Betatrophin與糖尿病的研究進展

黎堅健(綜述)，黃貴心(審校)

(廣東醫學院附屬醫院內分泌科，廣東 湛江 524001)

Betatrophin與糖尿病的研究進展

黎堅健△(綜述)，黃貴心※(審校)

(廣東醫學院附屬醫院內分泌科，廣東 湛江 524001)

糖尿病是目前危害人類健康的一種常見病，其發病機制主要是胰島素抵抗以及胰島素分泌不足和胰島素作用缺陷。2010年寧光教授大型流行病學調查數據顯示，中國18歲以上成人糖尿病患病率為11.6%，糖代謝異常患病率為50.1%[1]。雖然目前治療糖尿病的藥物種類繁多，其針對的機制也多種多樣，但是2003年以來的研究表明，目前的藥物種類以及給藥方式很少能使患者達到生理性的血糖控制[2]，亦不能從根本上解決糖尿病發病的最主要的機制：胰島β細胞數量相對或者絕對不足[3-5]。因此，在糖尿病管理與教育方面，血糖控制欠佳所帶來的心血管、腎臟、神經系統等并發癥依舊是目前臨床上對于治療糖尿病所面臨的最大挑戰[2]。而Yi等[6]關于Betatrophin的報道，或許能給予糖尿病的治療提供新的理論依據和臨床指導。現對Betatrophin與糖尿病的研究進展進行綜述。

1Betatrophin概述

Betatrophin屬于血管生成素樣蛋白(angiopoietin-like protein,ANGPTL)家族，該類型蛋白是最近發現的一類與血管發生相關的蛋白因子，屬于分泌性糖蛋白。Betatrophin也稱為ANGPTL8[7]，或者Lipasin[8-9]。ANGPTL家族目前研究表明共有8個成員，分別為ANGPTL1~8[7,10]。ANGPTL1~8由8個不同的基因所編碼，因其與血管生成素同源，故命名為Angiopoietin-like-protein。Betatrophin 基因編碼一種198個氨基酸的分泌蛋白(既往在小鼠基因中的注釋為Gm6484和蛋白EG624219,在人類基因的注釋為C19orf80及肝細胞癌相關蛋白TD26)。該基因有4個外顯子并位于另一個基因—Dock6反義鏈的內含子區域內。Betatrophin在小鼠多個器官組織中均有表達，如肝臟、棕色脂肪、白色脂肪、腎上腺腺體組織、十二指腸、小腸等[11]；而在人類肝臟中則高效表達，其信使RNA表達水平是機體其他組織的250倍以上。以往對ANGPTL家族的研究主要集中在其對血清中三酰甘油水平的調節作用。其與ANGPTL3和ANGPTL4 共同作用可調節抑制脂肪酶活性，從而調節血清中三酰甘油的水平[12]。而Yi等[6]發表的文章為Betatrophin的生理作用提出了新的觀點。

2Betatrophin與胰島β細胞增殖

以往的研究表明，大多數的β細胞在經過胚胎期和初生階段的一段快速增生的時期以后，在成年嚙齒類動物和人類的β細胞，其復制速度極其緩慢(<0.5%/d)[13-15]。而在一些生理性刺激的情況下，如高血糖、胰腺損傷、妊娠等，胰島β細胞可重新提高它們的復制能力。尤其是當肝臟胰島素通路被阻斷而產生胰島素抵抗的情況下，胰島β細胞數量增加并伴有代償性胰島素分泌的增加。為了研究調控此代償信號，Yi等[6]通過滲透泵給成年小鼠注射不同劑量的胰島素受體拮抗劑S961。S961可以與胰島素受體結合并且阻斷胰島素信號通路。而經過S961處理后的小鼠，會出現胰島素抵抗、血糖升高以及胰島β細胞增生。并且經檢測，此效應是瞬時的以及劑量依賴性的。而經逆轉錄-聚合酶鏈反應分析，許多細胞周期因素(細胞周期素A1、A2、B1、B2、E1以及F、周期蛋白依賴性激酶1和2、核轉錄因子E2Fs1和2)表達增加，而細胞周期素抑制因子表達下降。而通過基因芯片分析S961處理后使胰島β細胞增生的可能介質，其分析結果都指向了同一個基因——Betatrophin。在經S961處理后Betatrophin表達上調，在肝臟約為4倍，白色脂肪約為3倍，但其在骨骼肌和胰島β表達無明顯改變。在2型糖尿病小鼠中，胰島β細胞增加，Betatrophin在肝臟的信使RNA表達上調，而特異性地通過白喉毒素消耗β細胞也可引起β細胞復制的增加，但這種處理方式并不能刺激Betatrophin 信使RNA在肝臟表達的增加。這些結果表明，Betatrophin的表達與胰島素抵抗或者胰島β細胞的代償性增生有關，其增生為應對生理挑戰的反應，而非急性損傷后的再生。

Yi等[6]通過靜脈高壓注射的方法將Betatrophin表達載體注射到肝臟，可見5%～10%的肝細胞均可表達Betatrophin并且至少持續表達8 d。而在注射了編碼Betatrophin的質粒后，胰島β細胞的復制明顯增加。在注射了Betatrophin后，個別動物的胰島β細胞復制速率甚至可達到8.8%，相比較對照組(注射DNA編碼的綠色熒光蛋白)增加了約33倍，而平均復制率也可達到4.6%，是對照組的17倍左右。而細胞周期抑制因子在注射了Betatrophin后相比對照組也有明顯下降(Cdkn1a和Cdkn2a)。在胰島中均可看到胰島β細胞的再生。而實驗組小鼠不僅胰島β細胞數目明顯增加，其細胞團的體積也明顯增大。在干預8 d之后，實驗組小鼠總的β細胞面積相比對照組增加了3倍，胰島素含量也比對照組增加了2倍。而由于Betatrophin表達所致的復制的增加對胰島β細胞具有特異性，在其他器官組織(肝臟、脂肪組織等)或其他胰腺細胞類型(導管、外分泌以及非β細胞的內分泌細胞)中觀察不到相應的效應。而對于復制后的胰島β細胞功能，通過對Betatrophin注射小鼠以及對照組小鼠的胰島進行分離并且進行葡萄糖刺激的胰島素分泌實驗分析以及糖耐量試驗，兩組小鼠分離的胰島細胞功能差異無統計學意義，并且經Betatrophin注射的小鼠其空腹血糖水平較低，說明注射Betatrophin 后增生的胰島β細胞具有與正常細胞一樣的功能。另外，為了判斷胰島細胞的增生是否與產生胰島素抵抗有關，Betatrophin組與可產生胰島素抵抗的S961處理組相比，其在胰島素耐受試驗上無明顯差異，說明Betatrophin誘導胰島β細胞的增殖具有明顯的高效性和特異性，并且不會引起胰島素抵抗。

3Betatrophin與糖尿病

雖然目前對糖尿病的發病機制存在著很多不同理論[4,16]，但是胰島β細胞減少導致的胰島素分泌相對或絕對不足是目前公認的糖尿病的主要發病機制[17-18]。Betatrophin的發現的確為糖尿病的治療帶來了新的希望，其對誘導胰島β細胞的增殖的功能在理論上存在巨大的意義和臨床價值，尤其是對于1型糖尿病患者來說更具有實際的臨床指導意義。但是以上實驗均建立在動物模型上，在人類身上是否具有同樣的功能目前尚未清楚。Jiao等[19]將5例已故的器官捐獻者的胰島(年齡4～53歲，無糖尿病史)移植到經S961處理產生胰島素抵抗的NOD-Scid免疫缺陷小鼠的腎包膜，經檢測，人類的胰島β細胞對表達升高的Betatrophin的信使RNA并無反應；與之對比，將小鼠的胰島移植到經S961處理產生胰島素抵抗的NOD-Scid免疫缺陷小鼠的腎包膜里時發現，其胰島β細胞的復制率升高明顯。產生以上現象的原因可能為肝臟產生的Betatrophin的水平不足以使移植到腎包膜的胰島β細胞增殖，又或者Betatrophin對其增殖的作用并非直接結合到β細胞受體，而是通過其他間接作用譬如改變β細胞的神經支配、活化其他細胞或者其他相關的信號通路，而此信號通路并不存在腎包膜中。故以上實驗結果提出了一個新的設想：在糖尿病的治療上，Betatrophin有可能發展成為一種新的有效的治療措。

瑞典學者Espes等[20]將57例志愿者分成兩組，1型糖尿病組33例，正常組24例，兩組人員年齡構成差異無統計學意義，被檢測者均無微血管并發癥、高血壓以及沒有接受過高血壓相關治療。其采用酶聯免疫吸附測定來檢測受試者血清中Betatrophin水平，經檢測正常Betatrophin水平為0～0.3 pg/L，而1型糖尿病患者血清Betatrophin水平是對照組的2倍以上。由于特異性的白喉毒素消耗β細胞實驗表明Betatrophin的表達與胰島素抵抗或者胰島β細胞的代償性增生有關，其增生為應對生理挑戰的反應，而非急性損傷后的再生，故1型糖尿病患者中Betatrophin上升有可能是胰島素抵抗所致。而Betatrophin水平在1型糖尿病患者中上升的機制尚不清楚，胰島素或C肽相對不足或者血清葡萄糖濃度升高所產生的反饋調節使Betatrophin分泌上升，從而使胰島β細胞增殖有可能是其中的生理機制。通常在1型糖尿病起病的初始階段，胰島β細胞尚存有30%～40%，大多數患者在數年的時間中，殘存的β細胞仍能發揮其功能，這暗示存在一種可能，在1型糖尿病患者身上，β細胞仍具有復制增殖的可能性。而在本次實驗中，病程<2年的1型糖尿病患者C肽濃度仍可被檢測到[(0.30±0.05) nmol/L]。而病程長的患者，其剩余的血清C肽水平與Betatrophin水平無明顯相關性。這說明，雖然目前Betatrophin被認為是潛在的可使胰島β細胞增殖的刺激物，但從長遠來說，相比C肽水平的下降，其增殖水平仍然是不足的。另外，雖然在1型糖尿病患者身上血清Betatrophin水平升高，但是其與其他的代謝參數(如體質指數，三酰甘油、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白等)無相關性。故不能排除Betatrophin只在糖尿病起病的早期對胰島β細胞起著短暫的作用，長遠來說并不能對抗逐漸衰退的C肽水平。

上述研究表明，Betatrophin在治療糖尿病的應用中目前尚存在于理論上可行的水平，距離臨床治愈糖尿病這一目標仍存在一定距離，仍需探討其與糖尿病發生、發展過程中的相關機制。

4結語

Betatrophin的發現的確為糖尿病的治療甚至治愈帶來了巨大的希望，對1型糖尿病以及2型糖尿病的治療均具有重大的臨床意義，特別是對于1型糖尿病患者將有可能減輕其終生注射胰島素的痛苦。雖然目前來說，Betatrophin在人類的臨床應用上尚未能取得重大的突破，但是相信在不久的將來，對Betatrophin使胰島β細胞增殖的機制進行更深入的研究和探索，Betatrophin將在糖尿病的治療史上產生具有重大意義。

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摘要：Betatrophin是新近發現的分泌蛋白，其在小鼠肝臟、棕色脂肪以及白色脂肪等組織表達，而在人的肝臟組織中高效表達。目前，Betatrophin被認為是可以治療甚至治愈糖尿病的潛在靶點。最近，相關研究表明，Betatrophin在小鼠的體內可促進胰島β細胞增殖、提高糖耐量的作用。但是betatrophin在人類糖尿病的發生、發展過程中所起作用的大小目前尚不明確。因此，雖然Betatrophin被認為是目前潛在的具有臨床上治愈糖尿病的可能，但是是否能在人類中實現醫學界目前尚存在爭議。

關鍵詞：糖尿病；Betatrophin；胰島β細胞；細胞增殖；胰島功能

Research Progress in the Relation between Betarophin and Diabetes MellitusLIJian-jian,HUANGGui-xin. (DepartmentofEndocrinology,theAffiliatedHospitalofGuangdongMedicalCollege,Zhanjiang524001,China)

Abstract：Betatrophina,a secreted protein,was found recently.Betatrophin is expressed in liver,brown adipose tissue,white adipose tissue in mice,and is specifically expressed in human liver.At present,brtatrophin have been known as a new and potential way to treat,or even cure the diabetes mellitus.Recent studies showed that betatrophin can promote the proliferation of pancreatic islet beta cells,improve glucose tolerance in mice,though its function in the onset and development of diabetes mellitus in human is not clear yet.Therefore it′s still controversial whether the potential of betatrophin in curing diabetes can realize in human.

Key words:Diabetes mellitus; Betatrophin; Islet β cell; Cell proliferation; Function of islets

收稿日期：2014-09-29修回日期：2015-01-16編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.037

中圖分類號：R587.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)15-2789-03