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脂肪胰島軸與腸胰島軸的對(duì)話
【摘要】胰高血糖素樣肽1(Glucagon-like peptide l，GLP-1)是一種腸促胰島素，具有促進(jìn)胰島素分泌等生理作用，胰島素可刺激脂肪組織產(chǎn)生和分泌瘦素，而瘦素又可抑制胰島素分泌，“脂肪-胰島素內(nèi)分泌軸”失調(diào)參與糖尿病發(fā)生發(fā)展。近年來的研究揭示雖然瘦素和胰高血糖素樣肽-1在不同系統(tǒng)中起不同作用，但它們之間存在著廣泛的聯(lián)系和相互作用，探討腸胰島軸和脂肪胰島軸之間的相互作用從而了解2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制。
【關(guān)鍵詞】瘦素 胰高血糖素樣肽-1 2型糖尿病 職稱論文
【abstract】Glucagon-like peptide l ( GLP-1)is a kind of incretin. It stimulates insulin secretion，insulin can stimulates leptin secreted by adipose tissue，conversely，leptin can inhibite insulin secretion.adipoinsular axis takes part in the diabetes development.A large number of studies show that leptin and GLP-1 play different roles in different systems，but there is a generally connection between them，we could study the interaction of enteroinsular axis and adipoinsular axis in order to understand pathogenesis of the type 2 diabetes mellitus.
【key words】leptin glucagon-like peptide 1 Type 2 Diabetes Mellitus
幾年來隨著脂肪-胰島和腸-細(xì)胞分泌胰島內(nèi)分泌軸的發(fā)現(xiàn)，使其相互作用倍受關(guān)注。對(duì)于為了更好地了解糖尿病的發(fā)病機(jī)制，本文主要以瘦素和胰高血糖樣肽-1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)為例闡述脂肪胰島和腸胰島的相互作用。
1 GLP-1與瘦素概述
早在1902年，Baylis和starling通過口服葡萄糖的胰島素應(yīng)答反應(yīng)明顯強(qiáng)于靜脈注射推測腸道可能存在某種因子[1]，后來命名為腸促胰素。腸促胰素主要由GLP-1和糖依賴性胰島素釋放肽(GIP)組成，GLP-1由胰高血糖素原基因表達(dá)，在胰島α細(xì)胞中，胰高血糖素原基因的主要表達(dá)產(chǎn)物是胰高血糖素，而在腸黏膜的L細(xì)胞中，前激素轉(zhuǎn)換酶(PC1)將胰高血糖素原剪切為其羧基端的肽鏈序列，即GLP-1[2][3]。GLP-1在2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中起著更為重要的作用，具有促進(jìn)胰島素分泌、胰島細(xì)胞生長、增殖和分化并抑制胰島β細(xì)胞凋亡，調(diào)節(jié)攝食等多種作用。
瘦素是1994年zhang[4]等年通過定位克隆技術(shù)識(shí)別出ob(肥胖)基因編碼的167個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，定名為瘦素。瘦素主要由白色脂肪產(chǎn)生和分泌。瘦素血濃度與身體白色脂肪量呈正相關(guān)。瘦素最主要的功能是:①抑制食欲，減少能量攝取;②增加能量消耗;③通過脂肪組織的obRb直接抑制脂類的合成。肥胖的患者血清瘦素含量反而很高可能存在瘦素抵抗，而瘦素抵抗在胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用[5]
2 GLP-1和瘦素對(duì)胰島素分泌合成的調(diào)節(jié)
GLP-1結(jié)合到胰島β細(xì)胞的GLP-1特異性受體，G蛋白偶聯(lián)受體，激活腺苷酸環(huán)化酶，使β細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度升高，激活蛋白激酶A，鉀通道關(guān)閉，使細(xì)胞去極化，誘發(fā)電壓依賴性Ca2+通道開放，細(xì)胞外的Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，使β細(xì)胞內(nèi)貯存的胰島素小泡轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜出胞，最終誘發(fā)胰島素分泌[2]。Skoglund等研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1可劑量依賴性地活化胰島素基因啟動(dòng)子1上cAMP反應(yīng)元件(CRE)，通過cAMP介導(dǎo)，增強(qiáng)胰島素基因轉(zhuǎn)錄因子活性，增加胰島素mRNA水平[6]。不過這個(gè)特點(diǎn)不是維持正常前胰島素基因表達(dá)所必需的，因?yàn)橐葝u素mRNA在健康鼠和GLP-l受體雙缺陷鼠中的轉(zhuǎn)錄量差異不大[7]。腺十二指腸同源框1(pancreaticduodenal homeobox-1，PDX-1)對(duì)胰腺發(fā)育和胰島素轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)具有重要作用，其借助N端與胰島素基因啟動(dòng)子A1和A3/A4結(jié)結(jié)合，調(diào)控胰島素基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)PDX-1也與人胰島素基因的CG2元件結(jié)合，此元件對(duì)胰島素基因的激活很關(guān)鍵[8]。GLP-l能夠激活反式激活表皮生長因子受體(EGFR)，EGFR激活磷酸肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase，P13K)及其下游的PKB/Akt和絲裂原活化蛋白激酶P38(P38MAPK)，被激活的Akt可以阻止轉(zhuǎn)錄因子Fox01進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，進(jìn)而解除Fox01對(duì)PDX-1啟動(dòng)子的活性的抑制作用，增加胰島素基因的表達(dá)[8][9]。Moritz等發(fā)現(xiàn)，GLP-1能增強(qiáng)組成ATP敏感性鉀通道(K+ATP)的Kir6.2基因啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄子活性，增加K+ATP通道表達(dá)，改變Ca2+內(nèi)流，調(diào)節(jié)胰島素分泌。GLP-1又可使GLUT1、GLUT2、己糖激酶Ⅰ以及葡萄糖激酶等基因表達(dá)增加，使機(jī)體對(duì)葡萄糖敏感性亦隨之增強(qiáng)[10]。因此，很明顯GLP-1促胰島素分泌作用不僅加強(qiáng)了葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌的急性效應(yīng)胞吐作用，而且激發(fā)了胰島素的轉(zhuǎn)錄水平。
許多研究顯示，瘦素通過(1)自主神經(jīng)介導(dǎo)作用;(2)生理濃度的瘦素直接作用于β細(xì)胞上的瘦素受體，激活K+通道，導(dǎo)致β細(xì)胞膜超極化，使胰島素分泌減少，進(jìn)而減少脂肪合成。(3)生理濃度的瘦素通過激活PI3K依賴性的環(huán)核苷酸磷酸二酯酶，降低CAMP，抑制胰島素基因的表達(dá)。瘦素引導(dǎo)超極化作用在空腹時(shí)明顯，此時(shí)胰島素水平是低的，進(jìn)食后，胰島素分泌增加，可抵消瘦素導(dǎo)致的細(xì)胞膜超極化，肥胖的T2DM患者由于空腹時(shí)仍有高胰島素水平，抑制了瘦素開放K+通道的作用，導(dǎo)致瘦素不能使胰島素分泌減少，持續(xù)的高胰島素血癥使下丘腦的瘦素受體解離，使瘦素應(yīng)產(chǎn)生的飽感及能量消耗的信號(hào)傳導(dǎo)作用減弱，更加不能抑制胰島素分泌。同時(shí)瘦素抑制細(xì)胞內(nèi)游離鈣內(nèi)流，慢性作用時(shí)還可抑制GKmRNA表達(dá)，提示瘦素可通過抑制胰島β細(xì)胞葡萄糖信號(hào)傳遞，抑制胰島素分泌。胰島素對(duì)瘦素分泌起慢性調(diào)節(jié)作用，胰島素直接作用于脂肪細(xì)胞水平調(diào)控瘦素分泌，高胰島素血癥在數(shù)小時(shí)之后出現(xiàn)白色脂肪組織中瘦素表達(dá)及分泌增高[11][12]�？梢�，脂肪胰島軸在瘦素的介導(dǎo)下取得動(dòng)態(tài)平衡。
瘦素抑制胰島素分泌與血糖濃度及GLP-1有關(guān)。將瘦素與大鼠分離出來的β細(xì)胞培養(yǎng)1-2小時(shí)后，胰島素分泌減少13%-80%，而在存在高血糖時(shí)，瘦素的抑制作用明顯下降，在同時(shí)存在腸促胰島素時(shí)，瘦素抑制胰島素分泌的作用完全被阻斷。提示瘦素主要在空腹時(shí)抑制胰島素分泌，而進(jìn)食后血糖增高，GLP-1亦增高，消除了瘦素對(duì)胰島素分泌的抑制作用。
3 GLP-1和瘦素對(duì)β細(xì)胞的作用。
餐后GLP-1分泌，一方面可以作用于β細(xì)胞，增加對(duì)葡萄糖敏感的β細(xì)胞的數(shù)量，還可使具有葡萄糖敏感性的β細(xì)胞的親糖能力顯著增強(qiáng)，另外還可以作用于α細(xì)胞，減少餐后胰高血糖素分泌，作用于中樞激發(fā)飽食感，減少進(jìn)食，從而減輕β細(xì)胞工作負(fù)荷，達(dá)到保護(hù)β細(xì)胞的作用。
GLP-1通過抑制β細(xì)胞凋亡作用的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的機(jī)制保護(hù)β細(xì)胞，抑制凋亡�？赡苤饕峭ㄟ^PI3K-PKB/Akt和絲裂原活化蛋白激酶家族(mitogen-activated protein kinase MAPK)等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié)前凋亡蛋白(如caspase)或抗凋亡蛋白(如Bcl-2，Bcl-xl)活性，從而抑制β細(xì)胞凋亡。
GLP-1活化的PI3K激活A(yù)kt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，同時(shí)GLP-1也可促進(jìn)cAMP激活cAMP反應(yīng)元件(CREB)，其通過轉(zhuǎn)錄激活作用提高胞內(nèi)胰島素受體底物蛋白-2(IRS-2)的水平，進(jìn)而調(diào)節(jié)IRS-2-生長因子途徑，激活A(yù)kt[13]�；罨腁kt介導(dǎo)的GLP-1抗β細(xì)胞凋亡可能涉及以下兩種機(jī)制:(1)調(diào)節(jié)Bcl-2家族成員的活性[14]，(2)使NF-κB磷酸化而被激活，隨后轉(zhuǎn)移入核作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)抗凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2、Bcl-xL基因的轉(zhuǎn)錄[15]。
GLP-1與受體結(jié)合后可通過cAMP水平的增加來激活Epac，從而激活Ras家族中的Rap1蛋白，活化型Rap1蛋白進(jìn)一步激活Raf，后者激活MAPK/ERK[16]，活化的ERK二聚體可在胞漿內(nèi)或轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)使一系列的細(xì)胞因子(Bcl-2，NF-κB)發(fā)生磷酸化從而調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。GLP-1激活EGFR-PI3K-Pdxl通路可以促進(jìn)β細(xì)胞增殖和存活[17]，p38MAPK、磷脂酰肌醇激酶(P13K)以及糖代謝信號(hào)等又可加強(qiáng)PDX-1反應(yīng)性，使GLP-1促增殖作用進(jìn)一步增強(qiáng)[15][18]。
GLP-1不影響胰島基礎(chǔ)微循環(huán)，但阻斷了高血糖誘導(dǎo)的胰腺血流向胰島內(nèi)重分布，GLP-1降低GK大鼠的基礎(chǔ)胰島高灌注和糖負(fù)荷后IBF，從而逆轉(zhuǎn)毛細(xì)血管內(nèi)高壓，可能是其除了促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化、抑制凋亡以外另一個(gè)細(xì)胞保護(hù)機(jī)制[19]。活化的PKB能抑制油酸對(duì)β細(xì)胞的脂毒性作用[20]。GLP-1通過增加胰島素樣的生長因子Igf-2/Igf-1受體自分泌環(huán)的活性保護(hù)β細(xì)胞免遭凋亡[21]。
Ling等提出，GLP-1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)β細(xì)胞分化至關(guān)重要。PDX-1對(duì)胰腺形成與發(fā)育也具有重要作用，GLP-1可通過增強(qiáng)PDX1基因表達(dá)誘導(dǎo)胰島和胰管內(nèi)前體細(xì)胞或干細(xì)胞分化為胰島β細(xì)胞[18][22][23]。PDX-1缺陷的人或動(dòng)物，可引起胰腺功能全面衰竭[24][25][26]。
人胰島長期暴露于瘦素中可以導(dǎo)致胰島β細(xì)胞凋亡。瘦素誘導(dǎo)培養(yǎng)的人胰島細(xì)胞釋放IL-1β，使β細(xì)胞表達(dá)IL-1Rα減少，IL-1β/IL-1Rα比值增加，從而損傷β細(xì)胞的功能，并促進(jìn)β細(xì)胞的凋亡[27]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，瘦素能對(duì)抗β細(xì)胞的凋亡，瘦素可以完全阻止正常胰島細(xì)胞中的脂肪酸引起對(duì)Bcl-2的抑制;降低胰腺乙酸輔酶A活化酶活性及脂肪酸合成酶的表達(dá)，減少胰島細(xì)胞內(nèi)脂肪沉積，防止其功能受損。目前不知是否是由于不同劑量的瘦素產(chǎn)生的對(duì)β細(xì)胞的不同的影響。
4 GLP和瘦素對(duì)攝食的調(diào)節(jié)作用
研究者認(rèn)為，GLP-1是通過多種途徑產(chǎn)生降低體重的作用，包括抑制胃腸道蠕動(dòng)和胃液分泌，抑制食欲及攝食，延緩胃內(nèi)容物排空[28]。
GLP-1致厭食作用與下丘腦的攝食中樞的關(guān)系：GLP-1至少有兩種途徑進(jìn)入下丘腦食欲控制中心[29]。腦中產(chǎn)生的GLP-1和來自腸道的血液中的GLP-1。這兩種途徑相互沒有沖突。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在腦干、弓狀核、室旁核中都存在GLP-1受體，GLP-1在下丘腦作為一種神經(jīng)遞質(zhì)直接刺激飽食中樞。PG在延髓孤束核中表達(dá)并進(jìn)一步剪切成胰高血糖素樣肽，但是這種途徑恐怕不能在進(jìn)餐后20-30分鐘內(nèi)產(chǎn)生飽足感。所以更有可能是腸道產(chǎn)生的GLP-l刺激瘦素信號(hào)進(jìn)入下丘腦。GLP-1神經(jīng)纖維與下丘腦促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(Corlicotropin Releasing Hormone，CRH)神經(jīng)元相互作用可能導(dǎo)致了GLP-1抑制攝食的全面作用。中樞CRH被認(rèn)為是一個(gè)厭食因子，中樞給予CRH可引起厭食反應(yīng)，減低食欲，并激活交感神經(jīng)因其能量消耗。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程可能是GLP-1與G蛋白耦聯(lián)的受體結(jié)合，激活環(huán)磷腺苷的胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，引起CRH神經(jīng)元內(nèi)核轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，再與CRH基因的啟動(dòng)子結(jié)合導(dǎo)致CRH的表達(dá)。
由腸腔內(nèi)容物引起的GLP-1的釋放可減慢胃排空和小腸運(yùn)動(dòng)，參與所謂“回腸制動(dòng)”效應(yīng)。GLP-1能抑制餐后胃排空和減少胃酸分泌，可通過抑制迷走神經(jīng)而抑制胃和十二指腸的蠕動(dòng)，增加幽門部的壓力，從而延緩胃排空，降低食欲，減輕體重。給正常個(gè)體靜脈注射GLP-1可使50%胃排空時(shí)間由(28±2)min延長到(50±9)min[30]。
瘦素的中樞作用通過其對(duì)下丘腦神經(jīng)肽通路的影響而實(shí)現(xiàn)。瘦素受體在弓狀核，腹側(cè)正中下丘腦核、邊下丘腦核、背中線下丘腦核、旁室旁核都有高水平表達(dá)。下丘腦的神經(jīng)肽(NPY)是促進(jìn)攝食量的一個(gè)最強(qiáng)有力的誘導(dǎo)因子和棕色脂肪組織產(chǎn)熱的抑制因子，它能增加血中胰島素水平。體重增加使脂肪組織表達(dá)其自身容積的信號(hào)-瘦素分泌增加。作用于下丘腦使POMC系統(tǒng)合成增加，MSH為其一種成份，作用于黑色素促皮質(zhì)受體4(M4)，引起攝食減少，耗能增加及交感神經(jīng)功能加強(qiáng)以消耗脂肪的容量。而當(dāng)機(jī)體處于饑餓狀態(tài)脂肪組織容量的下降時(shí)，瘦素作用于下丘腦使NPY合成分泌增加，通過Y5受體，機(jī)體產(chǎn)生攝食增加，副交感功能增強(qiáng)，耗能減少，從而恢復(fù)脂肪的容量。在許多肥胖鼠和禁食鼠模型中，下丘腦NPY的表達(dá)上升，通過瘦素處理可以直接抑制NPY從正常動(dòng)物下丘腦的釋放，引起采食量迅速降低，產(chǎn)熱增加及在體重降低之前的糖血癥及胰島素血癥的改善。在饑餓狀況下，NPY神經(jīng)元被激發(fā)，大部分是由于NPY的激發(fā)降低了用來抑制NPY激發(fā)的瘦素水平;反之，瘦素則抑制NPY的激發(fā)。因此，在腦和神經(jīng)下行作用時(shí)，NPY是瘦素作用的主要目標(biāo)。當(dāng)瘦素不起中樞作用時(shí)，NPY水平不斷提高，因此出現(xiàn)肥胖;當(dāng)下丘腦NPY和瘦素共同作用時(shí)，體重表現(xiàn)出自身的穩(wěn)定性。NPY遺傳缺失的小鼠仍能維持正常體重，說明了瘦素還有可能通過其它一些因子和途徑來調(diào)節(jié)體重[31]。
在腦干的GLP-1的神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)有瘦素受體，暗示著二者有相互作用。瘦素可以加強(qiáng)GLP-1的對(duì)食物攝取和體重減少的作用，因?yàn)槎伎梢哉T導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子c-fos的表達(dá)，也可能激活與攝食有關(guān)的神經(jīng)元活性。干擾GLP–1信號(hào)不會(huì)影響的ob/ob小鼠的長期控制體重或胰島素抵抗的作用。GLP-1和低劑量的瘦素對(duì)攝食的抑制作用相加。同時(shí)在結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)他們的受體，瘦素和GLP-1在外周也是相互作用，瘦素可以刺激GLP-1的釋放。在急性試驗(yàn)中低劑量的瘦素不改變GLP-1依賴的食物攝取。相似的，重復(fù)注射瘦素不影響GLP-1誘導(dǎo)的攝食抑制。GLP-1為影響食欲的短期信號(hào)，即僅影響到一頓飯的食欲，而瘦素是影響食欲的長期信號(hào)，決定食欲的基礎(chǔ)水平[32]。
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