分泌型卷曲相關(guān)蛋白5與肥胖及糖尿病的相關(guān)性研究進(jìn)展

王加峰，張有成

2型糖尿病是一種代謝紊亂性疾病，其主要特點(diǎn)是胰島素抵抗(IR)、胰島素缺乏及高血糖。流行病學(xué)調(diào)查顯示，糖尿病患者和糖尿病前期的年齡標(biāo)準(zhǔn)化患病率分別為9.7%(男性10.6%、女性8.8%)和15.5%(男性16.1%、女性14.9%)[1]。糖尿病的發(fā)生發(fā)展與肥胖、遺傳等因素有關(guān)[2]。最新研究表明肥胖及糖尿病與Wnt信號通路及分泌型卷曲相關(guān)蛋白(SFRP)5有一定關(guān)聯(lián)[2-3]。本文就此作一綜述。

1 Wnt信號通路與糖尿病

1.1 Wnt通路組成及功能 Wnt信號通路由胞外配體Wnt蛋白、跨膜受體Frizzled蛋白(Fz蛋白)及低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(LRP5/6)，胞內(nèi)信號分子β-Catenin、散亂蛋白(Dsh)、結(jié)腸腺瘤樣息肉病蛋白(APC)、糖原合成酶激酶(GSK)-3p、軸蛋白(Axin)及核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子T細(xì)胞因子(TCF)/淋巴細(xì)胞增強(qiáng)因子(LEF)等構(gòu)成[4]。其主要通過依賴Wnt/β-catenin經(jīng)典途徑和非依賴Wnt/β-catenin非經(jīng)典途徑。非經(jīng)典途徑包括Wnt/Ca2+通路、Wnt/c-Jun氨基末端激酶(JNK)通路、Wnt/Ror2通路[5]、Wnt/RYK[6]和Wnt/mTOR[7]等。

1.2 Wnt信號通路在糖尿病中的作用機(jī)制 近年研究發(fā)現(xiàn)Wnt通路與肥胖、胰島素抵抗和2型糖尿病的發(fā)生也密切相關(guān)。肥胖是導(dǎo)致2型糖尿病發(fā)病的主要促進(jìn)因素之一,且Wnt信號通路是脂肪細(xì)胞分化的主要調(diào)節(jié)者。因此Wnt信號通路可通過影響脂肪生成而增加糖尿病發(fā)生的風(fēng)險。有研究顯示W(wǎng)nt/β-catenin信號通路及Wnt5a介導(dǎo)的非經(jīng)典途徑均可通過抑制前脂肪細(xì)胞中PPARγ和C/EBPα，從而抑制脂肪形成及肥胖的發(fā)生[8-9]。但基因研究表明，Wnt5a亦可通過與酪氨酸激酶樣孤兒受體2(ROR2)結(jié)合，拮抗經(jīng)典Wnt信號通路而促進(jìn)脂肪形成[10]。

Wnt信號通路可以調(diào)節(jié)胰島β細(xì)胞的增殖、活化和凋亡影響胰島素的代謝，在糖尿病的發(fā)病機(jī)制和治療中有重要價值。Rulifson等[11]發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)的胰島細(xì)胞或胰島中加入純化的Wnt3a蛋白，可以促進(jìn)cyclin D2和PITX2的表達(dá)，最終引起β細(xì)胞的增殖；體內(nèi)β-catenin的活化可以增加胰島素的分泌和血清水平，加強(qiáng)葡萄糖處理。且非經(jīng)典通路的Wnt5a/Fz2(或Fz5)信號途徑在胰島素陽性細(xì)胞遷移和胰島形成中發(fā)揮作用。最近在STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，以β-catenin為核心的上游基因APC和下游基因c-Myc在胰島再生過程中均出現(xiàn)表達(dá)并上調(diào)，表明Wnt通路在胰島再生調(diào)節(jié)過程中并非促進(jìn)胰島細(xì)胞分化而是維持其增殖狀態(tài)[12]。研究顯示TCF7L2單核苷酸多態(tài)性與2型糖尿病的發(fā)病風(fēng)險增加有關(guān)。TCF7L2基因編碼高遷移率族盒中的一個轉(zhuǎn)錄因子，即T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子-4(TCF-4)。其能與細(xì)胞核內(nèi)β連環(huán)蛋白結(jié)合，通過細(xì)胞表面的Wnt信號傳導(dǎo)通路調(diào)節(jié)與細(xì)胞分裂周期相關(guān)基因的表達(dá)?？赏ㄟ^Wnt信號途徑來維持機(jī)體血漿葡萄糖的穩(wěn)定性。在2型糖尿病患者中TCF7L2蛋白的表達(dá)明顯高于非糖尿病患者[13]。體外實(shí)驗證明敲除TCF7L2后可以抑制人胰島β細(xì)胞分化，引起胰島素分泌減少[14]。Wnt通路可以通過兩種途徑影響腸-胰島素軸：(1)影響胰高糖素樣肽-1(GLP-1)的表達(dá)水平；(2)影響GLP-1對胰島β細(xì)胞的作用。糖尿病患者進(jìn)餐后GLP-1水平升高幅度較正常人有所減小，且胰島細(xì)胞中GLP-1受體的表達(dá)降低[15]。

胰島素的靶細(xì)胞中JNK的活化會引起胰島素受體-1(IRS-1)的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化，導(dǎo)致胰島素信號傳導(dǎo)障礙，進(jìn)而加重胰島素抵抗。由于脂毒性應(yīng)激，JNK1 在肥胖和2型糖尿病中長時間被激活。給予JNK基因敲除大鼠高脂飲食后仍可保持胰島素敏感性，而正常大鼠則表現(xiàn)出胰島素抵抗，該研究證明JNK是肥胖誘導(dǎo)的胰島素抵抗和炎癥所必需的[16]。Ouchi等[3]報道在高脂飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠模型脂肪組織中Wnt5a的表達(dá)增加；脂肪細(xì)胞中Wnt5a激活JNK，通過IRS-1的絲氨酸-307磷酸化，導(dǎo)致胰島素信號傳導(dǎo)障礙，進(jìn)而加重胰島素抵抗。通過JNK靶基因的破壞或者使用藥物干預(yù)，均會抵制肥胖引起的胰島素抵抗。因此JNK1可以作為預(yù)防和治療糖尿病以及肥胖導(dǎo)致的胰島素抵抗的靶點(diǎn)[17]。

2 SFRP5與糖尿病

2.1 SFRP5結(jié)構(gòu) SFRP5是一種新鑒定的抗炎脂肪因子，是SFRP家族中的一員，由SFRP基因編碼。SFRP約有300個氨基酸殘基,包括1個同源的N2末端富含半胱氨酸的區(qū)域(cysteine-rich domain，CRD)和一個C2末端[18]。SFRP CRD結(jié)構(gòu)上與Wnt Frizzled 蛋白的CRD 具有高度同源性,其通過與Fz受體競爭性結(jié)合Wnt蛋白而抑制Wnt信號通路的活動。

2.2 SFRP5在糖尿病中的作用機(jī)制

2.2.1 SFRP5與肥胖 Ouchi等[3]研究表明，在各肥胖動物模型中肥胖引起了Wnt5a水平的升高及SFRP5水平的降低；且與無炎癥跡象的肥胖個體相比，伴有炎癥的肥胖者內(nèi)臟脂肪活檢標(biāo)本中SFRP5的表達(dá)水平降低[19]。在瘦素缺乏的ob/ob小鼠及zucker糖尿病肥胖大鼠中SFRP5的表達(dá)是減少的，這種現(xiàn)象同樣發(fā)生于高脂高糖飼養(yǎng)24周的野生大鼠中。但當(dāng)飼養(yǎng)至12周大鼠炎癥尚不嚴(yán)重時SFRP5的表達(dá)是升高的。與12周相比，24周大鼠體質(zhì)量明顯增加(P<0.01)，表明在肥胖發(fā)生過程中，隨著體內(nèi)脂肪增多，在某一時刻引起了SFRP5表達(dá)的轉(zhuǎn)換；研究進(jìn)一步顯示SFRP5在脂肪分化過程中表達(dá)減少，但在肥胖過程中表達(dá)增加，這表明SFRP5與脂肪細(xì)胞體積有關(guān)[3]。在Lxrβ-/-小鼠的脂肪組織中SFRP5 的表達(dá)減少，與此同時給予高脂飲食亦不會增加其脂肪體積。說明SFRP5是脂肪肥大過程所必需的，但不是脂肪增生所需要的。關(guān)于SFRP5與肥胖的關(guān)系，目前尚存有爭議。一些研究表明，在肥胖患者的脂肪組織中SFRP5 mRNA和蛋白表達(dá)水平減少[3]，但在肥胖大鼠的脂肪組織中SFRP5 mRNA表達(dá)水平增加[20-21]。另一項研究顯示，肥胖患者與正常人SFRP5的蛋白表達(dá)水平間無明顯差別[22]。Lagathu等[20]在嚙齒類動物的研究證明，禁食再給予喂食后，脂肪組織SFRP5的mRNA表達(dá)水平有升高的趨勢。因此SFRP5與脂肪細(xì)胞分化和肥胖有一定相關(guān)，但其具體機(jī)制仍不明確。

2.2.2 SFRP5與胰島素抵抗 肥胖動物模型的脂肪組織中有大量的巨噬細(xì)胞浸潤。Wnt5a是一個主要來源于巨噬細(xì)胞的效應(yīng)分子，通過自分泌或旁分泌發(fā)揮作用，并可刺激巨噬細(xì)胞釋放其他炎性因子如IL-8、IL-10等介導(dǎo)局部或全身炎性反應(yīng)。Wnt5a可以被SFRP5拮抗，但在肥胖的嚙齒動物脂肪組織中Wnt5a表達(dá)上調(diào)，SFRP5表達(dá)降低[3]。SFRP5缺乏引起的代謝紊亂加重，與脂肪組織中前炎性因子(如TNF、IL-6)的表達(dá)增加和巨噬細(xì)胞的不斷累積有關(guān)。重要的是，SFRP5敲除的大鼠給予高能量飲食后，脂肪組織中非經(jīng)典Wnt信號通路的下游靶基因JNK-1被激活；當(dāng)給予正常飲食后糖耐量雖然正常，但其胰島素敏感性已經(jīng)出現(xiàn)損害[3]。一系列的體外研究表明，脂肪組織SFRP5的過度表達(dá)會抑制Wnt5a所引起的JNK-1的磷酸化，同樣阻止了Wnt5a誘導(dǎo)的JNK-1的活化及前炎性因子在巨噬細(xì)胞中的產(chǎn)生。此外，在SFRP5缺陷的大鼠中刪除JNK-1可以修復(fù)受損的胰島素敏感性，亦可加重脂肪組織的炎癥。因此，SFRP5缺乏可以通過激活脂肪組織中的JNK-1加重肥胖引起的脂肪炎癥以及代謝紊亂，這與之前對JNK-1在胰島素抵抗和炎癥的研究一致。Lv等[23]研究發(fā)現(xiàn)，分化成熟的脂肪細(xì)胞分別行地塞米松、胰島素、TNF-α干預(yù)后，其SFRP5表達(dá)和分泌水平較前均有不同程度的下降，而予以羅格列酮和二甲雙胍等胰島素增敏劑干預(yù)后，SFRP5的表達(dá)和分泌水平上升，表明SFRP5的表達(dá)和分泌可能與胰島素抵抗相關(guān)。綜上所述，SFRP5和Wnt5a之間的平衡可以調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞和脂肪組織巨噬細(xì)胞中JNK1的活性，進(jìn)而調(diào)節(jié)炎癥和代謝功能。因此，在肥胖相關(guān)的葡萄糖穩(wěn)態(tài)異常的治療中，脂肪組織中的SFRP5是一個潛在的控制目標(biāo)。但其具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

部分研究顯示，在2型糖尿病患者中血清SFRP5水平顯著升高，且與空腹血糖成正相關(guān)[24-25]，Wnt5a水平與2型糖尿病無明顯關(guān)聯(lián)。Lu等[24]研究顯示，與不服用口服降糖藥物患者相比，口服二甲雙胍和羅格列酮的患者血清SFRP5水平升高，與此同時，Wnt5a和胰島素抵抗指數(shù)(HMOA-IR)均降低。Flehmig等[25]研究顯示在飲食/運(yùn)動相關(guān)的體質(zhì)量減輕和肥胖外科手術(shù)后導(dǎo)致的體質(zhì)量顯著減少的2型糖尿病患者中，血漿中SFRP5并沒有顯著改變。但是Schulte等[22]研究則表明，控制飲食熱量后體質(zhì)量減輕的同時，SFRP5水平增加。另有一些研究表明，在2型糖尿病與糖耐量異常的患者血漿中SFRP5的水平低于正常組，肥胖患者血漿SFRP5水平低于非肥胖者，且SFRP5與apn水平成正相關(guān)，與HMOA-IR、空腹血糖成負(fù)相關(guān)[26-28]。且伴有肥胖的2型糖尿病患者降低最為顯著，提示肥胖和糖代謝紊亂對血清SFRP5有累加效應(yīng)。糖耐量異常的早期階段SFRP5水平已經(jīng)降低，這預(yù)示著SFRP5是2型糖尿病中代謝異常以及IR的一個相關(guān)因素。在正常人和胰島素敏感的人中，口服葡萄糖可以對SFRP5起到一個快速且明顯的抑制作用[28]。故SFRP5與糖尿病有關(guān)，但其與糖尿病的具體關(guān)系尚不明確。隨著肥胖和糖尿病的發(fā)生、發(fā)展，SFRP5水平是一直呈上升趨勢還是在某個臨界點(diǎn)由上升轉(zhuǎn)為下降進(jìn)而影響機(jī)體代謝，需要進(jìn)一步研究明確。

3 展望

SFRP5在脂肪組織中高度表達(dá)，且與肥胖有關(guān)。目前其與肥胖相關(guān)性代謝疾病如糖尿病的關(guān)系尚不明確。在糖尿病的發(fā)生發(fā)展過程中，SFRP5是作為糖尿病的一種發(fā)病標(biāo)志，還是影響著糖尿病的進(jìn)程，仍需進(jìn)一步研究。且糖尿病發(fā)展過程中，骨骼肌與肝臟對血糖代謝也起著重要作用。最新研究表明，SFRP5的表達(dá)下降可以促進(jìn)胰島β細(xì)胞的分化[29]； SFRP5不會對骨骼肌細(xì)胞的胰島素信號通路產(chǎn)生影響[30]。但尚未有SFRP5在肝臟表達(dá)情況的研究。因此，SFRP5對肥胖及2型糖尿病的發(fā)病起著一定作用，進(jìn)一步研究SFRP5的生物學(xué)功能，可作為新的切入點(diǎn)為今后對肥胖、糖尿病及其相關(guān)疾病的治療提供新思路。

1 Yang W,Lu J,Weng J,et al.Prevalence of diabetes among men and women in China[J].New England Journal of Medicine,2010,362(12):1090-1101.

2 Helgason A,Pálsson S,Thorleifsson G,et al.Refining the impact of TCF7L2 gene variants on type 2 diabetes and adaptive evolution[J].Nature Genetics,2007,39(2):218-225.

3 Ouchi N,Higuchi A,Ohashi K,et al.SFRP5 is an anti-inflammatory adipokine that modulates metabolic dysfunction in obesity[J].Science,2010,329(5990):454-457.

4 Schinner S.Wnt-signalling and the metabolic syndrome[J].Hormone and Metabolic Research,2009,41(2):159-163.

5 Minami Y,Oishi I,Endo M,et al.Ror-family receptor tyrosine kinases in noncanonical Wnt signaling:their implications in developmental morphogenesis and human diseases[J].Developmental Dynamics,2010,239(1):1-15.

6 Andre P,Wang Q,Wang N,et al.The Wnt coreceptor Ryk regulates Wnt/planar cell polarity by modulating the degradation of the core planar cell polarity component Vangl2[J].Journal of Biological Chemistry,2012,287(53):44518-44525.

7 Pandurangan AK.Potential targets for prevention of colorectal cancer:a focus on PI3K/Akt/mTOR and Wnt pathways[J].Asian Pac J Cancer Prev,2013,14(4):2201-2205.

8 Tang QQ,Lane MD.Adipogenesis:from stem cell to adipocyte[J].Annual Review of Biochemistry,2012,81:715-736.

9 Takada I,Mihara M,Suzawa M,et al.A histone lysine methyltransferase activated by non-canonical Wnt signalling suppresses PPAR-γ transactivation[J].Nature Cell Biology,2007,9(11):1273-1285.

10 Mikels AJ,Nusse R.Purified Wnt5a protein activates or inhibits beta-catenin-TCF signaling depending on receptor context[J].PLoS Biol,2006,4(4):e115.

11 Rulifson IC,Karnik SK,Heiser PW,et al.Wnt signaling regulates pancreatic β cell proliferation[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2007,104(15):6247-6252.

12 楊開明,胡曉松,羊惠君,等.糖尿病大鼠胰腺 Wnt/β-catenin 信號通路的變化及其調(diào)節(jié)胰島干細(xì)胞分化與增生的意義[J].中國糖尿病雜志,2011,19(2):149-151.

13 Lee SH,Demeterco C,Geron I,et al.Islet specific Wnt activation in human type Ⅱ diabetes[J].Exp Diabetes Res,2008,2008:728763.

14 Shu L,Sauter NS,Schulthess FT,et al.Transcription factor 7-like 2 regulates β-cell survival and function in human pancreatic islets[J].Diabetes,2008,57(3):645-653.

15 Liu Z,Habener JF.Glucagon-like peptide-1 activation of TCF7L2-dependent Wnt signaling enhances pancreatic beta cell proliferation[J].Journal of Biological Chemistry,2008,283(13):8723-8735.

16 Han MS,Jung DY,Morel C,et al.JNK expression by macrophages promotes obesity-induced insulin resistance and inflammation[J].Science,2013,339(6116):218-222.

17 Solinas G,Vilcu C,Neels JG,et al.JNK1 in hematopoietically derived cells contributes to diet-induced inflammation and insulin resistance without affecting obesity[J].Cell Metabolism,2007,6(5):386-397.

18 Kawano Y,Kypta R.Secreted antagonists of the Wnt signalling pathway[J].Journal of Cell Science,2003,116(13):2627-2634.

19 Bird L.Inflammation:The fat controller[J].Nature Reviews Immunology,2010,10(8):540-541.

20 Lagathu C,Christodoulides C,Virtue S,et al.Dact1,a nutritionally regulated preadipocyte gene,controls adipogenesis by coordinating the Wnt/β-catenin signaling network[J].Diabetes,2009,58(3):609-619.

21 Koza RA,Nikonova L,Hogan J,et al.Changes in gene expression foreshadow diet-induced obesity in genetically identical mice[J].PLoS Genetics,2006,2(5):e81.

22 Schulte DM,Müller N,Neumann K,et al.Pro-inflammatory Wnt5a and anti-inflammatory SFRP5 are differentially regulated by nutritional factors in obese human subjects[J].PloS One,2012,7(2):e32437.

23 Lv C,Jiang Y,Wang H,et al.SFRP5 expression and secretion in adipocytes are up-regulated during differentiation and are negatively correlated with insulin resistance[J].Cell Biology International,2012,36(9):851-855.

24 Lu YC,Wang CP,Hsu CC,et al.Circulating secreted frizzled-related protein 5(SFRP5) and wingless-type MMTV integration site family member 5a(Wnt5a) levels in patients with type 2 diabetes mellitus[J].Diabetes Metabolism Research and Reviews,2013,29(7):551-556.

25 Flehmig G,Fasshauer M,Kl?ting N,et al.SFRP5 serum concentration is associated with measures of glucose homeostasis and insulin sensitivity in human obesity[J].Diabetologie und Stoffwechsel,2012,7(S1):S35.

26 尹經(jīng)霞,楊剛毅,張利莉,等.不同糖耐量人群血漿分泌型卷曲相關(guān)蛋白 5 水平與胰島素抵抗的相關(guān)性研究[J].中國糖尿病雜志,2013,21(4):289-292.

27 Hu Z,Deng H,Qu H.Plasma SFRP5 levels are decreased in Chinese subjects with obesity and type 2 diabetes and negatively correlated with parameters of insulin resistance[J].Diabetes Research and Clinical Practice,2013,99(3):391-395.

28 Hu W,Li L,Yang M,et al.Circulating SFRP5 is a signature of obesity-related metabolic disorders and is regulated by glucose and liraglutide in humans[J].The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism,2012,98(1):290-298.

29 Rebuffat SA,Oliveira JM,Altirriba J,et al.Downregulation of SFRP5 promotes beta cell proliferation during obesity in the rat[J].Diabetologia,2013,56(11):2446-2455.

30 Carstensen M,Wiza C,R?hrig K,et al.Effect of SFRP5 on cytokine release and insulin action in primary human adipocytes and skeletal muscle cells[J].PloS One,2014,9(1):e85906.