ZnT8在糖尿病發(fā)病機制中的作用研究進展

郭 偉(綜述),盧勁輝(審校)

ZnT8在糖尿病發(fā)病機制中的作用研究進展

郭 偉(綜述),盧勁輝(審校)

鋅轉(zhuǎn)運體8；糖尿病；發(fā)病機制

眾所周知，無論是1型糖尿病還是2型糖尿病，胰島細胞功能障礙和胰島素分泌不足在其中占有重要地位。而在人體的各個組織中，胰島細胞含鋅量最高。研究發(fā)現(xiàn)胰島中的鋅含量與血糖水平密切相關(guān)，已證實鋅轉(zhuǎn)運體8(Zn Transporter 8，ZnT8)參與胰島β細胞中鋅濃度的調(diào)節(jié)過程，并在胰島素生物合成及囊泡的形成和成熟過程中占有重要地位[1]。因此，ZnT8可能參與糖尿病胰島細胞功能障礙和胰島素分泌不足的病理生理過程。有鑒于此，本文對ZnT8在糖尿病發(fā)病機制方面的作用研究進展做一綜述。

1 ZnT8的結(jié)構(gòu)及功能

ZnT8最早于2004年發(fā)現(xiàn)并克隆，作為鋅轉(zhuǎn)運體家族成員之一，由位于人第8號染色體q24.11的SLC30A8所編碼。該染色體包含8個外顯子，共37 kb，編碼369個氨基酸，包括6個跨膜區(qū)和一個存在于第4、5個跨膜區(qū)之間富含組氨酸的袢組成，并且有較長的羧基末端[1]。小鼠和大鼠ZnT8與人ZnT8同源性分別為80%和76%，在同一家族中ZnT8與ZnT2的同源性最高為53.5%[2]。

Chimienti等[1]發(fā)現(xiàn)ZnT8特異表達于胰腺組織，且主要位于胰島β細胞。最近有研究發(fā)現(xiàn)，在人類脂肪組織、淋巴細胞、甲狀腺濾泡、腎上腺中也可檢測到ZnT8[3-5]。雖然也有脂肪組織中未檢測到ZnT8的報道[6]，但這可能是由于脂肪組織來源種屬的不同，或者是脂肪組織類型的不同所造成的。Egefjord等[7]的研究證實，前炎癥因子可以下調(diào)INS-1細胞系中ZnT8的表達，說明了ZnT8可能通過影響炎癥反應(yīng)進一步參與調(diào)節(jié)胰島β細胞功能。有學者用綠色熒光蛋白標記的ZnT8轉(zhuǎn)染INS-1細胞，發(fā)現(xiàn)ZnT8與胰島素共定位于胰島素的分泌囊泡中[1]。而另有研究證實，它還可能存在于其他亞細胞部位如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，其可能參與胰島細胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，參與胰島素抵抗的發(fā)生[6]。ZnT8第325位氨基酸存在多態(tài)性，可以是色氨酸(W)、精氨酸(R)；在嚙齒類動物中還發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺(Q)的多態(tài)性可影響ZnT8的生物活性[8]。

有學者發(fā)現(xiàn)，過表達ZnT8可以上調(diào)胰島β細胞轉(zhuǎn)運鋅的能力和鋅的攝入，而INS-1細胞在過表達ZnT8及補充鋅的條件下，可以增加鋅的攝入。而在正常情況下，給INS-1細胞提供鋅，其細胞中鋅的含量并不會因此而增加，說明ZnT8在胰島細胞中鋅的轉(zhuǎn)運和調(diào)節(jié)中具有關(guān)鍵的地位[6,9]。因此，單純補鋅對于鋅相關(guān)的β細胞功能障礙和糖尿病意義不大。此外，過表達ZnT8可以通過增加在胰島素分泌通道上的密度，而進一步使β細胞對葡萄糖刺激所介導的胰島素分泌增加[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，在胰島細胞外鋅濃度增加的條件下，進一步過度表達ZnT8對胰島細胞沒有額外的毒性作用，而過表達ZnT8可顯著減少因鋅缺乏所導致的胰島細胞凋亡[7]。還有學者發(fā)現(xiàn)，敲除ZnT8基因的小鼠血漿胰島素水平低下，而原代培養(yǎng)敲除ZnT8基因的胰腺細胞亦出現(xiàn)由葡萄糖刺激所介導的胰島素分泌水平下降，但其并不發(fā)生糖耐量減低[10]。以上實驗說明，ZnT8參與胰島細胞鋅轉(zhuǎn)運的調(diào)節(jié)和胰島素合成、儲存和分泌過程。

此外，在因鋅缺乏所導致的多種細胞凋亡中，通過增強ZnT8的表達可減少炎癥反應(yīng)誘導的細胞凋亡，這一方面提示ZnT8可能存在于除胰島細胞之外的其他細胞中，另一方面提示ZnT8有可能參與對炎癥反應(yīng)和細胞凋亡的調(diào)節(jié)[7]。

2 ZnT8與2型糖尿病

隨著研究范圍的不斷擴展，ZnT8與2型糖尿病的關(guān)系也被不斷地揭示。目前多個研究證實，ZnT8的編碼基因——SLC30A8非同義的SNPrs13226634與2型糖尿病密切相關(guān)[8]。來自歐洲國家的研究發(fā)現(xiàn)，SNPrs132266634與2型糖尿病密切相關(guān)[10]。在對漢族人和日本人的研究中，也發(fā)現(xiàn)其與2型糖尿病有明確的相關(guān)性[10-12]。

眾所周知，2型糖尿病發(fā)病的兩個最主要的病理生理過程是胰島素分泌功能障礙和胰島素抵抗，ZnT8基因多態(tài)性與2型糖尿病的相關(guān)性提示其在2型糖尿病進展過程中可能具有一定的影響。在針對中國人和歐洲人的研究顯示，ZnT8基因多態(tài)性與胰島素分泌功能障礙有關(guān)，通過靜脈注射葡萄糖試驗(IVGTT)，發(fā)現(xiàn)SNPrs132266634患者胰島素分泌有所減少，但對他們進行口服糖耐量試驗(OGTT)并未發(fā)現(xiàn)以上情況[11-13]。而另有學者發(fā)現(xiàn)，男性2型糖尿病患者SNPrs132266634與OGTT后胰島素分泌減少相關(guān)，在女性患者中這一現(xiàn)象消失[14]。有研究通過高葡萄糖鉗夾試驗，觀察到SNPrs132266634與胰島素分泌減少相關(guān)，但此研究的樣本量較小[15]。Cauchi等[16]在4283個具有正常血糖的健康歐洲人群體中發(fā)現(xiàn)，具有SNPrs132266634的個體更傾向于具有基礎(chǔ)胰島素分泌功能障礙。在以西班牙裔美國人和非洲裔美國人為研究對象的研究中，發(fā)現(xiàn)ZnT8基因多態(tài)性與胰島細胞分泌胰島素功能的降低有關(guān)[17]。雖然還有的研究顯示SNPrs132266634可導致胰島素原向胰島素的轉(zhuǎn)變減少，但其具體機制尚不明了[18]。因此，ZnT8并非決定2型糖尿病患者胰島素分泌功能障礙的唯一因素，其他因素也有可能參與高血糖損害胰島素分泌的過程。而在目前，尚缺乏關(guān)于ZnT8基因多態(tài)性與胰島素抵抗方面的研究。

3 ZnT8與1型糖尿病

1型糖尿病的發(fā)病機制是由多個遺傳基因綜合作用，并由T細胞介導的自身免疫反應(yīng)導致胰島β細胞抗原喪失免疫耐受，從而引發(fā)胰島素分泌障礙[19-22]。學者們認為ZnT8抗體是一種1型糖尿病特異性的自身抗體[23]。有研究通過放射性免疫法檢測發(fā)現(xiàn)，大約80%的新發(fā)1型糖尿病患者ZnT8抗體陽性。在與1型糖尿病相關(guān)的其他自身免疫性疾病中，該抗體陽性率為20%；而在2型糖尿病患者中，陽性率只有3%[24-26]。還有研究發(fā)現(xiàn)，ZnT8抗體在谷氨酸脫羧酶抗體(GADA)、胰島素自身抗體(IAA)和胰島細胞抗體(ICA)檢測陰性的1型糖尿病患者中陽性率仍有26%，另在年齡小于兩歲的1型糖尿病幼兒中即可檢測到ZnT8抗體，而其他3個抗體卻不能檢測到，可見ZnT8對于1型糖尿病的敏感性較以上3個抗體更強[23]。在另一項平均9.4歲1型糖尿病患兒長達3～6年的隨訪研究中，進一步發(fā)現(xiàn)ZnT8抗體是有效診斷1型糖尿病的指標之一[24]。有研究報道，ZnT8抗體聯(lián)合GADA、IAA、ICA可以使高加索人群1型糖尿病抗體陽性率增至96%[23,27]。

通過對ZnT8氨基末端和羧基末端肽的檢測分析發(fā)現(xiàn)，70%新診斷的1型糖尿病患者能檢測到羧基末端抗體，10%檢測到氨基末端抗體[23,28]。編碼色氨酸的T標簽在歐洲人群中出現(xiàn)率約25%，在非洲-美洲人群約2%，在亞洲人中為50%。此外，另一存在于ZnT8中的非同義SNP是同一位點多態(tài)性(C-A；Arg或Gln)(SNP16889462)，在歐洲人群中出現(xiàn)率低于1%，在非洲-美洲人群約9%，在亞洲人中為1%～2%[29]。還有研究構(gòu)建了ZnT8分子C端的3個突變體(Arg325、Trp325、Gln325)用于檢測1型糖尿病患者抗體陽性率，發(fā)現(xiàn)其中有30%的患者Arg325抗體陽性，15%的患者Trp325抗體陽性，Gln325并不改變抗原的拓撲構(gòu)象，有30%的患者Gln325抗體陽性。70%的患者至少對其中的一個抗原有反應(yīng)，可見決定Arg325或Trp325的陽性率是編碼的標簽C或T。這一發(fā)現(xiàn)一方面讓人們可以通過限制性多肽或者變異性多肽配體使個體獲得免疫耐受；另一方面也提示在選擇引起自身免疫反應(yīng)的多肽時，要考慮個體的基因型[28]。還有研究認為，ZnT8結(jié)構(gòu)(186-194)位點的變異是決定胰島β細胞自身免疫的關(guān)鍵[30]。在日本人中，ZnT8氨基酸序列325位的變異也是決定胰島細胞功能的關(guān)鍵因素[31]。而在動物實驗發(fā)現(xiàn)，敲除ZnT8氨基酸序列Slc30a8外顯子3，會導致胰島素分泌功能障礙[32]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Slc30a8確與1型糖尿病發(fā)病密切相關(guān)[33]。當然，具體的機制還有待于進一步研究。

4 展望

ZnT8通過何種機制參與糖尿病胰島β細胞功能障礙的發(fā)生、發(fā)展過程仍不明了。有研究認為[29,30]，1型糖尿病和2型糖尿病存在相同的發(fā)病機制，而ZnT8可能是聯(lián)系它們之間的橋梁。此外，ZnT8作為胰島細胞特異性抗原，在調(diào)節(jié)T細胞誘導的免疫耐受時比GAD65更有優(yōu)勢，因為GAD65還表達于腦組織和其他神經(jīng)內(nèi)分泌組織，特異性較差。當然，以上均需要進一步的深入研究。

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