GLUT4調(diào)節(jié)ZAG改善胰島素抵抗的研究

邱貴娟　張韶君

[摘要] 胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰島素的靶細(xì)胞或者組織對生理濃度的胰島素反應(yīng)或者敏感性降低的一種病理狀態(tài)，其中這些靶組織包括骨骼肌、脂肪組織、肝臟等，是引起代謝紊亂如代謝綜合征、肥胖、高血壓、高血脂、高尿酸血癥以及糖尿病的重要因素。最近發(fā)現(xiàn)鋅α2糖蛋白（zinc-α2-glycoprotein，ZAG）——一種新型脂肪因子具有改善胰島素抵抗的作用。而葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4（Glucose transporter 4，GLUT4）是改善胰島素抵抗的公認(rèn)物質(zhì)之一，GLUT4表達(dá)途徑在ZAG改善胰島素抵抗中作用的研究有助于胰島素抵抗機(jī)制的探索，并且為胰島素抵抗相關(guān)疾病提供靶向治療的依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 胰島素抵抗；脂肪因子；鋅α2糖蛋白；葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4

[中圖分類號] R587.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-9701（2017）12-0165-04

[Abstract] Insulin resistance（IR） refers to a pathological state that the response or sensitivity of insulin target cells or tissues to the physiological concentration of insulin reduced. And these target tissues include skeletal muscle， adipose tissue， liver， etc.， and are important factors that cause metabolic disorders such as metabolic syndrome， obesity， high blood pressure， hyperlipidemia， hyperuricemia and diabetes. Recently， zinc α2-glycoprotein（ZAG）， a novel adipokine， has been found to have an effect of improving insulin resistance. Glucose transporter 4（GLUT4） is one of the most important substances in the improvement of insulin resistance. The study of the role of GLUT4 expression pathway in ZAG improving insulin resistance contributes to the exploration of insulin resistance mechanism and provides the basis of targeted treatment for insulin resistance related diseases.

[Key words] Insulin resistance； Adipokines； Zinc α2 glycoprotein； Glucose transporter 4

糖尿病是世界性公共衛(wèi)生問題，胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是糖尿病的中心環(huán)節(jié)，是研究和治療糖尿病的重點(diǎn)。IR是指外周組織及靶器官對內(nèi)源性和（或）外源性胰島素敏感性和反應(yīng)性降低的一種代謝病理機(jī)制，而胰島素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是胰島素抵抗重要分子機(jī)制，尤其是信號通路中GLUT4從細(xì)胞內(nèi)囊泡中轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜，使細(xì)胞膜外的葡萄糖轉(zhuǎn)移入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而增加葡萄糖的快速吸收，從而降低血漿葡萄糖濃度，最終增加胰島素敏感性[1]。到目前為止僅Ceperuelo-Mallafré V等[2]發(fā)現(xiàn)GLUT4表達(dá)水平的升高可以調(diào)節(jié)ZAG改善胰島素抵抗過程，這有助于深刻認(rèn)識胰島素抵抗的分子機(jī)制，并且為其靶向治療提供依據(jù)。

1 GLUT4與IR

1.1 IR

胰島素靶結(jié)合相應(yīng)靶細(xì)胞膜上的受體，進(jìn)一步活化下游的蛋白質(zhì)從而發(fā)揮其生理效應(yīng)，PI3K（phosphatidyl inositol-3 kinase）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要調(diào)節(jié)葡萄糖的攝取、改善胰島素抵抗[3]。胰島素與細(xì)胞表面的胰島素受體相結(jié)合，激活酪氨酸激酶，胰島素受體底物蛋白（insulin receptor substrate，IRS）酪氨酸被磷酸化，從而激活PI3K，PI3K與二磷酸肌醇（phosphatidyl inosital biphosphate，PIP2）作用使PIP2轉(zhuǎn)化成為三磷酸肌醇（phosphatidyl inositol triphosphate，PIP3），PIP3水平的升高激活含有絲氨酸/蘇氨酸激酶PDK1和雷帕霉素靶蛋白，進(jìn)而激活蛋白激酶AKT[4]。胰島素信號通路的正常運(yùn)行是保證胰島素發(fā)揮作用的保障，其過程任何環(huán)節(jié)異常均可導(dǎo)致胰島素作用失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致胰島素抵抗。

1.2 GLUT4

GLUT4首次作為葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體是由詹姆斯等于1980年代末發(fā)現(xiàn)的[5]，GLUT4是14個(gè)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族其中一員，GLUT4大多存在于骨骼肌、脂肪組織、心臟中，是一種調(diào)節(jié)胰島素發(fā)揮降低血糖作用的膜蛋白，由SLC2A4 基因編碼。GLUT4與其他糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的不同主要是其分布受胰島素控制[6]，在未受刺激的肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞中，GLUT4大多在細(xì)胞漿中的囊泡內(nèi)；在胰島素的刺激下，胰島素受體被激活，細(xì)胞內(nèi)上述信號通路中蛋白質(zhì)發(fā)生磷酸化，GLUT4從原來的細(xì)胞囊泡內(nèi)轉(zhuǎn)位到發(fā)揮調(diào)節(jié)血糖水平的細(xì)胞膜，通過其朝外的葡萄糖結(jié)合受體與葡萄糖配體相結(jié)合，GLUT4發(fā)生構(gòu)象的變化，從而降低血液葡萄糖濃度，進(jìn)而增加葡萄糖的快速吸收，最終增加胰島素敏感性，因此，任何導(dǎo)致GLUT4的下調(diào)或其功能損害均可導(dǎo)致胰島素抵抗[1]。肥胖小鼠和肥胖女性發(fā)展為胰島素抵抗均伴隨GLUT4的mRNA和蛋白質(zhì)的減少[7，8]。轉(zhuǎn)基因小鼠的脂肪中[9]發(fā)現(xiàn)GLUT4過表達(dá)可以提高體內(nèi)葡萄糖耐量和胰島素敏感性。有研究[10]發(fā)現(xiàn)胰島素抵抗大鼠伴骨骼肌GLUT4 mRNA的減少。在調(diào)節(jié)機(jī)體血糖穩(wěn)態(tài)的過程中GLUT4起至關(guān)重要的作用，GLUT4蛋白與mRNA相對表達(dá)水平在2型糖尿病患者的脂肪內(nèi)顯著降低[11]。在小鼠模型中 GLUT4 蛋白表達(dá)水平的降低促使小鼠發(fā)生胰島素抵抗與糖尿病[12]。脂肪與肌肉組織中GLUT4表達(dá)增加能夠改善小鼠血糖的控制與糖耐量減低[13，14]。3T3-L1脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)抵抗后發(fā)現(xiàn)GLUT4的mRNA和蛋白表達(dá)均顯著降低[15]。

2 ZAG與IR、GLUT4

2.1 ZAG簡介

ZAG是1961年Burgi W等[16]在血清中分離得到的，是一種從屬于主要組織相容性抗原家族（Major histocompatibility antigensⅠfamily Ⅰ，MHC-Ⅰ）的可溶性糖蛋白，其大小為41-KD，其得名因其能被鋅鹽所沉淀，并且電泳遷移率和血漿α2球蛋白相似。目前發(fā)現(xiàn)ZAG有許多生物功能，癌癥誘導(dǎo)惡病質(zhì)的動物模型研究[17]表明ZAG過表達(dá)可以減少小鼠腫瘤脂肪含量。ZAG在肥胖受試者的脂肪組織中表達(dá)是下降的[18]，這有助于控制體重和促進(jìn)脂解作用[19]。在無蛋白尿的糖尿病患者其ZAG水平是升高的，提示ZAG可能作為早期的糖尿病腎病生物指標(biāo)[20]。ZAG可以抑制正?；蛘吆谏啬[瘤細(xì)胞中黑色素的產(chǎn)生[21]。最新研究發(fā)現(xiàn)吸煙者血漿中ZAG水平比不吸煙者中高[22]。

2.2 ZAG與IR

給予ob/ob小鼠2型糖尿病模型靜脈推注ZAG（50 μg/d）5 d發(fā)現(xiàn)肌肉和棕色脂肪中葡萄糖水平、甘油三酯和非酯化脂肪酸分別下降了17%、25%和62%，胰島素增加了4倍，并且通過葡萄糖耐量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)血糖曲線下的面積降低了53%，提示降低了胰島素的需求量[23]。絕經(jīng)后肥胖婦女分別通過6個(gè)月的單純減肥和有氧運(yùn)動+減肥后發(fā)現(xiàn)[25]臀部ZAG與體重、脂肪含量、內(nèi)臟脂肪、基礎(chǔ)代謝率和空腹胰島素呈反比。成年生長激素缺乏癥與肥胖、胰島素抵抗相關(guān)[24-26]，有研究[27]發(fā)現(xiàn)成年生長激素缺乏患者脂肪組織中ZAG表達(dá)明顯下降，并且肥胖導(dǎo)致的生長激素缺乏與ZAG mRNA減少了80%相關(guān)，在肥胖者的脂肪組織、脂肪細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)生長激素可以使ZAG mRNA表達(dá)增加。在兒童中發(fā)現(xiàn)ZAG在肥胖或者超重者中比正常體重者中血清水平明顯降低，并且其增加與HOMA-IR指數(shù)平行，血清ZAG與BMI、空腹胰島素呈反比，提示血清ZAG與胰島素抵抗呈反比[28]。在99例多囊卵巢綜合征患者與100例健康者中，應(yīng)用正常血糖-高血胰島素鉗夾技術(shù)檢測其胰島素的敏感性，用M值表示其大小，最終證實(shí)多囊卵巢綜合征患者的循環(huán)ZAG水平和M值比健康對照組患者明顯降低，提示ZAG可能減輕多囊卵巢綜合征患者的胰島素抵抗[29]。

2.3 ZAG與GLUT4

在脂肪組織和骨骼肌中胰島素刺激的葡萄糖攝取主要涉及GLUT4從細(xì)胞膜內(nèi)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜表面，此過程主要由AKT/AS160信號通路激活介導(dǎo)[30]。而ZAG改善胰島素抵抗的機(jī)制尚不明確，并且其是否通過GLUT4途徑改善胰島素抵抗尚不確定，最近只有很少研究證明ZAG是否通過調(diào)節(jié)GLUT4調(diào)節(jié)改善胰島素抵抗過程。每天給予雄性大鼠靜脈注射ZAG （50 mg/100 g體重），連續(xù)10 d，發(fā)現(xiàn)大鼠體重明顯下降，體質(zhì)成分分析發(fā)現(xiàn)為脂肪組織的下降，血糖和血脂減少36%～37%，且在脂肪組織和骨骼肌中GLUT4蛋白表現(xiàn)為增加[31]。Russell ST等[32]研究結(jié)果提示人類脂肪細(xì)胞ZAG基因使脂聯(lián)素、胰島素受體底物、GLUT4的mRNA表達(dá)顯著減少。Ceperuelo-Mallafré V等[2]研究發(fā)現(xiàn)ZAG可能通過提高GLUT4基因表達(dá)促進(jìn)基礎(chǔ)血糖攝取。目前關(guān)于ZAG是否通過GLUT4調(diào)節(jié)胰島素抵抗的研究甚少，其中機(jī)制也不是很清楚，這需要進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)探索其中的關(guān)系。

3展望

目前胰島素抵抗已成為多種影響生活質(zhì)量疾病的共同發(fā)病機(jī)制，因此明確其機(jī)制至關(guān)重要。而最近研究證明ZAG可能與胰島素抵抗有著不可分割的關(guān)系，但其機(jī)制尚不明確，因此需要大量實(shí)驗(yàn)明確ZAG在胰島素抵抗發(fā)生中的作用及作用機(jī)制，將ZAG作為一種新的干預(yù)手段提供理論依據(jù)，并且找到可能的改善胰島素抵抗的新靶點(diǎn)，以有效預(yù)防胰島素抵抗的發(fā)生。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Zhou T，Meng X，Che H，et al. Regulation of Insulin Resistance by Multiple MiRNAs via Targeting the GLUT4 Signalling Pathway[J]. Cellular Physiology & Biochemistry International Journal of Experimental Cellular Physiology Biochemistry & Pharmacology，2016，38（5）：2063-2078.

[2] Ceperuelo-Mallafré V，Ejarque M，Duran X，et al. Zinc-α2-Glycoprotein Modulates AKT-Dependent Insulin Signaling in Human Adipocytes by Activation of the PP2A Phosphatase[J]. Plos One，2014，10（6）：e0129644.

[3] Taha C，Klip A. The Insulin Signaling Pathway[J]. The Journal of Membrane Biology，1999，169（1）：1-12.

[4] Czech MP. Dynamics of phosphoinositides in membrane retrieval and insertion[J]. Annual Review of Physiology，2003，65（65）：791-815.

[5] James DE，Brown R，Navarro J，et al.？Insulin-regulatable tissues express a unique insulin sensitive glucose transport protein[J]. Nature，1988，333：183-185.