肥胖易患2型糖尿病與炎癥的相關(guān)研究進(jìn)展

劉 曄綜述 趙林雙審校

肥胖癥是胰島素抵抗(Insulin Resistance,IR)和高血糖的主要發(fā)病因子[1]。發(fā)達(dá)國家,抑或是發(fā)展中國家,同樣存在肥胖型2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM)發(fā)病率的銳增[2]?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn),肥胖者易患 T2DM與核因子Kappa-B(Nuclear Factor Kappa B,NF-κB)、蛋白激酶C(Protein Kinase C,PKC)以及腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor,TNF-α)等炎性因子及炎癥高度相關(guān),且因引起胰島素(Insulin,INS)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙而發(fā)病。本文就此研究進(jìn)展綜述如下。

1 TNF-α、PKC與NF-κB的生物學(xué)效應(yīng)

肥胖導(dǎo)致IR的主要分子機(jī)制與激活C-Jun氨基末端激酶(C-Jun N-terminal Kinase,JNK)和(或)蛋白抑制因子β(I-Kappa-B Kinase-β,IKKβ)炎癥通路及 PKC密切相關(guān)。JNK 及 NF-κB 抑制物(Inhibitor of KappaB IκB)IKKβ/NF-κB通路在炎癥誘導(dǎo)的IR中起到了非常重要的作用[3～5],TNF-α也參與 IKKβ/NF-κB的炎癥通路,并在其中起重要作用。

1.1 NF-κB

NF-κB是從B淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一種能與免疫球蛋白Κ輕鏈基因的κB序列特異性結(jié)合的核蛋白因子,κB序列存在于多種基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子中,NF-κB通過調(diào)控其基因轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮炎癥效應(yīng)[6]。在多數(shù)細(xì)胞中,NF-κB與其抑制蛋白(Inhibitor of kappaB,I-kB)結(jié)合,以復(fù)合物的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中,在某些活化因素的作用下,NF-κB與 I-κB解離,使NF-κB活化、DNA結(jié)合位點(diǎn)暴露并轉(zhuǎn)位于細(xì)胞核,與NF-κB反應(yīng)性基因的κB位點(diǎn)結(jié)合,從而調(diào)控NF-κB反應(yīng)性基因的轉(zhuǎn)錄[7]。

1.2 TNF-α

TNF-α是由多種細(xì)胞,尤其是激活的巨噬細(xì)胞分泌的一種細(xì)胞因子,分子量為17kD。TNF-α在免疫和非免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著許多不同的作用,可介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分解、細(xì)胞凋亡、胸腺細(xì)胞生長、刺激其它細(xì)胞因子的生成。TNF-α與其它細(xì)胞因子在不同組織中直接或間接地影響著體內(nèi)葡萄糖代謝[8]。TNF-α的上述生物學(xué)效應(yīng)通過細(xì)胞膜上的受體介導(dǎo)。已發(fā)現(xiàn)的 TNF受體(TNFR)有兩類:低親和力 TNFR-1(P55—嚙齒動(dòng)物,P60—人類)和高親和力TNFR-2(P75—嚙齒動(dòng)物,P80—人類)[8]。

1.3 PKC

PKC是多種不同結(jié)構(gòu)不同生物活性的同工酶組成的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族。目前在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的PKC至少包含12種同工酶,每種同工酶的結(jié)構(gòu)既高度保守又高度變異,其編碼基因位于不同染色體[9]。正常情況下,PKC在靜息狀態(tài)下主要以無活性的形式存在于胞質(zhì)內(nèi),N末端與C末端催化區(qū)的底物結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合,使PKC處于失活狀態(tài),當(dāng)受到外界刺激時(shí),PKC受特異性底物蛋白吸引,自胞質(zhì)向胞膜轉(zhuǎn)移,通過多種膜蛋白的磷酸化作用使構(gòu)象改變,N末端與催化區(qū)解離,導(dǎo)致 PKC激活[10]。

2 NF-κB、PKC及TNF-α與肥胖型T2DM信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙

所謂肥胖,是指體內(nèi)脂肪組織過多和(或)分布異常、體重增加,是包括遺傳和環(huán)境因素在內(nèi)的多種因素相互作用所引起的慢性代謝性疾病。根本的原因是進(jìn)食的總能量超過了消耗的能量、脂類物質(zhì)代謝過程障礙。脂肪組織過多時(shí),脂肪細(xì)胞也往往肥大。肥大的脂肪細(xì)胞通過釋放出較多的TNF-α、游離脂肪酸(Free Fatty Acid,FFA)等物質(zhì),使得肥胖患者由上述物質(zhì)以及與此相關(guān)聯(lián)的其它物質(zhì)(如PKC、NF-κB)間接或直接導(dǎo)致IR。且FFA在骨骼和肝臟中能明顯地影響INS的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[11]。

從肥大的脂肪細(xì)胞中釋放出來的FFA經(jīng)過血液循環(huán)到達(dá)骨骼肌細(xì)胞中,使其合成脂肪乙酰輔酶A(Acetyl Coenzyme A,Acetyl-CoA)增多。Acetyl-CoA進(jìn)而促進(jìn)中性脂肪合成增多。過多的中性脂肪可使PKCθ和IKKβ活性增強(qiáng)。這兩種酶的活性增強(qiáng)可導(dǎo)致胰島素受體底物-1(IRS-1)活性降低。IRS-1活性降低表明IR激活的靶子損壞,無法連接下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子,使得INS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中斷。同時(shí),IRS-1活性降低還引起磷脂酰肌醇-3(PI-3)活性下降,使得葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GULT4)轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的能力降低,細(xì)胞無法攝取葡萄糖,表現(xiàn)出IR。

因此,通過上述兩條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,NF-κB、PKC及TNF-α間接或直接導(dǎo)致肥胖型T2DM信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙,使得肥胖患者易患T2DM。

3 PKC與NF-κB的關(guān)聯(lián)及與肥胖導(dǎo)致的T2DM的關(guān)系

高糖環(huán)境中,T2DM的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可經(jīng)蛋白質(zhì)非酶糖化、多元醇通路激活、二?；视?Diacyl Glycerol,DAG)—PKC通路以及氧化應(yīng)激等環(huán)節(jié)。研究表明,DAG-PKC通路中葡萄糖氧化的中間產(chǎn)物可直接合成DAG,高血糖狀態(tài)下DAG在細(xì)胞內(nèi)大量合成,并使DAG-PKC通路活性異常增高,從而磷酸化及下調(diào)INS受體,使得INS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路障礙。而肥胖患者中的Acetyl-CoA和甘油三酯(Triglyceride,TG)可激活肝臟中的PKC,通過JNK和IKKβ相關(guān)作用導(dǎo)致IR[12]。不同的PKC同工酶對(duì)INS信號(hào)途徑的調(diào)節(jié)不同,如PKC-θ和PKC-ε可磷酸化INS受體,抑制INS作用,在骨骼肌中尤其明顯;而 PKC-ε作為 PI3K下游的靶點(diǎn),介導(dǎo)INS促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖原合成等作用[8]使得IR加重。

PKC不僅能單獨(dú)介導(dǎo)脂肪細(xì)胞中相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路導(dǎo)致IR,還可與其它物質(zhì)共同促進(jìn)NF-κB及其下游基因表達(dá)而加重IR。在高糖培養(yǎng)的鼠系膜細(xì)胞中,Kumar等[13]發(fā)現(xiàn)激活的PKC從細(xì)胞內(nèi)可溶性部分向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位的同時(shí),NF-κB p65蛋白也從胞質(zhì)進(jìn)入胞核而被活化,說明PKC的激活能誘導(dǎo)NF-κB p65蛋白的優(yōu)先活化;Ha等[14]也證實(shí)高糖能快速激活PKC,而用PKC阻滯劑能有效抑制高糖誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)活性氧簇(ROS)產(chǎn)生及 NF-κB活化,并進(jìn)一步使活化后的NF-κB誘導(dǎo)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄基因表達(dá)減少。這也說明PKC在高糖誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生并導(dǎo)致NF-κB活化中發(fā)揮了重要作用。

4 TNF-α與NF-κB的關(guān)聯(lián)及與肥胖導(dǎo)致的T2DM的關(guān)系

前面提到,TNF-α、NF-κB 共同參與 IKKβ/NF-κB 的炎癥通路,并在其中起重要作用。TNF-α、IL-6以及內(nèi)源性脂質(zhì)和脂質(zhì)結(jié)合物亦可激活I(lǐng)KKβ炎癥通路[15]。IKKβ激活后使 IκBα磷酸化,從而使 NF-κB 從 IκBα上解離下來,移動(dòng)到細(xì)胞核內(nèi),促進(jìn)許多可以誘導(dǎo)產(chǎn)生IR的靶基因的表達(dá)[16]。其中,IKKβ通過NF-κB旁路引發(fā) TNF-a和 IL-12在人體的表達(dá)增多,通過巨噬細(xì)胞促進(jìn)炎性反應(yīng),使IR進(jìn)一步加重,而TNF-α作為脂肪細(xì)胞分泌的炎性因子,更加證實(shí)肥胖患者易患 T2DM[17,18]。Sriwijitkamol等[19]的研究提示 NF-κB的活化和外周骨骼肌的IR密切相關(guān)。

5 TNF-α與肥胖導(dǎo)致的 T2DM的關(guān)系

TNF-α作為脂肪細(xì)胞分泌的炎性因子,與 IR聯(lián)系緊密。Saghizadeh等[20]等發(fā)現(xiàn)在IR的非DM患者和T2DM患者的肌細(xì)胞中TNF-α表達(dá)比INS敏感的正常人群高4倍,說明TNF-α的升高與IR有關(guān),而非高血糖所致。因?yàn)榉逝终叩募∪饨M織和纖維中含有大量的脂肪細(xì)胞,推測(cè)TNF-α通過旁分泌或某種產(chǎn)物間接作用于肌肉組織[8]。此外,肌細(xì)胞本身可產(chǎn)生TNF,通過自分泌方式抑制葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)[20]。盡管TNF-α的主要生物學(xué)效應(yīng)由TNFR-1所介導(dǎo),然而研究發(fā)現(xiàn)肥胖者TNFR-2 mRNA水平是上升的,脂肪組織中TNFR-2的升高與體重指數(shù)、血中高胰島素的程度、TNF-αm RNA水平密切相關(guān),提示在肥胖者中TNF-α主要通過 TNFR-2發(fā)揮作用[21]。TNF-α在小鼠和人類肥胖患者的脂肪和肌肉組織中的過度表達(dá),進(jìn)一步表明肥胖型DM 與慢性炎癥有關(guān)[22]。

6 展 望

上述流行病學(xué)資料、臨床試驗(yàn)及基礎(chǔ)研究均證實(shí)DM及其并發(fā)癥是一種慢性炎癥性疾病,而肥胖又與慢性炎癥密切相關(guān),所以肥胖人群患T2DM 者較多。NF-κB及PKC信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常激活可能是炎癥發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié),TNF-α等作為炎癥因子也在肥胖型T2DM患者中扮演重要角色。進(jìn)一步研究肥胖、慢性炎癥與 T2DM之間的分子機(jī)制,可為肥胖型T2DM提供更為有效的預(yù)防和治療途徑及策略。

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