酶原前体偶联形成DISC（ death inducing signaling complex）复合物，Caspase-8酶原前体，其N端也含有DED，C 端含有典型ICE蛋白酶结构域，裂解后导致Caspase- 8自我活化，激活其下游效应 Caspase诱导细胞凋亡。体外研究表明Caspase-8能与caspase-3，-4，-7，-9等分子结合，遂由单链酶原转成有活性的双链蛋白，进而引起随后的级联反应，即 Caspases，后者作为酶原而被激活，引起下面的级联反应[6] ，诱导β细胞发生凋亡。研究表明FAS受体基因突变的NOD小鼠不会发展为糖尿病[7] ，对NOD小鼠胰岛细胞的FAS相关的死亡域蛋白突变可抵抗FAS和细胞因子诱导的β凋亡[8] 。

    2.1.2 穿孔素和颗粒酶

    穿孔素和颗粒酶存在于CD8+ T细胞的颗粒中，CD8+ T细胞受体识别β细胞表面的自身抗原后通过胞吐作用释放这些毒素分子至细胞外环境。穿孔素可在细胞表面形成孔洞，丝氨酸蛋白酶颗粒酶通过这些孔进入细胞，引起一系列的级联反应，如 caspase的激活和BID蛋白的活化，引起β细胞凋亡。在穿孔素存在时，颗粒酶B能直接激活caspase3，7，8，l0诱导靶细胞快速凋亡，还可通过旁路途径如裂解BID为短链BID促进细胞凋亡。目前认为穿孔素/颗粒酶是T细胞介导β细胞凋亡的主要介质。在l型糖尿病中，自身反应性细胞毒性T淋巴细胞（CTL）通过Fas／FasL途径和穿孔素／颗粒酶途径诱导β细胞凋亡，但通过穿孔素／颗粒酶途径导致自身免疫性糖尿病的效率是通过Fas／FasL途径的3O倍，在疾病早期主要通过Fas／FasL途径介导β细胞凋亡，而在疾病进展期则颗粒酶介导的β细胞凋亡起主导作用。穿孔素缺乏的**-LCMV小鼠（一种病毒诱发的糖尿病模型）可耐受LCMV的感染，不出现糖尿病表型。而穿孔素基因敲除的NOD小鼠尽管有严重的胰岛炎，但很少出现糖尿病 [9-10] 。

    2.1.3炎症因子

    除了上述2种CD8+ 特异性杀伤机制，β细胞凋亡还可通过IL-1β、IFN-γ和TNF-α等促炎症因子诱导。

    IL-1β与受体（IL-1R）结合后诱导受体的胞浆域形成多蛋白复合物，如IL-1受体附件蛋白（IL-1RAcP），Tollip，MyD88，IRAK-1和IRAK-4。IRAK-4磷酸化IRAK-1，激活IRAK-1，使其自IL-1R蛋白复合物中释放。然后IRAK-1活化TNF受体相关因子 -6（TRAF-6），TRAF-6兴奋IKK，IKK使与NF-κB结合的IκB降解，将NF-κB 释放使其核转位，发挥基因调控的作用。实验证明NF-κB抑制剂转基因小鼠对多次小剂量链脲菌素造成的糖尿病模型具有抵抗作用[11] 。此外IL-1β还可激活MAPK信号途径中的p38和JNK。IL-1R基因敲除小鼠可延缓糖尿病的发生[12] ，NOD小鼠采用IL- 1R拮抗剂阻断IL-1的信号转导，可预防链脲菌素诱导的糖尿病发生，抑制胰岛β细胞的凋亡[13] 。IL-1β除促β细胞凋亡的作用外，还可影响β细胞功能。该效应是通过IL-1β降低胰岛素囊泡与β细胞膜的锚定而实现的[14] 。

    IFN-γ与其受体结合后诱导其寡聚化并且募集Jak1和Jak2，Jak1和Jak2通过磷酸化激活Stat-1，然后Stat-1转移至细胞核内调节在启动子区含GAS基因的表达，如 FAS，caspases和iNOS等。研究发现，阻滞胰岛Stat-1基因的表达，可防止链脲菌素诱导的糖尿病发生[15] 。而IFN-R基因敲除小鼠抑制胰岛炎和糖尿病的发生 [16] 。

    TNF-α与TNF受体-1（TNF-R1）结合后，TNF-R1形成三聚体募集TNFR1相关的死亡结构域蛋白（TRADD），然后TRADD征募TRAF-2和色氨酸苏氨酸激酶Rip，TRAF-2激活 MAPK和NF-κB途径。TRAF-2与Rip通过激活IKK复合物协同诱导NF-κB。此外TNF-α还通过TRAF-2诱导β细胞MAPK中的p38和JNK磷酸化。TNF-R1募集TRADD还可激活 Caspase-8酶原前体，从而激活Caspase-8级联诱导凋亡[13] 。TNF-R1基因突变的 NOD小鼠可避免糖尿病的发生[10] ，与此相类似，抗TNF-α抗体在NOD小鼠可抑制糖尿病的发生[17] 。