抵抗素參與糖代謝及胰島素抵抗發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

趙默晗 ，宋光耀

(1.華北理工大學(xué)研究生院，河北 唐山 063000；2.河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北 石家莊 050000)

0 引言

脂肪因子是一種細(xì)胞因子，源于脂肪組織(AT)所分泌，在體內(nèi)的能量穩(wěn)態(tài)、免疫、糖脂代謝調(diào)節(jié)、內(nèi)分泌功能等多種代謝途徑中都發(fā)揮了重要作用。抵抗素是其中重要的脂肪細(xì)胞因子之一，和胰島素抵抗存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，通常認(rèn)為其屬于胰島素抵抗和肥胖之間的一個(gè)核心紐帶。近些年，多項(xiàng)研究在抵抗素對(duì)糖尿病各方面的影響上都取得了一系列進(jìn)展，但究其根本尚不完全明確。

1 抵抗素的發(fā)現(xiàn)

抵抗素是在2000年至2001年由3個(gè)獨(dú)立的研究小組同時(shí)發(fā)現(xiàn)的。Steppan[1]等證實(shí)，胰島素功能會(huì)受到抵抗素抑制，他們認(rèn)為抵抗素是噻唑烷二酮(TZDs)在3T3-L1脂肪細(xì)胞中的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。Kim[2]等人通過(guò)微陣列等方式分析確定抵抗素為脂肪分泌因子(ADSF)。Holcomb[3]等人認(rèn)為抵抗素是富含半胱氨酸的分泌蛋白家族成員，并且與FIZZ1相關(guān)的表達(dá)序列標(biāo)簽，他們將其命名為FIZZ3。

1.1 抵抗素的結(jié)構(gòu)與分布

抵抗素為多肽類型激素，相對(duì)分子質(zhì)量為12.5 kDa，其半胱氨酸含量極為豐富。在動(dòng)物中，抵抗素很少出現(xiàn)在巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞內(nèi)，更多的表達(dá)于白色脂肪組織(如乳腺、附睪、皮下等)[4]。截止目前，并未就垂體、骨骼肌、腎、肺、心等器官中的抵抗素表達(dá)形成一致觀點(diǎn)。從抵抗素表達(dá)部位來(lái)看，人類明顯不同于動(dòng)物。大多認(rèn)可人類脂肪組織中的抵抗素表達(dá)水平低于巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞這一觀點(diǎn)，人類脂肪組織僅僅只有在血腦屏障內(nèi)低水平表達(dá)。

2 胰島素抵抗的發(fā)生機(jī)制

胰島素減低血糖的機(jī)理就在于其能對(duì)肝臟葡萄糖生產(chǎn)進(jìn)行抑制，刺激組織更有效的攝取葡萄糖，同時(shí)推動(dòng)外周組織利用葡萄糖。而脂肪組織、肌肉、肝臟等靶器官(受胰島素作用)降低胰島素影響的敏感性則是胰島素抵抗的本質(zhì)。全身的能量平衡、穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)由多種信號(hào)通路共同完成，胰島素與胰島素受體的結(jié)合會(huì)引起一些列復(fù)雜的信號(hào)事件，最主要的是胰島素應(yīng)答葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4 (GLUT-4)從細(xì)胞質(zhì)囊泡轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜[5-7]。胰島素受體底物(IRS)磷酸化是胰島素作用的關(guān)鍵步驟，所以胰島素大部分的生理作用都是通過(guò)與IRS磷酸化有關(guān)的信號(hào)通路來(lái)介導(dǎo)的[8-9]。

胰島素抵抗被認(rèn)為是大多T2DM發(fā)病的始作俑者，然而目前并未闡明胰島素抵抗的形成與演化機(jī)理。大多數(shù)研究支持兩種觀點(diǎn)：1)脂質(zhì)超載：脂肪細(xì)胞增多提升游離脂肪酸(血液循環(huán)內(nèi))及其代謝物水平，隨之沉淀在胰島β細(xì)胞、肝細(xì)胞、肌細(xì)胞這幾種飛行脂肪細(xì)胞中，在此基礎(chǔ)上對(duì)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)形成抑制；2)炎癥：脂肪細(xì)胞對(duì)巨噬細(xì)胞形成吸引，同時(shí)有白細(xì)胞介素-6、抵抗素、腫瘤壞死因子α等炎性細(xì)胞因子分泌，利用Jun氨基末端激酶將JNK(胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo))從骨骼肌中阻斷。

3 抵抗素參與糖代謝及胰島素抵抗的機(jī)制

3.1 與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相關(guān)的機(jī)制

跨膜蛋白家族成員中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)通常用于細(xì)胞中的細(xì)胞外葡萄糖進(jìn)入調(diào)控。截止目前，科學(xué)家已將人體內(nèi)隱藏的12種GLUT發(fā)現(xiàn)，每種GLUT在不同組織中其作用也有所不同。GLUT-1是葡萄糖被細(xì)胞攝取后的一種運(yùn)送載體。LiQiang[10]等人分析了人抵抗素處理的EA.hy926人內(nèi)皮細(xì)胞的葡萄糖通透性。他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)抵抗素處理的EA.hy926細(xì)胞對(duì)葡萄糖的通透性嚴(yán)重受損，他們認(rèn)為這可能是因?yàn)榈挚顾靥幚砗髮?dǎo)致了GLUT-1表達(dá)下調(diào)所導(dǎo)致的。此外EA.hy926細(xì)胞中過(guò)表達(dá)的GLUT-1可以恢復(fù)抵抗素對(duì)葡萄糖通透性的阻斷作用，就此證實(shí)抵抗素能以過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPARγ)表達(dá)抑制為基礎(chǔ)來(lái)抵抗GLUT-1轉(zhuǎn)錄。同樣有研究證明抵抗素通過(guò)引起GLUT-1下調(diào)使血清葡萄糖潴留，從而導(dǎo)致高血糖。Di[11]等人評(píng)估了抵抗素對(duì)人滋養(yǎng)層細(xì)胞中葡萄糖攝取的影響和抵抗素在GLUT-1調(diào)節(jié)中誘導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)類型。結(jié)果表明抵抗素引起滋養(yǎng)層細(xì)胞中ERK1/2途徑的激活，ERK1/2途徑的激活刺激了GLUT-1的合成，葡萄糖胎盤(pán)攝取量會(huì)因此增多。總之較高水平的抵抗素影響葡萄糖的攝取可能是通過(guò)減少細(xì)胞表面葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

基于GLUT-4易化擴(kuò)散屬性，葡萄糖就此完成骨骼肌細(xì)胞的進(jìn)入，從而攝取并轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖。在AICAR、胰島素和運(yùn)動(dòng)等的影響下，GLUT-4會(huì)由儲(chǔ)存庫(kù)(骨骼肌細(xì)胞內(nèi))向細(xì)胞膜、T管轉(zhuǎn)移。相關(guān)研究證實(shí)[12-13]，大鼠肌肉細(xì)胞攝取葡萄糖的過(guò)程和結(jié)果均會(huì)受到抵抗素的抑制，他們認(rèn)為其中很大的原因是因?yàn)榈挚顾厥笹LUT-4轉(zhuǎn)位的減少所導(dǎo)致的。Fan[14]等人的研究也發(fā)現(xiàn)抵抗素降低GLUT4轉(zhuǎn)位。但是，Komatsu[15]等人通過(guò)PCR檢測(cè)了泌乳和非泌乳牛的脂肪組織抵抗素基因的表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)，兩種不同狀態(tài)的牛的脂肪組織之間的GLUT-4mRNA的表達(dá)沒(méi)有顯著差異，但處于泌乳期的牛的脂肪組織中抵抗素表達(dá)缺增加。就此推論，GLUT-4基因表達(dá)很可能并無(wú)抵抗素參與。Moon[16]等人將L6大鼠骨骼肌細(xì)胞與重組胰島素一起培養(yǎng)或者用含有myc標(biāo)簽的小鼠抵抗素基因的載體穩(wěn)定轉(zhuǎn)染，他們得出的結(jié)論是，經(jīng)胰島素刺激的葡萄糖攝取會(huì)受到抵抗素影響，而GLUT-4轉(zhuǎn)位則不會(huì)受到其影響。所以抵抗素有可能是通過(guò)降低細(xì)胞表面GLUT-4的內(nèi)在活性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)血糖的調(diào)控。

3.2 與胰島素受體底物相關(guān)的機(jī)制

從胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)看，IRS-1 和IRS-2這種中介分子極具決定性。IRS-1 主要在骨骼肌中表達(dá)，而β細(xì)胞(肝臟、胰腺)為IRS-2表達(dá)的主體器官。有研究表明 IRS-1、-2表達(dá)不足或磷酸化異常與胰島素抵抗和 T2DM 的發(fā)生有重要聯(lián)系。Steppan[17]等證實(shí)，3T3-L1脂肪細(xì)胞內(nèi)，胰島素的蛋白激酶B/Akt激活、PI3K激活、胰島素受體磷酸化等功能會(huì)被抵抗素弱化。也有學(xué)者證實(shí)，IR磷酸化水平(酪氨酸殘基)減少約40%，相應(yīng)地，IRS-1 磷酸化水平也降低了40%。同樣有研究[18]證明在高抵抗素血癥的動(dòng)物的脂肪和骨骼肌中IRS-1、2蛋白水平和IRS-1、2磷酸化狀態(tài)均降低，這些變化進(jìn)一步影響糖代謝，造成葡萄糖耐受不良。在過(guò)去的研究[12-13,18-20]中，很多都印證了抵抗素通過(guò)降低IRS水平及其磷酸化從而產(chǎn)生胰島素抵抗素、糖代謝異常等。而Moon等[17]認(rèn)為，胰島素受體磷酸化及其含量，胰島素刺激后的IRS-1酪氨酸磷酸化均不會(huì)受到抵抗素影響，而酶促活性或PI3K的P85亞基可能與此有關(guān)。這也為研究人員在抵抗素與IRS相關(guān)通路上提供了新思路。

3.3 與細(xì)胞因子信號(hào)通路抑制因子3相關(guān)的機(jī)制

SOCS家族成員多種多樣，比如細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子SOCS-3，這種抑制因子會(huì)決定性的影響到胰島素抵抗的產(chǎn)生。Steppan等[17]證實(shí)，3T3-L1脂肪細(xì)胞一旦經(jīng)過(guò)抵抗素處理，即能對(duì)SOCS-3基因表達(dá)產(chǎn)生明顯的誘導(dǎo)作用。他們進(jìn)一步證明抵抗素增加了SOCS-3與胰島素受體的關(guān)聯(lián)，抑制SOCS功能可能會(huì)阻止抵抗素拮抗脂肪細(xì)胞的胰島素作用。在他們的研究中證明了SOCS-3誘導(dǎo)是抵抗素的第一個(gè)細(xì)胞效應(yīng)，它不依賴于胰島素，抵抗素基于此而形成對(duì)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(脂肪細(xì)胞)抑制的可能性是存在的。Liu等人[19]用抵抗素培養(yǎng)大鼠肝癌細(xì)胞株H4IIE來(lái)觀察抵抗素對(duì)大鼠肝細(xì)胞胰島素敏感性及葡萄糖的影響。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，大鼠經(jīng)抵抗素誘導(dǎo)后，SOCS-3表達(dá)明顯增加，從而導(dǎo)致了胰島素多種作用被削弱，同時(shí)，抵抗素還可以增加H4IIE肝細(xì)胞中SOCS-3的mRNA和蛋白質(zhì)。多個(gè)研究同時(shí)證實(shí)[20-21]，SOCS-3 表達(dá)會(huì)因抵抗素而明顯提高，其會(huì)就此競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合IR，糖脂異常代謝和胰島素抵抗情況就此出現(xiàn)。

3.4 與AMP依賴的蛋白激酶相關(guān)的機(jī)制AMP依賴的蛋白激酶

生物能量代謝調(diào)節(jié)核心分子AMPK(AMP依賴的蛋白激酶)直接決定機(jī)體葡萄糖能否處于平衡狀態(tài)，糖代謝等代謝性疾病研究需基于AMPK進(jìn)行。γ-調(diào)節(jié)亞基、β-調(diào)節(jié)亞基、α-催化亞基組成的異源三聚體復(fù)合物家族中的AMP依賴的蛋白激酶一旦激活，即能推動(dòng)GLUT-4向質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)。從而刺激葡萄糖的攝取。體內(nèi)AMP/ATP比例增大時(shí)可以將AMPK激活，任意一種以ATP合成干擾為前提而將能量平衡打亂行為均可把AMPK激活。分析糖代謝與胰島素敏感性受抵抗素影響的過(guò)程中，Satoh等[18]采用的方法是將腺病毒(可編碼小鼠抵抗素)注射入雄性大鼠體內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，胰島素抵抗會(huì)在提高抵抗素水平后出現(xiàn)。眾所周知，AMPK活性會(huì)因脂聯(lián)素與瘦素而增大，但抵抗素這種脂肪因子的效果剛好與脂聯(lián)素、瘦素相反，因此，AMP依賴的蛋白激酶的活性可能會(huì)因抵抗素而被弱化。他們認(rèn)為有可能高抵抗素血癥通過(guò)降低AMPK活性和降低胰島素對(duì)HGO的抑制作用來(lái)發(fā)揮其對(duì)肝臟的主要作用，導(dǎo)致在整個(gè)機(jī)體下的繼發(fā)性肌肉和脂肪組織的胰島素抵抗。Li等[22]同樣證實(shí)，肝臟AMPK活性有可能受到抵抗素抑制，從而提高糖異生酶表達(dá)，導(dǎo)致糖代謝受到影響。與他們不同的是Qi等人[23]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)抵抗素處理的小鼠AMPK水平并沒(méi)有顯著變化。這種差異的產(chǎn)生可能與不同的動(dòng)物及細(xì)胞模型相關(guān)。盡管爭(zhēng)議存在，但不可否認(rèn)的是抵抗素確實(shí)通過(guò)AMPK途徑影響著糖代謝，但具體內(nèi)容仍需進(jìn)一步研究。

3.5 與Toll 樣受體4相關(guān)的機(jī)制

部分報(bào)道證實(shí)，肥胖與循環(huán)抵抗素升高相關(guān)，抵抗素可到達(dá)下丘腦，進(jìn)而導(dǎo)致下丘腦炎癥和胰島素抵抗。抵抗素與Toll 樣受體4(TLR4)結(jié)合導(dǎo)致兩個(gè)接頭蛋白TIRAP和MyD88的募集，Akt、ERK1/2、JNK和p38等多種下游信號(hào)通路就此被激活。一旦被觸發(fā)，resistin/TLR4信號(hào)通過(guò)下調(diào)酪氨酸磷酸化降低了IR和IRS的表達(dá)和活性[24-26]。與此相一致的是，SOCS-3、PTP-1B會(huì)因抵抗素而上調(diào)，就此將MAPK中JNK、p38激活，這對(duì)IRS1/2磷酸化有利，胰島素信號(hào)通路脫敏現(xiàn)象就此出現(xiàn)[27-28]。

resistin/TLR4信號(hào)也會(huì)促進(jìn)神經(jīng)元的炎癥反應(yīng)，至少部分是通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄因子AP-1和NF-kB導(dǎo)致促炎癥細(xì)胞因子IL-6、TNFα和IL-1β的上調(diào)，胰島素信號(hào)會(huì)受到此類細(xì)胞因子影響，胰島素抵抗也會(huì)因此而增強(qiáng)。抵抗素通過(guò)TLR4也可以通過(guò)抑制AMPK磷酸化和激活A(yù)kt/mTOR來(lái)降低神經(jīng)元自噬，從而促進(jìn)神經(jīng)元內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[29]。

3.6 與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21相關(guān)的機(jī)制

抵抗素所導(dǎo)致的胰島素抵抗及糖代謝異常也可歸因于脂聯(lián)素和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21(FGF21)信號(hào)通路的損害[30]。抵抗素會(huì)弱化AdipoR1/R2(脂聯(lián)素受體)表達(dá)，并促進(jìn)連接蛋白APPL1的下調(diào)，該蛋白與脂聯(lián)素的胰島素增敏作用有關(guān)。此外，抵抗素降低了FGF21及其受體成分FGFR1和KLB的表達(dá)，而這些成分導(dǎo)致FGF21信號(hào)通路受損且有益于胰島素敏感性，因此胰島素抵抗也會(huì)隨之形成，進(jìn)而造成糖代謝異常。

4 總結(jié)

抵抗素與糖代謝有著毋庸置疑的聯(lián)系，目前，多種證據(jù)表明，抵抗素通過(guò) GLUT、IRS、SOCS、AMPK、TLR4、FGF21等多種分子途徑影響著胰島素抵抗與糖代謝異常的發(fā)生與發(fā)展。但抵抗素在不同動(dòng)物、細(xì)胞模型中所產(chǎn)生的作用和結(jié)果迄今仍無(wú)明顯定論，因此明確抵抗素參與胰島素抵抗及糖代謝的分子通路仍是今后的研究重點(diǎn)。對(duì)其深入的研究或許可為胰島素抵抗與糖尿病之間提供新的思路，為疾病的預(yù)防與治療提供有效的理論指導(dǎo)及臨床意義。