塔夫茨大学医学院/塔夫茨医学中心精神病学和炎症项目，马萨诸塞州波士顿，02111，美国
大脑在线有限责任公司，加州，美国
塔夫茨大学医学院/塔夫茨医学中心精神病学和炎症项目，马萨诸塞州波士顿，02111，美国
DOI: 10.15761 / IMM.1000169
实验数据表明，色氨酸(Trp) -犬尿氨酸(Kyn)通路(TKP)参与自身免疫性1型(T1D)和代谢性2型(T2D)糖尿病的机制。然而，TKP代谢物的临床评估仅限于T2D。我们用高效液相色谱-质谱法测定了15例T1D、30例T2D和28例非糖尿病患者血浆样品中的色氨酸、Kyn和TKP代谢物:蒽酸(AA)、尿酸酸(KYNA)和黄尿酸酸(XA)。T1D组Trp浓度高于T2D组和对照组，而Kyn浓度没有变化，提示T1D组TKP限速酶吲哚胺-2,3-双加氧酶(IDO)下调。T1D组AA浓度比T2D组和对照组高2.3倍。T1D患者的KYNA和XA浓度高于对照组和先前报道的T2D患者。AA升高可能是T1D的特异性特征。T1D中TKP向AA形成的转变可能是由于核黄素缺乏导致的，核黄素缺乏会增加大鼠和狒狒的AA，这与T1D高度相关，而与T2D无关。AA通过增加胰腺细胞自身抗原抗体的形成，增强自身免疫诱导的胰腺细胞凋亡。类风湿关节炎(另一种自身免疫性疾病)中AA显著增加。 Trp, an essential amino acid for humans, is synthesized from AA by diabetogenic intestinal microbiome. AA down-regulates IDO by inhibition of Trp entry into cells. Resulting elevation of Trp attenuates Trp depletion-induced protection of PC against autoimmunity. Further studies of TKP might offer new tools for prevention and treatment of T1D and other autoimmune disorders.
1型糖尿病，2型糖尿病，氨基苯酸，犬尿氨酸，色氨酸
全世界约有4000万人被诊断为1型糖尿病(T1D)，这是一种器官特异性自身免疫性疾病，也是导致残疾和死亡的主要原因之一[1]。2型糖尿病(T2D)是一种代谢性疾病，全世界有超过3.44亿人患有该病，是全球第八大死亡原因[1]。T1D和T2D均与肥胖高度相关[2]。寻找预防和治疗糖尿病的新策略需要进一步探索糖尿病发展的病因发生机制。色氨酸(Trp) -犬尿氨酸(Kyn)代谢途径(TKP)的失调被认为与T1D[3]、T2D[4]和肥胖[5,6]的发生有关。除蛋白质代谢途径外，1-3%的色氨酸转化为甲氧基吲哚(如5 -羟色胺、n -乙酰5 -羟色胺、褪黑激素)，95%以上的色氨酸沿TKP代谢，TKP是NAD的主要来源+在哺乳动物中[7]。炎症诱导的吲哚胺2,3-二加氧酶-1 (IDO)或应激诱导的色氨酸2,3-二加氧酶-2 (TDO)激活色氨酸转化为Kyn, Kyn是邻氨基苯胺(AA)、犬尿酸(KYNA)和(通过3-羟基犬尿酸，3-HK)黄尿酸(XA)酸的前体[7](图1)。发现AA升高可预测妊娠期糖尿病的发生[8]，但不能预测妊娠期糖尿病[9]。然而，我们不知道在T1D中AA的临床评估-这是本研究的主要目的。
图1所示。色氨酸-犬尿氨酸途径
缩写:TRP:色氨酸;KYN:犬尿氨酸;AA:邻氨基苯甲酸;b - 2:核黄素;3-HK: 3 hydroxykynurenine;KYNA:犬尿酸;XA:黄尿酸;吲哚胺2,3-双加氧酶;TDO:色氨酸2,3-双加氧酶;河畔+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
收集15例T1D患者(4女11男)的空腹血浆样本，其中4例为非洲裔美国人，6例为美国白种人，5例为西班牙裔(年龄33 ~ 69岁)。根据美国糖尿病协会标准诊断T1D。T1D患者接受胰岛素治疗。此外，我们还评估了30名T2D患者和24名非糖尿病(对照)受试者血浆样本中的AA浓度[10]。该研究得到了塔夫茨医学中心IRB的批准，
血浆样品保存在- 50°C直到分析。采用hplc -质谱法分析AA、色氨酸、Kyn、KYNA和XA的血药浓度。
统计分析。结果以平均值±标准误差(μM中的色氨酸和Kyn, nM中的KYNA和XA)表示。统计显著性评估如文中所示。
与对照组相比，T1D患者AA浓度显著升高(2.3倍)。AA的增加是强劲的:只有两个对照组的AA值高于T1D的平均值(图2)。T2D中的AA浓度(83.57±16.5 nM)与对照组(70.5±17.9)没有差异，因此，AA浓度几乎比T1D(165.8±21.9nM)低两倍(图2)。与对照组相比，T1D患者的色氨酸血浆浓度升高了70%(表1)。T1D患者的Kyn血浆浓度与对照组没有差异。作为IDO和TDO活性的临床指标[11]，Kyn:Trp比值在T1D患者中下降了40%。T1D患者的KYNA和XA浓度高于对照组(表1)。
图2。1型和2型糖尿病患者血浆中氨基苯酸的浓度。
水平线表示中位数，菱形表示盒子的平均跨度从25到75个百分位数。T1D与对照组比较，p=0.005。T1D与T2D比较，p=0.01(Bonferroni校正的单因素方差分析)
控制 (n = 24) |
近年来 (n = 14) |
P * |
|
AA (nM) |
70.5±17.9 # |
165.8±21.9 |
0．002 |
Kyn(μM) |
1.77+0.09 |
1.83±0.15 |
0.45 |
Kyn: Trp |
2.50±0.13 |
1.51±0.24 |
0.04 |
Trp(μM) |
70.8±2.5 |
121.9±21.6 |
0.0001 |
XA (nM) |
11.7±1.2 |
18.07±2.2 |
0.01 |
KYNA (nM) |
35.4±2.7 |
71.5±4.42 |
0.0001 |
表1。T1D中邻氨基苯甲酸和TKP代谢产物。
#;平均值±标准误差，*;曼-惠特尼双侧检验
本研究的主要发现是，与非糖尿病(对照组)和T2D受试者相比，T1D患者血浆AA浓度显著而强劲地增加。T2D组与对照组AA血药浓度无差异。我们的研究结果与文献数据一致，即T2D患者与对照组的唾液AA浓度无差异[12]，心血管患者有和没有T2D的血浆AA浓度无差异[13]。此外，血浆AA浓度升高并不能预测T2D的发展[9]。因此，有人可能认为血浆AA浓度升高是T1D的特异性特征。
AA很少在人体研究中被测量。类风湿性关节炎(一种自身免疫性疾病)的滑液中发现AA水平升高[14]，骨质疏松症[15]。骨质疏松症与T1D高度相关，而与T2D无关[16]。因此，骨质疏松症AA升高可能取决于骨质疏松症与T1D的关联。
维生素B-2(核黄素)缺乏可能是AA形成增加的原因之一。在核黄素缺乏的大鼠[17]和狒狒[18]中发现了大量AA的排泄。AA、KYNA和3-HK在其生物合成过程中竞争Kyn作为底物(图1和2)。Kyn转化为AA和KYNA是由酶催化的，酶利用维生素B6作为辅助因子[7]，而核黄素是催化3-HK形成的酶的辅助因子[5]。因此，核黄素缺乏增加了Kyn作为生物合成AA的底物的可用性，代价是3-HK的形成(图3)。事实上，核黄素缺乏的狒狒不仅AA的排泄量增加了12倍，而且3-HK的排泄量减少了10倍[18]，这表明Kyn代谢从3-HK的形成转变为AA的产生(图3)。临床研究发现，T1D儿童(6 - 16岁)核黄素缺乏的比例是非糖尿病儿童的4倍[19]。核黄素代谢的恶化与T1D儿童(9 - 15岁)和成人的血糖和血糖指标相关，但与T2D和健康人无关[20]。
在佐剂诱导的大鼠自身免疫性关节炎模型中观察AA诱导的关节炎病变加重，可能会强调AA增加与T1D发生机制的相关性[21]。最重要的是，AA增加了小鼠绵羊红细胞抗体的产生[21]。假设AA可能类似地增加胰腺细胞(PC)自身抗原抗体的产生，这可能表明血浆AA升高增强了抗体攻击，导致T1D中自身免疫诱导的PC凋亡。
另外，血浆AA浓度升高可能反映了对T1D的适应性(保护性)反应。因此，与3-羟基苯甲酸相反，AA在铁自氧化试验中发挥抗氧化作用[22]。此外，研究发现AA抑制酶催化3-羟基苯甲酸代谢为喹啉酸，而喹啉酸是毒性最大的TKP衍生物[23]。
目前的研究显示，T1D患者血浆中色氨酸浓度升高，与不变的(与对照组相比)Kyn浓度相关，导致Kyn:色氨酸比值降低。观察到的Kyn:Trp比值下降不太可能是胰岛素治疗引起的，因为胰岛素激活了大鼠体内Trp向Kyn的转化[24]。T2D患者的色氨酸比率与对照组无差异[8,9]。Kyn:Trp比值降低提示IDO下调，从而导致Trp升高。色氨酸可用性被认为可以调节免疫反应，也就是说,IDO诱导的Trp耗竭保护PC免受自身免疫过程的破坏[3]，而IDO抑制则加重了C57BL/6小鼠stz诱导的糖尿病。然而，在4个月大的非肥胖糖尿病(NOD)小鼠中，IDO表达不足，其活性无法诱导[25]。目前T1D中Trp升高和Kyn:Trp比值降低的结果是(据我们所知)首次临床观察到T1D中ido依赖的PC对自身免疫破坏的保护功能受损。
血浆色氨酸浓度升高，除了色氨酸向Kyn转化的下调外，还可能与色氨酸的生物合成增加有关。色氨酸是人体必需氨基酸，但它可以由细菌从AA合成[26]。肠道微生物组的组成影响T1D的发展[27]。有报道称NOD小鼠体内含有诱发糖尿病的肠道微生物[28]。
肠道微生物群中AA产生的色氨酸利用率的增加可能最终通过抑制色氨酸选择性转运系统而下调IDO，从而促进色氨酸进入细胞并优化IDO的底物利用率[29]。
另外两种TKP衍生物KYNA和XA的血浆浓度升高不太可能是T1D的特异性，因为之前在T2D中也观察到XA和KYNA浓度升高(尽管不那么明显)[10]。有报道称XA通过caspase 3依赖性机制诱导PC的病理性凋亡[30]。
据报道，stz诱导的糖尿病患者下丘脑KYNA含量升高[31]。值得注意的是，KYNA选择性激活免疫细胞表面的GPR35受体，抑制ido诱导的促炎细胞因子的合成，而不是其他犬尿氨酸。低浓度的KYNA可刺激t细胞增殖[32]。
总之，AA形成升高可能是T1D(和其他自身免疫性疾病)的一个特定特征。我们认为，由于核黄素缺乏，下游Kyn代谢转向了AA的产生。AA通过增强PC自身抗原抗体的产生来增强自身免疫诱导的细胞凋亡。糖尿病肠道微生物组通过抑制色氨酸进入细胞，增加AA形成色氨酸，从而下调IDO。IDO的下调减弱了T1D中Trp耗尽诱导的PC对自身免疫的保护作用(图3)。
进一步研究AA参与T1D的发病机制可能为T1D及其他自身免疫性器官特异性疾病的预防和治疗提供新的工具。
图3。T1D中色氨酸-犬尿氨酸代谢的假设变化
缩写:TRP:色氨酸;KYN:犬尿氨酸;AA:邻氨基苯甲酸;b - 2:核黄素;3-HK: 3 hydroxykynurenine;KYNA:犬尿酸;XA:黄尿酸;DIM:致糖尿病肠道微生物组
GF Oxenkrug是NIMH104810基金的接受者。我们感谢biore鼓掌IVT, NY, USA在收集血浆样本方面的帮助。
音)山口
埃默里大学医学院
评论文章
收稿日期:2015年9月10日
录用日期:2015年9月22日
出版日期:2015年9月25日
©2015 Oxenkrug G.这是一篇根据知识共享署名许可协议发布的开放获取文章，该协议允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是要注明原作者和来源。
陈晓明，陈晓明，陈晓明，等(2015)1型糖尿病患者血浆中邻氨基苯酸浓度升高。integrated Mol Med 2: DOI: 10.15761/IMM.1000169。
塔夫茨医疗中心，华盛顿街800号，1007号盒子，波士顿，马萨诸塞州，02111，美国。
控制 (n = 24) |
近年来 (n = 14) |
P * |
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AA (nM) |
70.5±17.9 # |
165.8±21.9 |
0．002 |
Kyn(μM) |
1.77+0.09 |
1.83±0.15 |
0.45 |
Kyn: Trp |
2.50±0.13 |
1.51±0.24 |
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Trp(μM) |
70.8±2.5 |
121.9±21.6 |
0.0001 |
XA (nM) |
11.7±1.2 |
18.07±2.2 |
0.01 |
KYNA (nM) |
35.4±2.7 |
71.5±4.42 |
0.0001 |
表1。T1D中邻氨基苯甲酸和TKP代谢产物。
#;平均值±标准误差，*;曼-惠特尼双侧检验
图1所示。色氨酸-犬尿氨酸途径
缩写:TRP:色氨酸;KYN:犬尿氨酸;AA:邻氨基苯甲酸;b - 2:核黄素;3-HK: 3 hydroxykynurenine;KYNA:犬尿酸;XA:黄尿酸;吲哚胺2,3-双加氧酶;TDO:色氨酸2,3-双加氧酶;河畔+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
图2。1型和2型糖尿病患者血浆中氨基苯酸的浓度。
水平线表示中位数，菱形表示盒子的平均跨度从25到75个百分位数。T1D与对照组比较，p=0.005。T1D与T2D比较，p=0.01(Bonferroni校正的单因素方差分析)
图3。T1D中色氨酸-犬尿氨酸代谢的假设变化
缩写:TRP:色氨酸;KYN:犬尿氨酸;AA:邻氨基苯甲酸;b - 2:核黄素;3-HK: 3 hydroxykynurenine;KYNA:犬尿酸;XA:黄尿酸;DIM:致糖尿病肠道微生物组
