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[摘要] 胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰岛素的靶细胞或者组织对生理浓度的胰岛素反应或者敏感性降低的一种病理状态，其中这些靶组织包括骨骼肌、脂肪组织、肝脏等，是引起代谢紊乱如代谢综合征、肥胖、高血压、高血脂、高尿酸血症以及糖尿病的重要因素。最近发现锌α2糖蛋白（zinc-α2-glycoprotein，ZAG）——一种新型脂肪因子具有改善胰岛素抵抗的作用。而葡萄糖转运体4（Glucose transporter 4，GLUT4）是改善胰岛素抵抗的公认物质之一，GLUT4表达途径在ZAG改善胰岛素抵抗中作用的研究有助于胰岛素抵抗机制的探索，并且为胰岛素抵抗相关疾病提供靶向治疗的依据。
[关键词] 胰岛素抵抗；脂肪因子；锌α2糖蛋白；葡萄糖转运体4
[中图分类号] R587.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2017）12-0165-04
[Abstract] Insulin resistance（IR） refers to a pathological state that the response or sensitivity of insulin target cells or tissues to the physiological concentration of insulin reduced. And these target tissues include skeletal muscle， adipose tissue， liver， etc.， and are important factors that cause metabolic disorders such as metabolic syndrome， obesity， high blood pressure， hyperlipidemia， hyperuricemia and diabetes. Recently， zinc α2-glycoprotein（ZAG）， a novel adipokine， has been found to have an effect of improving insulin resistance. Glucose transporter 4（GLUT4） is one of the most important substances in the improvement of insulin resistance. The study of the role of GLUT4 expression pathway in ZAG improving insulin resistance contributes to the exploration of insulin resistance mechanism and provides the basis of targeted treatment for insulin resistance related diseases.
[Key words] Insulin resistance； Adipokines； Zinc α2 glycoprotein； Glucose transporter 4
糖尿病是世界性公共卫生问题，胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是糖尿病的中心环节，是研究和治疗糖尿病的重点。IR是指外周组织及靶器官对内源性和（或）外源性胰岛素敏感性和反应性降低的一种代谢病理机制，而胰岛素的信号转导通路是胰岛素抵抗重要分子机制，尤其是信号通路中GLUT4从细胞内囊泡中转位到细胞膜，使细胞膜外的葡萄糖转移入细胞内，进而增加葡萄糖的快速吸收，从而降低血浆葡萄糖浓度，最终增加胰岛素敏感性[1]。到目前为止仅Ceperuelo-Mallafré V等[2]发现GLUT4表达水平的升高可以调节ZAG改善胰岛素抵抗过程，这有助于深刻认识胰岛素抵抗的分子机制，并且为其靶向治疗提供依据。
1 GLUT4与IR
1.1 IR
胰岛素靶结合相应靶细胞膜上的受体，进一步活化下游的蛋白质从而发挥其生理效应，PI3K（phosphatidyl inositol-3 kinase）信号转导通路主要调节葡萄糖的摄取、改善胰岛素抵抗[3]。胰岛素与细胞表面的胰岛素受体相结合，激活酪氨酸激酶，胰岛素受体底物蛋白（insulin receptor substrate，IRS）酪氨酸被磷酸化，从而激活PI3K，PI3K与二磷酸肌醇（phosphatidyl inosital biphosphate，PIP2）作用使PIP2转化成为三磷酸肌醇（phosphatidyl inositol triphosphate，PIP3），PIP3水平的升高激活含有絲氨酸/苏氨酸激酶PDK1和雷帕霉素靶蛋白，进而激活蛋白激酶AKT[4]。胰岛素信号通路的正常运行是保证胰岛素发挥作用的保障，其过程任何环节异常均可导致胰岛素作用失调，进而导致胰岛素抵抗。
1.2 GLUT4
GLUT4首次作为葡萄糖转运体是由詹姆斯等于1980年代末发现的[5]，GLUT4是14个糖转运蛋白家族其中一员，GLUT4大多存在于骨骼肌、脂肪组织、心脏中，是一种调节胰岛素发挥降低血糖作用的膜蛋白，由SLC2A4 基因编码。GLUT4与其他糖转运蛋白的不同主要是其分布受胰岛素控制[6]，在未受刺激的肌细胞、脂肪细胞中，GLUT4大多在细胞浆中的囊泡内；在胰岛素的刺激下，胰岛素受体被激活，细胞内上述信号通路中蛋白质发生磷酸化，GLUT4从原来的细胞囊泡内转位到发挥调节血糖水平的细胞膜，通过其朝外的葡萄糖结合受体与葡萄糖配体相结合，GLUT4发生构象的变化，从而降低血液葡萄糖浓度，进而增加葡萄糖的快速吸收，最终增加胰岛素敏感性，因此，任何导致GLUT4的下调或其功能损害均可导致胰岛素抵抗[1]。肥胖小鼠和肥胖女性发展为胰岛素抵抗均伴随GLUT4的mRNA和蛋白质的减少[7，8]。转基因小鼠的脂肪中[9]发现GLUT4过表达可以提高体内葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。有研究[10]发现胰岛素抵抗大鼠伴骨骼肌GLUT4 mRNA的减少。在调节机体血糖稳态的过程中GLUT4起至关重要的作用，GLUT4蛋白与mRNA相对表达水平在2型糖尿病患者的脂肪内显著降低[11]。在小鼠模型中 GLUT4 蛋白表达水平的降低促使小鼠发生胰岛素抵抗与糖尿病[12]。脂肪与肌肉组织中GLUT4表达增加能够改善小鼠血糖的控制与糖耐量减低[13，14]。3T3-L1脂肪细胞诱导抵抗后发现GLUT4的mRNA和蛋白表达均显著降低[15]。 2 ZAG与IR、GLUT4
2.1 ZAG简介
ZAG是1961年Burgi W等[16]在血清中分离得到的，是一种从属于主要组织相容性抗原家族（Major histocompatibility antigensⅠfamily Ⅰ，MHC-Ⅰ）的可溶性糖蛋白，其大小为41-KD，其得名因其能被锌盐所沉淀，并且电泳遷移率和血浆α2球蛋白相似。目前发现ZAG有许多生物功能，癌症诱导恶病质的动物模型研究[17]表明ZAG过表达可以减少小鼠肿瘤脂肪含量。ZAG在肥胖受试者的脂肪组织中表达是下降的[18]，这有助于控制体重和促进脂解作用[19]。在无蛋白尿的糖尿病患者其ZAG水平是升高的，提示ZAG可能作为早期的糖尿病肾病生物指标[20]。ZAG可以抑制正常或者黑色素肿瘤细胞中黑色素的产生[21]。最新研究发现吸烟者血浆中ZAG水平比不吸烟者中高[22]。
2.2 ZAG与IR
给予ob/ob小鼠2型糖尿病模型静脉推注ZAG（50 μg/d）5 d发现肌肉和棕色脂肪中葡萄糖水平、甘油三酯和非酯化脂肪酸分别下降了17%、25%和62%，胰岛素增加了4倍，并且通过葡萄糖耐量试验发现血糖曲线下的面积降低了53%，提示降低了胰岛素的需求量[23]。绝经后肥胖妇女分别通过6个月的单纯减肥和有氧运动 减肥后发现[25]臀部ZAG与体重、脂肪含量、内脏脂肪、基础代谢率和空腹胰岛素呈反比。成年生长激素缺乏症与肥胖、胰岛素抵抗相关[24-26]，有研究[27]发现成年生长激素缺乏患者脂肪组织中ZAG表达明显下降，并且肥胖导致的生长激素缺乏与ZAG mRNA减少了80%相关，在肥胖者的脂肪组织、脂肪细胞中发现生长激素可以使ZAG mRNA表达增加。在儿童中发现ZAG在肥胖或者超重者中比正常体重者中血清水平明显降低，并且其增加与HOMA-IR指数平行，血清ZAG与BMI、空腹胰岛素呈反比，提示血清ZAG与胰岛素抵抗呈反比[28]。在99例多囊卵巢综合征患者与100例健康者中，应用正常血糖-高血胰岛素钳夹技术检测其胰岛素的敏感性，用M值表示其大小，最终证实多囊卵巢综合征患者的循环ZAG水平和M值比健康对照组患者明显降低，提示ZAG可能减轻多囊卵巢综合征患者的胰岛素抵抗[29]。
2.3 ZAG与GLUT4
在脂肪组织和骨骼肌中胰岛素刺激的葡萄糖摄取主要涉及GLUT4从细胞膜内转移至细胞膜表面，此过程主要由AKT/AS160信号通路激活介导[30]。而ZAG改善胰岛素抵抗的机制尚不明确，并且其是否通过GLUT4途径改善胰岛素抵抗尚不确定，最近只有很少研究证明ZAG是否通过调节GLUT4调节改善胰岛素抵抗过程。每天给予雄性大鼠静脉注射ZAG （50 mg/100 g体重），连续10 d，发现大鼠体重明显下降，体质成分分析发现为脂肪组织的下降，血糖和血脂减少36%～37%，且在脂肪组织和骨骼肌中GLUT4蛋白表现为增加[31]。Russell ST等[32]研究结果提示人类脂肪细胞ZAG基因使脂联素、胰岛素受体底物、GLUT4的mRNA表达显著减少。Ceperuelo-Mallafré V等[2]研究发现ZAG可能通过提高GLUT4基因表达促进基础血糖摄取。目前关于ZAG是否通过GLUT4调节胰岛素抵抗的研究甚少，其中机制也不是很清楚，这需要进一步通过实验探索其中的关系。
3展望
目前胰岛素抵抗已成为多种影响生活质量疾病的共同发病机制，因此明确其机制至关重要。而最近研究证明ZAG可能与胰岛素抵抗有着不可分割的关系，但其机制尚不明确，因此需要大量实验明确ZAG在胰岛素抵抗发生中的作用及作用机制，将ZAG作为一种新的干预手段提供理论依据，并且找到可能的改善胰岛素抵抗的新靶点，以有效预防胰岛素抵抗的发生。
[参考文献]
[1] Zhou T，Meng X，Che H，et al. Regulation of Insulin Resistance by Multiple MiRNAs via Targeting the GLUT4 Signalling Pathway[J]. Cellular Physiology
[关键词] 胰岛素抵抗；脂肪因子；锌α2糖蛋白；葡萄糖转运体4
[中图分类号] R587.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2017）12-0165-04
[Abstract] Insulin resistance（IR） refers to a pathological state that the response or sensitivity of insulin target cells or tissues to the physiological concentration of insulin reduced. And these target tissues include skeletal muscle， adipose tissue， liver， etc.， and are important factors that cause metabolic disorders such as metabolic syndrome， obesity， high blood pressure， hyperlipidemia， hyperuricemia and diabetes. Recently， zinc α2-glycoprotein（ZAG）， a novel adipokine， has been found to have an effect of improving insulin resistance. Glucose transporter 4（GLUT4） is one of the most important substances in the improvement of insulin resistance. The study of the role of GLUT4 expression pathway in ZAG improving insulin resistance contributes to the exploration of insulin resistance mechanism and provides the basis of targeted treatment for insulin resistance related diseases.
[Key words] Insulin resistance； Adipokines； Zinc α2 glycoprotein； Glucose transporter 4
糖尿病是世界性公共卫生问题，胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是糖尿病的中心环节，是研究和治疗糖尿病的重点。IR是指外周组织及靶器官对内源性和（或）外源性胰岛素敏感性和反应性降低的一种代谢病理机制，而胰岛素的信号转导通路是胰岛素抵抗重要分子机制，尤其是信号通路中GLUT4从细胞内囊泡中转位到细胞膜，使细胞膜外的葡萄糖转移入细胞内，进而增加葡萄糖的快速吸收，从而降低血浆葡萄糖浓度，最终增加胰岛素敏感性[1]。到目前为止仅Ceperuelo-Mallafré V等[2]发现GLUT4表达水平的升高可以调节ZAG改善胰岛素抵抗过程，这有助于深刻认识胰岛素抵抗的分子机制，并且为其靶向治疗提供依据。
1 GLUT4与IR
1.1 IR
胰岛素靶结合相应靶细胞膜上的受体，进一步活化下游的蛋白质从而发挥其生理效应，PI3K（phosphatidyl inositol-3 kinase）信号转导通路主要调节葡萄糖的摄取、改善胰岛素抵抗[3]。胰岛素与细胞表面的胰岛素受体相结合，激活酪氨酸激酶，胰岛素受体底物蛋白（insulin receptor substrate，IRS）酪氨酸被磷酸化，从而激活PI3K，PI3K与二磷酸肌醇（phosphatidyl inosital biphosphate，PIP2）作用使PIP2转化成为三磷酸肌醇（phosphatidyl inositol triphosphate，PIP3），PIP3水平的升高激活含有絲氨酸/苏氨酸激酶PDK1和雷帕霉素靶蛋白，进而激活蛋白激酶AKT[4]。胰岛素信号通路的正常运行是保证胰岛素发挥作用的保障，其过程任何环节异常均可导致胰岛素作用失调，进而导致胰岛素抵抗。
1.2 GLUT4
GLUT4首次作为葡萄糖转运体是由詹姆斯等于1980年代末发现的[5]，GLUT4是14个糖转运蛋白家族其中一员，GLUT4大多存在于骨骼肌、脂肪组织、心脏中，是一种调节胰岛素发挥降低血糖作用的膜蛋白，由SLC2A4 基因编码。GLUT4与其他糖转运蛋白的不同主要是其分布受胰岛素控制[6]，在未受刺激的肌细胞、脂肪细胞中，GLUT4大多在细胞浆中的囊泡内；在胰岛素的刺激下，胰岛素受体被激活，细胞内上述信号通路中蛋白质发生磷酸化，GLUT4从原来的细胞囊泡内转位到发挥调节血糖水平的细胞膜，通过其朝外的葡萄糖结合受体与葡萄糖配体相结合，GLUT4发生构象的变化，从而降低血液葡萄糖浓度，进而增加葡萄糖的快速吸收，最终增加胰岛素敏感性，因此，任何导致GLUT4的下调或其功能损害均可导致胰岛素抵抗[1]。肥胖小鼠和肥胖女性发展为胰岛素抵抗均伴随GLUT4的mRNA和蛋白质的减少[7，8]。转基因小鼠的脂肪中[9]发现GLUT4过表达可以提高体内葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。有研究[10]发现胰岛素抵抗大鼠伴骨骼肌GLUT4 mRNA的减少。在调节机体血糖稳态的过程中GLUT4起至关重要的作用，GLUT4蛋白与mRNA相对表达水平在2型糖尿病患者的脂肪内显著降低[11]。在小鼠模型中 GLUT4 蛋白表达水平的降低促使小鼠发生胰岛素抵抗与糖尿病[12]。脂肪与肌肉组织中GLUT4表达增加能够改善小鼠血糖的控制与糖耐量减低[13，14]。3T3-L1脂肪细胞诱导抵抗后发现GLUT4的mRNA和蛋白表达均显著降低[15]。 2 ZAG与IR、GLUT4
2.1 ZAG简介
ZAG是1961年Burgi W等[16]在血清中分离得到的，是一种从属于主要组织相容性抗原家族（Major histocompatibility antigensⅠfamily Ⅰ，MHC-Ⅰ）的可溶性糖蛋白，其大小为41-KD，其得名因其能被锌盐所沉淀，并且电泳遷移率和血浆α2球蛋白相似。目前发现ZAG有许多生物功能，癌症诱导恶病质的动物模型研究[17]表明ZAG过表达可以减少小鼠肿瘤脂肪含量。ZAG在肥胖受试者的脂肪组织中表达是下降的[18]，这有助于控制体重和促进脂解作用[19]。在无蛋白尿的糖尿病患者其ZAG水平是升高的，提示ZAG可能作为早期的糖尿病肾病生物指标[20]。ZAG可以抑制正常或者黑色素肿瘤细胞中黑色素的产生[21]。最新研究发现吸烟者血浆中ZAG水平比不吸烟者中高[22]。
2.2 ZAG与IR
给予ob/ob小鼠2型糖尿病模型静脉推注ZAG（50 μg/d）5 d发现肌肉和棕色脂肪中葡萄糖水平、甘油三酯和非酯化脂肪酸分别下降了17%、25%和62%，胰岛素增加了4倍，并且通过葡萄糖耐量试验发现血糖曲线下的面积降低了53%，提示降低了胰岛素的需求量[23]。绝经后肥胖妇女分别通过6个月的单纯减肥和有氧运动 减肥后发现[25]臀部ZAG与体重、脂肪含量、内脏脂肪、基础代谢率和空腹胰岛素呈反比。成年生长激素缺乏症与肥胖、胰岛素抵抗相关[24-26]，有研究[27]发现成年生长激素缺乏患者脂肪组织中ZAG表达明显下降，并且肥胖导致的生长激素缺乏与ZAG mRNA减少了80%相关，在肥胖者的脂肪组织、脂肪细胞中发现生长激素可以使ZAG mRNA表达增加。在儿童中发现ZAG在肥胖或者超重者中比正常体重者中血清水平明显降低，并且其增加与HOMA-IR指数平行，血清ZAG与BMI、空腹胰岛素呈反比，提示血清ZAG与胰岛素抵抗呈反比[28]。在99例多囊卵巢综合征患者与100例健康者中，应用正常血糖-高血胰岛素钳夹技术检测其胰岛素的敏感性，用M值表示其大小，最终证实多囊卵巢综合征患者的循环ZAG水平和M值比健康对照组患者明显降低，提示ZAG可能减轻多囊卵巢综合征患者的胰岛素抵抗[29]。
2.3 ZAG与GLUT4
在脂肪组织和骨骼肌中胰岛素刺激的葡萄糖摄取主要涉及GLUT4从细胞膜内转移至细胞膜表面，此过程主要由AKT/AS160信号通路激活介导[30]。而ZAG改善胰岛素抵抗的机制尚不明确，并且其是否通过GLUT4途径改善胰岛素抵抗尚不确定，最近只有很少研究证明ZAG是否通过调节GLUT4调节改善胰岛素抵抗过程。每天给予雄性大鼠静脉注射ZAG （50 mg/100 g体重），连续10 d，发现大鼠体重明显下降，体质成分分析发现为脂肪组织的下降，血糖和血脂减少36%～37%，且在脂肪组织和骨骼肌中GLUT4蛋白表现为增加[31]。Russell ST等[32]研究结果提示人类脂肪细胞ZAG基因使脂联素、胰岛素受体底物、GLUT4的mRNA表达显著减少。Ceperuelo-Mallafré V等[2]研究发现ZAG可能通过提高GLUT4基因表达促进基础血糖摄取。目前关于ZAG是否通过GLUT4调节胰岛素抵抗的研究甚少，其中机制也不是很清楚，这需要进一步通过实验探索其中的关系。
3展望
目前胰岛素抵抗已成为多种影响生活质量疾病的共同发病机制，因此明确其机制至关重要。而最近研究证明ZAG可能与胰岛素抵抗有着不可分割的关系，但其机制尚不明确，因此需要大量实验明确ZAG在胰岛素抵抗发生中的作用及作用机制，将ZAG作为一种新的干预手段提供理论依据，并且找到可能的改善胰岛素抵抗的新靶点，以有效预防胰岛素抵抗的发生。
[参考文献]
[1] Zhou T，Meng X，Che H，et al. Regulation of Insulin Resistance by Multiple MiRNAs via Targeting the GLUT4 Signalling Pathway[J]. Cellular Physiology