顆粒蛋白前體與胰島素抵抗及自噬的相關(guān)研究進(jìn)展

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胰島素抵抗是2型糖尿病的主要發(fā)生機(jī)制之一，顆粒蛋白前體(PGRN)是通過抑制自噬引起胰島素抵抗，具體機(jī)制尚未明確，其可能通過激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路，該機(jī)制的研究有助于減輕胰島素抵抗，為防治2型糖尿病提供靶向治療方法。

1 胰島素抵抗與自噬的關(guān)系

1.1 胰島素抵抗 胰島素抵抗是指由于單位濃度的胰島素細(xì)胞學(xué)效應(yīng)減低，使正常劑量的胰島素不能發(fā)揮正常的生物學(xué)效應(yīng)，組織及細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性下降，是2型糖尿病最重要的發(fā)病機(jī)制之一。胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙在胰島素抵抗的發(fā)生機(jī)制中起著重要的作用[1]。胰島素主要通過三條途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)：磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)通路，腺苷單磷酸激活蛋白激酶(AMPK)通路和鈣通道及其相關(guān)途徑。外周靶組織通過PI3K信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和AMPK信號(hào)通路發(fā)揮作用，β細(xì)胞則通過PI3K信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和鈣通道及其相關(guān)途徑發(fā)揮作用[2]。目前研究最多的是PI3K信號(hào)通路，PI3K是一種脂質(zhì)激酶，在胰島素發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)中起關(guān)鍵性作用。胰島素與胰島β細(xì)胞膜上的胰島素受體(IR)結(jié)合，激活酪氨酸激酶，導(dǎo)致胰島素受體底物(IRS)酪氨酸磷酸化。磷酸化的IRS結(jié)合PI3K的P85調(diào)節(jié)亞基，進(jìn)而激活PI3K的催化亞基P110，促使磷脂酰肌醇一磷酸(PIP)磷酸化為PIP3。PIP3作用于磷酸肌醇依賴的蛋白激酶-1(PDK1)和磷酸肌醇依賴的蛋白激-2(PDK2)，激活蛋白激酶B(PKB,也稱為Akt)。磷酸化的PKB一方面使糖原合成激酶-3(GSK3)失活，促使葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)高表達(dá)，促進(jìn)葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，另一方面激活哺乳動(dòng)物的雷帕霉素靶點(diǎn)(mTOR)，磷酸化70 ku-S6激酶(p70S6K)，發(fā)揮抑制蛋白合成，加強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄，促使β細(xì)胞肥大的生物學(xué)效應(yīng)[3]。

1.2 自噬 機(jī)體在饑餓、創(chuàng)傷、壓力等應(yīng)激狀態(tài)下，通過自噬現(xiàn)象清除體內(nèi)廢物，促進(jìn)真核細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育，維持體內(nèi)物質(zhì)代謝平衡，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，是真核細(xì)胞的一種正常生理現(xiàn)象[4]。自噬參與腫瘤、內(nèi)分泌、神經(jīng)、呼吸、消化、循環(huán)等多種系統(tǒng)疾病的發(fā)生，在惡性腫瘤、糖尿病、亨廷頓病、阿爾茨海默病、帕金森病、慢性阻塞性肺疾病、呼吸衰竭、脂肪肝、心肌病、心臟肥大、缺血性心肌病、心力衰竭等[5]疾病的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵性作用。依據(jù)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)送到溶酶體的途徑，自噬可分為大自噬、小自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬，其中研究最多的是大自噬。在饑餓、創(chuàng)傷、壓力等條件下，圍繞被降解物周圍逐漸形成雙層分隔膜，待雙層分隔膜完全包繞被降解物后形成自噬體。自噬體通過細(xì)胞骨架微管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[6]將被降解物運(yùn)輸至溶酶體形成自噬溶酶體，自噬體被溶酶體內(nèi)的水解酶降解，被降解物在細(xì)胞內(nèi)降解后繼續(xù)循環(huán)利用。與自噬發(fā)生密切相關(guān)的信號(hào)通路有PI3K/AKT/mTOR、NF-κB、AMPK/PKA、JNK等，其中哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白是調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的多條信號(hào)通路的交匯點(diǎn)[7]。在自噬通路中，Atg1首先與Atg13-Atg17復(fù)合物結(jié)合，促進(jìn)Beclin結(jié)合vps34，同時(shí)Atg7誘導(dǎo)LC3-Ⅰ結(jié)合磷脂酰乙醇胺形成LC3-Ⅱ，二者共同促進(jìn)自噬體形成,mTOR一方面阻止Atg1與Atg13-Atg17的結(jié)合，抑制Beclin的活性，同時(shí)抑制LC3-Ⅱ的表達(dá)，抑制自噬體形成。mTOR活性是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、凋亡、代謝和自噬的關(guān)鍵。在胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下，mTOR的活性增加，抑制自噬通路的活性。自噬對(duì)細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)發(fā)揮重要作用，深入研究自噬的功能及作用機(jī)制可能為糖尿病的治療提供新的靶點(diǎn)，具有重要的臨床意義。

1.3 胰島素抵抗與自噬的關(guān)系研究 近幾年研究發(fā)現(xiàn)自噬在調(diào)節(jié)胰島素β細(xì)胞和骨骼肌、肝臟和脂肪組織等胰島素靶組織的功能上發(fā)揮重要的作用，研究表明自噬可能參與了糖尿病心肌病、糖尿病腎病等糖尿病相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)病過程[8]。2010年Ling 等[9]在基因缺陷的ob/ob肥胖小鼠和高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠肝臟組織中均觀察到Atg7表達(dá)顯著降低，隨后用shRNA抑制肥胖小鼠肝臟Atg7的表達(dá)后， 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)P-Eif2α、P-PERK、Chop表達(dá)顯著增高，同時(shí)AKT、P-AKT、IR等反映胰島素PI3K信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的指標(biāo)顯著降低，解除Atg7的抑制后反映內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和胰島素PI3K信號(hào)通路的相關(guān)指標(biāo)恢復(fù)正常，在肝臟細(xì)胞株也觀察到同樣的結(jié)果，提示自噬下調(diào)促使糖尿病小鼠的胰島素抵抗程度加深。2015年，Shi等[10]研究發(fā)現(xiàn)二氫楊梅素可以通過誘導(dǎo)自噬活躍，使AMPK通路活性增加，進(jìn)而改善大鼠骨骼肌L6細(xì)胞胰島素抵抗，此后在高脂飲食喂養(yǎng)的糖尿病大鼠進(jìn)行的體內(nèi)試驗(yàn)觀察到同樣的結(jié)果，進(jìn)一步提示自噬活性增加可通過激活A(yù)MPK通路減輕胰島素抵抗。2016年Ying 等[11]發(fā)現(xiàn)在shRNA轉(zhuǎn)染敲除胰島素受體基因的人足細(xì)胞胰島素抵抗模型中檢測(cè)自噬相關(guān)蛋白LC3、Beclin表達(dá)降低，足細(xì)胞損傷標(biāo)記蛋白nephrin表達(dá)增加，加入mTOR特異性抑制劑雷帕霉素激活自噬后LC3、Beclin表達(dá)增加，nephrin表達(dá)減少，提示出自噬激活可以減輕胰島素抵抗所致的足細(xì)胞損傷，考慮自噬在糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制中起著重要的作用。2017年Huige等[12]研究發(fā)現(xiàn)Sestrin 2蛋白可以通過抑制mTOR的表達(dá)解除棕櫚酸酯對(duì)C2C12成肌細(xì)胞自噬的抑制，自噬活化后通過增強(qiáng)AMPK信號(hào)通路的活性恢復(fù)了C2C12成肌細(xì)胞的胰島素敏感性，減輕了胰島素抵抗。再次證實(shí)了mTOR的表達(dá)受到抑制可以激活自噬，并通過增強(qiáng)AMPK信號(hào)通路的活性減輕胰島素抵抗。

2 顆粒蛋白前體(progr anulin,PGRN)與胰島素抵抗及自噬的關(guān)系研究

2.1 PGRN PGRN又稱蛋白-內(nèi)皮素前體，1990年首次被Anakwe等[13]在豚鼠精子的合成過程中發(fā)現(xiàn)，具有生長(zhǎng)因子的特性，是一種富含12個(gè)半胱氨酸的分泌蛋白，由顆粒蛋白GRN基因編碼，分子量為68 kD～88 kD[14-15]，高表達(dá)于體內(nèi)多種細(xì)胞如脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、上皮細(xì)胞、造血系統(tǒng)細(xì)胞和免疫細(xì)胞[16]，存在于體內(nèi)各個(gè)器官，參與腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和生存，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，組織損傷修復(fù)，炎癥反應(yīng)，胚胎發(fā)育，細(xì)胞生存、增殖、分裂和轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)等生理、病理過程[14]，上述作用主要通過磷脂酰肌醇3-激酶、AMPK和胞外調(diào)控激酶(ERK)信號(hào)通路發(fā)揮作用[17]。已有研究表明PGRN參與乳腺、卵巢、宮頸、胃腸道、腎臟等多種腫瘤[18-22]，肥胖、2型糖尿病、額顳葉癡呆[23-24]、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[25]、阿爾茨海默病[26]、慢性腎功能不全[27]、低氧血癥、代謝性酸中毒、自閉癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展。近幾年國(guó)內(nèi)外研究指出PGRN在調(diào)節(jié)胰島素葡萄糖代謝和胰島素敏感性方面也發(fā)揮著重要作用，在2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

2.2 PGRN與IR的研究 2009年Youn 等[28]觀察到2型糖尿病病人血清PGRN濃度顯著高于糖耐量正常者，并且內(nèi)臟脂肪堆積為主的中心性肥胖者血清PGRN濃度顯著高于消瘦者，同時(shí)發(fā)現(xiàn)PGRN與體重指數(shù)(BMI)、大網(wǎng)膜脂肪組織巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)、C反應(yīng)蛋白(CRP)水平、糖化血紅蛋白值及總膽固醇含量呈正相關(guān)，2型糖尿病受試者經(jīng)過4周的體能訓(xùn)練后，血清PGRN濃度顯著降低，首次提及PGRN與2型糖尿病發(fā)病有關(guān)。2014年Li等[29]研究發(fā)現(xiàn)PGRN水平在代謝綜合征(MS)病人中顯著增高，與體重指數(shù)、腰圍、空腹胰島素水平、空腹血糖、糖化血紅蛋白及三酰甘油呈正相關(guān)，與高密度脂蛋白呈負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步證實(shí)PGRN水平升高與2型糖尿病相關(guān)的代謝綜合征的發(fā)生相關(guān)。Todoric 等[30]研究發(fā)現(xiàn)妊娠期糖尿病病人體內(nèi)PGRN濃度與糖化血紅蛋白及空腹胰島素呈正相關(guān)，與口服葡萄糖胰島素敏感指數(shù)(OGIS)呈負(fù)相關(guān)，提示PGRN在妊娠期糖尿病的發(fā)生發(fā)展中同樣起著重要的作用。2012年Matsubara 等[31]研究發(fā)現(xiàn)肥胖大鼠的血液及脂肪組織中PGRN的濃度顯著升高，加用胰島素增敏劑吡格列酮處理后PGRN濃度可恢復(fù)至正常水平。同時(shí)發(fā)現(xiàn)敲除PGRN基因的大鼠給予高糖高脂飲食飼養(yǎng)不能誘導(dǎo)出胰島素抵抗的模型，進(jìn)一步從基因水平證實(shí)了PGRN在形成胰島素抵抗中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。2015年Li等[32]用PGRN蛋白干預(yù)小鼠21 d，發(fā)現(xiàn)肝臟和脂肪組織出現(xiàn)顯著的胰島素抵抗和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，用減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的分子伴侶苯基丁酸干預(yù)后胰島素敏感性恢復(fù)，提示PGRN可能是通過PERK-Eif2α依賴的途徑引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，調(diào)節(jié)胰島素抵抗。2017年Guo等[33]研究發(fā)現(xiàn)PGRN干預(yù)小鼠可能通過降低IRS-1酪氨酸磷酸化影響胰島素PI3K信號(hào)通路，導(dǎo)致胰島素抵抗，PGRN在2型糖尿病和肥胖的發(fā)病中起著至關(guān)重要的作用，抑制PGRN的表達(dá)已成為治療2型糖尿病和肥胖的一個(gè)新的研究方向。

2.3 PGRN與胰島素抵抗及自噬關(guān)系的研究 2015年Liu等[34]研究發(fā)現(xiàn)用PGRN蛋白干預(yù)3周的小鼠出現(xiàn)糖耐量減低，肝臟自噬失衡，用TNFR1封閉肽-Fc融合蛋白競(jìng)爭(zhēng)性阻斷PGRN與TNFR1的相互作用，胰島素敏感性和肝臟自噬恢復(fù)正常，證實(shí)PGRN通過抑制自噬引起胰島素抵抗。 Zhou等[35]通過小鼠和鼠3T3-L1脂肪細(xì)胞試驗(yàn)首次提出，PGRN引起胰島素敏感性降低和自噬失衡是通過激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路發(fā)揮作用。2014年Li 等[36]研究結(jié)果提示自噬缺陷會(huì)觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和胰島素信號(hào)通路障礙，自噬障礙和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中起了至關(guān)重要的作用。

3 結(jié) 語

胰島素抵抗與自噬是2型糖尿病發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制，明確胰島素抵抗與自噬的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)人類疾病的發(fā)生發(fā)展具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)PGRN與胰島素抵抗與自噬具有明確相關(guān)性，但是作用機(jī)制尚不明確，需要進(jìn)一步研究明確PGRN對(duì)胰島素抵抗和自噬具體作用機(jī)制，這有可能為2型糖尿病的治療與預(yù)防提供新的靶點(diǎn)。

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