二酰甘油與人類骨骼肌組織胰島素抵抗關(guān)系的研究進(jìn)展

2014-03-06 17:49:33段力園康軍聰任路平綜述宋光耀審校

醫(yī)學(xué)綜述 2014年23期

段力園，康軍聰，任路平(綜述)，宋光耀※(審校)

(1.河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，石家莊 050017； 2.河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，石家莊050051)

近半個(gè)世紀(jì)以來，糖尿病作為全球性疾病廣泛流行蔓延，成為威脅人類健康和壽命的主要疾病之一。2型糖尿病的特征是胰島素抵抗(insulin resistance,IR)，IR是指外周組織(骨骼肌、脂肪和肝臟)對(duì)胰島素的敏感性降低，表現(xiàn)為外周組織對(duì)葡萄糖的攝取和利用障礙；胰島素刺激的葡萄糖攝取約有80%發(fā)生在骨骼肌組織中，因此骨骼肌在機(jī)體IR的發(fā)生中占有重要地位[1]。脂肪酸是人及哺乳動(dòng)物的主要能源物質(zhì)，Cusi[2]指出，脂肪酸的攝入長(zhǎng)期超過代謝需要，其氧化途徑被改變而進(jìn)入了有害的非氧化代謝途徑，導(dǎo)致大量促進(jìn)炎癥和凋亡的毒性代謝產(chǎn)物聚集，即形成脂毒性。肌細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)尤其脂代謝中間產(chǎn)物在肌纖維中過度沉積是誘導(dǎo)骨骼肌產(chǎn)生IR的主要原因，這些中間代謝產(chǎn)物包括：二酰甘油(diacylglycerols,DAG)、神經(jīng)酰胺、長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A和酰基肉堿[3]。該文關(guān)注DAG誘導(dǎo)的IR，討論在人類骨骼肌組織研究中有關(guān)DAG誘導(dǎo)IR的矛盾結(jié)果，并探討DAG對(duì)骨骼肌組織代謝的作用。

1 DAG結(jié)構(gòu)和DAG誘導(dǎo)IR的機(jī)制

在體內(nèi)，DAG可由三酰甘油水解、磷脂水解或一酰甘油重新合成而產(chǎn)生，其結(jié)構(gòu)和定位取決于物質(zhì)來源[4]。事實(shí)上，1,3-DAG和2,3-DAG來源于三酰甘油脂肪分解作用，主要存在于脂滴中；1,2-DAG來自酯化反應(yīng)，并主要在細(xì)胞膜積聚；由磷脂酸水解而重新合成的DAG存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[5]。目前為止，涉及DAG誘導(dǎo)IR的機(jī)制主要來自體外和動(dòng)物研究[6-7]，其可能的機(jī)制為：DAG激活蛋白激酶C異構(gòu)體[8]，這反過來又降低了胰島素受體底物1的酪氨酸磷酸化，從而降低磷脂酸-3-肌醇活化[9]，進(jìn)而導(dǎo)致IR。在20世紀(jì)80年代早期已有學(xué)者指出，1,2-DAG才是能夠激活蛋白激酶C的唯一有活性的異構(gòu)體[10]，而1,3-DAG和2,3-DAG幾乎沒有活性[11]。側(cè)鏈長(zhǎng)度和飽和度對(duì)DAG活性的重要性從早期的生物化學(xué)活動(dòng)中即可顯示出來，有研究指出，不論側(cè)鏈的長(zhǎng)短，具有2個(gè)飽和側(cè)鏈的脂肪酸比任何位置上含有1個(gè)不飽和側(cè)鏈的脂肪酸活性都差[12]。但脂肪酸側(cè)鏈長(zhǎng)度和飽和度對(duì)DAG誘導(dǎo)的骨骼肌組織IR程度的具體作用尚未闡明。

2 人類骨骼肌組織中DAG水平與IR的關(guān)系

2.1人類骨骼肌組織中DAG水平與IR呈正相關(guān) DAG水平與IR之間正相關(guān)的首次研究是在2002年進(jìn)行的脂質(zhì)灌注干預(yù)試驗(yàn)；在這項(xiàng)研究中，實(shí)驗(yàn)組選取6例健康中年男性，脂質(zhì)輸注與正葡萄糖高胰島素鉗夾相結(jié)合，對(duì)照組同樣選取6例志愿者接受無脂質(zhì)的胰島素輸注；在注射起始、2 h、6 h分別進(jìn)行股外側(cè)肌活檢；6 h后，脂質(zhì)和胰島素輸注導(dǎo)致總DAG水平增加了3倍，伴隨著蛋白激酶C活性增加，且胰島素敏感性降低[13]。此后，大量橫斷面研究也證實(shí)了骨骼肌組織中DAG水平與IR之間呈正相關(guān)。Straczkowski等[14]觀察到，肥胖者(有或無糖耐量受損)骨骼肌組織中DAG水平高于消瘦對(duì)照組和2型糖尿病后代中體型消瘦者；DAG水平與IR呈正相關(guān)，與年齡、體質(zhì)量指數(shù)或體內(nèi)脂肪無關(guān)，并且肥胖者DAG中油酸(18∶1)水平較高。Bergman等[15]比較了肥胖的糖尿病患者、肥胖的非糖尿病者和運(yùn)動(dòng)員骨骼肌內(nèi)的DAG水平，結(jié)果表明，糖尿病患者比其他兩個(gè)組總DAG水平高；大約80%的DAG位于細(xì)胞膜上，運(yùn)動(dòng)員膜DAG水平比其他兩組低；膜DAG水平與胰島素敏感性呈負(fù)相關(guān)，但胞質(zhì)DAG水平與胰島素敏感性無關(guān)。Dube等[16-17]在超重或肥胖的久坐人群中進(jìn)行了兩次干預(yù)研究，第一次是適度的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，在干預(yù)前和16周的監(jiān)督運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練之后分別對(duì)受試者進(jìn)行骨骼肌活檢和鉗夾試驗(yàn)，結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)使骨骼肌組織DAG水平下降并且胰島素敏感性有所改善；第二次是為期16周的隨機(jī)對(duì)照研究，干預(yù)條件為飲食引起的體質(zhì)量減輕和運(yùn)動(dòng)；飲食引起的體質(zhì)量減輕是通過每日減少2090 kJ的熱量攝入，使體質(zhì)量降低10%，運(yùn)動(dòng)干預(yù)類似于第一次研究；兩組骨骼肌組織中DAG水平均減少,并且胰島素敏感性提高了約20%；該試驗(yàn)中飲食引起的體質(zhì)量減輕降低總脂質(zhì)含量而鍛煉提高脂質(zhì)水平，表明飲食引起的體質(zhì)量減輕使總脂水平降低，而運(yùn)動(dòng)使非酯化脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹行灾|(zhì)存儲(chǔ)。

2.2人類骨骼肌組織中DAG水平與IR關(guān)系的分離有眾多橫斷面研究表明，DAG總水平不一定與IR相關(guān)。Hoeg等[18]對(duì)健康受試者脂質(zhì)或生理鹽水輸注5 h后進(jìn)行葡萄糖鉗夾，分別在開始、灌注結(jié)束后和鉗夾期間進(jìn)行骨骼肌活檢，與輸注生理鹽水相比，脂質(zhì)灌注后胰島素靈敏度下降25%～35%，而骨骼肌組織中DAG水平無明顯差異，胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路未見明顯減低。有研究表明，DAG水平或DAG的飽和度在糖耐量減低和糖耐量正常的肥胖者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[19]。Jocken等[20]研究發(fā)現(xiàn)，與消瘦男性相比肥胖男性骨骼肌組織中DAG水平更低，其DAG中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽脂肪酸的水平比消瘦男性少30%，長(zhǎng)期耐力訓(xùn)練的受試者(每周鍛煉5次或以上)比消瘦久坐受試者(每周鍛煉<1 d，每次<20 min)骨骼肌組織總DAG水平高于50%，比年齡相匹配的肥胖久坐者高20%，訓(xùn)練者比消瘦的久坐者胰島素敏感性更高，而消瘦久坐者比肥胖久坐者胰島素敏感性要高，總DAG水平與胰島素敏感性呈正相關(guān)。一個(gè)橫斷面研究比較了職業(yè)自行車手和健康男性(每周適度和強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)<2 h)，發(fā)現(xiàn)骨骼肌組織DAG水平?jīng)]有差異[21]。這些研究表明，較高的DAG水平與IR并沒有必然聯(lián)系，這與動(dòng)物研究中骨骼肌組織DAG水平與IR不相關(guān)的結(jié)果一致。關(guān)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的作用一直特別引人注目，長(zhǎng)期耐力訓(xùn)練者，總DAG水平較高,并且與胰島素敏感性呈正相關(guān)[20]。在另一項(xiàng)橫斷面研究中，職業(yè)自行車手與健康志愿者相比，整體DAG水平無差別，但是胰島素敏感性更高[21]。

3 人類骨骼肌組織中DAG水平與IR矛盾關(guān)系的可能機(jī)制

體外和動(dòng)物研究表明，DAG與脂毒性有關(guān)聯(lián)，但體內(nèi)關(guān)于DAG誘導(dǎo)IR的研究出現(xiàn)矛盾的結(jié)果；這種矛盾結(jié)果出現(xiàn)的原因主要是由于研究設(shè)計(jì)(包括飲食和運(yùn)動(dòng)控制)和DAG測(cè)量方法缺乏一致性[3]。習(xí)慣性的飲食結(jié)構(gòu)會(huì)影響脂肪酸組成，從心肌細(xì)胞培養(yǎng)可知，暴露于棕櫚酸可導(dǎo)致DAG水平升高和蛋白激酶C的后續(xù)活化，而暴露于油酸則沒有出現(xiàn)這種變化[22]。此外，沒有限定DAG特定類型，即脂肪酸結(jié)合到甘油骨架上的特定的位置(1,2-DAG，1,3-DAG和2,3-DAG)以及側(cè)鏈的長(zhǎng)度和飽和度；另一個(gè)重要的限制是涉及用于測(cè)量DAG的方法，一些研究只測(cè)量了DAG總水平；一些研究測(cè)量去除甘油骨架后脂肪酸的含量，而其他測(cè)量不去除甘油骨架的脂肪酸組成；一些測(cè)量的是飽和脂肪酸，單不飽脂肪酸或多不飽和脂肪酸的絕對(duì)水平；另一些研究只測(cè)量了脂肪酸百分比[3]。未來的研究需要評(píng)估亞細(xì)胞定位(即細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞器膜與脂滴)、DAG甘油骨架中脂肪酸側(cè)鏈位置及其長(zhǎng)度和飽和度在的結(jié)構(gòu)。

4 無效循環(huán)中脂質(zhì)中間產(chǎn)物作為信號(hào)分子

研究者提出，人類骨骼肌組織內(nèi)DAG水平變化的另一種可能機(jī)制是，DAG作為無效循環(huán)的信號(hào)分子[23]。無效循環(huán)是連接脂質(zhì)和葡萄糖代謝的中心途徑之一，即為甘油脂/非酯化脂肪酸循環(huán)，由于循環(huán)會(huì)消耗腺苷三磷酸并能產(chǎn)生熱量同時(shí)回收底物，因而稱為無效循環(huán)[5]。此循環(huán)包括脂解部分和脂肪合成部分，這兩部分底物可循環(huán)使用，實(shí)際上大約50%脂解部分釋放的非酯化脂肪酸再循環(huán)到脂質(zhì)合成部分，即使細(xì)胞在低能量時(shí)也進(jìn)行連續(xù)的脂質(zhì)合成和三酰甘油分解[24]，也可防止脂質(zhì)供過于求時(shí)IR的發(fā)生[25]。DAG作為無效循環(huán)的信號(hào)分子，可在胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中激活蛋白激酶C，同時(shí)在胞外分泌、神經(jīng)傳遞以及炎癥中也起著重要作用[26]，因而被認(rèn)為是連接細(xì)胞內(nèi)燃料平衡和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的關(guān)鍵紐帶。由此也有學(xué)者提出，測(cè)量DAG水平僅反映特定時(shí)間的值，DAG是多種細(xì)胞進(jìn)程(如甘油脂/非酯化脂肪酸循環(huán))的中間產(chǎn)物，在給定時(shí)間點(diǎn)的測(cè)量可能是與甘油脂/非酯化脂肪酸周期相關(guān)的一種生理現(xiàn)象，與毒性作用沒有必然的聯(lián)系[27]。

5 小結(jié)

未來對(duì)脂毒性尤其是DAG誘導(dǎo)IR的研究中，應(yīng)探討飲食干預(yù)對(duì)DAG水平的影響以及運(yùn)動(dòng)和食物攝入對(duì)DAG水平時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的影響。此外，有必要限定DAG的亞細(xì)胞定位，明確DAG是在細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)或在脂滴中。與此同時(shí)，DAG結(jié)構(gòu)需要在立體亞型、側(cè)鏈長(zhǎng)度和飽和度方面進(jìn)行描述[3]。雖然有些問題可以通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行解答，但DAG中的異質(zhì)性和動(dòng)態(tài)性質(zhì)需要在人體中進(jìn)行探討，從而進(jìn)一步明確DAG對(duì)IR和骨骼肌組織代謝的作用。

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