可卡因-苯丙胺轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)肽與糖尿病關(guān)系研究進(jìn)展

隆 敏，周世文

(第三軍醫(yī)大學(xué)附屬新橋醫(yī)院1.內(nèi)分泌科、2.國家藥品臨床研究基地，重慶 400037)

上世紀(jì)90年代研究發(fā)現(xiàn)可卡因和安非他明可使大鼠紋狀體中某種特異蛋白mRNA水平明顯增高，此后在腦中找到該蛋白片段，遂將此蛋白命名為可卡因-苯丙胺轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)肽(cocaine and amphetamine regulated transcript，CART)［1］。既往有關(guān)CART的研究主要集中于鎮(zhèn)痛、聲驚嚇反應(yīng)、藥物依賴、獎賞與強化及對神經(jīng)元的保護(hù)作用等，近年研究發(fā)現(xiàn)CART可能參與糖尿病發(fā)生發(fā)展，然而也有學(xué)者對此提出了質(zhì)疑［2-3］。本文就CART與糖尿病關(guān)系研究綜述如下:

1 CART的表達(dá)與修飾

研究證實CART分布十分廣泛，在中樞，CART分布于下丘腦腹內(nèi)側(cè)核(ventromedial nucleus，VMN)、背內(nèi)側(cè)核(dorsomedialnucleus，DMN)、外側(cè)下丘腦(lateral hypothalamus，LH)、弓狀核(arcuate nucleus，ARC)、室旁核(paraventricular nucleus，PVN)等核團(tuán)神經(jīng)元軸突末端和致密小泡中。在外周，CART分布于腸肌叢神經(jīng)元、胰島生長抑素細(xì)胞、胃竇G細(xì)胞、交感節(jié)前神經(jīng)纖維等?，F(xiàn)已知CART有兩種長度的前體，分別是長型(129個氨基酸)和短型(116個氨基酸)。大鼠和小鼠體內(nèi)都有長、短兩型，而人體內(nèi)只有短型。長型和短型CART前體都有一個長度為27個氨基酸的前導(dǎo)序列，這兩種前體經(jīng)過加工處理分別形成102和89個氨基酸殘基，再經(jīng)轉(zhuǎn)化酶切割分別產(chǎn)生兩種活性片段，長型CART55-102和 CART62-102分別與短型 CART42-49和 CART49-89相對應(yīng)［1］。

2 CART與糖尿病

2.1CART基因表達(dá)與糖尿病基因測定發(fā)現(xiàn)CART基因與人類肥胖基因共存于染色體5q13-14，這種在染色體上位置的接近，使得CART參與能量調(diào)節(jié)提供了可能性?；蚨嚯男匝芯堪l(fā)現(xiàn)肥胖人群CART啟動子的3個SNP位點與血漿LDL-C水平和LDL/HDL相關(guān)，男性CART基因3'端的A1475G突變與腰臀圍比之間存在明顯相關(guān)性［4］。Giudice等［5］揭示CART基因突變可使得人類發(fā)生2型糖尿病的易感性增強。進(jìn)一步對CART基因敲除小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增大，胰腺、十二指腸同源性基因及葡萄糖轉(zhuǎn)運子2免疫活性下降、β-細(xì)胞形態(tài)改變、高糖刺激胰島素分泌功能減弱、葡萄糖耐量減低、基礎(chǔ)胰島素水平較高，但基礎(chǔ)血糖水平無明顯變化，體重明顯增加，提示CART有可能參與胰島素抵抗環(huán)節(jié)，而非直接影響血糖水平［3］。TCF7L2是與2型糖尿病關(guān)系十分密切的基因，該基因缺失與2型糖尿病發(fā)病及胰腺功能損傷密切相關(guān)，Prokunina等［6］通過對34種人類組織以及80種細(xì)胞株分析發(fā)現(xiàn)TCF7L2基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物與CART表達(dá)位置高度一致，并且該轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物表達(dá)僅與CART有關(guān)，與同是葡萄糖激活神經(jīng)元表達(dá)的前阿黑皮素(proopiomelanocorti，POMC)無關(guān)，與葡萄糖抑制神經(jīng)元表達(dá)的神經(jīng)肽Y(neuropeptide，NPY)及刺鼠色蛋白相關(guān)蛋白也無關(guān)。

2.2下丘腦CART與糖尿病早期研究認(rèn)為CART是一種內(nèi)源性厭食肽。在禁食動物、肥胖Zucker大鼠及糖尿病ob/ob小鼠弓狀核CART mRNA表達(dá)下調(diào)，甚至幾乎不表達(dá)［7］，腦室或PVN內(nèi)直接注射CART55-102或CART62-102肽不但可以抑制正常進(jìn)食及饑餓動物的進(jìn)食，也可抑制肥胖Zucker大鼠進(jìn)食及腦室內(nèi)灌注NPY誘導(dǎo)的進(jìn)食反應(yīng)［8-9］，但只影響進(jìn)食量而不影響進(jìn)食次數(shù)［10］。Larsen等［11］也發(fā)現(xiàn)連續(xù)注射CART 7 d可以抑制正常SD及肥胖Zucker大鼠攝食，引起體重下降，當(dāng)停止使用后原有的體重下降可得以恢復(fù)。CART的抑制食欲作用依賴于其空間結(jié)構(gòu)，利用大腸埃希菌構(gòu)制CART重組體，并在腦內(nèi)慢性表達(dá)，發(fā)現(xiàn)空間折疊的CART55-102能明顯減少正常大鼠及飲食誘導(dǎo)肥胖大鼠對能量的攝取，但未折疊片斷沒有抑制食欲的作用［12］。然而，并非所有研究均證實CART具有抑制食欲作用，隨后的體外實驗發(fā)現(xiàn)100 nmol·L-1CART能明顯刺激體外培養(yǎng)的下丘腦組織塊 NPY釋放［13］，而后者具有明顯的促進(jìn)食欲作用。Smith等［14］將裝載有CART基因的腺病毒定位注射于大鼠PVN，使其在核團(tuán)內(nèi)局部過表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是普食喂養(yǎng)還是高脂喂養(yǎng)CART過表達(dá)的大鼠進(jìn)食及體重均較對照組增加，尤其是在注射后d 65及d 79。我們的前期研究也發(fā)現(xiàn)高脂喂養(yǎng)兩周可使得大鼠下丘腦CART mRNA表達(dá)上調(diào)，在DMN或ARC內(nèi)注射0.2 nmol CART可明顯增加空腹或飽食糖尿病大鼠的進(jìn)食量，同時也使得下丘腦促進(jìn)食欲的相關(guān)多肽，如NPY及刺鼠色蛋白相關(guān)蛋白免疫活性增加［15］。CART對進(jìn)食調(diào)節(jié)研究結(jié)果的不一致是否是由于CART神經(jīng)元存在不同類型［16］，或是不同解剖部位受體亞型功能差異，亦或高脂飲食誘導(dǎo)差異性反應(yīng)值得進(jìn)一步研究。

2.3胰腺CART與糖尿病免疫組化證實接近53.7%的羊胰內(nèi)神經(jīng)元存在CART免疫陽性，胰腺外分泌組織、神經(jīng)節(jié)及血管廣泛分布著CART陽性神經(jīng)纖維，在結(jié)締組織分布著中等數(shù)量的CART陽性神經(jīng)纖維，而導(dǎo)管系統(tǒng)及胰島CART免疫陽性神經(jīng)纖維分布稀少，未能發(fā)現(xiàn)CART陽性神經(jīng)纖維深入胰島內(nèi)部［17］。CART陽性神經(jīng)纖維或神經(jīng)元存在不同程度的P物質(zhì)表達(dá)，部分有舒血管腸肽(vasoactive intestinal polypeptide，VIP)表達(dá)，極少量有 NPY表達(dá)，提示CART與其它調(diào)節(jié)肽共存，參與激素及酶分泌及胰腺血供的調(diào)節(jié)［17］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CART除表達(dá)于神經(jīng)細(xì)胞外，在胰島組織中也有表達(dá)，且隨著胚胎發(fā)育，大鼠幾乎所有類型的胰島內(nèi)分泌細(xì)胞(包括α細(xì)胞和β細(xì)胞)及小鼠的α細(xì)胞均表達(dá)CART，并在出生左右達(dá)到高峰［18］，發(fā)育期大鼠β細(xì)胞和成年大鼠δ細(xì)胞亦有CART表達(dá)［19］。在人類，CART同樣也表達(dá)于胰腺神經(jīng)纖維和胰島細(xì)胞瘤，且CART表達(dá)水平與胰島腫瘤分化程度相關(guān)［18］。Wierup等［2］發(fā)現(xiàn)2型糖尿病大鼠模型β細(xì)胞不僅表達(dá)CART，而且cAMP足夠時，CART可調(diào)節(jié)胰島素分泌，使得高糖情況下胰島素分泌增加;當(dāng)cAMP缺乏時，CART對胰島素瘤細(xì)胞無明顯作用，但能在一定程度上抑制離體胰島胰島素、胰高血糖素及生長抑素的分泌。該小組還發(fā)現(xiàn)激素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型CART陽性胰島β細(xì)胞免疫活性較對照組增加10倍，自發(fā)性糖尿病Goto-Kakizaki大鼠CART陽性胰島β細(xì)胞免疫活性較對照組增加30倍［2］。此外，采用基因敲除技術(shù)證實了CART參與葡萄糖誘導(dǎo)胰島素分泌功能及體內(nèi)葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)作用［3］。這些研究結(jié)果顯示CART在維持胰島正常生理功能及2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。

3 CART的作用調(diào)控

3.1CART表達(dá)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控雙標(biāo)免疫組化證實，CART與NPY、前阿片黑素細(xì)胞皮質(zhì)激素(proopiomelanocortin，POMC)、膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)等神經(jīng)遞質(zhì)共存于某些神經(jīng)元或與相應(yīng)的免疫活性神經(jīng)元形成聯(lián)系，提示CART可能與其它神經(jīng)肽形成相互交錯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［20］，其中CART與 NPY 及瘦素關(guān)系最為密切［7，17］。研究發(fā)現(xiàn)，CART在NPY下游目標(biāo)細(xì)胞群表達(dá)明顯，然而CART不但可抑制腦室內(nèi)灌注NPY誘導(dǎo)的進(jìn)食反應(yīng)［8］，CART亦能在離體實驗中明顯刺激下丘腦組織塊NPY釋放［13］。CART與瘦素也具有相互調(diào)節(jié)作用，腦室內(nèi)注射0.5 μg CART后120 min血清瘦素濃度明顯升高［21］。而瘦素受體在弓狀核CART神經(jīng)元存在表達(dá)，采食大鼠持續(xù)灌注瘦素對下丘腦神經(jīng)肽CART mRNA表達(dá)無影響，當(dāng)動物處于絕食狀態(tài)時腦內(nèi)瘦素水平下降，導(dǎo)致弓狀核內(nèi)的CART mRNA表達(dá)下降約25%，此時再向腦內(nèi)灌注瘦素后可明顯抑制CART mRNA表達(dá)的下降。此外，CART對垂體前葉內(nèi)分泌激素調(diào)控舉足輕重，腦室內(nèi)注射CART可明顯增加生長激素、催乳素的釋放，提高外周皮質(zhì)醇水平［21］。

3.2CART受體及其信號通路采用綠色熒光蛋白標(biāo)記CART55-102，在HepG2細(xì)胞株以及下丘腦分離的細(xì)胞中找到了CART特異性結(jié)合位點，在大腦切片中，CART結(jié)合位點主要表達(dá)于下丘腦室旁核區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞胞體［22］。為進(jìn)一步研究CART細(xì)胞內(nèi)信號機(jī)制，研究人員試圖通過檢測CART55-102阻斷或改變現(xiàn)已知配體與受體的結(jié)合找到CART受體，這些受體包括大量的神經(jīng)肽類受體和其它結(jié)合位點，比如表皮生長因子、甲狀腺釋放激素、膽囊收縮素1、γ-氨基丁胺、促腎上腺皮質(zhì)素釋放因子、NPY等，但事與愿違，這些研究結(jié)果提示CART受體是迄今為止尚未得以證實的獨立位點［23］。Yermolaieva等［24］發(fā)現(xiàn) CART55-102可抑制海馬原始神經(jīng)細(xì)胞電壓依賴的鈣離子內(nèi)流信號，這一作用極有可能是通過Gi/Go的G蛋白偶聯(lián)受體，呈劑量及時間依賴性地激活胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracelluar signal related kinase，ERK1，2)活性，增加磷酸化 ERK1、ERK2的水平，然而這一細(xì)胞信號變化并不是在所有細(xì)胞株均得以證實［25］。此外，亦有研究發(fā)現(xiàn)［7］，向腦室內(nèi)注射CART可引起某些包含有內(nèi)源性CART的腦區(qū)c-fos水平升高;在胰腺組織，CART通過cAMP/PKA信號通路使得高糖刺激胰島素分泌增加［2］。分析認(rèn)為，多項研究顯示CART不同片段有著不同生物學(xué)效能，這種效能上的差別可能是由于CART與不同亞型受體結(jié)合，激活不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制所致。

4 展望

近20年的研究初步證實CART與糖尿病密切相關(guān)，盡管如此，仍有許多問題還有待闡明。比如，(1)CART是否直接參與糖尿病的發(fā)病機(jī)制:雖然糖尿病動物模型中樞及胰島細(xì)胞CART表達(dá)存在變化且基因敲出小鼠存在糖耐量異常，但直接注射CART于腦室或局部核團(tuán)并未導(dǎo)致血糖及胰島素水平明顯改變且敲除CART基因亦未能影響基礎(chǔ)血糖水平，CART與胰島素抵抗的因果關(guān)系如何?(2)CART與其它調(diào)節(jié)進(jìn)食及能量代謝相關(guān)肽，如NPY、POMC、神經(jīng)介素U等的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系有待理清［20］。(3)CART在中樞及外周均顯示出多種生物學(xué)活性，然而目前對CART受體的研究較為局限，對其受體亞型及受體后信號通路的認(rèn)識尚無定論，等等?？傊嘘P(guān)CART在糖尿病中的作用亟待深入研究，并有望為糖尿病治療提供新的思路。

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