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脂聯素與胰島素抵抗研究進展

2017-04-11 07:43:59安平王安平母義明
生物技術通訊 2017年3期
關鍵詞:胰島素信號

安平,王安平,母義明

解放軍總醫院 內分泌科,北京 100853

脂聯素與胰島素抵抗研究進展

安平,王安平,母義明

解放軍總醫院 內分泌科,北京 100853

脂聯素是脂肪組織分泌一種脂肪因子,與胰島素抵抗和肥胖密切相關,在2型糖尿病和肥胖人群中,脂聯素的血漿濃度下降。脂聯素信號通路通過激活AMPK和PPAR-α與胰島素信號通路相聯系。研究表明,上調脂聯素信號通路的活性可以有效緩解胰島素抵抗。因此,脂聯素信號轉導通路機制是以胰島素抵抗為病理生理基礎的2型糖尿病的研究熱點。本文簡要介紹脂聯素的生物學特征、脂聯素的信號通路機制、脂聯素與胰島素抵抗的現有研究成果及臨床價值。

脂聯素;胰島素抵抗;肥胖

肥胖已成為嚴重威脅人類健康的公共衛生問題,在全世界范圍內造成了嚴重的社會經濟負擔。肥胖是包括2型糖尿病在內許多慢性非傳染性疾病的重要致病因素,導致全世界包括發展中國家在內的死亡率逐年升高[1]。80%的2型糖尿病被認為與肥胖相關[2],而2型糖尿病又以外周組織如肝臟、骨骼肌、脂肪的胰島素抵抗為特征[3]。肥胖的本質是脂肪細胞數量及質量增加的狀態,現在認為肥胖和胰島素抵抗通過脂肪組織相互聯系[4-5]。脂肪組織不僅是多余能量的存儲倉庫,更是一個內分泌器官,它可以分泌多種被稱為脂肪因子的生物活性分子[6]。其中脂聯素就是一種在體內豐富表達的脂肪因子,與其受體結合后具有顯著的胰島素增敏作用。在肥胖引起的胰島素抵抗中,脂聯素及其受體的表達均下調,改變了正常代謝信號通路[7-9]。

1 脂聯素概述

1.1 脂聯素的結構

人脂聯素是相對分子質量(Mr)為30×103的蛋白質分子,由244個氨基酸殘基構成,N端為膠原結構域,C端為球狀結構域[10]。脂聯素在人體循環中以多聚體的形式存在,90%的脂聯素結合成一個高分子量多聚體(HMW)和低分子量多聚體(LMW)。HMW的Mr為360×103~540×103,由12個或18個脂聯素分子組成;LMW的Mr為180×103,由6個脂聯素分子組成。人體循環中其余10%的脂聯素以三聚體的形式存在,被稱為全長型脂聯素,相對分子質量為90×103。

高分子量多聚體、低分子量多聚體、全長型脂聯素在體內較為穩定,意味著某種亞型脂聯素含量下降并不能通過改變其他亞型脂聯素的構象而恢復[11]。但是在體外實驗中發現,HMW和LMW在低pH值等還原條件時分子內二硫鍵斷裂,產生了無N端膠原結構域的全長型脂聯素三聚體和球狀脂聯素三聚體。

脂聯素的多聚復合物構象被認為是調節其生物功能的重要機制[12]。體內及體外實驗證實,HMW是脂聯素中具有生物學活性的形式,具有抗動脈粥樣硬化、抗糖尿病、抗炎的作用,可以阻止糖尿病和心血管疾病的進展[13]。

1.2 脂聯素受體

不同亞型的脂聯素與不同的脂聯素受體相結合。與HMW和LMW結合的受體是T型鈣黏蛋白[14]。T型鈣黏蛋白是一種由Ca2+介導細胞間信號傳遞的細胞表面蛋白[15],它沒有細胞內結構,由糖原錨定于細胞膜表面[16]。脂聯素分子C端球狀結構域含有一個Ca2+結合位點,因而可以通過Ca2+介導與T型鈣黏蛋白結合[11]。T型鈣黏蛋白在受傷的血管內皮細胞和粥樣硬化的血管平滑肌細胞中大量表達[17-18],有研究認為其具有降低心臟負荷的作用19。但是,T型鈣黏蛋白與脂聯素結合后的信號轉導以及相關功能的分子機制仍不清楚,需要進一步研究來證實。

AdipoR1和AdipoR2是另外2種主要的脂聯素受體,由25個氨基酸殘基構成,蛋白質分子N端位于胞質中,而C端位于胞膜外[20-21]。2種受體均具有七跨膜結構,但在結構和功能上都與G蛋白偶聯受體有所區別。AdipoR1在全身組織中均有表達,而AdipoR2在肝臟中特異性表達[21]。有體外研究表明,全長型脂聯素主要在肝臟中與AdipoR2結合,而球狀脂聯素與AdipoR1的親和力較高[22]。

參與脂聯素受體下游信號通路中分子包括含有PH結構的銜接蛋白(APPL1)、激活蛋白激酶受體C1(RACK1)、蛋白激酶CK2β、Mr為46×103的內質網蛋白(ERp46)[23-27]。

此外,脂聯素作為一種凝集素可以與巨噬細胞表面的鈣網蛋白結合,促進死亡細胞的吸收,因而可以在一定程度上減輕全身性炎癥[28-29]。

1.3 脂聯素的信號轉導通路

脂聯素基因啟動子包含多個轉錄因子結合位點,可以通過多種因子調節其活性[30-31]。能夠上調脂聯素表達的轉錄因子有過氧化物酶增殖物激活受體γ(PPAR-γ)、C/EBPa、叉頭轉錄因子FoxO1[32-33]。在肥胖引起的慢性低度炎癥、氧化應激等狀態下,脂聯素的表達下調[31]。氧化應激時通過影響Akt和JAK/STAT信號通路,炎癥因子TNFα通過影響蛋白激酶C和JNK信號通路、炎癥因子IL-6通過影響p44/42MAPK均能下調脂聯素的表達[34-37]。另外,在內質網應激時,脂聯素mRNA表達水平下調[38-39]。轉錄因子CREB可以被β腎上腺素能信號通路激活,進而通過ATF3、NFAT、蛋白激酶A下調脂聯素的表達[30-31]。

2 脂聯素與胰島素抵抗

脂聯素與其受體AdipoR結合后,主要通過AMP活化的蛋白激酶(AMPK)和過氧化物酶增殖物激活受體α(PPAR-α)來調節糖代謝[21]。脂聯素抑制肝臟糖異生產生降糖作用的具體機制包括以下幾點:增加乙酰輔酶A羧化酶的磷酸化、增加脂肪酸消耗、增加葡萄糖攝取率、增加肌細胞產生乳酸[40]。

AMPK是依賴AMP的蛋白激酶,在細胞代謝中起傳感器作用。脂聯素通過AMPK參與葡萄糖的攝取和β氧化[22]。研究發現,APPL1在脂聯素激活AMPK的信號轉導通路中發揮重要作用[41-42]。骨骼肌中的全長型脂聯素和球狀脂聯素可以激活AMPK,而肝臟中的全長型脂聯素可以激活AMPK[43-44]。從肥胖的2型糖尿病患者中分離出的骨骼肌細胞中,AMPK的磷酸化水平下降,說明脂聯素受體下游的信號通路受損可以引起胰島素抵抗[45]。

脂聯素通過PPAR-α增加了機體對脂肪酸和能量的消耗,從而降低了甘油三酯的水平,同樣增加了肝臟和骨骼肌的胰島素敏感性[40]。較高的游離脂肪酸導致葡萄糖攝取率下降,其機制可能是高甘油三酯血癥引起線粒體內蓄積較多的NADH和乙酰輔酶A,抑制了己糖激酶2和6-磷酸果糖激酶-1的活性,從而增加了細胞內葡萄糖含量,降低了細胞對葡萄糖的攝取率。但是也有學者認為較高的游離脂肪酸會首先影響葡萄糖轉運和磷酸化,再導致糖原合成和葡萄糖有氧氧化的減少。在骨骼肌細胞中,脂聯素可以通過上調PPAR-α信號通路下游蛋白CD36、乙酰輔酶A氧化酶的表達增加脂肪酸的轉運,從而緩解胰島素抵抗[46]。另一方面,高甘油三酯血癥可以通過影響由胰島素刺激下的磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)和葡萄糖轉運體4(GLUT-4)的活化來影響細胞對葡萄糖的攝取率。細胞內脂肪酸代謝產物的堆積,可能會增加絲氨酸/蘇氨酸級聯反應的活性,通過蛋白激酶C增加胰島素受體底物1(IRS-1)絲氨酸/蘇氨酸的磷酸化。磷酸化的IRS-1絲氨酸不能與PI3K結合并將其活化,導致葡萄糖轉運降低并產生胰島素抵抗。游離脂肪酸也可以直接影響GLUT-4的表達、轉運、趨化。此外,游離脂肪酸能夠降低肝臟對胰島素的清除率,并增加肝糖輸出,進一步促進了胰島素抵抗的發展[47]。

但是,體內脂聯素信號通路對胰島素敏感性的影響存在一些爭議。體內脂聯素受體AdipoR1主要存在于骨骼肌中,其與球狀脂聯素的親和力遠高于全長型脂聯素。大多數體外實驗的研究對象為球狀脂聯素,而體內全長型脂聯素的含量遠高于球狀脂聯素48。研究發現,小鼠模型中AdipoR1基因敲除可以抑制由脂聯素激活的AMPK信號通路活性;抑制AdipoR2的表達可以抑制PPAR-α信號通路活性;同時敲除AdipoR1和AdipoR2可以阻止脂聯素與其受體結合并激活,進而產生胰島素抵抗[49]。也有研究發現,AdipoR1基因敲除小鼠表現出顯著的肥胖,而AdipoR2基因敲除小鼠則較為消瘦,并且具有阻止高脂高糖飲食條件下產生肥胖的效應,這表明AdipoR1和AdipoR2具有相反的作用[50]。

3 脂聯素信號通路在臨床中的價值

在臨床上以脂聯素信號通路為靶點改善胰島素抵抗的方法主要有以下2種,其一是提高脂聯素血漿濃度,其二是增加脂聯素信號轉導通路的活性。

提高脂聯素的血漿濃度可以通過2種方式實現,其一是直接應用外源性脂聯素,其二是通過藥物治療增加內源性脂聯素的表達。由于脂聯素在體內以多聚體的形式存在,故直接應用外源性脂聯素較為困難。因此,增加脂聯素體內含量的可行方法是通過藥物以及改善生活方式來促進內源性脂聯素表達。能夠有效提高脂聯素水平的藥物有PPAR-α受體激動劑噻唑烷二酮(TZDs)[51-52]、血管緊張素轉換酶抑制劑(ACEI)和血管緊張素Ⅱ受體阻斷劑(ARBs)[53-54];近來的研究發現,大麻素-1受體阻斷劑,如taranabant,可以調節體內脂聯素的水平,但這種藥物尚不能應用于臨床,需要評估其治療價值以及對中樞神經系統的影響[55]。此外,已發現某些日常食物如魚油、亞油酸、菜籽提取物、綠茶提取物、多酚白藜蘆醇等可以促進體內脂聯素的表達[56]。對于肥胖和糖尿病人群,減重和體育活動也能夠有效提高體內脂聯素水平[57]。

可以通過上調體內脂聯素受體的表達來增加體內脂聯素信號轉導通路的活性。PPAR-α激動劑、PPAR-γ激動劑、ARBs等都可以上調脂聯素受體的表達[58]。之前發現一種名為osmotin的蛋白可能具有脂聯素受體激動劑的效應[59]。最近新研制出一種可以口服的合成活性小分子脂聯素受體激動劑AdipoRon。在動物模型中,AdipoRon具有改善肥胖相關疾病的效應,如胰島素抵抗、糖耐量異常、2型糖尿病等,并且發現能夠延長動物模型壽命[60-61]。

4 結語

脂聯素是一種重要的脂肪因子,在體內參與多種代謝的調節。因脂聯素對胰島素抵抗具有正向調節作用,脂聯素信號轉導通路機制可能成為糖尿病新藥研究的方向,這些機制包括脂聯素的生物合成、脂聯素多聚化過程以增加活化亞型HMW的比例、脂聯素在基因水平的調控、脂聯素受體下游的信號通路機制,以及脂聯素在細胞內的活性。

因此,還需要對脂聯素的信號轉導通路機制進行更深入的研究以應用于臨床。而前述改善脂聯素表達和脂聯素通路活性的藥物還需要大樣本量的臨床試驗來證實其對脂聯素信號通路的調控作用。

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Progress of the Relationship Between Adiponectin and Insulin Resistance

AN Ping,WANG An-Ping,MU Yi-Ming*

Department of Endocrinology,General Hospital of Chinese PLA,Beijing 100853,China *Corresponding author,E-mail:hgx0536@163.com

s]Adiponectin,a protein secreted by adipose tissue,is considered that associated with insulin resistance and obesity.The reduction of adiponectin level was observed in people with insulin resistance.The insulin-sensitizing efforts of adiponectin resulting from the activation of AMPK and PPAR-αand the decrease of triglyceride level.Up-regulation of adiponectin signaling may be the potential treatment strategy of insulin resistance.This review aims to discuss the mechanisms of adiponectin related to insulin resistance and its perspective of clinical value.

adiponectin;insulin resistance;obesity

R335.6

A

1009-0002(2017)03-0360-06

10.3969/j.issn.1009-0002.2017.03.024

2016-10-21

安平(1990-),男,碩士研究生,(E-mail)anping6666@sina.com

母義明,(E-mail)hgx0536@163.com

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