Caspase-1在2型糖尿病發生中的作用研究

白桂榮，劉惠莉，謝曉敏，賀艷婷，梁志軍

糖尿病是一種以糖脂代謝紊亂為表現，炎癥及氧化應激共同參與的慢性代謝性疾病[1-2]。目前已發現多種炎癥因子作為胰島素抵抗的始動因素參與了2型糖尿病的發生發展。因此，研究并發現相關炎癥因子對2型糖尿病的早期診斷和治療具有重要價值[3]。Caspase家族是一類半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶，其中Caspase-1已被證實與一些特定類型細胞的凋亡密切相關。本研究觀察了不同糖代謝人群血清中Caspase-1、IL-1β、IL-18等指標的變化情況，并探討其與胰島β細胞功能障礙的相關性。

1 資料與方法

1.1 主要試劑與儀器：高速低溫離心機(貝克曼，美國)；全自動生化分析儀(Beckman Coulter AU5400，美國)；全自動酶標讀數儀(Molecular Devices，美國)；超低溫冰箱(賽默飛，美國)； INS、Caspase-1、IL-1β以及IL-18 酶聯免疫試劑盒(上海寶曼，上海)。

1.2 研究對象：研究對象為我院體檢中心的健康體檢者，年齡在20～75歲之間。根據OGTT結果，隨機分為3組：糖尿病組(DM)27例，FBG≥7.0 mmol/l或/和2h PPG≥11.1 mmol/l；糖尿病前期組(PD)30例,6.1 mmol/l ≤FBG <7.0 mmol/l或/和7.8 mmol/L ≤2h PPG<11.1 mmol/l；正常糖耐量組(NGT)30例，FBG<6.1 mmol/L或/和2h PPG<7.8 mmol/L。排除以下情況者：1型糖尿??；既往有糖尿病或糖尿病前期病史；既往有吸煙、酗酒史；近期有感染其他急性疾病者。

1.3 方法：所有研究對象在體檢前均要求規律飲食，并在體檢當日早晨9點之前完成資料收集。收集身高、體重等一般資料。采集空腹靜脈血，檢測生化指標及Caspase-1、IL-1β、IL-18等指標的含量。計算體重指數(BMI)、腰臀比(WHR)、胰島素抵抗指數(HOMA-IR)以及胰島β細胞敏感指數(HOMA-β)。

1.4 統計學方法：采用SPSS 17.0統計軟件，計量資料比較采用單因素方差分析及t檢驗；計數資料比較采用χ2檢驗；兩變量間的相關性分析采用Pearson相關分析。

2 結果

2.1 一般資料的比較：3組間的性別、年齡、身高、臀圍、腰臀比、收縮壓和舒張壓比較，差異無統計學意義(P>0.05)。DM組體重、體重指數均大于NGT組及PD組(P<0.05)。DM組腰圍均大于PD組及NGT組(P<0.05)，見表1。

表1 各組一般資料的比較

2.2 3組生化指標、Caspase-1、IL-1β等指標的比較：3組間FBG、2h-PBG、FINS、Caspase-1、IL-1β、IL-18水平比較，DM組>PD組>NGT組(P<0.05)。3組間HOMA-IR比較：DM組>PD組>NGT組(P<0.05)。3組間HOMA-β比較：DM組低于PD組及NGT組(P<0.05)，PD組與NGT組比較無統計學差異(P>0.05)，見表2、圖1(目錄后)。

表2 各組生化指標、Caspase-1、IL-1β等指標的比較

2.3 Caspase-1、炎性介質、FBG、FINS、HOMA-β、HOMA-IR的Pearson’s線性相關分析：Caspase-1與FBG(r=0.543，P<0.05)、FINS(r=0.969，P<0.05)、HOMA-IR(r=0.892，P<0.05)、IL-1β(r=0.700，P<0.05)、IL-18(r=0.730，P<0.05)呈正相關。HOMA-IR與Caspase-1(r=0.892，P<0.05)、IL-18(r=0.848，P<0.05)、IL-1β(r=0.815，P<0.05)呈正相關；HOMA-β與IL-1β(r=-0.338，P<0.05)、IL-18(r=-0.337，P<0.05)呈負相關。

3 討論

當前，糖尿病患病率快速增加，而由其引發的一系列慢性并發癥嚴重影響了患者的健康，并給家庭帶來了沉重的經濟負擔，糖尿病已成為當前公眾所關注的重要問題。目前認為，炎癥反應、糖脂代謝紊亂等多種因素共同作用引起機體胰島β細胞分泌功能受損以及胰島素抵抗，進而導致糖尿病的發生[4-5]。近年來一些研究表明，機體內的慢性炎癥狀態為糖尿病的發展鋪平了道路[6-8]。半胱氨酸天冬氨酸酶Caspase-1又稱為IL-1β轉化酶，其表達過多或功能異常被認為與多種疾病的發生、發展密切相關。因此研究Caspase-1及其下游產物與2型糖尿病的關系具有重要意義。Caspase-1已被證實與一些特定類型細胞的凋亡密切相關。當機體被微生物感染或細胞內危險信號存在時，Caspase-1可通過與炎性體結合而激活，通過剪切IL-1β、IL-18前體而使之成熟并分泌至胞外，并介導特殊程序性細胞凋亡，進而在炎癥反應中起著核心調控作用。本研究測定了不同糖代謝人群中血清Caspase-1、IL-1β、IL-18的含量，結果表明，血清Caspase-1、IL-1β、IL-18在糖尿病前期患者中有所升高，而在DM組中則顯著升高，且Caspase-1與FBG、FINS、HOMA-IR、IL-1β、IL-18密切相關，表明Caspase-1可能參與機體炎癥反應并與2型糖尿病的發生密切相關。

白細胞介素是近年來發現的生物學作用廣泛的重要細胞因子，可調節機體免疫功能和炎性反應狀態。IL-1β和IL-18同屬于白介素介素-1超家族成員，具有較強的促炎活性[9]。Caspase-1可通過與炎性體結合而進一步發生激活，從而加工pro-IL-1β和pro-IL-18等前體使其成熟和釋放。炎癥趨化因子IL-1β、IL-18均可與其他的免疫細胞一起相互協調、作用，介導免疫細胞的分化、增殖，并啟動炎癥的級聯反應作用于胰島素信號傳導過程，進而導致胰島β細胞炎癥損傷的發生[10]。IL-1β具有較強促炎活性的物質，在冠狀動脈硬化等多種疾病中發揮生物學作用，機體內的IL-1β以前體形式存在于細胞內，而Caspase-1可剪切IL-1β前體使其活化并發揮生物學作用，活化后的IL-1β作為NF-κB通路的激活劑可與IL-1受體結合，激活髓樣分化因子依賴的NF-κB通路，從而使介導胰島β細胞的凋亡[11]。另外，IL-1β的增多可對胰島β細胞直接產生毒性作用，引發其衰竭和形態改變。IL-18是由巨噬細胞系統產生的具有多生物學效應的促炎介質，IL-18在機體內主要以前體形式存在，各種刺激因素導致其成熟活化為IL-18進而發揮生物學作用。IL-18可促進T細胞增殖，刺激產生腫瘤壞死因子-a等物質，導致胰島β細胞功能障礙而促進糖尿病的進程[12]。在本研究中，IL-1β及IL-18在糖尿病人群中顯著升高，且IL-1β及IL-18的含量與血糖、HOMA-β、HOMA-IR密切相關。上述結果表明，在糖代謝異常人群體內存在炎癥狀態，機體內炎性介質(IL-1β、IL-18)的異常增多可引起胰島β細胞功能障礙和胰島素抵抗，從而導致糖尿病的發生發展。

綜上所述。在不同糖代謝人群中Caspase-1表達水平不同，Caspase-1與FBG、IL-1β、IL-18、HOMA-IR密切相關。本研究尚缺少分子水平的相關研究,將在后續研究中增加樣本量，并對其進一步完善、補充。