神經(jīng)系統(tǒng)胰島素相關(guān)的G蛋白耦聯(lián)受體40研究進(jìn)展

張洪偉，閆 華(綜述)，李 宏(審校)

(1.天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院神經(jīng)外科，天津300211;2.天津市環(huán)湖醫(yī)院神經(jīng)外科，天津300070)

G蛋白耦聯(lián)受體40(G protein-coupled receptor，GPR40)是GPR家族成員之一，是中長(zhǎng)鏈脂肪酸的特異性受體。GPR40在被激活后可以刺激胰島β細(xì)胞分泌胰島素，從而調(diào)節(jié)糖代謝。同時(shí)，其激動(dòng)劑二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)還對(duì)缺血性腦損傷有保護(hù)性作用。除胰島β細(xì)胞外，腦組織內(nèi)的錐體神經(jīng)元也可以合成胰島素。胰島素不僅可以降低血糖，還對(duì)缺血性腦損傷有保護(hù)性作用。GPR40發(fā)揮腦保護(hù)作用很可能與中樞神經(jīng)內(nèi)的胰島素密切相關(guān)。

1 GPR40的分布特征

GPR40在肝臟、心臟、骨骼肌、胰腺和腦等組織中都有表達(dá)。在胰腺中表達(dá)水平最高，而且在胰島中的表達(dá)濃度是整個(gè)胰腺表達(dá)濃度的 17倍［1］。Briscoe等［2］的研究顯示，GPR40在靈長(zhǎng)類動(dòng)物腦中也有表達(dá)，但在嚙齒類動(dòng)物的大腦中并未發(fā)現(xiàn)GPR40。Ma等［3-4］對(duì)成年猴腦和脊髓進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在大腦皮質(zhì)、海馬、杏仁核、下丘腦、小腦和脊髓的多種神經(jīng)元中都存在GPR40，主要位于這些神經(jīng)元的核與核周體。另外，在大腦白質(zhì)中的星形神經(jīng)細(xì)胞、大腦皮質(zhì)的分子層和多形層、側(cè)腦室后角的腦室下區(qū)等均發(fā)現(xiàn)了GPR40的免疫反應(yīng);他們用雙重染色法還發(fā)現(xiàn)海馬齒狀回的顆粒層下區(qū)中，由巢蛋白標(biāo)記的神經(jīng)前體細(xì)胞和由CD31標(biāo)記的內(nèi)皮細(xì)胞均有GPR40表達(dá)。早在2003年Briscoe等［2］就用定量反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了人腦組織中普遍表達(dá)GPR40，尤其是黑質(zhì)和延髓表達(dá)水平最高。

2 GPR40的生物學(xué)功能

近年來研究認(rèn)為GPR40是中長(zhǎng)鏈脂肪酸的特異性受體［5］。GPR40對(duì)短鏈脂肪酸不敏感，而對(duì)中長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸敏感，特別是十二碳至十六碳的飽和脂肪酸和十八碳至二十二碳的不飽和脂肪酸對(duì)GPR40的刺激活性很明顯［6］。Shapiro等［7］在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，脂肪酸對(duì)GPR40陽性細(xì)胞的作用在白蛋白濃度增高時(shí)受到抑制?？梢酝茢啵珿PR40陽性細(xì)胞是被非酯化脂肪酸激活的。研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸對(duì)GPR40的作用還與其濃度有關(guān)。Briscoe等［2］的研究結(jié)果表明，生理濃度脂肪酸具有最佳刺激作用。Kim等［8］在中樞神經(jīng)中的GPR40研究中發(fā)現(xiàn)DHA在神經(jīng)生存和分化中起重要作用，而海馬與認(rèn)知功能關(guān)系密切［9-12］，這種作用很可能是DHA提高了海馬內(nèi)GPR40表達(dá)造成的。

3 GPR40的生物學(xué)效應(yīng)

3.1 調(diào)節(jié)胰島素分泌 體外培養(yǎng)分析表明，脂肪酸刺激第6小鼠胰腺細(xì)胞系(mouse insulinoma cell line 6，MIN6)細(xì)胞分泌胰島素。Doshi等［13］給小鼠服用GPR40受體激動(dòng)劑，使小鼠體內(nèi)葡萄糖刺激性胰島素分泌增多。胰島素抵抗是糖代謝紊亂中的一個(gè)難題，研究發(fā)現(xiàn)GPR40受體激動(dòng)劑可以改善胰島素抵抗小鼠對(duì)血糖的耐受能力［14］。Itoh等［15］發(fā)現(xiàn)經(jīng)過小分子干擾RNA的處理，MIN6細(xì)胞上GPR40 mRNA的表達(dá)減少，應(yīng)用中長(zhǎng)鏈脂肪酸不能再刺激MIN6細(xì)胞分泌胰島素。Latour等［16］對(duì)剔除GPR40基因的小鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，脂肪酸刺激后的胰島素分泌較對(duì)照組減少約50%。Alquier等［17］進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)剔除GPR40后，給予脂肪酸、葡萄糖和精氨酸刺激，胰島素釋放明顯減少。因此，不難得出GPR40參與脂肪酸增強(qiáng)葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌的結(jié)論。Feng等［6］發(fā)現(xiàn)脂肪酸激活GPR40陽性細(xì)胞后，磷脂酶C和L型鈣離子通道開放，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，而鈣離子升高是細(xì)胞分泌胰島素的關(guān)鍵。Gilon等［18］發(fā)現(xiàn)把MIN6細(xì)胞置于缺乏鈣離子的介質(zhì)中，非酯化脂肪酸不能刺激MIN6細(xì)胞分泌胰島素;鈣離子通道阻滯劑硝苯地平能夠抑制用非酯化脂肪酸處理的MIN6細(xì)胞的葡萄糖刺激的胰島素釋放，均提示鈣離子內(nèi)流是非酯化脂肪酸增強(qiáng)葡萄糖刺激的胰島素釋放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另外，GPR40被激活以后，細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷和蛋白激酶A活性增加，減少細(xì)胞的電壓門控鉀離子通道電流，促進(jìn)細(xì)胞分泌胰島素。但是，在正?；A(chǔ)血糖的條件下脂肪酸并沒有明顯作用，而在可以刺激胰島素分泌的血糖濃度時(shí)效果明顯，可見非酯化脂肪酸是葡萄糖刺激細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增高的增強(qiáng)劑。Del Guerra等［19］發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者的胰島中GPR40表達(dá)較少。值得注意的是，長(zhǎng)期應(yīng)用脂肪酸可增加其對(duì)胰島β細(xì)胞的脂毒性作用，較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)應(yīng)用可使胰島細(xì)胞過度分泌造成低血糖或胰島功能衰竭［20］。在GPR40－/－小鼠中，非酯化脂肪酸對(duì)胰島β細(xì)胞的脂毒性則并不發(fā)生［21］，且長(zhǎng)期高脂飲食發(fā)生胰島素抵抗事件也較 GPR40陽性組少［22］。

3.2 GPR40對(duì)中樞神經(jīng)的作用 Kawakita等［23］發(fā)現(xiàn)DHA作為GPR40的高親和性配體，有促進(jìn)成熟神經(jīng)生成的作用和抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡的作用。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)除了外源性DHA外，星形細(xì)胞可以合成DHA，且已達(dá)成對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)性作用［24］。在猴腦的海馬齒狀回的血管內(nèi)皮細(xì)胞和星形細(xì)胞上都被證實(shí)有GPR40蛋白，血管內(nèi)皮細(xì)胞再釋放信號(hào)因子到母細(xì)胞，促使神經(jīng)元母細(xì)胞自我更新和分化為神經(jīng)元［25］。GPR40可以促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)元的表面標(biāo)志物［26］。大鼠神經(jīng)干細(xì)胞神經(jīng)轉(zhuǎn)染GPR40基因后可以在DHA作用下更快分化［27］。GPR40蛋白水平在缺血后2周內(nèi)不斷升高，第15天達(dá)到高峰，經(jīng)過光密度定量分析，GPR40增多差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［28］。成熟細(xì)胞標(biāo)志物神經(jīng)元核蛋白陽性的GPR40明顯增多，未成熟神經(jīng)細(xì)胞標(biāo)志物唾液酸神經(jīng)細(xì)胞黏附分子陽性的GPR40細(xì)胞在缺血后增加了1.5倍［4］。猴腦在缺血后2周內(nèi)GPR40表達(dá)增多，這正與成熟神經(jīng)生成的時(shí)間點(diǎn)吻合［29］。另外，GPR40在DHA作用下可以對(duì)缺血性腦損傷的猴子記憶能力有恢復(fù)作用［4，30］，可以推斷GPR40與成熟神經(jīng)生成和修復(fù)密切相關(guān)。目前，對(duì)神經(jīng)病理性疼痛治療藥物的研究主要集中在鎮(zhèn)痛藥、鈉拮抗藥、緩激肽阻斷藥、5-羥色胺受體阻斷藥、生長(zhǎng)因子抑制藥、谷氨酸抑制藥、腺苷抑制藥等［31-32］。但研究發(fā)現(xiàn)GPR40可以調(diào)節(jié)疼痛反應(yīng)［33］，證實(shí)GPR40與神經(jīng)功能關(guān)系密切。進(jìn)展型腦卒中后，胰島素抵抗發(fā)生，血糖升高［34］，而GPR40可以使胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)的血糖下降，使得通過干預(yù)GPR40治療顱腦創(chuàng)傷成為可能。此外，糖尿病是阿爾茨海默病及血管性癡呆的高危因素［35-37］。癡呆與海馬代謝有著密切聯(lián)系，而GPR40同樣存在于海馬，GPR40可能在預(yù)防或治療癡呆方面發(fā)揮一定作用。

4 小結(jié)

GPR40可以刺激胰島 β細(xì)胞分泌胰島素，在DHA的作用下可以促進(jìn)成熟神經(jīng)生成和抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，保護(hù)神經(jīng)以減輕損傷。除此之外，GPR40還有調(diào)節(jié)疼痛的作用，從另一角度證實(shí)GPR40與神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)系。胰島素同樣具有神經(jīng)保護(hù)作用，腦組織內(nèi)廣泛存在GPR40和胰島素受體，且部分神經(jīng)細(xì)胞還可以分泌胰島素。胰島素和GPR40在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)很有可能存在密切聯(lián)系，有待于進(jìn)一步研究。

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