间歇性缺氧诱导胰岛β细胞损伤及其损伤机制

间歇性缺氧诱导胰岛β细胞损伤及其损伤机制
糖尿病是常见的全身性代谢紊乱疾病，主要症状表现为高血糖。

目前全球有大约2.3亿人罹患Ⅱ型糖尿病，影响患者正常生活，降低生活质量，严重危及大众健康。

该病主要由胰岛β细胞分泌的胰岛素绝对或相对不足引起，研究表明凋亡引起胰岛β细胞功能缺陷在糖尿病发生和发展中起着重要作用，而尸解证据表明，糖尿病患者β细胞数量的减少与细胞凋亡的增加有一定关联。

减少或逆转胰岛β细胞的凋亡可有效延缓糖尿病的发展。

而引起胰岛β细胞凋亡的原因至今尚不完全明确，因此深入探讨胰岛β细胞凋亡机制对糖尿病的治疗是很有必要的。

本研究拟以胰岛INS-1细胞株为模型，采用空白对照组、间歇正常氧组、轻度间歇性缺氧、中度间歇性缺氧和重度间歇性缺氧等5种浓度的缺氧模式。

采用放免法、MTT、Western blot方法进行培养研究，最后对比各组细胞株胰岛素水平、细胞增殖程度、Bax与Bcl-2信号调控的生物分子表达情况，研究CIH对胰岛细胞的可能损害机制[1]。

目前，认为胰岛β细胞损伤的主要原因可从以下两方面分析，阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（Obstructive sleep apnea-hypopnea syidrone，OSAHS）和慢性间歇性缺氧（Chronic intermittent hypoxia，CIH）。

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征是一种严重的睡眠呼吸疾病，该病是由于夜间咽部气道的不完全或完全塌陷导致的低氧及睡眠片段化而影响多个系统的综合征，主要表现为反复的短暂低氧和复氧。

OSAHS可以通过多种方式和机制作用于内分泌系统，引起血糖升高，是糖尿病发病的重要诱因。

有关研究发现OSAHS与Ⅱ型糖尿病患者均易出现诸如高血压、心律失常、冠心病、肥胖以及某些脑血管疾病等。

例如，肥胖可以促使胰岛素敏感性降低，相应受体数量减少且受体亲和力降低，进而引发胰岛素抵抗（IR），诱导Ⅱ型糖尿病的发病；另一方面，由于肥胖患者胸腹部脂肪的挤压使肺活量下降，同时下颌脂肪的堆积使气道管腔变窄，使肥胖患者并发CIH的几率大大升高。

OSAHS患者和糖尿病患者中，两病并发的几率达到37%；而某些类型的睡眠呼吸紊乱（SDB）患者与糖尿病患者中，并发的概率高达62%。

因此可以看出，阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征和糖尿病有着十分密切的关系。

因此探讨OSAHS引起的CIH对胰岛的损伤机制对胰岛功能的保护和糖尿病的防治是大有裨益的，并有助于我们在临床工作中预防两病并发。

糖尿病患者中，SDB主要表现为OSAHS，且与血糖变化和胰岛素抵抗有关，患者往往伴有内分泌激素水平的波动，因此二者在病理生理机制上存在某种联系。

由上述资料可知，在OSAHS患者中，糖耐量异常现象和Ⅱ型糖尿病患病率较非OSAHS患者显著升高。

可推测其原因是胰岛素抵抗。

OSAHS诱发的胰岛素抵抗导致胰岛β细胞的损伤和凋亡主要机制研究如下。

首先，人体处于缺氧状态且睡眠片段化时，机体糖皮质激素水平会显著升高，
通过促进脂肪分解、促进糖异生过程，进而升高血糖，使血糖代谢紊乱，同时激发应激反应，提高皮质醇水平，进而抑制胰岛素的分泌导致IR、造成胰岛β细胞的损害最终诱导糖尿病发生。

其次，夜间缺氧会加重健康人的胰岛素抵抗，降低对胰岛素的敏感性，且形成时间依赖；而OSAHS患者发病时会因缺氧抑制血糖的有氧氧化、增强无氧分解，易引发血糖代谢障碍。

再次，夜间缺氧如CIH 能够提升交感神经系统的活性，可促进肌糖原分解代谢、增加游离脂肪酸释放而扰乱糖代谢，并导致IR。

以上因素均可导致胰岛β细胞的损害。

OSAHS临床表现为低氧和复氧过程的交替，该过程即为睡眠中的慢性间歇性缺氧（CIH），是导致一系列生理病理病变的重要原因。

鉴于CIH对其他多种细胞均有不同程度的损伤作用，我们可推断CIH对胰岛β细胞极可能具有相似的损伤。

研究表明，CIH可通过氧化应激和活化前炎性转录因子核因子-κB的表达，激活SAPK通路介导细胞凋亡或导致DNA损伤造成细胞凋亡，且出现氧化和抗氧化平衡的失调。

若在CIH过程中暴露人脐动脉内皮细胞，可观察到细胞抗氧化能力降低，氧化应激反应有所加强，且其降低和加强对低氧程度有依赖性。

若以不同频率间歇性低氧试验，则可观察到细胞抗氧化能力降低，氧化应激反应增强，且随频率减低二者有逐渐减低和增强的趋势。

因此，CIH与氧化应激和细胞凋亡有密切联系。

此外，CIH可诱导大鼠神经组织、心肌及肺组织凋亡。

实验证明，较严重的间歇性低氧可引起大鼠海马神经细胞中c-fos蛋白过度表达，进而导致神经细胞凋亡，这样的间歇性低氧可能导致早期脑损害。

大鼠海马组织在间歇重度低氧时存在氧化应激损伤，此时海马组织通过改变神经元及突触结构及数量，引起学习及记忆功能障碍，且缺氧时间越长，伤害程度越重[2]。

Bax与Bcl-2这一对凋亡促进和抑制基因在CIH该组织细胞凋亡过程起到了调控作用。

有报道表明β细胞的凋亡可能在糖尿病发生、发展过程中起着重要的作用。

尤其Bcl-2基因家族可能参与胰岛β细胞凋亡的基因调控[3]。

胰岛β细胞内抗凋亡基因Bcl-2表达在有害刺激干预下显著下降，而促凋亡基因Bax的表达则明显增加，这表明Bax/Bcl-2基因表达的增减在β细胞凋亡的调控中发挥着重大作用。

多项体内外研究表明[4]，下调促凋亡蛋白Bax表达并促进抗凋亡蛋白Bcl-2表达能抑制凋亡。

另研究表明间歇性缺氧可导致大鼠肺组织凋亡细胞增多，Bcl-2、Bax相关基因参与CIH引起大鼠肺组织凋亡。

因此，我们有理由推测CIH 可促进β细胞凋亡的增加，并可能通过Bcl-2/Bax通路使胰岛β细胞数量减少，进而使胰岛功能产生障碍。

通过以上分析，阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征引发的缺氧状态通过多种途径扰乱正常血糖代谢，使血糖升高，加重胰岛素抵抗，损害胰岛β细胞，诱发糖尿病；慢性间歇性缺氧通过氧化应激诱导胰岛β细胞凋亡，或通过Bax/Bcl-2这对凋亡促进和抑制基因调控胰岛β细胞的凋亡过程，引发胰岛功能障碍，最终诱发糖尿病。

本研究通过这两方面深入研究CIH损害胰岛细胞的可能机制，为揭示OSAHS对糖尿病机制提供理论及实验室依据[5]。

参考文献：
[1]刘振宽，陈宝元，冯靖，等.间歇低氧程度与频率对血管内皮细胞超氧化物歧化酶和丙二醛分泌水平的影响.中华结核和呼吸杂志，2011，34（5）：371-374.
[2]李琳，王红阳，陈宝元，等.不同程度慢性间歇低氧对大鼠海马C-fos蛋白及凋亡的影响.中华耳鼻咽喉头颈外科杂志，2012，47（2）：117-121.
[3]王红阳，韩晓庆，赵雅宁，等.重度间歇低氧大鼠学习记忆功能与氧化应激的关系.中华结核和呼吸杂志，2012，35（1）：24-28.
[4]王璋，司良毅，廖友斌.大鼠睡眠呼吸暂停综合征动物模型的建立[J]中国实验动物学报，2006，14（1）：40-43.
[5]王宁，范洁.老年人阻塞性睡眠呼吸暂停与血糖及胰岛素抵抗[J]北京医学，2004，26：179-182.编辑/苏小梅。