Glypican-4與糖尿病及并發癥的相關性研究進展

趙嘉軒，高 靜

糖尿病是一種與彌漫性并發癥和過早死亡風險增加相關的嚴重慢性疾病。2019年，20～79歲的成年人中，全球有420萬人死于糖尿病，糖尿病占全球死亡人數的11.3%［1］。據預測，到2030年65歲以上（65～99歲）的糖尿病患者人數將達到1.952億人，到2045年將達到2.762億人［2］。2017年18～99歲成年人糖尿病患病率估計為8.4%，2045年將上升到9.9%［3］。糖尿病的患病率和病死率逐年增長。

隨著人們攝入越來越多的動物蛋白以及缺乏鍛煉，肥胖的發生率也越來越高，研究表明，肥胖是人們發生胰島素抵抗的重要原因。而胰島素抵抗在2型糖尿病的發病機制中起到關鍵作用。肥胖者脂肪組織分泌的脂肪因子失控，導致全身性胰島素抵抗和代謝性疾病的發生［4］。而脂肪因子參與人體重要器官功能，如心臟、肝、胰腺、腦、肌肉、骨骼［5-8］。增加的脂肪組織引起的代謝效應很大程度上依賴于其解剖分布，其中內臟白色脂肪組織（WAT）推動胰島素抵抗和相關代謝性疾病的發展［9］。磷脂酰肌醇蛋白聚糖4（Glypican-4，GPC-4）與胰島素受體相互作用，增強胰島素受體信號，促進脂肪細胞分化。相反，GPC-4的缺失會導致胰島素受體的激活減少，并通過抑制胰島素介導的C/EBPb磷酸化來阻止脂肪細胞在體外的分化［10］。

1 Glypican-4

Glypicans是硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPGs）的成員，參與多種生長因子信號轉導［11］。可以與各種生長因子相互作用，包括Wnt、Bmp、FGF和HH，并調節它們的活性［12］。有證據表明GPC4與Wnt3a和Wnt5a結合，將Wnt3a和Wnt5a集中在不同膜微區的特異性受體附近，調節不同的Wnt信號［11］。Glypicans通過糖基磷脂酰肌醇（GPI）連接到細胞膜的胞外表面發揮作用。GPC-4屬于糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定的硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPGs）家族，哺乳動物中包括6個成員［13］。1995年，Watanabe等［14］在小鼠的身上發現GPC-4因子。2012年，Ussar等［10］發現小鼠脂肪細胞可合成GPC-4，將其定義為脂肪因子。GPC-4是第一個發現的影響蛋白多糖中胰島素敏感性的脂肪因子。GPC-4作為胰島素增敏劑的脂肪因子的新成員，與Glypicans相同，也通過GPI錨點連接到脂肪細胞表面，并通過GPI-脂肪酶的酶調節過程從細胞表面釋放到細胞外空間。GPC-4的胞外結構域從脂肪細胞釋放到循環中，被認為是通過作為脂肪因子與脂肪細胞、肝臟和骨骼肌中的胰島素受體直接相互作用來增強胰島素受體信號［4］。在健康人體內，循環GPC-4平均濃度在（6.26±2.21）μg/L，循環中的GPC-4水平一般用酶聯免疫吸附試驗（ELISA）進行測定。檢測范圍為15.6~1000 pg/ml，批內和批間變異系數分別為8%和10%。研究表明，GPC-4在人類中可能具有影響葡萄糖代謝的功能［15］。GPC-4不僅在側線原基（魚類和兩棲類等水生動物胚胎中經過發育過程形成的）中表達，而且在神經肥大細胞和神經間肥大細胞中也有表達［16］。此外，除脂肪組織外，骨骼肌是GPC-4系統水平的另一個來源［15］。研究表明，小鼠皮下脂肪組織中GPC-4mRNA和蛋白的表達水平與過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）的激活有關，作為過氧化物酶體增殖物激活受體γ激動劑的羅格列酮能增加組織中GPC-4mRNA和蛋白的表達。也就是說GPC-4可能參與過氧化物酶體增殖物激活受體γ激動劑羅格列酮治療高脂喂養C57BL/6J小鼠的脂肪組織再分布［17］。

據研究表明，人類循環中的GPC-4濃度呈現出特征性的日節律，在下午和午夜之間有一個較大的上升。循環GPC-4夜間升高可能是代謝適應的重要機制。這種夜間升高可能與夜間睡眠時的食欲抑制作用有關，類似于瘦素［15］。下午循環GPC-4明顯增加。GPC-4從12：00開始上升，16：00達到峰值，4：00降至最低點。GPC-4濃度在峰值（16：00）和最低點（4：00）之間有顯著差異。GPC-4在脂肪細胞分化和胰島素信號轉導中發揮著重要的作用。目前關于這方面的研究機制是：誘導分化所需的關鍵轉錄因子C/EBPA和PPARg，其次是促進ERK/GSK3b共識位點Thr188的C/EBPb磷酸化［10］。也有研究表明GPC-4作為胰島素受體（IR）的潛在配體和正向調節劑，通過與IRα亞基結合，促進胰島素誘導的IR形成變化，增強胰島素信號傳導［18］。目前，有許多新的研究不斷證明了GPC-4與代謝方面的關系［19-22］。

2 Glypican-4與胰島素抵抗、肥胖

Egfried等研究表明，GPC-4是從脂肪組織中釋放出來的，是BMI和胰島素抵抗的循環標志物［19］。胰島素抵抗肥胖者的GPC-4水平是年齡、性別和體重指數匹配的胰島素敏感者的兩倍［19］。Gesta等研究GPC-4在人類內臟脂肪組織中的表達隨著BMI和腰臀比的增加而增加［23］。Siegfried等人還進一步闡述了體脂百分比、體重指數和腰臀比越高的成年人中血清GPC-4水平越高［10］。Jedrzejuk等在多囊卵巢綜合征患者中，證實血清GPC-4水平與腰圍、腰臀比、總脂肪相關［21］。在男性中，血清GPC-4水平與來自內臟脂肪的基因表達數據平行，超重且呈內臟分布的個體血清GPC-4水平最高，瘦身受試者的血清GPC-4水平較低。GPC-4的表達在皮下脂肪和內臟脂肪之間存在差異。研究發現，在偏瘦型、超重型和肥胖型受試者當中，男性和女性皮下脂肪中GPC-4的表達均顯著降低。相反，超重和肥胖的男性和女性內臟脂肪中GPC-4的表達增加［10］。研究表明，嚙齒動物和人類體內循環中的GPC-4與體內脂肪含量和胰島素抵抗呈正相關。內臟脂肪組織的擴張，即中心性肥胖，與胰島素抵抗有關，而皮下脂肪組織的擴張，即周圍性肥胖，與胰島素抵抗無關［24］。

在非糖尿病患者中，血清GPC-4隨著BMI的增加而遞增，特別是在內臟肥胖的女性和內臟超重的男性中。多變量回歸分析顯示血清GPC-4水平與GIR（葡萄糖輸注率）呈獨立的負相關，即血清GPC-4水平與胰島素抵抗呈正相關。與年齡、性別和體重指數匹配的胰島素敏感型肥胖者相比，胰島素抵抗肥胖者的GPC-4水平翻了一番。所以，血清GPC-4不僅與BMI相關，更是胰島素抵抗的獨立標志物［15］。

Yoo等研究表明，亞洲受試者中GPC-4水平的存在性別差異，女性中循環GPC-4水平與NAFLD和心臟代謝危險因素（包括體脂分布、胰島素抵抗和動脈僵硬）之間的顯著關聯，在男性中，血漿Glypican-4水平與各種代謝因素之間沒有明顯的相關性。所以，循環GPC-4水平是女性NAFLD與BMI和胰島素抵抗的獨立危險因素［20］。Zhu等研究表明，在男性中，血清GPC-4水平與腰圍和脂肪百分比呈正相關［19］。另外Leelalertlauw等研究了不同程度肥胖和糖代謝狀態的泰國兒童的循環GPC-4水平。血清GPC-4水平與肥胖程度參數（體重SDS、BMI SDS、腰圍百分位數、體脂SDS百分位數）、血清HbA1c、總膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇（HDLC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、谷草轉氨酶（AST）、丙氨酸氨基轉移酶（ALT）呈正相關。最后還證實了血清GPC-4和肥胖相關代謝參數之間呈正相關。高膽固醇血癥（總膽固醇>5.2 mmol/L）兒童血清GPC-4水平明顯高于非高膽固醇血癥兒童［25］。

3 Glypican-4與糖尿病

Lee等通過對152例2型糖尿病患者收集其血漿與血清，得出結果2型糖尿病患者血清活性GLP-1與GPC-4水平呈正相關，谷草轉氨酶與GPC-4呈負相關［22］。LI等［15］通過用ELISA法測定了105名健康人（NGT）、92例（IGT）患者和103例2型糖尿病患者的循環GPC-4，結果表明循環中GPC-4在糖尿病前期患者中升高，在2型糖尿病患者中降低。IGT患者循環GPC-4濃度顯著升高，而2型糖尿病患者循環GPC-4濃度甚至低于NGT患者，這些提示GPC-4可能參與2型糖尿病的發生發展。循環GPC-4與BMI、WHR（腰臀比）、HOMAIS（胰島素分泌的動態平衡模型評估）、FAT%（體脂率）呈正相關，與空腹血糖、糖化血紅蛋白呈負相關。研究表明，GPC-4水平與T2 DM獨立相關，糖尿病的相對風險隨著GPC-4水平的降低而顯著增加［15］。這也提示著GPC-4與2型糖尿病之間存在聯系。關于GPC-4水平在糖尿病前期和糖尿病狀態的差異可以解釋為：糖基化磷脂酰肌醇特異性磷脂酶D（GPLD1）被認為可以切割出細胞表面的GPC-4［22，26，27］，其 活 性 受 胰 島 素 的 調 節［28，29］，胰 島 素水平越高，GPLD1活性越強。多項研究表明血清GPLD1水平隨著高血糖而升高［30］，改善高血糖狀態就很有可能降低GPLD1水平。在糖尿病前期狀態（IGT）早期增加胰島素水平可能會導致更多的GPC-4從細胞表面被裂解出來，因此循環中GPC-4水平升高。隨著疾病的進展，就像2型糖尿病患者一樣，胰島素抵抗的增加將導致GPLD1活性降低和循環GPC-4水平下降。所以我們增加循環中GPC-4的水平將會是脂肪對抗胰島素抵抗的一種機制，也就說如果在嚴重的胰島素抵抗和糖尿病患者中保持高的血清GPC-4水平可能會減輕胰島素抵抗。循環GPC-4的減少可能是糖尿病患者失代償狀態的原因，這是非常具有指導意義的。

4 Glypican-4與糖尿病并發癥

隨著糖尿病病程的延長，最終出現了糖尿病并發癥。

4.1 糖尿病微血管病變目前沒有文獻涉及糖尿病視網膜病變與GPC-4的關系，臨床上病程超過10年的糖尿病患者通常合并程度不等的視網膜病變，最終引起了失明。糖尿病視網膜病變通常與糖尿病腎病并存，也被稱為糖尿病腎病視網膜綜合征。糖尿病視網膜病變的患者可預測其糖尿病腎病的發生，糖尿病視網膜病變的出現是糖尿病腎病診斷的有力支撐點。有研究證實了一些脂肪因子與糖尿病微血管之間的關系，比如血漿瘦素水平與糖尿病腎病的關系，脂聯素與年齡、糖尿病病程、血清膽固醇（總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇）水平以及鈣通道阻滯劑的使用呈正相關等。Cha等通過對161例糖尿病患者進行了長期隨訪，檢測患者循環中血漿脂聯素、GPC-4等脂肪因子。評估脂肪因子和各種代謝參數與微血管和大血管并發癥的關系。結果表明嚴重腎功能不全患者血漿GPC-4水平較高，與EGFR呈負相關，與UACR呈正相關，與脂聯素相似。還觀察到GPC-4與血糖變異性呈顯著負相關，表明GPC-4水平越高，血糖波動越小。這也能是由于GPC-4在對抗胰島素抵抗中的作用［31］。GPC-4作為一種新的脂肪因子有可能通過內皮損傷影響到糖尿病微血管病變，并且在患者血漿中水平升高。具體機制還需要做前瞻性研究來明確。

4.2 糖尿病大血管病變動脈粥樣硬化。共同特點是動脈管壁增厚變硬，失去彈性，管腔狹窄我們全身各處，由多種因素共同導致。越來越多的研究表明，動脈粥樣硬化的形成始于由脂肪組織釋放到循環中的脂肪因子引起的內皮損傷，促進循環免疫細胞的黏附，從而啟動動脈粥樣硬化的進展［32，33］。人體的脂肪組織分為三類：白色脂肪組織（WAT），棕色脂肪組織（BAT），胸腹部血管周圍脂肪組織（PVAT）。白色脂肪細胞可以合成GPC-4［10］，GPC-4在白色脂肪組織和棕色脂肪中均有表達。在健康狀態下，白色脂肪組織通過儲存脂質起到脂質匯總的作用，防止脂質在循環中積累，具有抗動脈粥樣硬化的作用。相反，在肥胖期間，脂肪組織的擴張會導致其功能失調，從而使循環中的脂質分布有利于動脈粥樣硬化的形成［34］。激活BAT可能對動脈粥樣硬化的發展具有保護作用。在肥胖期間，脂肪細胞肥大，脂肪組織功能發生障礙，導致有害脂肪因子和炎性細胞因子分泌到循環中，損害了血管內皮細胞的功能［35］。目前，可以通過減少炎癥因子和增加脂質燃燒盡可能地抑制動脈粥樣硬化的形成。GPC-4作為一種新型脂肪因子，與動脈粥樣硬化之間的關系有待于進一步研究。通過研究GPC-4找到抑制動脈粥樣硬化形成的治療靶點，改善糖尿病并發癥。更重要的是建立起與糖尿病微血管或大血管之間的關系，增加對GPC-4與糖尿病微血管或大血管方向的認知。也為我們研究糖尿病并發癥提供了新的思路與方向。

5 結語

脂肪因子種類繁多，臨床上還有很多并沒有研究明確。GPC-4是一種新型脂肪因子，雖然很早發現，但關于它的作用機制主要是改變胰島素受體信號方面的。脂肪因子本身作用機制廣泛、龐雜，這增大了研究難度，仍需要進一步探索深究。糖尿病的發病率不斷升高，危害性更大的是其并發癥，目前關于糖尿病方面的治療已經趨于成熟，我們研究GPC-4與糖尿病及其并發癥之間的關系旨在通過GPC-4的特殊作用途徑來尋求新的治療靶點或者為其預防提供新的思路。關于GPC-4與糖尿病及其并發癥之間的作用機制在我國研究甚少，需要做一些實驗性研究或者前瞻性研究來更深入的探討。