C肽生物活性及其在糖尿病并發癥治療中作用的研究進展

郭鳳琪，魏倩萍

(重慶醫科大學附屬第一醫院，重慶400016)

C肽是連接胰島素原α鏈和β鏈的31個氨基酸肽，在胰島素生物合成過程中起著重要的作用。胰島素原裂解后，C肽與胰島素一起儲存在胰腺細胞的分泌顆粒中，隨后等量釋放于循環中。相較于胰島素，C肽在代謝過程中肝臟清除率小，最終主要由腎臟分解，半衰期更長，最初被認為不具有生物活性，而廣泛作為臨床衡量內源性胰島素分泌功能及糖尿病的診斷和治療指標。最近20余年，C肽在糖尿病中的生理功能和潛在的保護作用備受關注。大量關于糖尿病患者和動物模型的研究表明，C肽能夠與細胞膜特異性結合，引發細胞內信號傳導的級聯反應，具有多種生物活性。這些信息支持這樣一種假設，即C肽聯合胰島素可能是防治糖尿病相關并發癥的一種有用的輔助手段。現將C肽生物活性及其在糖尿病并發癥治療中作用的研究進展綜述如下。

1 C肽的生物活性

1.1 C肽與細胞膜的結合 C肽能夠與細胞膜特異性結合，從而發揮其生物學活性；這已在幾種不同類型的細胞中得到證實，其C-末端的五肽可能為參與結合的“活性位點”[1]。結合動力學表明，C肽可能結合在細胞表面一個復雜的蛋白質復合物而不是單一的受體[1]。C肽與細胞膜相互作用的確切機制尚不清楚，但暴露于C肽后觀察到的細胞內信號級聯反應通常與G蛋白偶聯受體(GPCR)的激活相關，此外百日咳毒素預處理也能破壞C肽與人細胞膜的特異性結合，表明GPCR參與了C肽的信號傳導[1]。但是，GPCR的性質長期以來并不清楚。然而，Yosten等[2]研究發現，在使用小干擾RNA敲除GPR146后，C肽的細胞內信號傳導被阻斷，表明GPR146可能參與了C肽介導的信號傳導，而不是其他幾個孤立的GPCR。此外，C肽的刺激可導致GPR146內化，C肽和GPR146在細胞膜上呈現點狀共位化，其數量隨時間增加，表明GPR146可能是C肽信號復合物的一部分[2]。結合曲線表明，C肽與相關受體結合的飽和濃度為0.9 nmol/L[1]，即在健康人生理濃度范圍內，C肽與細胞膜的結合可能已經飽和，這或許有助于解釋早期在健康受試者或動物實驗中未發現C肽生物活性的原因。

1.2 C肽的細胞內通路 在生理濃度下，C肽與細胞膜結合導致G蛋白激活、Ca2+內流，細胞內Ca2+濃度迅速升高[3]。C肽可引起磷酸酯酶C(PLC)、蛋白激酶C(PKC)異構體的磷酸化和絲裂原-活化蛋白激酶(MAPK)復合物的激活[4,5]，從而激活細胞內幾種重要的轉錄因子。C肽也可引起磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)磷酸化，激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)介導的轉錄活性[6]。

C肽引起的最終重要作用之一是調控Na+-K+-ATP酶的活性，而Na+-K+-ATP酶對于維持細胞體積、細胞膜電位和Ca2+濃度至關重要。在生理濃度下，C肽引起細胞內Ca2+濃度升高，對Na+-K+-ATP酶活性有刺激作用并呈濃度依賴性[4]；另外，C肽也經PKC、細胞外信號調節激酶(ERK)1/2和轉錄因子ZEB增加Na+-K+-ATP酶的表達[4,7]。此外，在1型糖尿病(T1DM)患者中觀察到，紅細胞Na+-K+-ATP酶活性降低與C肽水平下降成正比，并可通過C肽治療或胰島細胞移植恢復內源性C肽分泌后糾正[8,9]。C肽引起的最終重要作用之二是其能激活內皮細胞一氧化氮合酶(eNOS)，增加一氧化氮的合成。在細胞實驗中，這種效應在無Ca2+的培養基中能夠被消除[3]。C肽也可經ERK1/2上調eNOS的基因轉錄，引起eNOS蛋白表達增加[10]。此外，C肽已被證明可以調節胰島素受體底物1(IRS-1)的磷酸化以及蛋白酪氨酸磷酸酶(AKT)的活性[11]，這兩者都與胰島素受體信號傳導相關，提示C肽信號可以在胰島素受體水平與胰島素途徑交互作用。

1.3 C肽的抗氧化、抗炎、抗凋亡作用 細胞內活性氧(ROS)在生理水平發揮著重要作用，為維持細胞功能所必需；然而，過量的細胞內ROS積累是導致細胞損傷的有害因素。在高糖環境下，NADPH氧化酶過度激活是內皮細胞產生ROS的主要來源，而C肽對內皮細胞ROS形成的直接抑制作用已經被多個研究所證實。在人臍靜脈內皮細胞中，C肽通過刺激腺苷酸活化蛋白激酶α(AMPKα)活化調控下游凋亡信號，對NADPH氧化酶產生抑制作用，減少高糖誘導下的ROS產生，并最終減弱細胞和線粒體內的ROS循環[12]。在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠中，C肽通過阻止Rac1從細胞質到細胞膜的易位，抑制內皮細胞中高糖誘導的NADPH氧化酶活性[13]。此外，C肽可阻斷ROS介導的促凋亡酶谷氨酰胺轉氨酶2的活化[14]，通過降低Caspase-3的水平和活性并刺激抗凋亡蛋白Bcl-2的產生來發揮進一步的抗凋亡作用[18]。

研究發現，C肽通過抑制NF-κB的轉錄活性，減少促炎細胞因子和趨化因子(人單核細胞趨化蛋白1、白細胞介素8、白細胞介素1、白細胞介素6、巨噬細胞炎性蛋白1α、腫瘤壞死因子α)的分泌，下調纖溶酶原激活物抑制因子1的表達、降低細胞黏附分子(細胞間黏附分子1、血管細胞黏附分子1、P選擇素)的表達[15]，對高糖誘導的內皮功能障礙起到一定的保護作用。但是，C肽抑制NF-κB核轉位的確切機制尚不清楚。

氧化應激也是糖尿病中導致胰島β細胞死亡的一個主要因素。在T1DM中，因自身免疫反應分泌的炎性細胞因子，使細胞內反應生成過多的ROS，導致β細胞應激和凋亡。在2型糖尿病(T2DM)中，因高血糖、循環細胞因子和游離脂肪酸的升高等因素，會引發細胞內ROS的積累，導致β細胞肥大、失去功能和細胞凋亡。有研究表明，通過給予外源性C肽或使用誘導內源性C肽分泌的磺脲類藥物，能降低大鼠胰島素瘤細胞系(INS-1)β細胞中ROS生成[16]。這些研究支持這樣一種假設：C肽在β細胞中通過自分泌的方式增強β細胞抗氧化作用，對β細胞具有保護作用。這可能有助于解釋在T1DM患者中殘留有低水平C肽的人群相比完全缺乏的人群，糖尿病并發癥發生率更低的現象。

2 C肽在糖尿病并發癥治療中的作用

2.1 C肽與糖尿病腎病 早期臨床研究顯示，同時給予C肽和胰島素治療T1DM患者，可降低腎小球高濾過，從而改善腎小球功能，而單獨應用胰島素治療則無此作用[17]。在胰島移植治療的T1DM患者中，也觀察到尿蛋白排泄減少和腎功能改善[9]，推測與C肽有關。動物實驗發現，C肽治療可降低糖尿病大鼠腎小球高濾過和蛋白滲漏，抑制系膜基質擴張來防止腎小球肥大，這種保護作用獨立于胰島素作用之外[18]。研究認為，C肽的腎臟保護作用是通過調節內皮細胞eNOS、Na+-K+-ATP酶活性介導的[19]。此外，在體外培養的腎臟微血管內皮細胞中，C肽通過恢復線粒體復合物1的正常活性來阻斷高糖誘導的ROS產生[20]。另有研究顯示，C肽能拮抗轉化生長因子β1的促纖維化作用[21]，阻斷腫瘤壞死因子α誘導的腎臟細胞凋亡。

關于C肽在T2DM腎病中的作用，目前研究相對較少。部分對T2DM患者的回顧性分析表明，C肽的基線水平越高，發生糖尿病腎病等微血管并發癥的風險就越低[22]，表明C肽在這些患者的治療中可能具有腎保護作用。一項關于T2DM腎病大鼠的研究表明，T2DM腎病大鼠血清C肽遠低于正常水平，C肽通過蛋白激酶α介導對纖連蛋白的合成產生抑制作用，從而減輕T2DM大鼠腎臟損傷[23]。

2.2 C肽與糖尿病神經病變 早期在動物模型和T1DM患者中進行的研究表明，C肽治療可以預防和改善糖尿病神經病變，包括神經系統功能和結構異常的改善[24,25]。近年來，這一理論在T2DM患者中也得以證實。一項對于T2DM患者的研究發現，隨著C肽質量濃度的下降，T2DM周圍神經病變的分期逐漸加重，提示C肽對糖尿病周圍神經有保護作用[26]。C肽的有益作用可能與多種因素有關，包括改善神經內膜血流灌注、增強Na+-K+-ATP酶活性、減輕神經細胞凋亡、促進神經纖維再生以及上調多種神經生長因子的基因表達[24]。

2.3 C肽與糖尿病視網膜病變 關于T1DM的糖尿病控制與并發癥研究和一項涉及1 410例韓國T2DM的橫斷面研究發現，血清C肽水平與糖尿病視網膜病變密切相關，C肽水平越低，糖尿病視網膜病變的患病率越高[22,27]。動物實驗表明，C肽治療可以明顯減少糖尿病小鼠視網膜微血管的滲漏[28]。此外，在一項T1DM患者的雙盲隨機研究中也發現，接受C肽和胰島素聯合治療4周后，實驗組較對照組(僅接受胰島素治療)血-視網膜屏障上的熒光素泄漏較對照組減少約30%[17]。血管內皮生長因子(VEGF)被認為是糖尿病視網膜病變血管通透性增強的主要介質，高糖、缺氧、氧化應激和炎癥反應會增加VEGF的表達[29]。在糖尿病中，視網膜VEGF的過度表達刺激視網膜內皮細胞ROS產生和應力纖維的形成，阻斷鈣黏蛋白介導的血管內皮細胞黏著連接，導致血管通透性增加和黃斑水腫[30,31]。最近的研究表明，C肽可以通過抑制ROS的生成、應力纖維的形成、鈣黏蛋白的降解來預防糖尿病小鼠VEGF介導的微血管通透性增加[28]。此外，ROS誘導的視網膜血管內皮細胞和周細胞凋亡也影響著糖尿病視網膜病變的進展，C肽能通過抑制ROS的生成，對內皮細胞凋亡起到保護作用。

2.4 C肽與糖尿病大血管病變 動脈粥樣硬化是糖尿病大血管病變的主要表現，目前關于C肽在糖尿病大血管病變中的作用存在爭議。已有研究表明，C肽可以降低幾種重要的黏附分子的表達、抑制炎癥介質的分泌[32]，來調節白細胞向血管壁的募集，抑制高血糖狀態下血管平滑肌細胞的增殖[33]，表明C肽可抑制早期動脈硬化的形成。而其他研究表明，C肽可以在血管壁上沉積，誘導單核細胞和CD4+T淋巴細胞聚集并移行到血管內皮下層，并可能誘導血管平滑肌細胞的增殖[34]，從而促進動脈粥樣硬化形成。此外，基于T1DM和T2DM患者的研究結果也并不一致。盡管相互矛盾，這些發現均提示C肽與動脈粥樣硬化密切相關。

綜上所述，現有的研究顯示出C肽潛在的有益生理作用，C肽不足被認為是除胰島素缺乏、高血糖之外導致糖尿病并發癥發生發展的第三個主要因素，C肽聯合胰島素作為糖尿病并發癥的一種綜合治療策略已顯示出其臨床應用前景，但關于C肽受體及C肽在正常和病理狀態下的作用機制仍需進一步研究。此外，目前的研究多集中在T1DM患者或T1DM動物模型，少數涉及T2DM的研究也存在矛盾的結論。相較于T1DM和T2DM晚期胰島素和C肽均處于缺乏，T2DM早期則表現為胰島素抵抗和C肽水平升高，這提示C肽在T2DM不同病程階段的作用或許有所差異，尚需進一步研究來闡明。