Ang(1-7)通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激改善骨骼肌脂代謝及胰島素抵抗

鹿星夢 信 中

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院內(nèi)分泌科，北京 100730)

外周組織的胰島素抵抗(insulin resistance,IR)是 2 型糖尿病發(fā)病的主要病理生理機(jī)制之一，其中骨骼肌是IR發(fā)生的重要位點(diǎn)[1]。肥胖或2型糖尿病狀態(tài)下，脂質(zhì)在骨骼肌中的異位沉積，可導(dǎo)致骨骼肌IR程度進(jìn)一步加重[2]。而血管緊張素(angiotensin,Ang)(1-7)可改善胰島素抵抗,從而發(fā)揮抗糖尿病作用，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERs)是其中的主要機(jī)制，其在骨骼肌IR發(fā)病機(jī)制中的作用逐漸引起人們的關(guān)注。

1 Ang(1-7)同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system,RAS)是心血管系統(tǒng)的重要調(diào)節(jié)因子，它的主要成分血管緊張素-Ⅱ(angiotensin-Ⅱ,Ang-Ⅱ)促進(jìn)血管收縮，導(dǎo)致炎性反應(yīng)、鈉和水重吸收以及氧化應(yīng)激。血管緊張素受體的作用和表達(dá)在肺動脈高壓、高血壓及心律失常等心血管疾病中升高[3]，而血管緊張素受體1型(angiotensin receptor type 1，AT1R)阻滯劑可抑制血管內(nèi)皮平滑肌細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[4-6]，提示RAS與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激之間存在聯(lián)系。

血管緊張素(1-7)(Ang(1-7))是RAS的七肽，已經(jīng)被證明[7-8]能夠通過增加一氧化氮(nitric oxide, NO)和緩激肽的釋放來增強(qiáng)血管舒張，從而抑制Ang-II的作用。已有研究[9]表明，Ang(1-7)對體外Ang-II刺激的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激具有改善作用。2013年，Uhal等[10]報道Ang(1-7)抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提示Ang(1-7)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激之間存在相關(guān)，另外，Mas受體作為一種G蛋白偶聯(lián)受體，內(nèi)源性配體為Ang(1-7)，其拮抗劑消除了Ang(1-7)的作用，表明Mas受體的激活介導(dǎo)了Ang(1-7)的有益作用。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

2.1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的病理生理機(jī)制

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是指由于某種原因?qū)е录?xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡、生理功能發(fā)生紊亂的一種亞細(xì)胞器的病理過程, 是一種內(nèi)源性防御體系,在細(xì)胞應(yīng)對各種應(yīng)激時發(fā)揮重要作用[11]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成、折疊、成熟與分泌的重要細(xì)胞器。目前研究[12-13]顯示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在胰島素抵抗的發(fā)生、發(fā)展過程中扮演關(guān)鍵角色。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)通路在胰島、肝臟和脂肪組織中得到廣泛研究，然而，目前對于肌肉生理和疾病中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的了解是有限的。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)動態(tài)平衡被破壞時。一些潛在的生理性和病理性破壞因素會破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的動態(tài)平衡，包括蛋白質(zhì)合成增加、錯誤折疊蛋白質(zhì)的積累、鈣離子水平失衡、葡萄糖或能量缺失、缺血、高同型半胱氨酸血癥、病毒感染和某些化學(xué)物質(zhì)對ER的刺激[14]。 ER存在兩種適應(yīng)性機(jī)制來解決外界所受的刺激：未折疊的蛋白質(zhì)反應(yīng)(unfolded protein reaction,UPR)和ER超負(fù)荷反應(yīng)(endoplasmic reticulum overload reaction, EOR)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，響應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而激活有3條主要途徑：蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like ER kinase,PERK)通路，肌醇需求酶-1(inosital-requiring enzyme-1，IRE1)通路和活化轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6, ATF6)通路，并形成UPR。 PERK和IRE1是ER駐留跨膜激酶，通過真核起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2α，eIF2α)磷酸化導(dǎo)致翻譯抑制，并且通過非常規(guī)剪接機(jī)制分別產(chǎn)生X盒結(jié)合蛋白1(X-box binding protein 1,XBP1)轉(zhuǎn)錄因子。 ATF6是由應(yīng)激調(diào)節(jié)的膜內(nèi)蛋白水解釋放的跨膜轉(zhuǎn)錄因子。每個途徑都以基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控達(dá)到頂點(diǎn)，并且有助于在壓力期間整體維持ER內(nèi)的穩(wěn)態(tài)[15]。UPR的活化減弱了翻譯機(jī)制并降低了蛋白質(zhì)合成負(fù)荷，阻止了未折疊蛋白在ER中的進(jìn)一步積累。

已有研究[16-18]表明，UPR在高脂肪飲食飼養(yǎng)的小鼠骨骼肌中激活。飼喂含70%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))脂肪和少于1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))碳水化合物的飲食6周的小鼠比目魚肌和脛骨前肌中免疫球蛋白結(jié)合蛋白、IRE1-α的表達(dá)增加，表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激機(jī)制可能是骨骼肌對一系列外界環(huán)境刺激后的主要反應(yīng)機(jī)制，也表明它可能直接調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激緩解細(xì)胞死亡

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞死亡事件是由一些基因轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)的，包括生長停滯和DNA損傷，編碼CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白家族轉(zhuǎn)錄因子、絲裂原活化蛋白激酶c-Jun N端激酶(Jun N-terminal kinase, JNK)、B淋巴細(xì)胞瘤-2基因 (B-cell lymphoma-2，bcl-2)家族蛋白和ER相關(guān)的Caspases，特別是JNK通路，在胰島素抵抗中起到重要作用[19]。

JNK是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)家族的成員，可被腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、飽和脂肪酸和Ang-II激活[20]。在培養(yǎng)的肌細(xì)胞中，棕櫚酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗伴隨著JNK活性的增加而增強(qiáng)[21]，而JNK敲減則減弱了棕櫚酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗[22]。 在骨骼肌中，JNK導(dǎo)致氧化應(yīng)激誘導(dǎo)胰島素抵抗[23]。 一項(xiàng)研究[24]顯示，小鼠肌肉中JNK1的特異性缺失，選擇性保護(hù)肌肉免受胰島素抵抗影響。其機(jī)制可能為JNK通過誘導(dǎo)胰島素受體底物的絲氨酸和蘇氨酸磷酸化而直接引起胰島素抵抗，從而破壞胰島素受體底物與胰島素受體的相互作用以削弱下游胰島素信號傳導(dǎo)[20]。

2.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激同脂肪合成

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可導(dǎo)致脂肪合成增加，研究[25]顯示高脂飲食組大鼠骨骼肌中三酰甘油(triglyceride,TG)的濃度明顯增高，TG濃度與反映胰島素抵抗程度的指標(biāo)胰島素抵抗指數(shù)(homeostasis model of assessment for insulin resistence index, HOMA-IR)以及ERs狀態(tài)的磷酸化IREα/IRE1α、磷酸化JNK/JNK 均呈正相關(guān)，表明在高脂環(huán)境誘導(dǎo)的肥胖大鼠中，骨骼肌中脂質(zhì)沉積增加可能與IR以及ERs存在內(nèi)在聯(lián)系。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激還可以通過激活固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein 1，SREBP-1),促進(jìn)脂肪和膽固醇合成。有研究[26]通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激劑毒胡蘿卜素及衣霉素處理大鼠胰腺組織后顯示，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可激活SREBP-1，從而上調(diào)脂肪和膽固醇合成相關(guān)基因FAS，乙酰輔酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase,ACC)及3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶 (3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme-A reductase, HMGR)的表達(dá)，從而導(dǎo)致脂肪合成增加。

3 骨骼肌代謝紊亂導(dǎo)致胰島素抵抗

在2型糖尿病中，骨骼肌中的脂毒性通過脂質(zhì)代謝物對胰島素信號傳導(dǎo)進(jìn)行干擾，加重胰島素抵抗，在2型糖尿病的病因?qū)W中起關(guān)鍵作用[27]。

在正常情況下，當(dāng)血糖升高時，骨骼肌通過調(diào)節(jié)胰島素水平進(jìn)行處理，因此，骨骼肌脂代謝失調(diào)可很大程度上影響全身葡萄糖水平穩(wěn)態(tài)和胰島素敏感性。關(guān)于骨骼肌脂代謝失調(diào)的原因，可由以下幾點(diǎn)導(dǎo)致：骨骼肌免疫細(xì)胞和肌細(xì)胞炎性反應(yīng)的增加導(dǎo)致前炎性反應(yīng)細(xì)胞因子的分泌增加[28]；內(nèi)臟脂肪組織中的炎性反應(yīng)伴隨著炎性脂肪因子的分泌增加[29-30]；內(nèi)臟脂肪的炎性反應(yīng)通過脂肪組織和肌間脂肪組織，可加速游離脂肪酸釋放及轉(zhuǎn)移到肌細(xì)胞中，導(dǎo)致肌細(xì)胞炎性反應(yīng)和代謝功能障礙[31]；血清中富含TG的脂蛋白水平升高，包括飲食中小腸上皮細(xì)胞衍生的乳糜微粒和肝臟衍生的極低密度脂蛋白膽固醇(very low density lipoprotein-cholesterol，VLDL-C)濃度升高可能會增強(qiáng)低密度脂蛋白膽固醇介導(dǎo)的TG水解，增加游離脂肪酸的釋放并轉(zhuǎn)移到骨骼肌(和脂肪組織)中，促成肌細(xì)胞炎性反應(yīng)和代謝功能障礙[32-33]。

越來越多的證據(jù)[34-36]表明，在局部產(chǎn)生Ang-II和Ang(1-7)的骨骼肌中激活RAS可以調(diào)節(jié)肌細(xì)胞炎性反應(yīng)和代謝功能。Ang-II可通過降低骨骼肌血流量和增加線粒體ROS產(chǎn)生和激活炎性反應(yīng)途徑直接減少肌細(xì)胞胰島素信號而導(dǎo)致骨骼肌胰島素抵抗[34]。Ang-II通過作用于內(nèi)皮細(xì)胞和肌細(xì)胞AT1受體，可以通過增加細(xì)胞氧化應(yīng)激來誘導(dǎo)胰島素抵抗，導(dǎo)致胰島素信號傳導(dǎo)受損和胰島素刺激的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)活性受損。這種與RAS活動過度相關(guān)的胰島素抵抗，伴隨著進(jìn)展性β細(xì)胞功能障礙，最終導(dǎo)致2型糖尿病的發(fā)展[35]。以RAS過度活動為目標(biāo)的干預(yù)措施， Ang-II受體阻滯劑對于改善全身骨骼肌胰島素抵抗是有效的，Ang-II在動物中的應(yīng)用增加了應(yīng)激和炎性反應(yīng)，并且降低了骨骼肌中的胰島素敏感性，而RAS的阻斷逆轉(zhuǎn)了這些效應(yīng)[36]。 與Ang-II相反，Ang(1-7)對胰島素敏感性有益，包括對骨骼肌的直接增敏作用。

4 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與骨骼肌脂代謝關(guān)系

在與肥胖癥和2型糖尿病相關(guān)的病癥中，ERS在各種組織中被激活，其中包括骨骼肌組織。Deldicque等[17]發(fā)現(xiàn)20周高脂飲食喂養(yǎng)大鼠的骨骼肌中蛋白質(zhì)含量和涉及UPR的因子在mRNA水平明顯提高，如糖調(diào)節(jié)蛋白 (glucose2regulated protein 78 kD, GRP78)、C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白(C/EBP-homologous protein,CHOP)和肌醇激酶1a，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激伴侶蛋白——GRP78和GRP94過度表達(dá)，從而使得蛋白質(zhì)合成抑制。但是，當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)過度時，CHOP和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase-12，caspase-12)(一種ERS特異性促凋亡蛋白分子)會被激活或上調(diào)，這會破壞或負(fù)向調(diào)節(jié)細(xì)胞所經(jīng)歷ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[37]。

骨骼肌中所發(fā)生的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是研究胰島素抵抗中的一個新要點(diǎn)[16，38-39]。已有研究[39-40]顯示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可減少蛋白激酶B胰島素誘導(dǎo)的磷酸化并損害肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2A，過氧化物酶體增生物激活受體-γ共激活因子1α和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4產(chǎn)生，并參與由高濃度的脂質(zhì)和葡萄糖導(dǎo)致的骨骼肌胰島素抵抗中。Ijuin等[41]發(fā)現(xiàn)骨骼肌富含肌醇多磷酸磷酸酶，它將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與骨骼肌中的胰島素抵抗聯(lián)系起來，與野生型小鼠相比，高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中分離出來的骨骼肌，活化轉(zhuǎn)錄因子6和X框結(jié)合蛋白1表達(dá)增加，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激明顯。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在骨骼肌胰島素抵抗發(fā)展中的具體突出作用。

5 小結(jié)

隨著對2型糖尿病發(fā)病機(jī)制研究的深入，胰島素抵抗及骨骼肌脂代謝異常逐漸受到關(guān)注[42]。Ang(1-7)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)機(jī)制影響了脂質(zhì)代謝。因此，進(jìn)一步研究Ang(1-7)通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在骨骼肌脂代謝中的作用，有助于更好地理解Ang(1-7)的作用機(jī)制。然而，其確切分子機(jī)制有待于進(jìn)一步探究。Ang(1-7)/ Mas受體軸可能是治療與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的胰島素抵抗的潛在治療策略。