中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白在糖尿病領域中的應用價值

劉智和，孫慧

內蒙古醫科大學附屬醫院老年醫學中心，內蒙古 呼和浩特 010000

研究表明中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL）又稱為脂質運載蛋白-2（lipocalin-2,Lcn-2）不僅與人類肥胖、胰島素抵抗、高血糖密切相關[1]，還與炎癥反應[2]、鐵代謝相關[3]。而兩者與糖尿病發病的相關性已得到廣泛認可，由此可見Lcn-2具有成為糖尿病及肥胖等代謝性疾病生物標志物的潛力。對敲除NGAL小鼠進一步研究發現Lcn-2通過抑制AMPK活性進而調節肝糖異生。這顯示了NGAL作為糖尿病藥物治療潛在靶點的可能性[4]。有研究者監測了胰島素治療后血漿中NGAL濃度變化，結果發現在治療前后NGAL在血漿中的分布出現了顯著變化，證明它在2型糖尿病（T2DM）患者胰島素治療后的代謝變化方面具有潛在的診斷效用[5]。因此，NGAL在糖尿病領域有很大研究前景，現對其在糖尿病領域中的作用進行總結。

1 NGAL在糖尿病視網膜病變中的作用

糖尿病視網膜病變是全世界導致視力障礙和可預防性失明的主要原因之一。良好的代謝控制對于預防和延緩疾病有著重要意義，但是有的患者控制良好也無法避免視力喪失，有的人血糖控制欠佳也能避免視力下降，研究者劃分了不同的表型，不同的表型具有不同的視網膜改變和惡化風險。目前即使是先進的光學成像技術也無法區分和檢測糖尿病視網膜病的表型。隨著腫瘤學領域提出了“液體活檢”概念提出后，作為醫學方法受到了各個學科的重視。雖然血漿與尿中NGAL與糖尿病視網膜病變的相關性存在爭議[6-8]，但是近年來研究表明：糖尿病視網膜病變患者玻璃體體液中NGAL的含量與血管內皮生長因子水平均升高，且兩者存在顯著的相關性。表明NGAL在糖尿病視網膜病變的發展和進展中有顯著的潛在作用[9]。需要進一步地研究來證實其在糖尿病視網膜疾病中的作用及分子機制，有助于確定其作為潛在的糖尿病視網膜病變生物標志物或治療靶點。

2 NGAL在糖尿病腎病中的作用

糖尿病腎病是引起終末腎臟疾病的首要病因，不僅危害我國居民健康水平，也嚴重影響我國社會經濟的發展。NGAL是腎損傷的標志物，能結合基質金屬蛋白酶-9（MMP-9），有研究探討了NGAL/MMP-9失調是否可能促進或作為1型糖病（T1DM）患者糖尿病腎病的生物標志物，結果顯示1型糖尿病患者尿NGAL和MMP-9排泄量明顯增加，且血漿MMP-9、尿MMP-9、尿NGAL濃度女性明顯高于男性，尿MMP-9:Cr濃度呈月經周期特異性變化，在糖尿病并發癥中性別差異所指導的作用值得進一步研究[10]。NCAL能否作為糖尿病腎病的有潛力的標志物一直存在爭議：1項動物實驗證明尿NGAL的增加主要是由于腎臟重吸收受損。但實驗還發現在單側輸尿管被結扎的小鼠，還有腎間質受損、腎病綜合征中也可發現尿NGAL的升高。由于特異性較差，臨床醫生在運用時需要慎重考慮[11]。有系統綜述和薈萃分析回顧了NGAL對DKD診斷準確性的研究。結果表明，該方法對慢性腎臟病（CKD）病有較好的診斷精度。對于血漿NGAL，匯總的靈敏度和特異性分別為0.79（0.60～0.91）和0.87（0.75～0.93）。對于尿NGAL，匯總的敏感性和特異性分別為0.85（0.74～0.91）和0.74（0.57～0.86）。顯示了對正常蛋白尿的診斷價值，但沒有確定最佳截止值[12]。NGAL在糖尿病腎病診斷的作用爭議較大，但其在預測DKD演變中顯示了較大價值，在美國7個臨床中心進行的CRIC研究最新報告提供了確鑿的證據，表明較高的尿NGAL水平不僅與心臟標志物密切相關，而且還與糖尿病患者慢性腎臟病（CKD）進展的大約兩倍或更大的風險相關[13]。一項來自美國的前瞻性慢性腎病隊列研究也發現了同樣的結果：在糖尿病患者中，NGAL水平的升高，CKD的進展率約增加了1倍。尿中NGAL含量的升高是慢性腎臟病進展的危險因素，與收縮壓≥140 mmHg相當[14]。這就需要進一步研究這些標志所帶來的潛在機制，以及利用他們來改善風險分層。從而盡早預防糖尿病腎病的進展。

3 NGAL在糖尿病周圍神經病變中的作用

糖尿病相關周圍神經病變是影響糖尿病患者生活質量的重要危險因素。關于代謝功能障礙對神經系統的影響研究較少，這可能是因為糖尿病周圍神經病變的危險因素并不單一[15]。近年來，使用Lcn-2基因敲除小鼠的研究表明，Lcn-2在一些生物行為反應中起著重要作用，包括認知、情緒、焦慮和進食行為。在中樞神經系統中鐵是細胞穩態的基本分子，參與DNA修復、DNA合成、氧化、細胞分裂、突觸形成，甚至軸突髓鞘化起到重要作用。已有大量研究顯示NGAL很可能通過調節鐵代謝影響神經細胞的凋亡、調節神經膠質的激活和功能來加重神經炎癥[16]。近期有研究顯示糖尿病可上調人造神經膠質細胞Lcn-2，進而增加丙酮酸脫氫酶激酶-2（PDK2）在背根神經節（DRG）的表達和乳酸生成[17]。提供了Lcn-2是代謝、炎癥和神經病變主要參與者的重要證據，Lcn-2的表達可能是糖尿病周圍神經病變的一種有用的早期診斷生物標志物，需要大量的研究證實。對Lcn-2功能的進一步研究或許能為糖尿病周圍神經病變患者提供更多診斷及治療方法。

4 NGAL在大血管病變中的作用

糖尿病患者的心血管風險是非糖尿病患者的2～3倍。持續的高血糖水平可能會導致血管損傷，并發展成冠狀動脈疾病等血管并發癥，進而導致心絞痛或心肌梗死。疾病的早期預測或檢測可以通過治療干預和管理計劃來防止疾病進展。慢性炎癥可能通過內皮功能障礙、氧化應激和胰島素抵抗等機制解釋糖尿病和微血管病變的密切相關性。有研究測量了T2DM病患者、冠心病患者、T2DM病患者和健康對照者的蛋白質標記物，通過基于非參數的機器學習分類來識別疾病進展的不同階段。結果發現NGAL在糖尿病合并冠心病中的分布顯著大于糖尿病患者、冠心病患者及健康對照組。這表明NGAL或可用于監測從健康人到T2DM和到T2DM合并血管病變的進展[18]。這引發了大量研究熱潮，有研究評估了Lcn-2對人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）炎癥反應和單核細胞粘附、THP1單核細胞衍生巨噬細胞炎癥表型和泡沫細胞形成、體外人主動脈平滑肌細胞（HASMCs）遷移和增殖以及體內Apoe小鼠主動脈病變的影響。結果提示Lcn-2加速動脈粥樣硬化的發展。可見Lcn-2可作為動脈粥樣硬化性疾病的新治療靶點[19]。

5 NGAL在肥胖中的作用

減輕體質量可以進一步緩解糖尿病，作為強化管理計劃的一部分，通過限制熱量來實現約15 kg的體質量減輕，可使約80%的肥胖患者和T2DM患者的T2DM癥狀得到緩解。然而，長期的減肥維持是具有挑戰性的。肥胖和T2DM與大腦葡萄糖攝取減少有關，葡萄糖攝取減少會削弱飲食碳水化合物的飽腹效果[20]。如何能讓糖尿病患者減輕體質量成為一個焦點問題。Stavroula Kousteni等研究表明成骨細胞表達脂質運載蛋白2的水平比白色脂肪組織高10倍，有研究發現成骨細胞中缺乏脂質運載蛋白2的小鼠食欲增加，糖耐量和胰島素敏感性降低。同時還證明脂質運載蛋白2穿過血腦屏障，與下丘腦中的黑皮質素4受體（MC4R）結合，激活MC4R依賴性食欲抑制通路。這對能量代謝以及飲食攝入具有重大意義[21]。進一步研究顯示：LCN2水平升高是糖尿病對疾病早期胰島素抵抗發展的反應，有助于增強胰島素分泌和限制高血糖癥。一旦這種機制被淹沒，肥胖就會增加，糖尿病就會發展[22]。脂肪組織中Lcn-2的過度表達不僅可以維持脂肪組織的衰老功能，而且可以促進葡萄糖耐量的維持，降低血脂異常，防止脂肪堆積和脂肪變性[23]。Lcn-2在小鼠中具有抑制食欲，減輕體質量的作用，對于靈長類的效果如何，以及作為治療手段的效果如何引起了關注，有研究通過給猴子注射重組人Lcn-2(rh-LCN2)和人腦放射自顯影的腦正電子發射斷層掃描顯示，Lcn-2穿過血腦屏障，定位于靈長類動物的下丘腦。此外，每天用rh-LCN2瘦猴治療，可以減少21%的食物攝入量，沒有明顯的不良反應。這些研究表明，Lcn-2在靈長類動物中作為一種飽食因子、指標和厭食信號的生物學作用。對于肥胖者來說，無法刺激餐后Lcn-2可能導致代謝紊亂，這表明Lcn-2可能是肥胖治療的新靶點。這些實驗為測試Lcn-2是否可能成為治療肥胖的有效方法奠定了基礎。更多的動物實驗將有助于科學家了解Lcn-2是如何工作的，哪些患者可能會從中受益，它將如何給予患者以及持續多久。還需要進行臨床試驗來驗證它是否是一種有效和安全的治療肥胖癥的方法[24]。

6 NGAL在糖尿病肌少癥中的作用

除了常見的微血管及大血管并發癥，骨骼肌減少已被描述為一種新的糖尿病并發癥，尤其是在老年人口中，成為了一種公共衛生問題，逐漸獲得人們的關注[25]。有研究表明肌少癥與糖尿病視網膜病變、神經病變和足部疾病有關，最后一種情況可能會降低生活質量，增加社會和經濟負擔，有研究表明骨骼肌減少增加了糖尿病足截肢患者的死亡風險[26-28]。Lcn-2是一種與骨骼肌再生相關的鐵結合蛋白，有報道稱在瘦素缺乏的小鼠中，骨骼肌中Lcn-2水平升高與肌肉萎縮相關的炎癥和氧化應激有關[29]。這表明Lcn-2在骨骼肌中作為一種有效的促炎因子可影響肥胖相關的肌少癥，目前對于肌少癥尚無藥物可以治療，Lcn-2可作為肌減少癥治療的候選治療靶點。