解偶联蛋白2与2型糖尿病

・综述与讲座・解偶联蛋白2与2型糖尿病
杨璐
2型糖尿病发病的中心环节之一是胰腺β细胞功能衰竭,其表现为胰岛素分泌功能进行性降低。

最近,一种参与下调胰岛素分泌的线粒体上的蛋白质———解偶联蛋白(un2 coupling protein,Ucp)引起普遍关注。

其中Ucp2在胰岛素分泌过程中究竟起什么作用,它与2型糖尿病的关系又如何呢?现就线粒体内膜上的Ucp2与2型糖尿病的发病及相关研究进展作一综述。

一、Ucp2的结构和功能
最先,Ucp1的发现是在棕色脂肪,其作用是产热,并能减少A TP的产生,与能量供给作用以及与哺乳动物的体重调节有关。

但是成人棕色脂肪含量太少,Ucp1似乎不能起到调节体重的作用,因此相关的研究减少了许多。

直到1997年,Ucp2和Ucp3的发现使解偶联蛋白再次成为焦点。

研究[1]发现了Ucp2基因,其定位于人类染色体11q13,全长8.7kb,分子质量为33098u,编码308个氨基酸,由8个外显子和7个内含子组成。

Ucp2和Ucp3定位的染色体11q13被认为是与人类肥胖相关的候选基因。

在植物和啮齿类动物体内都发现Ucp,在啮齿类动物至少已有5种(Ucp1～Ucp5)并被克隆,亚细胞定位均在线粒体内膜,各成员间序列同源性较高,组织分布有一定特异性。

Ucp2是该家族中分布最广的成员,在体内分布广泛,脂肪、胎盘、骨骼肌、心脏、脾脏、肾脏、淋巴结以及中枢神经系统都有存在,其中在胰腺中的分布是Ucp2特异表达。

二、Ucp2在β细胞的基本功能
1.Ucp2是胰岛素分泌的负性调节因子:线粒体氧化磷酸化是葡萄糖代谢胰岛β细胞分泌过程的一个重要环节。

Ucp2通过使细胞线粒体的氧化磷酸化过程解偶联,降低A TP产生,A TP/ADP比值下降,来减少A TP敏感的钾离子通道的关闭,进而影响细胞除极。

使电压依赖性的钙离子通道开放迟缓或幅度减低,钙离子内流抑制,含有胰岛素的颗粒细胞不能释放,胰岛素分泌减少[2]。

机体为此所必须付出的代价是能量通过Ucp的作用以热能的形式被消耗,而不是以A TP形式被储存,Ucp2的这种质子传递作用能被细胞内的ADP抑制。

2.抑制活性氧簇(ROS),减少氧化损伤:在Ucp2含量丰富的巨噬细胞中发现,把Ucp2敲除则巨噬细胞内ROS含量增加,表明Ucp2能抑制ROS的生成[3]。

活性氧是细胞氧化损伤的主要来源,损伤的后果是加重疾病和老化。

ROS 在线粒体中的产生来源于呼吸链产物中一部分氧经单电子
作者单位:524000湛江,广东医学院附属医院内分泌科
还原为水的过程中经过呼吸链复合体Ⅰ、Ⅲ形成,包括超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基等。

当线粒体内的抗氧化防御系统如谷胱甘肽、MnSOD、CoQ及维生素E不能有效清除超氧化物时,ROS积聚会引发膜磷脂过氧化,蛋白质DNA的损伤激发级联反应最终导致线粒体破坏和细胞凋亡。

三、影响Ucp2mRNA表达的因素
1.脂肪酸的影响:脂肪酸对非胰岛组织Ucp2的诱导作用已经得到证实[4],用250μm油脂酸培养12～16h能使肝细胞内Ucp2的表达增加8倍以上。

高脂饮食喂养2d就能明显上调A/J大鼠棕色脂肪组织中Ucp2mRNA的表达。

Vettor等[5]发现用脂肪乳剂持续24h灌注能明显增加大鼠心脏和骨骼肌中Ucp2的表达,同时胰岛素调节的葡萄糖转运被抑制。

同样游离脂肪酸对胰腺组织中Ucp2上调的影响也被许多实验证实。

Tokuyuki等[6]通过将脂肪形成的关键转录因子即固醇调节元件结合蛋白(Sreb-1c)的腺病毒插入胰岛细胞,使细胞内脂肪酸合成大大增加,甘油三酯含量随之增加,Ucp2表达增加。

另一项研究是应用高脂高糖和普通饲料喂养GK大鼠,观察其对β细胞胰岛素分泌功能的不同影响发现,高脂高糖能增加胰岛细胞内甘油三酯含量并且影响GK大鼠的胰岛素分泌,而且Ucp2蛋白表达水平增加,这些作用通过胰岛素治疗得到改善,表明Ucp2是β细胞胰岛素分泌的重要负性调节因子[7]。

Joseph等[8]通过对Ucp2基因敲除小鼠和野生性小鼠胰岛细胞分别在体外用软脂酸培养48h后观察并比较细胞内甘油三酯含量和软脂酸代谢速率发现,Ucp2基因敲除鼠的β细胞游离脂肪酸的代谢速率提高,避免了甘油三酯细胞内堆积,从而避免脂毒性对β细胞损伤,这可能就是Ucp2表达过度损伤胰岛细胞功能的机制之一。

2.高血糖:高血糖对Ucp2mRNA表达的影响研究结果不尽相同,但多数研究[9-10]表明,高血糖能上调胰岛细胞线粒体的Ucp2表达,而且ROS的产生增加,进而抑制胰岛素的分泌,在协同高脂的环境下,ROS生成的增多有诱导Ucp2的表达增多,表明Ucp2活性增加对胰岛素分泌产生不利作用。

同样在Ucp2基因敲除小鼠中发现其β细胞数量增加但在高脂高糖环境中仍能维持一定的胰岛素分泌功能。

3.其他因素:脂联素能减少A Y/a肥胖小鼠的内脏脂肪,可能与上调解偶联蛋白在棕色脂肪、白色脂肪以及骨骼肌中的表达有关[11]。

瘦素通过提高白色脂肪中Ucp2的表达来加强或激活脂肪酸类代谢和利用[12]。

甲状腺素能增加心脏、骨骼肌以及脂肪组织中Ucp2的mRNA表达。

选择性β-3肾上腺素能激动剂能降低肥胖KK小鼠体重,可能是通
过改变血清中游离脂肪酸的含量,进而上调骨骼肌的Ucp2的表达量[13]。

四、Ucp2与2型糖尿病
既然胰岛组织中的Ucp2能抑制胰岛素分泌,那么Ucp2在胰岛β细胞中的过度表达是否参与了2型糖尿病的发病呢?这仍然是个有争议的问题。

一些研究人员认为Ucp2具有对β细胞的负性调节作用而被认为是“糖尿病候选基因”[14]。

在另一些对Ucp2的研究中有结果表明,Ucp2启动子A/G多态性能增加肥胖的危险,同时减少2型糖尿病的发生[15],而在肥胖高血糖Zuker大鼠胰岛组织中Ucp2呈下调表达。

但在Ob/Ob小鼠和Fa/Fa大鼠体内以及高脂高糖饮食诱导的2型糖尿病大鼠胰岛细胞中Ucp2表达明显增高[16-17]。

目前Ucp2基因多态性逐渐引起人们的重视,他们与体重指数(BMI)的改变、能量消耗以及高营养饮食后体重的维持相关。

其中对启动子多态性关注的焦点在-866A/G的变异上。

Krempler等[15]通过对肥胖非糖尿病患者的Upc2基因表型的测序和动物细胞培养以及与β细胞功能关系的研究发现,发生频率更高的Ucp2启动子866G/G型等位基因能减少Ucp2在脂肪组织和胰腺β细胞中mRNA表达,减少信号PAX6的转导。

因而在增加发生肥胖可能的同时却能减少2型糖尿病的发生危险。

进而,试验小组通过对糖尿病患者非糖尿病后代Ucp2启动子-866G/A进行基因表型和胰岛素敏感指数高血糖钳夹试验,Homa指数的实验研究认为:脂肪、胰岛β细胞、胰岛素-1细胞中Ucp2启动子的-866A/A基因型与肥胖、胰岛素分泌减少、胰岛素抵抗和2型糖尿病的遗传易感性有关[15,18]。

Monica等[19]的研究与前面的结果一致,并且发现Ucp2基因变异在女性更为明显。

进一步研究还表明[18]:已确诊为2型糖尿病且Ucp2启动子为-866A等位基因的患者,胰岛细胞葡萄糖刺激的胰岛素分泌(GSIS)水平明显低于对照组,而且对外源性胰岛素需求频率更高,Ucp2启动子为-866A/A基因型者Ucp2转录活性和表达水平都增加,另外从-866A/A与-866G/A 或-866G/G人体中分离出来的GSIS相比较明显低于后两者[20]。

而且-866A纯合子个体中Ucp2表达的增加与过氧化损伤相关的慢性心脏疾病的减少有关。

学者[19]研究了意大利非糖尿病正常人群Ucp2启动子-866G/A多态性和葡萄糖耐量试验(O GTT)中葡萄糖刺激的胰岛素分泌状况,认为人类Ucp2基因的变异与胰岛素细胞功能及其分泌水平有关,-866G/A和-866G/G基因较-866A/A基因型人群体内分泌的胰岛素水平更高。

同样在日本糖尿病患者群中的研究也得到同样的结论[20]。

目前还没有证据能证明Ucp2的作用与胰岛素分泌不足之间存在着必然联系。

而且,关于糖尿病进展与Ucp2表达改变之间的系统研究还缺乏更多相关报道。

同样令人困惑的是:肥胖大鼠或肥胖糖尿病大鼠如Fa/Fa、ZDF大鼠,虽然胰岛β细胞中Ucp2表达增加,但空腹高胰岛素血症也同时存在,这一现象的进展与变化是否与糖尿病的发病有因果关系?胰岛素分泌是依赖于线粒体A TP产量和K+-A TP 通道活性。

因此,胰岛素分泌的障碍或不足与Ucp2表达上调之间的关系仍然需要进一步研究。

Ucp2对能量代谢的调节作用,影响了胰岛素分泌的改变很可能是肥胖和2型糖尿病相关联的重要基因,对Ucp2的深入研究将对全面阐述2型糖尿病的发病机制和对糖尿病防治有着深远意义。

(本文由武革教授审校)
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(下转第73页)
以前有明显的反差,近几年已没有性要求。

分析推理,存在有肾上腺皮质、甲状腺、性腺功能低下,可归纳为下丘脑-垂体病变,即“腺垂体功能减退症”。

应尽快作肾上腺皮质、甲状腺、性腺功能的实验室检查,即急查血皮质醇、ACTH、尿17-OHCS、FT3、FT4、TSH、血浆睾酮水平以明确诊断。

第2次查房(2004年4月22日)
住院医师:实验室检查结果报告,性腺激素浓度测定(括弧内数值均为男性成人正常参考值):L H1.69IU/L(1.2～9IU/L),FSH4.27IU/L(1.3～19IU/L),PRL1.33μg/L (3～13μg/L),明显降低;Prog2.33nmol/L(0.32～2.70 nmol/L),E245.4pmol/L(73～275pmol/L),明显降低;Testo 0.01nmol/L(6.1～27.0nmol/L),显著降低。

甲状腺激素及抗体浓度测定:FT32.29pmol/L(正常值3.5～6.5 pmol/L),FT47.48pmol/L(正常值11.5～22.7pmol/L), TSH3.48mIU/L(正常值0.35～5.50mIU/L),TG-Ab 0.28(正常值<0.3),TM-Ab0.17(正常值<0.2)。

ACTH (上午8时)0.96(正常值1.1～11.0pmol/L)。

血皮质醇(上午8时)37.7μg/L(正常值为43～224μg/L)。

尿17-OHCS11.2μmol/24h(正常值为13.8～41.4μmol/24h)。

ADH1.25ng/L(正常值为1.0～1.5ng/L)。

血、尿渗透浓度正常。

副主任医师:实验室检查结果显示患者PRL、E2、Testo、FT3、FT4、血皮质醇、尿17-OHCS明显降低,说明患者肾上腺皮质、甲状腺、性腺功能低下,尽管部分垂体激素如L H、FSH、TSH正常,仍说明垂体功能不足,因为靶腺激素降低时,若垂体功能正常则相应垂体激素应升高。

因此患者诊断为“腺垂体功能减退症”。

垂体病变导致继发性肾上腺皮质功能不全时,患者皮肤颜色不仅不会加深反而会变淡,血浆
皮质醇及ACTH均减低。

而原发者ACTH常明显升高(大于55pmol/L),这是与Addison病不同的地方。

因血、尿渗透压及ADH正常,不支持SIADH的诊断。

患者3年前有过“病毒性脑炎”病史,病毒性脑炎时,可因炎症细胞浸润、水肿、出血等损伤下丘脑、垂体,导致下丘脑神经分泌细胞破坏,释放激素分泌减少,垂体各种促靶腺激素分泌亦减少;炎症还可使鞍区蛛网膜粘连,脑脊液引流不畅,冲击鞍隔,致鞍区扩大,垂体受压,甚至垂体萎缩出现“空泡蝶鞍”。

需要鉴别的是下丘脑、垂体部位的肿瘤压迫、瘤体破裂出血或肿瘤细胞浸润等。

患者目前出现高热、抽搐、昏迷,为垂体危象。

可能因为大量补充等渗盐水,血液稀释,细胞外液低渗,血钠进一步降低,诱发脑水肿所致。

应尽快处理,给予降温、抗惊厥、脱水等脑保护治疗,抗生素预防感染,尽早补充肾上腺皮质激素。

第一个24h用氢化可的松200～300mg,2d后减量,1周后改为口服维持,并补充L-T4,十一睾酮。

病情稳定后作头部MRI,了解蝶鞍区情况。

按照副主任医师意见进行治疗,患者高热、抽搐很快得到控制,第3天意识恢复。

垂体MRI平扫:蝶鞍形态正常,垂体较小,高度2～5mm,上缘凹陷光滑,垂体柄左偏。

垂体后叶高信号减退,余垂体内未见异常信号影。

鞍内大部分被长T1长T2脑脊液信号影充填,鞍旁结构未见异常,视交叉形态正常。

意见:垂体较小,垂体后叶高信号减退伴部分空泡蝶鞍。

后 记
患者住院2周出院,口服强的松、L-T4、十一睾酮胶丸维持,随访半年临床症状消失,精神明显改善,体力增强,食欲好转。

复查2次性激素、肾上腺皮质激素、甲状腺激素均在正常水平。

(收稿日期:2005212206)
(上接第71页)
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(收稿日期:2005210225)。