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糖尿病发病机制的新介质:外泌体和代谢物

Journal of Diabetes Investigation ( IF 3.1 ) Pub Date : 2021-09-01 , DOI: 10.1111/jdi.13654
Joonyub Lee 1 , Seung-Hwan Lee 1, 2
Affiliation  


2 型糖尿病是一种全身性疾病,其特征是多个器官的代谢损害1 。多种因素会触发肌肉、肝脏和脂肪组织中的胰岛素抵抗,导致胰岛素需求增加和肝脏糖异生的去抑制。当胰腺 β 细胞无法补偿其质量和功能以适应增加的胰岛素需求时,β 细胞就会发生凋亡和去分化,从而导致高血糖。随着糖尿病的进展,涉及微血管(视网膜病变、肾病和神经病变)和大血管(心血管、脑血管和周围血管疾病)的全身并发症会出现,导致死亡率增加。糖尿病发生和进展的机制看似简单,但尚未完全阐明。累积证据表明,外泌体(或细胞外囊泡)或代谢物等器官间通讯因子可能参与 2 型糖尿病及其并发症的发生过程(图 1)。

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 图1

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外泌体和代谢物在糖尿病发病机制中的作用示例。循环外泌体和代谢物介导内分泌器官(肝脏、肌肉、脂肪、胰岛)之间的相互通讯信号,这与 2 型糖尿病的发生有关。 AMP,单磷酸腺苷; miR,微核糖核酸; NCDase,中性神经酰胺酶。


外泌体是大小为 30-100 nm 的脂质双层囊泡,含有蛋白质、脂质、碳水化合物和核酸(微核糖核酸、长非编码核糖核酸和信使核糖核酸) 2 。外泌体是通过内体途径形成的,可以由大多数细胞类型分泌。重要的是,某个细胞分泌的外泌体可以通过自分泌、旁分泌或内分泌方式递送至邻近或远处的细胞,作为细胞间通讯器。有趣的是,与血糖正常的对照组相比,糖尿病患者的循环外泌体水平显着较高,这表明外泌体在糖尿病中的潜在作用3 。一项精心设计的啮齿动物研究表明,脂肪组织是循环外泌体的重要来源4 。与脂肪因子或游离脂肪酸一样,外泌体是脂肪组织如何促进全身胰岛素抵抗的重要介质之一。脂肪组织来源的外泌体可以通过刺激巨噬细胞表达炎症细胞因子(白细胞介素 6、肿瘤坏死因子 α)来形成胰岛素抵抗5 。来自脂肪细胞的外泌体微核糖核酸-27a 可诱导肌肉中的胰岛素抵抗6 。脂肪组织巨噬细胞衍生的外泌体微核糖核酸-155 有可能通过抑制过氧化物酶体增殖物激活受体 γ 来损害肌肉、肝脏和脂肪组织中的胰岛素信号传导。肌肉来源的外泌体在全身代谢中也发挥着重要作用。 来自高棕榈油喂养小鼠的肌肉来源的外泌体可以与胰腺 β 细胞结合以调节 β 细胞质量7 。肌肉来源的外泌体还可以旁分泌方式调节成肌细胞增殖和分化8 。对胰岛和外泌体的研究主要集中在其他组织来源的外泌体对胰岛或 β 细胞的影响。然而,一些证据表明胰岛也会分泌外泌体,外泌体以旁分泌方式调节葡萄糖稳态。当用促炎细胞因子处理时,β 细胞会分泌外泌体中性神经酰胺酶,从而保护 β 细胞免受棕榈酸酯或细胞因子诱导的细胞凋亡9 。健康人供体胰岛来源的外泌体以旁分泌方式抑制淀粉样蛋白沉积,而这种方式在 2 型糖尿病患者的胰岛中受到损害10 。来自 β 细胞的外泌体 Lnc-364 可以调节胰岛素分泌和 β 细胞增殖11 。因此,来自不同组织的外泌体可以以内分泌或旁分泌的方式调节细胞内的生物过程,从而引发胰岛素抵抗和β细胞衰竭,从而发展为2型糖尿病。由于许多外泌体研究是在体外离体进行的,因此应该进行更仔细设计的体内或转化研究。


代谢物与外泌体一起是循环生物分子,有可能激活各种组织中的生物过程。前瞻性队列代谢​​组学研究表明,各种代谢物对 2 型糖尿病的发生和进展具有潜在作用。 Framingham Offspring 队列中的一项大规模代谢组学研究表明,五种支链氨基酸(酪氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和缬氨酸)与糖尿病的发生高度相关12 。代谢组学研究显示特定代谢物(支链和芳香族氨基酸、极低密度脂蛋白中的三酰甘油、高密度脂蛋白中的非酯化胆固醇和亚油酸 n-6 脂肪酸)与糖尿病风险之间的关联13 。此外,代谢物(磷脂、单磷酸腺苷)的血清水平与 2 型糖尿病的预防(药理学和生活方式干预)作用相关14 。尽管流行病学研究强烈表明代谢物在糖尿病发病机制中的作用,但人们对这些代谢物如何影响全身葡萄糖代谢的机制知之甚少。最近,放射性同位素示踪联合代谢组学研究使研究人员能够了解代谢物的生理或病理通量15 。这一技术进步将鼓励研究人员进一步研究代谢物影响全身葡萄糖代谢的机制。


总之,外泌体和代谢物是糖尿病发展的新介质。最近,记录了新诊断的糖尿病患者的新亚分类16 。这种新的亚分类(严重自身免疫性、严重胰岛素缺乏、严重胰岛素抵抗、轻度肥胖相关和年龄相关)基于病理生理学异质性,并且这种异质性甚至在糖尿病发生之前就已存在16, 17 。未来的研究比较不同糖尿病亚类之间外泌体和代谢物的差异可能会显示有关糖尿病发病机制的有价值的信息。这些新型介质可能作为生物标志物来预测糖尿病的发生和进展。未来精心设计的机制研究将鼓励开发与这些新型介质相关的治疗靶点。





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更新日期:2021-11-03
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