高醣終產物-羧甲基離氨基酸引發胰臟β細胞粒線體功能損傷及細胞死亡

糖尿病患長期處於高血糖的環境下，容易引發葡萄糖自動氧化 (autoxidation)與蛋白質醣化 (glycation)。在糖尿病及老化的過程中，高度醣化終產物advanced glycation end products (AGEs) 被證實其扮演了抑制細胞生長、分化及機能的角色。AGEs是蛋白質或脂質經過非酵素參與之醣化作用 (non-enzymatic glycosylation) 及氧化作用，所形成的最終物質。以羧甲基離氨基酸(Nε-(carboxymethyl) lysine (CML)) 及羧乙基離氨基酸 (carboxyethyl lysine (CEL))為存在於生物體內的主要形式。當AGEs在人體組織內累積過量時，會產生較多的reactive oxygen species (ROS)，使得體內氧化壓力增加，進而促使脂質過氧化物增加，並促使血中脂蛋白的醣化及氧化，往往是造成罹患糖尿病、慢性腎病變、動脈硬化症等重要的因素。beta細胞是人體內主要分泌胰島素的場所，研究指出當粒線體功能缺損，ATP形成不足會影響胰島素的分泌。本研究的主旨為探討CML是否經由引發粒線體功能缺損而影響beta細胞功能進而降低分泌胰島素的功能。本實驗是利用大鼠胰島beta細胞 (RIN-m5F細胞株) 為細胞模式，由結果顯示當beta細胞經6 μM CML處理24小時後，發現造成細胞存活率明顯下降到70.4% ± 0.8% (p < 0.001)，ROS的產量比對照組增加29.9% ± 15.9% (p < 0.01)。進一步分析粒線體膜電位，發現CML處理可降低粒線體膜電位至13.9% ± 2.3% (p < 0.001)。β細胞經CML處理6小時後，分析細胞內ATP含量，ATP含量減少到對照組的55.9% ± 10.5% (p < 0.01)。此外，我們也發現CML會產生脂質過氧化及粒線體基因重組突變。此外，β細胞的胰島素釋放減少至69.1% ± 0.5% ( p < 0.001)。當以西方墨點法分析發現CML處理可以使粒線體內UCP2增加至112.4% ± 0.1%，而UCP2的增加可能與粒線體的氧化磷酸化作用及膜電位降低有關。本研究發現，CML造成粒線體功能缺損進而降低β細胞的胰島素的含量及分泌能力。我們推論CML可能在β細胞功能缺損，及β細胞mass減少扮演重要的角色。