Glypican-4與糖尿病及并發(fā)癥的相關(guān)性研究進(jìn)展

趙嘉軒，高 靜

糖尿病是一種與彌漫性并發(fā)癥和過早死亡風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)的嚴(yán)重慢性疾病。2019年，20～79歲的成年人中，全球有420萬人死于糖尿病，糖尿病占全球死亡人數(shù)的11.3%［1］。據(jù)預(yù)測，到2030年65歲以上（65～99歲）的糖尿病患者人數(shù)將達(dá)到1.952億人，到2045年將達(dá)到2.762億人［2］。2017年18～99歲成年人糖尿病患病率估計(jì)為8.4%，2045年將上升到9.9%［3］。糖尿病的患病率和病死率逐年增長。

隨著人們攝入越來越多的動物蛋白以及缺乏鍛煉，肥胖的發(fā)生率也越來越高，研究表明，肥胖是人們發(fā)生胰島素抵抗的重要原因。而胰島素抵抗在2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制中起到關(guān)鍵作用。肥胖者脂肪組織分泌的脂肪因子失控，導(dǎo)致全身性胰島素抵抗和代謝性疾病的發(fā)生［4］。而脂肪因子參與人體重要器官功能，如心臟、肝、胰腺、腦、肌肉、骨骼［5-8］。增加的脂肪組織引起的代謝效應(yīng)很大程度上依賴于其解剖分布，其中內(nèi)臟白色脂肪組織（WAT）推動胰島素抵抗和相關(guān)代謝性疾病的發(fā)展［9］。磷脂酰肌醇蛋白聚糖4（Glypican-4，GPC-4）與胰島素受體相互作用，增強(qiáng)胰島素受體信號，促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化。相反，GPC-4的缺失會導(dǎo)致胰島素受體的激活減少，并通過抑制胰島素介導(dǎo)的C/EBPb磷酸化來阻止脂肪細(xì)胞在體外的分化［10］。

1 Glypican-4

Glypicans是硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPGs）的成員，參與多種生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)［11］?？梢耘c各種生長因子相互作用，包括Wnt、Bmp、FGF和HH，并調(diào)節(jié)它們的活性［12］。有證據(jù)表明GPC4與Wnt3a和Wnt5a結(jié)合，將Wnt3a和Wnt5a集中在不同膜微區(qū)的特異性受體附近，調(diào)節(jié)不同的Wnt信號［11］。Glypicans通過糖基磷脂酰肌醇（GPI）連接到細(xì)胞膜的胞外表面發(fā)揮作用。GPC-4屬于糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定的硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPGs）家族，哺乳動物中包括6個成員［13］。1995年，Watanabe等［14］在小鼠的身上發(fā)現(xiàn)GPC-4因子。2012年，Ussar等［10］發(fā)現(xiàn)小鼠脂肪細(xì)胞可合成GPC-4，將其定義為脂肪因子。GPC-4是第一個發(fā)現(xiàn)的影響蛋白多糖中胰島素敏感性的脂肪因子。GPC-4作為胰島素增敏劑的脂肪因子的新成員，與Glypicans相同，也通過GPI錨點(diǎn)連接到脂肪細(xì)胞表面，并通過GPI-脂肪酶的酶調(diào)節(jié)過程從細(xì)胞表面釋放到細(xì)胞外空間。GPC-4的胞外結(jié)構(gòu)域從脂肪細(xì)胞釋放到循環(huán)中，被認(rèn)為是通過作為脂肪因子與脂肪細(xì)胞、肝臟和骨骼肌中的胰島素受體直接相互作用來增強(qiáng)胰島素受體信號［4］。在健康人體內(nèi)，循環(huán)GPC-4平均濃度在（6.26±2.21）μg/L，循環(huán)中的GPC-4水平一般用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）進(jìn)行測定。檢測范圍為15.6~1000 pg/ml，批內(nèi)和批間變異系數(shù)分別為8%和10%。研究表明，GPC-4在人類中可能具有影響葡萄糖代謝的功能［15］。GPC-4不僅在側(cè)線原基（魚類和兩棲類等水生動物胚胎中經(jīng)過發(fā)育過程形成的）中表達(dá)，而且在神經(jīng)肥大細(xì)胞和神經(jīng)間肥大細(xì)胞中也有表達(dá)［16］。此外，除脂肪組織外，骨骼肌是GPC-4系統(tǒng)水平的另一個來源［15］。研究表明，小鼠皮下脂肪組織中GPC-4mRNA和蛋白的表達(dá)水平與過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）的激活有關(guān)，作為過氧化物酶體增殖物激活受體γ激動劑的羅格列酮能增加組織中GPC-4mRNA和蛋白的表達(dá)。也就是說GPC-4可能參與過氧化物酶體增殖物激活受體γ激動劑羅格列酮治療高脂喂養(yǎng)C57BL/6J小鼠的脂肪組織再分布［17］。

據(jù)研究表明，人類循環(huán)中的GPC-4濃度呈現(xiàn)出特征性的日節(jié)律，在下午和午夜之間有一個較大的上升。循環(huán)GPC-4夜間升高可能是代謝適應(yīng)的重要機(jī)制。這種夜間升高可能與夜間睡眠時的食欲抑制作用有關(guān)，類似于瘦素［15］。下午循環(huán)GPC-4明顯增加。GPC-4從12：00開始上升，16：00達(dá)到峰值，4：00降至最低點(diǎn)。GPC-4濃度在峰值（16：00）和最低點(diǎn)（4：00）之間有顯著差異。GPC-4在脂肪細(xì)胞分化和胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮著重要的作用。目前關(guān)于這方面的研究機(jī)制是：誘導(dǎo)分化所需的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子C/EBPA和PPARg，其次是促進(jìn)ERK/GSK3b共識位點(diǎn)Thr188的C/EBPb磷酸化［10］。也有研究表明GPC-4作為胰島素受體（IR）的潛在配體和正向調(diào)節(jié)劑，通過與IRα亞基結(jié)合，促進(jìn)胰島素誘導(dǎo)的IR形成變化，增強(qiáng)胰島素信號傳導(dǎo)［18］。目前，有許多新的研究不斷證明了GPC-4與代謝方面的關(guān)系［19-22］。

2 Glypican-4與胰島素抵抗、肥胖

Egfried等研究表明，GPC-4是從脂肪組織中釋放出來的，是BMI和胰島素抵抗的循環(huán)標(biāo)志物［19］。胰島素抵抗肥胖者的GPC-4水平是年齡、性別和體重指數(shù)匹配的胰島素敏感者的兩倍［19］。Gesta等研究GPC-4在人類內(nèi)臟脂肪組織中的表達(dá)隨著BMI和腰臀比的增加而增加［23］。Siegfried等人還進(jìn)一步闡述了體脂百分比、體重指數(shù)和腰臀比越高的成年人中血清GPC-4水平越高［10］。Jedrzejuk等在多囊卵巢綜合征患者中，證實(shí)血清GPC-4水平與腰圍、腰臀比、總脂肪相關(guān)［21］。在男性中，血清GPC-4水平與來自內(nèi)臟脂肪的基因表達(dá)數(shù)據(jù)平行，超重且呈內(nèi)臟分布的個體血清GPC-4水平最高，瘦身受試者的血清GPC-4水平較低。GPC-4的表達(dá)在皮下脂肪和內(nèi)臟脂肪之間存在差異。研究發(fā)現(xiàn)，在偏瘦型、超重型和肥胖型受試者當(dāng)中，男性和女性皮下脂肪中GPC-4的表達(dá)均顯著降低。相反，超重和肥胖的男性和女性內(nèi)臟脂肪中GPC-4的表達(dá)增加［10］。研究表明，嚙齒動物和人類體內(nèi)循環(huán)中的GPC-4與體內(nèi)脂肪含量和胰島素抵抗呈正相關(guān)。內(nèi)臟脂肪組織的擴(kuò)張，即中心性肥胖，與胰島素抵抗有關(guān)，而皮下脂肪組織的擴(kuò)張，即周圍性肥胖，與胰島素抵抗無關(guān)［24］。

在非糖尿病患者中，血清GPC-4隨著BMI的增加而遞增，特別是在內(nèi)臟肥胖的女性和內(nèi)臟超重的男性中。多變量回歸分析顯示血清GPC-4水平與GIR（葡萄糖輸注率）呈獨(dú)立的負(fù)相關(guān)，即血清GPC-4水平與胰島素抵抗呈正相關(guān)。與年齡、性別和體重指數(shù)匹配的胰島素敏感型肥胖者相比，胰島素抵抗肥胖者的GPC-4水平翻了一番。所以，血清GPC-4不僅與BMI相關(guān)，更是胰島素抵抗的獨(dú)立標(biāo)志物［15］。

Yoo等研究表明，亞洲受試者中GPC-4水平的存在性別差異，女性中循環(huán)GPC-4水平與NAFLD和心臟代謝危險(xiǎn)因素（包括體脂分布、胰島素抵抗和動脈僵硬）之間的顯著關(guān)聯(lián)，在男性中，血漿Glypican-4水平與各種代謝因素之間沒有明顯的相關(guān)性。所以，循環(huán)GPC-4水平是女性NAFLD與BMI和胰島素抵抗的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［20］。Zhu等研究表明，在男性中，血清GPC-4水平與腰圍和脂肪百分比呈正相關(guān)［19］。另外Leelalertlauw等研究了不同程度肥胖和糖代謝狀態(tài)的泰國兒童的循環(huán)GPC-4水平。血清GPC-4水平與肥胖程度參數(shù)（體重SDS、BMI SDS、腰圍百分位數(shù)、體脂SDS百分位數(shù)）、血清HbA1c、總膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇（HDLC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）呈正相關(guān)。最后還證實(shí)了血清GPC-4和肥胖相關(guān)代謝參數(shù)之間呈正相關(guān)。高膽固醇血癥（總膽固醇>5.2 mmol/L）兒童血清GPC-4水平明顯高于非高膽固醇血癥兒童［25］。

3 Glypican-4與糖尿病

Lee等通過對152例2型糖尿病患者收集其血漿與血清，得出結(jié)果2型糖尿病患者血清活性GLP-1與GPC-4水平呈正相關(guān)，谷草轉(zhuǎn)氨酶與GPC-4呈負(fù)相關(guān)［22］。LI等［15］通過用ELISA法測定了105名健康人（NGT）、92例（IGT）患者和103例2型糖尿病患者的循環(huán)GPC-4，結(jié)果表明循環(huán)中GPC-4在糖尿病前期患者中升高，在2型糖尿病患者中降低。IGT患者循環(huán)GPC-4濃度顯著升高，而2型糖尿病患者循環(huán)GPC-4濃度甚至低于NGT患者，這些提示GPC-4可能參與2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展。循環(huán)GPC-4與BMI、WHR（腰臀比）、HOMAIS（胰島素分泌的動態(tài)平衡模型評估）、FAT%（體脂率）呈正相關(guān)，與空腹血糖、糖化血紅蛋白呈負(fù)相關(guān)。研究表明，GPC-4水平與T2 DM獨(dú)立相關(guān)，糖尿病的相對風(fēng)險(xiǎn)隨著GPC-4水平的降低而顯著增加［15］。這也提示著GPC-4與2型糖尿病之間存在聯(lián)系。關(guān)于GPC-4水平在糖尿病前期和糖尿病狀態(tài)的差異可以解釋為：糖基化磷脂酰肌醇特異性磷脂酶D（GPLD1）被認(rèn)為可以切割出細(xì)胞表面的GPC-4［22，26，27］，其 活 性 受 胰 島 素 的 調(diào) 節(jié)［28，29］，胰 島 素水平越高，GPLD1活性越強(qiáng)。多項(xiàng)研究表明血清GPLD1水平隨著高血糖而升高［30］，改善高血糖狀態(tài)就很有可能降低GPLD1水平。在糖尿病前期狀態(tài)（IGT）早期增加胰島素水平可能會導(dǎo)致更多的GPC-4從細(xì)胞表面被裂解出來，因此循環(huán)中GPC-4水平升高。隨著疾病的進(jìn)展，就像2型糖尿病患者一樣，胰島素抵抗的增加將導(dǎo)致GPLD1活性降低和循環(huán)GPC-4水平下降。所以我們增加循環(huán)中GPC-4的水平將會是脂肪對抗胰島素抵抗的一種機(jī)制，也就說如果在嚴(yán)重的胰島素抵抗和糖尿病患者中保持高的血清GPC-4水平可能會減輕胰島素抵抗。循環(huán)GPC-4的減少可能是糖尿病患者失代償狀態(tài)的原因，這是非常具有指導(dǎo)意義的。

4 Glypican-4與糖尿病并發(fā)癥

隨著糖尿病病程的延長，最終出現(xiàn)了糖尿病并發(fā)癥。

4.1 糖尿病微血管病變目前沒有文獻(xiàn)涉及糖尿病視網(wǎng)膜病變與GPC-4的關(guān)系，臨床上病程超過10年的糖尿病患者通常合并程度不等的視網(wǎng)膜病變，最終引起了失明。糖尿病視網(wǎng)膜病變通常與糖尿病腎病并存，也被稱為糖尿病腎病視網(wǎng)膜綜合征。糖尿病視網(wǎng)膜病變的患者可預(yù)測其糖尿病腎病的發(fā)生，糖尿病視網(wǎng)膜病變的出現(xiàn)是糖尿病腎病診斷的有力支撐點(diǎn)。有研究證實(shí)了一些脂肪因子與糖尿病微血管之間的關(guān)系，比如血漿瘦素水平與糖尿病腎病的關(guān)系，脂聯(lián)素與年齡、糖尿病病程、血清膽固醇（總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇）水平以及鈣通道阻滯劑的使用呈正相關(guān)等。Cha等通過對161例糖尿病患者進(jìn)行了長期隨訪，檢測患者循環(huán)中血漿脂聯(lián)素、GPC-4等脂肪因子。評估脂肪因子和各種代謝參數(shù)與微血管和大血管并發(fā)癥的關(guān)系。結(jié)果表明嚴(yán)重腎功能不全患者血漿GPC-4水平較高，與EGFR呈負(fù)相關(guān)，與UACR呈正相關(guān)，與脂聯(lián)素相似。還觀察到GPC-4與血糖變異性呈顯著負(fù)相關(guān)，表明GPC-4水平越高，血糖波動越小。這也能是由于GPC-4在對抗胰島素抵抗中的作用［31］。GPC-4作為一種新的脂肪因子有可能通過內(nèi)皮損傷影響到糖尿病微血管病變，并且在患者血漿中水平升高。具體機(jī)制還需要做前瞻性研究來明確。

4.2 糖尿病大血管病變動脈粥樣硬化。共同特點(diǎn)是動脈管壁增厚變硬，失去彈性，管腔狹窄我們?nèi)砀魈帲啥喾N因素共同導(dǎo)致。越來越多的研究表明，動脈粥樣硬化的形成始于由脂肪組織釋放到循環(huán)中的脂肪因子引起的內(nèi)皮損傷，促進(jìn)循環(huán)免疫細(xì)胞的黏附，從而啟動動脈粥樣硬化的進(jìn)展［32，33］。人體的脂肪組織分為三類：白色脂肪組織（WAT），棕色脂肪組織（BAT），胸腹部血管周圍脂肪組織（PVAT）。白色脂肪細(xì)胞可以合成GPC-4［10］，GPC-4在白色脂肪組織和棕色脂肪中均有表達(dá)。在健康狀態(tài)下，白色脂肪組織通過儲存脂質(zhì)起到脂質(zhì)匯總的作用，防止脂質(zhì)在循環(huán)中積累，具有抗動脈粥樣硬化的作用。相反，在肥胖期間，脂肪組織的擴(kuò)張會導(dǎo)致其功能失調(diào)，從而使循環(huán)中的脂質(zhì)分布有利于動脈粥樣硬化的形成［34］。激活BAT可能對動脈粥樣硬化的發(fā)展具有保護(hù)作用。在肥胖期間，脂肪細(xì)胞肥大，脂肪組織功能發(fā)生障礙，導(dǎo)致有害脂肪因子和炎性細(xì)胞因子分泌到循環(huán)中，損害了血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能［35］。目前，可以通過減少炎癥因子和增加脂質(zhì)燃燒盡可能地抑制動脈粥樣硬化的形成。GPC-4作為一種新型脂肪因子，與動脈粥樣硬化之間的關(guān)系有待于進(jìn)一步研究。通過研究GPC-4找到抑制動脈粥樣硬化形成的治療靶點(diǎn)，改善糖尿病并發(fā)癥。更重要的是建立起與糖尿病微血管或大血管之間的關(guān)系，增加對GPC-4與糖尿病微血管或大血管方向的認(rèn)知。也為我們研究糖尿病并發(fā)癥提供了新的思路與方向。

5 結(jié)語

脂肪因子種類繁多，臨床上還有很多并沒有研究明確。GPC-4是一種新型脂肪因子，雖然很早發(fā)現(xiàn)，但關(guān)于它的作用機(jī)制主要是改變胰島素受體信號方面的。脂肪因子本身作用機(jī)制廣泛、龐雜，這增大了研究難度，仍需要進(jìn)一步探索深究。糖尿病的發(fā)病率不斷升高，危害性更大的是其并發(fā)癥，目前關(guān)于糖尿病方面的治療已經(jīng)趨于成熟，我們研究GPC-4與糖尿病及其并發(fā)癥之間的關(guān)系旨在通過GPC-4的特殊作用途徑來尋求新的治療靶點(diǎn)或者為其預(yù)防提供新的思路。關(guān)于GPC-4與糖尿病及其并發(fā)癥之間的作用機(jī)制在我國研究甚少，需要做一些實(shí)驗(yàn)性研究或者前瞻性研究來更深入的探討。