胰岛素抵抗与临床多种疾病如糖尿病、肥胖、动脉粥样硬化症及多囊卵巢综合征等相关, 而过氧化物酶体增殖物活化受体(Peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs)与胰岛素抵抗有着密切的关系, 是胰岛素增敏剂噻唑烷二酮类药物的作用靶点^〔1〕, 发现于20世纪90年代初期.该受体家族参与了从葡萄糖与脂肪酸的代谢到细胞分化、炎症应答和血管生物学调节等一系列广泛的生理学过程, 以及参与2型糖尿病、动脉粥样硬化、肥胖和多囊卵巢综合征等疾病的病理过程.本文对PPARs与胰岛素抵抗及其在胰岛素抵抗中的作用做一综述.

1 PPARs的功能

PPARs是环境/饮食刺激的关键调节物, 同时也在哺乳动物众多复杂的新陈代谢如脂肪酸的氧化及脂肪形成的调节过程中发挥着举足轻重的作用^{〔2, 3〕}。PPARs通过一连串复杂的事件以控制基因的转录, 其调节靶基因表达的经典途径包括配体结合导致的激活作用。PPARs只有与9-顺视黄酸的受体-视黄醇类X受体(retinoid X receptor, RXR)形成异二聚体后才能与DNA结合^〔2〕。PPAR-RXR异二聚体结合到靶基因特定DNA序列的启动子区域, 而这一特定的DNA序列即是过氧化物酶体增殖物反应元件(PPRE)。PPRE通常是具有一个碱基对间距的正向重复序列。当配体结合活化后, PPAR-RXR异二聚体便通过招募辅助因子以激活其靶基因的转录。研究结果表明, 不管是在体或是离体实验中, 受PPAR配体激活后, PPAR-RXR异二聚体与PPRE的结合并不能诱导其与辅激活物如SRC1或TIF2等的相互作用。相反, 在RXR配体存在的情况下, SRC1能够稳定RXR同型二聚体与PPRE的结合, 从而诱导靶基因的转活过程^〔2〕。其中, PPARα刺激肝脏脂肪细胞的氧化及酮体的生成, 并参与调节载脂蛋白的生成。PPARβ则被证实参与多数生物学过程, 最新的研究结果显示, 脂肪组织中PPARβ的表达或活化能阻止饮食或遗传诱导的肥胖。在活体或培养的脂肪细胞或平滑肌细胞中, 被合成的配体激活的PPARβ能够促进脂肪酸的氧化和利用。因此, PPARβ可能导致较少的能量浪费和肥胖的倾向^〔3〕。与PPARα不同, 在脂肪组织中, PPARγ的大多数靶基因都参与了脂肪生成途径。PPARγ和PPARα的功能失调与肥胖、2型糖尿病及动脉粥样硬化等众多疾病相关。PPARγ是脂肪细胞分化必需的物质之一, 它通过抑制编码瘦素基因来控制肥胖的发生。

2 胰岛素抵抗及其相关疾病

胰岛素抵抗导致高胰岛素血症, 与临床多种疾病相关。(1)代谢异常:在脂肪组织中, 由于胰岛素抵抗脂解作用的降低, 将导致葡萄糖摄取量降低以及游离脂肪酸(FFA)含量增加, 在骨骼肌中FFA含量变化和氧化抑制葡萄糖的摄取和储存, 在肝脏中这些脂肪酸则提高糖原异生作用。这些改变最终导致高血糖症, 形成糖尿病的特征性脂质代谢异常, 同时也显著提高了糖尿病患者中心血管疾病的发病风险^〔4〕。(2) 2型糖尿病:2型糖尿病或称非胰岛素依赖型糖尿病(NIDDM)是以降低的葡萄糖耐受与胰岛素抵抗为特征的一类疾病。在该病早期, 肝细胞中葡萄糖含量增加而外周组织中葡萄糖含量减少, 导致血浆中葡萄糖水平升高, 乳胰腺β细胞通过分泌更多的胰岛素以降低升高的葡萄糖水平和胰岛素抵抗, 而这将导致高胰岛素血症^〔5〕, 并通过与位于靶组织上的细胞膜受体结合而调节上述效应^{〔6, 7〕}。(3)肥胖:脂肪细胞分泌的TNF -α、FFA、脂联素(adiponectin)、抵抗素(resistin)、瘦素(1eptin)、IL-6、转运生长因子-β、PAI-1等因子, 在葡萄糖稳态平衡、能量代谢、炎症、脂肪代谢等方面起着不同的作用。脂肪(尤其是内脏脂肪)堆积导致的胰岛素抵抗已被认为是引起N IDDM发病率上升的原因之一。肥胖病人尤其是腹部肥胖的病人中, 普遍存在着游离脂肪酸水平增高的现象, 而高水平的游离脂肪酸及其细胞内代谢产物则抑制胰岛素介导的葡萄糖摄取过程^〔8〕。(4)心血管疾病:胰岛素抵抗与一系列心血管疾病危险因子有关^〔9〕, 这些危险因子包括:高水平的总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、甘油三酯(GL)以及高血压等。研究表明^〔10〕, 肝脏中游离脂肪酸的增加会导致肝细胞中极低密度脂蛋白(VLDL)含量的增加, 而胰岛素能够阻止肝脏分泌VLDL, 但在胰岛素抵抗患者中, 这一抑制机制被减弱, 因而增加的游离脂肪酸将导致高三酸甘油酯血症产生, 最终达到降低胰岛素抵抗的目的^〔11〕。(5)多囊卵巢综合征(PCOS):多囊卵巢综合征以月经紊乱、卵巢来源的雄激素过多及胰岛素抵抗为特征。胰岛素抵抗在多囊卵巢综合征的发病机制中起关键因素的作用。然而, 在这一疾病中, 胰岛素信号缺乏的机制十分复杂并且至今仍未得到充分的阐明。但已有实验证明, 卵巢内胰岛素抵抗会导致高胰岛素血症, 而高胰岛素血症的发生将使卵巢内雄激素水平提高, 这将进一步加重多囊卵巢综合征患者的症状^〔12〕。(6)肝脏疾病:研究表明, 糖尿病患者具有更高的肝硬化和肝纤维变性的发病率, 且肥胖也是促使肝硬化发生的一个危险因子。此外, 进一步研究发现, 非酒精性脂肪肝还与代谢综合征中增加的尿酸含量、腰围指数以及增加的胰岛素抵抗稳态模型评价指数有关。这些事实表明, 胰岛素抵抗及代谢综合征在非酒精性脂肪肝、肝硬化和肝脏纤维变性中发挥了重要的作用^〔13〕。

3 PPARs在胰岛素抵抗中的作用 3.1 PPARs是噻唑烷二酮类药物(TZDs)的作用靶点

目前有关PPARγ与胰岛素抵抗的研究主要集中在探索胰岛素增敏剂如噻唑烷二酮类药物(TZDs)激活PPARγ后的作用机制^〔1〕。TZDs包括罗格列酮和吡格列酮等。该类药物能激活PPARγ, 从而减少FFA和TNF-α的释放及增加脂联素的分泌来调节脂肪组织的发育及代谢。此外, PPARα调节游离脂肪酸氧化的能力暗示了这一受体的激动剂治胰岛素抵抗的潜能。研究表明, PPARα的激活可影响与胰岛素相关的炎症及血栓过程中的重要物质, 例如C反应蛋白(CRP), 纤维蛋白原以及PAI-I等。新近的实验研究还指出^〔14〕, PPARα的激活还能显著降低心血管疾病的发生率。

3.2 PPARs影响胰岛素抵抗的机制

(1)对内分泌的影响:脂肪细胞中的PPARγ的活化对其内分泌有调节作用, 而内分泌激素可作为信号分子损害胰岛素信号通路, 改变胰岛素介导的葡萄糖稳态平衡和脂肪代谢等过程。由脂肪细胞分泌的TNF-α已被证实是肥胖与胰岛素抵抗发展过程中的一个关键的细胞因子。实验表明^〔15〕, 肥胖病人脂肪组织中TNF -α的表达增加。而向成年大鼠体内注射TNF-α将导致大鼠脂肪细胞中与FFA释放有关的基因表达的改变, 从而最终引起全身性的胰岛素敏感性降低。体内白色脂肪组织(WA T)经TZDs处理后可使TNF-α含量下降。棕色脂肪组织(BA T)能选择性表达解偶联蛋白-1(UCP-1), 而后者参与了线粒体呼吸过程而产热。此外, UCP-1相关的解偶联蛋白-UCP-2能在包括骨骼肌和脂肪等的多种组织中表达, 它被认为是全身能量利用的一个重要调节因子。因此, PPARγ激活后通过使脂肪细胞减少TNF-α及其他信号分子的分泌而降低胰岛素抵抗, 部分地增加胰岛素敏感性, 并能改善2型糖尿病病人的葡萄糖耐量。(2)对糖-脂循环(Ran2 dle循环)的影响^〔16〕:葡萄糖转运主要是通过胰岛素调节的葡萄糖载体GLU T4。在肌肉中, 葡萄糖和脂肪酸在作为能量供给时相互竞争, 脂肪酸水平的升高会影响到葡萄糖的利用。而在肝脏中, FFA的增加与升高的葡萄糖含量糖原异生作用密切相关。PPARγ的激活促进了葡萄糖载体GLUT1、GLUT2、GLUT4的表达, 并导致了糖、脂代谢及信号转导途径中一些关键基因表达的改变。PPARγ能选择性地诱导脂蛋白脂酶和乙酰辅酶A在脂肪组织中的表达, 促进了脂肪组织中FFA的清除, 但其并未改变肌肉组织中脂蛋白脂酶和乙酰辅酶A的表达, 也未增加FFA从脂肪组织向肌肉组织的释放, 从而导致脂肪酸滞留于脂肪组织, 使全身可利用的脂肪酸减少。因此, PPARγ可通过葡萄糖与脂肪酸的代谢过程, 加快脂肪酸的消耗, 从而改善胰岛素的敏感性。(3) PPARγ形成PPAR-RXR二聚体的作用机制:如前所述, PPARγ形成PPAR-RXR二聚体后可增加WA T中的总胆固醇(TG)含量, 使肝脏/肌肉中的TG含量降低, 从而改善高脂饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗。研究证明^〔17〕, PPARγ的外显子B存在相当普遍的多态性, 例如Prol2Ala多态性在多个民族中与体质指数和心血管疾病的发病率的降低以及胰岛素敏感性的升高有关。Alal2等位基因的胰岛素增敏效应只在具有低出生体重的研究对象中才发现, 表明出生后的环境因素能改变PPARγ的活性。基因-生活方式的相互作用可能调节Prol2Ala多态性对体重的增加以及2型糖尿病发病风险的影响。这反映了胰岛素复杂的、多基因的本质以及多环境因素对表型的影响作用。

4 结语

胰岛素抵抗可导致多种疾病, 因此, 研究胰岛素抵抗的机制十分重要。PPARs是噻唑烷二酮类药物(TZDs)治疗胰岛素抵抗的作用靶点^〔1〕。该类药物能激活PPARγ, 从而减少FFA和TNF-α的释放及增加脂联素的分泌来调节脂肪组织的发育及代谢。此外, PPARα调节游离脂肪酸氧化的能力暗示了这一受体的激活机制治疗胰岛素抵抗的潜能。实验研究指出^〔18〕, PPARα的激活还能显著降低心血管疾病的发生率。显然, 研究PPARs在治疗和预防胰岛素抵抗中的机制有着重要的学术价值和临床应用前景。