肥胖是2型糖尿病发生的危险因素之一, 此时机体处于一种低度炎症状态^〔1〕, 在这种状态下, 脂肪细胞因子的分泌发生变化.脂肪组织是胰岛素抵抗的始发部位, 能合成和分泌多种活性物质, 包括脂联素(Ad iponectin)、瘦素(Leptin)、抵抗素(Resistin)、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)等, 它们在肥胖与胰岛素抵抗的发生发展过程中具有重要作用.目前, 脂肪细胞因子已成为探求糖尿病及其他内分泌疾病发病机制的热点.现将脂联素、瘦素、抵抗素、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)与胰岛素抵抗的关系综述如下.

1 脂联素 1.1 脂联素与胰岛素抵抗

脂联素由分化成熟的脂肪细胞合成和分泌, 是一个具有244个氨基酸残基的多肽, 包括氨基端的一个分泌信号序列, 一个小的非螺旋区, 一段22个胶原样重复序列及羧基端一个球形结构域。它是目前最明确和最重要的一个具有抗胰岛素抵抗作用的脂肪细胞因子, 参与糖、脂的代谢。人脂联素定位于3q27, 该位点与2型糖尿病和代谢综合征密切相关, 所以它具有抗糖尿病的特性。

脂联素与胰岛素抵抗的发生密切相关。对居住在非洲和欧洲的美国人进行的调查显示^〔2〕, 代谢性疾病和胰岛素抵抗的发生与低分子量的脂联素和脂联素三聚物呈负相关, 而高分子量的脂联素在其中作用较小。在正常状态下, 血浆中的脂联素循环维持在一个较高的水平, 其浓度为5~30μg/mL, 约占总血浆蛋白的0.01%。在胰岛素抵抗状态下, 如肥胖及2型糖尿病时, 血浆脂联素水平下降, 其浓度与胰岛素敏感性呈正相关。实验证明, 脂联素缺乏或脂联素基因破坏后, 会导致血浆游离脂肪酸清除延迟, 肌肉中脂肪酸转运蛋白1mRNA水平下降, 脂肪组织中肿瘤坏死因子-α(TNF-α) mRNA水平升高及血浆中TNF-α浓度升高。同时, 介导的胰岛素信号转导减弱。显示严重的胰岛素抵抗。当脂联素分泌恢复正常后, 上述现象及胰岛素抵抗都可得到逆转。说明脂联素能增加胰岛素的敏感性^〔3〕。

随着生活水平的提高, 脂联素水平偏低已成为代谢性疾病发生的一个危险因素。有关脂联素的人群调查表明, 在最终发展成为葡萄糖调节受损(IGR)或者2型糖尿病的受试者中, 脂联素基础水平偏低者约有37%发展为葡萄糖调节受损和2型糖尿病, 而脂联素基础水平高者仅为20%, 充分说明脂联素在异常葡萄糖代谢和胰岛素抵抗的发生发展过程中发挥了作用^〔4〕。

1.2 脂联素增敏胰岛素作用机制

脂联素促进肝脂肪酸氧化并抑制肝脏葡萄糖生成; 与遗传基因的相互作用有关, 如在脂联素基因中单核苷酸的多态性所致肥胖引起皮下脂联素下降, 这在肥胖相关的胰岛素抵抗中有主要的始动作用^〔5〕; 另外, 脂联素的增敏作用还可能与其信号级联及调控有关。

2 瘦素 2.1 瘦素与胰岛素抵抗

瘦素是有白色脂肪细胞合成分泌的多肽激素, 由167个氨基酸残基组成。人瘦素基因位于染色体7q31.3。瘦素在血循环中有游离和与载体蛋白结合2种形式, 但只有游离型瘦素具有生物学活性。人类瘦素受体基因定位在染色体1p31, 广泛分布在身体的多个部位, 与糖尿病密切相关的胰岛β细胞上也有瘦素受体的表达。研究表明, 瘦素和胰岛素敏感指数之间呈明显负相关^〔6〕, 瘦素受体中Q223R基因的多态性与胰岛素敏感指数和葡萄糖清除率有关^〔7〕。瘦素主要通过下丘脑调节能量代谢和控制饮食来降低胰岛素水平, 也可以通过外周作用调节糖代谢平衡、促进脂肪分解等。

近年来, 瘦素被认为是抑制食物摄入和体重增加的一种重要的循环标志物。动物研究显示, 肥胖动物肥胖基因突变引起血循环中瘦素缺乏是发生肥胖的原因之一。另外, 瘦素抵抗被认为是肥胖的另一重要原因。在肥胖人群中, 脂肪组织中瘦素RNA的表达及血浆瘦素水平与肥胖程度呈正相关, 说明人类肥胖者存在瘦素抵抗现象。并且这种现象与胰岛素抵抗关系密切。肥胖患者的组织细胞对胰岛素敏感性下降, 并由此导致高胰岛素血症和胰岛素抵抗; 当体重减轻时, 组织对胰岛素的敏感性提高。

胰岛素和瘦素之间的相互作用表现为, 胰岛素能刺激瘦素合成和分泌, 而瘦素直接或间接抑制胰岛素。正常情况下, 脂肪量增加可引起瘦素分泌增加, 瘦素直接激活ATP敏感的K⁺通道, 使胰岛β细胞膜超极化, 胰岛素分泌减少; 瘦素还可间接抑制副交感神经、刺激交感神经, 抑制胰岛素分泌; 而胰岛素可促进脂肪合成和瘦素分泌。肥胖患者生理浓度瘦素可直接削弱胰岛素的葡萄糖转运和蛋白质激酶A的激活, 抑制糖异生限速酶-磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶mRNA的表达和其蛋白合成, 而形成胰岛素抵抗。与大多数肥胖者血浆瘦素增高相符合, 但这种瘦素水平的升高并不能有效控制体重增长。对阿拉伯2型糖尿病患者的一项研究表明, 瘦素水平控制相似的病人, 胰岛素抵抗的发展与其肥胖程度呈正相关^〔8〕。可见在肥胖和2型糖尿病中瘦素水平升高和瘦素抵抗并存。因此, 肥胖是引发瘦素抵抗和胰岛素抵抗的关键因素。

2.2 有关瘦素抵抗学说

近年来, 在瘦素抵抗和胰岛素抵抗的机制方面提出了蛋白酪氨酸磷酸酶1B (PTP1B)活化学说, 该学说认为, 蛋白酪氨酸磷酸酶的普遍激活是瘦素抵抗和胰岛素抵抗的共同发病机制^〔7〕。总之瘦素和胰岛素两者之间的相互作用维持了机体的营养和代谢平衡, 一旦这种作用失调, 就可能引起糖尿病的发生发展。

3 抵抗素 3.1 抵抗素与胰岛素抵抗

抵抗素由108个氨基酸残基组成, 分子质量为12.5KD, 基因编码区定位于染色体19p13.3。其作用是对抗胰岛素, 使血糖水平升高、脂肪细胞增生而致肥胖。胰岛素对抵抗素的调节作用目前尚存争议。对啮齿类动物和细胞培养的研究提示, 脂肪细胞和骨骼肌可能是抵抗素活动的潜在靶器官^〔9〕。抵抗素在肝脏和骨骼肌中通过减低胰岛素功能而影响葡萄糖代谢。给予体外培养的3T3-L1细胞一定浓度的胰岛素, 抵抗素mRNA的表达可被大幅下调。然而, 糖尿病肥胖大鼠和链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠, 脂肪组织中抵抗素表达降低。给予胰岛素后, 抵抗素的表达明显增高, 发现胰岛素可以浓度依赖性的方式增加抵抗素的分泌。另有研究结果显示^〔10〕, 肥胖和2型糖尿病患者空腹抵抗素水平均低于正常人, 但相同肥胖度的人其空腹血清抵抗素浓度有很大差异, 说明胰岛素可能是影响抵抗素分泌的一个因素。抵抗素的生成和表达还受神经、激素、局部细胞因子及营养状态等多种因素调节。

在活体内给予抵抗素, 可通过增加肝葡萄糖生成诱导胰岛素抵抗。高脂饮食可引起鼠高抵抗素血症和肝胰岛素抵抗, 而给予抵抗素反义寡核苷酸则可逆转。转基因抵抗素过表达和腺病毒介导的高抵抗素血症在鼠体内可减弱胰岛素刺激的葡萄糖利用。提示抵抗素在啮齿类动物中有致糖尿病的作用。

3.2 抵抗素与肥胖

有研究认为, 抵抗素是青少年肥胖和胰岛素抵抗可能的标记物^〔11〕。SteppanCM等^〔12〕研究提示, 抵抗素可能介导饮食性肥胖相关的胰岛素抵抗, 其糖耐量异常与胰岛素抵抗有关, 而非胰岛素生成和分泌不足所致。调查发现, 在肥胖者和瘦者、胰岛素敏感者和胰岛素抵抗者、2型糖尿病者之间抵抗素的表达无明显差异^〔13〕。有研究报道, 血清抵抗素水平在消瘦儿童和肥胖儿童间并无改变^〔11〕。虽然研究证实女童的抵抗素浓聚物比男童高, 但抵抗素与胰岛素抵抗指数、肥胖程度并不相关。同样, 对肥胖成人, 有代谢综合征的病态肥胖者在有明显体重减轻和胰岛素敏感度增加情况下, 其血清抵抗素浓聚物并不减少^〔13〕。

许多学者曾一度认为抵抗素可能是联系肥胖与胰岛素抵抗及糖尿病的重要信号分子。但是, 多数对人类的研究中并未揭示抵抗素和胰岛素抵抗有明确关系^〔3〕。人抵抗素基因存在着多种单核苷酸多态性, 但几乎均与2型糖尿病发病无直接关联。因此, 有关抵抗素与肥胖及胰岛素抵抗的确切关系有待进一步研究。

4 MAPK转导通路 4.1 c-Jun氨基末端激酶(JNK)与胰岛素抵抗

MAPK是1988年从胰岛素刺激的3T3-L1细胞中分离的一种42kd的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。MAPK转导通路是一条信号从细胞表面受体到细胞核内的主要信号转导途径。哺乳动物的MAPK可分为5类:细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)、细胞外信号调节激酶3/4(ERK3/4)、细胞外信号调节激酶5(ERK5)、p38和JNK。JNK家族是MAPK超家族成员之一, 又称应激激活蛋白激酶(SAPK)。以JNK为中心的JNK信号通路可被细胞因子、生长因子、应激等多种因素激活。JNK信号通路在细胞分化、细胞凋亡、应激反应以及多种人类疾病的发生与发展中起重要作用。因此, JNK信号通路是正常与疾病状态时细胞的一个重要调节靶点。

近年来, JNK在肥胖相关的炎症和胰岛素抵抗中的作用备受关注。通常情况下认为, JNK造成了由肥胖引起的胰岛素抵抗。对动物JNK基因敲除后能减轻体重, 改善肥胖、高血糖和高胰岛素血症; 在游离脂肪酸诱导3T3-L1脂肪细胞产生胰岛素抵抗的过程中, JNK起到了介导作用。有活性的游离脂肪酸激活JNK, 抑制细胞因子信号蛋白3, 增加炎性细胞因子TNF-α的分泌, 降低脂联素的分泌。抑制JNK可以使脂肪细胞TNF-α表达降低^〔14〕, 导致脂肪细胞分泌脂联素减少, 即JNK介导了TNF-α减少引起的脂肪细胞分泌脂联素减少的过程^〔15〕。动物实验已证实, JNK在胰岛素抵抗伴有的高胰岛素血症以及高血糖状态中有明确的介导作用。JNK亦可以介导肥胖低度炎症状态下的信号传导通路。但研究表明, JNK缺乏不影响巨噬细胞侵润及胰岛素的敏感性, 尽管脂肪组织有一定的炎性变^〔16〕。

肥胖与慢性低度炎症相关, 炎症信号干扰胰岛素作用的发挥并破坏代谢内环境稳态。肥胖的中间产物内质网小体功能的降低导致胰岛素抵抗和2型糖尿病, 这一过程依赖于JNK的激活; 反之, 在转基因小鼠中增强内质网的功能可避免或者减轻饮食诱导的胰岛素抵抗。因此, 内质网应激在肥胖诱导JNK的激活, 炎症应答和胰岛素抵抗的发病机制方面发挥了重要作用^〔17〕。

体外试验证实, JNK通过胰岛素受体底物-1的丝氨酸307磷酸化引起胰岛素抵抗。放射免疫分析法显示, 丝氨酸307是JNK磷酸化胰岛素受体底物-1的主要位点, 该位点突变可使JNK诱导的胰岛素受体底物-1磷酸化作用消失。在体内试验中, 饮食诱导的肥胖小鼠和ob/ob小鼠的肝脏、肌肉、脂肪组织中JNK活性明显升高。肥胖小鼠肝脏组织中胰岛素受体底物-1的丝氨酸307磷酸化较瘦鼠明显升高, 但在肥胖的JNK抑制小鼠中未见升高, 证实IRS-1的丝氨酸307是JNK在体内作用的靶点。而且, 在TNF引起胰岛素抵抗的肝细胞模型中, 使用JNK抑制剂可以完全阻断丝氨酸307的磷酸化。

4.2 促分裂原活化蛋白激酶磷酸酶(MKPs)对MAPK的调节作用

MKPs是一类丝/苏氨酸和酪氨酸双特异性磷酸酶。它在细胞分化、增殖和基因表达过程中起着重要作用。MKPs通过对MAPK去磷酸化而发挥生物学作用, 从而调节MAPK信号通路的活性。而MAPK也可以激活MKPs, 对MKPs具有一定反馈作用。它们相互作用, 确保了细胞内信号的精确传递, 并参与细胞功能的调节^〔18〕。

MKPs已经有10多个家族成员, 它们可以分为2类:(1)可诱导的位于核内的磷酸酶, 如MKP-1;(2)定位于胞质且不被即刻早期基因编码的酶, 如MKP-3。MKPs的底物包括胞外信号调节激酶(ERK)、JNK/SAPKs和p38三大类。MKPs对磷酸残基具有偏好性, 它水解磷酸酪氨酸比磷酸苏氨酸快40倍, 比磷酸丝氨酸快500倍。对小鼠的肝瘤细胞进行研究表明^〔19〕, MKPs刺激磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)基因转录, 对抗胰岛素对PEPCK基因转录的抑制, 增加葡萄糖异生。此外, MKP-3在胰岛素敏感组织中表达, 并且此表达在胰岛素抵抗和肥胖鼠的肝脏中明显提高。MKP-3能刺激PEPCK启动子, 也可以在肝瘤细胞中异位表达。肝脏中的MKP-3增强了PEPCK糖尿病的发生。另有实验证明, 缺乏MKP-1的小鼠MAPK活性增强能够抵抗食物诱导的肥胖, 其作用机制可能与JNK在核内的活性有关^〔20〕。

5 小结

脂肪组织作为一个内分泌器官, 其所分泌的细胞因子对机体物质能量代谢有重要作用, 尤其在肥胖及胰岛素抵抗中的作用日渐突出。脂联素, 瘦素能改善胰岛素抵抗, JNK则在糖尿病和胰岛素抵抗的发生机制中发挥作用, 抵抗素与胰岛素抵抗和2型糖尿病之间的关系尚存争议。脂肪细胞因子及其作用的日渐明确将为糖尿病的治疗提供新的依据和基因治疗靶点。