乙酰化、丙二?；顽牾；揎椗c2型糖尿病關(guān)系的研究進(jìn)展

楊麗芬，趙鉞沁，周怡昆

1 昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，昆明650504；2 云南省第一人民醫(yī)院

2型糖尿病(T2DM)是以胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能受損為特征的慢性代謝性疾病，是一種常見(jiàn)的慢性非傳染性疾病，近年來(lái)其發(fā)病率逐年升高并呈年輕化趨勢(shì)。若長(zhǎng)期血糖控制不佳或病程日久，T2DM可導(dǎo)致一系列大血管和微血管并發(fā)癥，如糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變、糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病性心臟病等，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。蛋白質(zhì)修飾是指蛋白質(zhì)在翻譯后的化學(xué)修飾，通過(guò)改變蛋白質(zhì)的電性、親水性或疏水性、空間結(jié)構(gòu)等，使蛋白質(zhì)構(gòu)象更復(fù)雜、功能更完善、作用更專(zhuān)一、調(diào)控更精準(zhǔn)[1～3]。常見(jiàn)的蛋白質(zhì)修飾方式有磷酸化、甲基化、乙?；?、丙二?；?、琥珀?；?。有研究表明，蛋白質(zhì)修飾能夠通過(guò)改變蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，從而影響蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和活性狀態(tài)，進(jìn)而誘導(dǎo)或抑制胰島β細(xì)胞功能損傷和胰島素抵抗，促進(jìn)或緩解T2DM的發(fā)生、發(fā)展[4，5]。同時(shí)，乙?；⒘姿峄鹊鞍踪|(zhì)修飾方式能夠作用于糖代謝途徑中的多種關(guān)鍵酶，通過(guò)改變其功能與活性，導(dǎo)致糖代謝紊亂，繼而影響T2DM的發(fā)生、發(fā)展[6]。因此，探索蛋白質(zhì)修飾或能為T(mén)2DM的診斷和治療提供新的思路。本文結(jié)合文獻(xiàn)就目前研究較多的乙酰化、丙二?；顽牾；揎椗cT2DM的關(guān)系作一綜述。

1 蛋白質(zhì)修飾概述

廣義上凡是通過(guò)化學(xué)基團(tuán)引入或去除進(jìn)而使蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的，都可以稱(chēng)為蛋白質(zhì)修飾。蛋白質(zhì)修飾方式有多種，如乙酰化、磷酸化、甲基化等，在不同修飾狀態(tài)下蛋白質(zhì)的功能不同，不同位點(diǎn)進(jìn)行相同修飾，蛋白質(zhì)的功能亦不同，如蛋白質(zhì)中某些位點(diǎn)的磷酸化可能導(dǎo)致其功能激活，而其他位點(diǎn)的磷酸化可能導(dǎo)致其功能抑制。因此，不同的修飾方式對(duì)蛋白質(zhì)功能的影響不同，其對(duì)細(xì)胞的作用亦不相同[7]。

乙?；揎椩谡婧松锖驮松镏衅毡榇嬖?，是指乙酰基轉(zhuǎn)移酶催化乙酰的乙?；D(zhuǎn)移至蛋白質(zhì)多肽鏈賴(lài)氨酸殘基上的過(guò)程。乙?；揎椨梢阴；负腿ヒ阴；刚{(diào)節(jié)，能夠?qū)?xì)胞的物質(zhì)代謝和能量穩(wěn)態(tài)進(jìn)行多層次、復(fù)雜而又精細(xì)的調(diào)控；乙?；负腿ヒ阴；富钚缘陌l(fā)揮依賴(lài)中間代謝產(chǎn)物，且多種代謝產(chǎn)物能夠調(diào)控乙?；负腿ヒ阴；傅拇呋钚訹8，9]。因此，乙?；揎検钦{(diào)控細(xì)胞代謝的重要機(jī)制，與代謝相關(guān)性疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

丙二?；揎検前l(fā)生在賴(lài)氨酸上的一種進(jìn)化保守的蛋白質(zhì)修飾類(lèi)型。它的發(fā)生依賴(lài)于丙二酰輔酶A將丙二?；鶊F(tuán)添加到賴(lài)氨酸并將其電荷從+1更改為-1，這一變化不僅改變了蛋白質(zhì)原先的構(gòu)象和功能，還影響其與靶蛋白的結(jié)合[10]。丙二?；揎椧驯蛔C實(shí)存在于多種代謝途徑中，如脂肪酸合成與氧化、線(xiàn)粒體呼吸及糖酵解等，但鮮有丙二?；揎椣嚓P(guān)生理功能的報(bào)道。

琥珀?；揎検且环N新型的蛋白質(zhì)修飾方式，是通過(guò)酶活性催化和非酶活性催化兩種方式，將琥珀酰基供體上的琥珀基團(tuán)共價(jià)結(jié)合至賴(lài)氨酸殘基上的過(guò)程[11]。類(lèi)似于乙?；揎棧牾；揎椑苗牾］o酶A來(lái)提供琥珀?；?，而且其修飾過(guò)程亦是可逆的[12，13]。蛋白質(zhì)發(fā)生琥珀?；揎椇?，一方面氨基酸殘基因結(jié)合了分子量較大的琥珀?；沟鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，另一方面因賴(lài)氨酸殘基所帶電荷由+1變?yōu)?1，導(dǎo)致蛋白質(zhì)理化性質(zhì)和功能發(fā)生改變[14]。

2 乙酰化修飾與T2DM的關(guān)系

在糖尿病進(jìn)程中，胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能損傷與蛋白質(zhì)乙?；揎椕芮邢嚓P(guān)。研究表明，細(xì)胞周期素依賴(lài)蛋白激酶5(CDK5)是由脯氨酸引導(dǎo)的絲氨酸/蘇氨酸激酶，對(duì)真核細(xì)胞分裂周期起到磷酸化/脫磷酸化的調(diào)控作用；高糖誘導(dǎo)的大鼠CDK5乙?；蓪?dǎo)致CDK5啟動(dòng)子甲基化減少，進(jìn)而促進(jìn)胰島素抵抗，延緩T2DM的發(fā)生、發(fā)展[15]。

SIRT是一種從細(xì)菌到人類(lèi)高度保守的去乙?；割?lèi)。人類(lèi)SIRT家族中公認(rèn)的成員有7個(gè)，SIRT1～SIRT7。哺乳動(dòng)物SIRT可與多種蛋白質(zhì)相互作用，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞應(yīng)激、代謝、衰老及凋亡等過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT家族作為一類(lèi)去乙酰化酶可通過(guò)NAD+依賴(lài)性去乙?；淖兊鞍踪|(zhì)活性，從而調(diào)控T2DM的發(fā)生、發(fā)展[16]。T2DM患者骨骼肌SIRT1活性與胰島素敏感性和線(xiàn)粒體功能呈正相關(guān)關(guān)系[17]，乙酰化修飾通過(guò)提高SIRT1活性進(jìn)而促進(jìn)T2DM患者胰島素敏感性；SIRT3能夠抑制細(xì)胞葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白乙?；揎?，整合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，促進(jìn)胰島素分泌，降低胰島β細(xì)胞凋亡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，緩解T2DM進(jìn)展[18]；在SIRT6敲除的小鼠中FOXO1發(fā)生乙?；揎椖軌蛘T導(dǎo)其發(fā)生胰島素抵抗[19]?？傊阴；揎棇?duì)T2DM的發(fā)生、發(fā)展至關(guān)重要，而SIRT家族在乙?；蛉ヒ阴；^(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，可作為乙?；揎椪{(diào)控T2DM發(fā)生、發(fā)展的靶標(biāo)。但乙?；揎梾⑴cT2DM發(fā)生、發(fā)展的具體分子機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

乙?；揎椷€能參與調(diào)控糖代謝途徑中的關(guān)鍵激酶活性，從糖代謝途徑方面促進(jìn)T2DM的發(fā)生、發(fā)展。在糖代謝過(guò)程中，三羧酸循環(huán)中的8個(gè)關(guān)鍵酶，包括檸檬酸合酶、順烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶、α酮戊二酸脫氫酶、琥珀酸硫激酶、琥珀酸脫氫酶、延胡索酸酶、蘋(píng)果酸脫氫酶，均可被乙?；揎?。其中，蘋(píng)果酸的4個(gè)賴(lài)氨酸殘基被乙?；揎椇罂杉せ钐O(píng)果酸，被激活的蘋(píng)果酸經(jīng)NAD+氧化形成草酰乙酸，能夠提高三羧酸循環(huán)，從而調(diào)控機(jī)體葡萄糖水平，緩解胰島素抵抗，延緩T2DM的發(fā)生、發(fā)展[20]。因此，三羧酸循環(huán)途徑中參與糖代謝的關(guān)鍵酶乙?；揎椝浇档停軌蛞种迫人嵫h(huán)和糖酵解過(guò)程，從而加速T2DM的發(fā)生、發(fā)展。

3 丙二酰化修飾與T2DM的關(guān)系

丙二酰化是2011年被首次發(fā)現(xiàn)在賴(lài)氨酸上的一種進(jìn)化保守的蛋白質(zhì)修飾方式。在丙二酰化修飾過(guò)程中，丙二酰輔酶A具有關(guān)鍵性作用。丙二酰輔酶A將丙二?；鶊F(tuán)添加到賴(lài)氨酸上，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)原先的構(gòu)象和功能[10]。近年研究發(fā)現(xiàn)，丙二酰輔酶A能夠參與T2DM的發(fā)生、發(fā)展。丙二酰輔酶A脫羧酶在肝內(nèi)過(guò)表達(dá)能夠降低丙二酰輔酶A表達(dá)，逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗，進(jìn)而延緩T2DM的發(fā)生、發(fā)展[21，22]；2-異丙基-5-甲基-1，4-苯醌通過(guò)下調(diào)丙二酰輔酶A，通過(guò)抑制丙二?；{(diào)節(jié)葡萄糖水平，從而改善高糖環(huán)境下胰島β細(xì)胞功能損傷[23]。糖代謝相關(guān)蛋白丙二?；揎椛险{(diào)能夠明顯降低細(xì)胞中糖酵解通量，促進(jìn)T2DM的發(fā)生、發(fā)展[24]。因此，降低糖代謝相關(guān)蛋白丙二?；揎椏赡苡兄谔岣逿2DM患者糖代謝水平。

另外，SIRT家族成員SIRT5在丙二?；揎椫幸嗑哂兄匾饔?。如在過(guò)量棕櫚酸和葡萄糖環(huán)境下，SIRT5能夠抑制線(xiàn)粒體蛋白丙二?；?，緩解胰島β細(xì)胞凋亡和功能損傷，進(jìn)而促進(jìn)胰島素分泌，抑制T2DM的發(fā)生、發(fā)展[25]；棕色脂肪組織缺失SIRT5，能夠促進(jìn)線(xiàn)粒體蛋白丙二?；瑢?dǎo)致線(xiàn)粒體功能損傷，繼而引起胰島β細(xì)胞功能損傷，促進(jìn)T2DM的發(fā)生、發(fā)展[26]；在糖酵解/糖異生途徑中，丙二?；荢IRT5的直接靶標(biāo)[27]，當(dāng)SIRT5缺失時(shí)，賴(lài)氨酸被丙二?；揎棧ㄟ^(guò)對(duì)糖酵解通量的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，將葡萄糖從糖酵解中氧化分解轉(zhuǎn)向糖原合成或戊糖磷酸途徑，進(jìn)一步抑制糖酵解通量，上調(diào)機(jī)體葡萄糖水平，從而促進(jìn)T2DM的發(fā)生、發(fā)展[28]。

總之，SIRT5、丙二酰輔酶A可作為預(yù)防和治療T2DM發(fā)生、發(fā)展的分子靶標(biāo)，但二者通過(guò)丙二?；揎椪{(diào)控T2DM發(fā)生、發(fā)展的具體分子機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

4 琥珀?；揎椗cT2DM的關(guān)系

琥珀酰輔酶A是三羧酸循環(huán)、卟啉合成等代謝途徑中的重要中間代謝產(chǎn)物，其穩(wěn)態(tài)對(duì)正常細(xì)胞的生理學(xué)功能至關(guān)重要。與丙二?；揎椀墓δ芟嗨?，琥珀?；揎椝缴险{(diào)對(duì)三羧酸循環(huán)和細(xì)胞糖酵解功能亦具有抑制作用。

有研究表明，高糖可誘導(dǎo)琥珀酰輔酶A上調(diào)，導(dǎo)致更多糖酵解相關(guān)蛋白發(fā)生琥珀?；揎?，促進(jìn)葡萄糖積累，從而導(dǎo)致胰島素抵抗[29]。在不同生物體中，大多數(shù)與三羧酸循環(huán)相關(guān)的酶可發(fā)生琥珀?；揎?，如在三羧酸循環(huán)中發(fā)揮限速作用的異檸檬酸脫氫酶1[14]。

SIRT家族能夠調(diào)控琥珀酸脫氫酶復(fù)合物，從而在糖酵解和三羧酸循環(huán)中發(fā)揮重要作用。其中，SIRT5作為去琥珀?；年P(guān)鍵蛋白，可去除琥珀酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶復(fù)合物賴(lài)氨酸殘基上的琥珀酰輔酶A基團(tuán)，使蛋白質(zhì)去琥珀?；１崦摎涿笍?fù)合物活性與機(jī)體葡萄糖代謝密切相關(guān)，故丙酮酸脫氫酶復(fù)合物功能障礙與T2DM的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)SIRT5缺失時(shí)，組蛋白及糖酵解相關(guān)蛋白質(zhì)發(fā)生琥珀?；揎?，琥珀酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶復(fù)合物水平下調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致糖代謝途徑失衡，為T(mén)2DM的發(fā)生、發(fā)展提供了必要條件[30]。盡管目前的研究證實(shí)，琥珀?；燃谆?、乙?；鹊鞍踪|(zhì)修飾方式更易引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能變化，但琥珀?；揎椩赥2DM發(fā)生、發(fā)展中作用的研究尚少，其具體的分子機(jī)制有待于進(jìn)一步深入研究。

綜上所述，乙?；?、丙二?；?、琥珀?；N蛋白質(zhì)修飾方式均能通過(guò)改變蛋白質(zhì)構(gòu)象和功能，參與糖代謝或糖酵解途徑，促進(jìn)或改善胰島素抵抗及調(diào)控胰島β細(xì)胞增殖或凋亡，繼而在T2DM的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。目前，這三種蛋白質(zhì)修飾方式在T2DM發(fā)生、發(fā)展中的具體分子機(jī)制還不十分清楚，仍需要進(jìn)一步深入研究。