瞿文娟+李志勇

[摘要] 胰島素抵抗與肥胖、2型糖尿病、高血壓、脂代謝紊亂、異常血凝及纖溶等代謝綜合征的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。雖然胰島素抵抗發(fā)生機(jī)制尚不完全清楚，但大量研究表明游離脂肪酸在機(jī)體胰島素抵抗，特別是骨骼肌胰島素抵抗方面發(fā)揮重要作用。本文就游離脂肪酸引起骨骼肌胰島素抵抗的作用及其機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為胰島素抵抗的改善及治療帶來(lái)新的手段。

[關(guān)鍵詞] 游離脂肪酸；骨骼??；胰島素抵抗；代謝綜合征

[中圖分類號(hào)] R589[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-4721（2014）05（a）-0186-03

Research progress of free fatty acid and insulin resistance in skeletal muscle

QU Wen-juan LI Zhi-yong▲

Department of Endocrinology,Yongchuan Hospital Affiliated to Chongqing Medical University,Chongqing402610,China

[Abstract] Insulin resistance is strongly associated with metabolic syndrome characterized by obesity,type 2 diabetes,hypertension,dyslipidemia,abnormalities of blood coagulation and fibrinolysis.The precise mechanisms linking insulin resistance to these syndromes have not been completely defined.A growing body of evidence suggests that the elevated plasma free fatty acid level plays an important role in the development of insulin resistance,especially skeletal muscle insulin resistance.In the present review,to discuss the mechanism involved in the regulation of insulin sensitivity by free fatty acids in order to improve the insulin resistance and bring new means.

[Key words] Free fatty acid;Skeletal muscle;Insulin resistance;Metabolic syndrome

胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是指單位濃度的胰島素生物學(xué)效應(yīng)減低的現(xiàn)象，即機(jī)體對(duì)正常濃度的胰島素敏感性下降，隨之引起胰腺β細(xì)胞代償性分泌大量胰島素，當(dāng)這種代償能力損傷且不能控制血糖時(shí)，即發(fā)展為2型糖尿病（type 2 diabetes，T2DM）。IR與肥胖等多種代謝綜合征（如肥胖、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、血脂代謝紊亂、非酒精性脂肪肝疾病、異常血凝及纖溶等）的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，雖然他們間的具體聯(lián)系及相互作用機(jī)制尚不完全明確，但是大量研究表明，游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）在骨骼肌IR中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文就FFA與骨骼肌IR的關(guān)系及可能發(fā)生機(jī)制作簡(jiǎn)要綜述。

1 FFA與骨骼肌IR的相關(guān)性

肥胖及相關(guān)疾病人群中，循環(huán)FFA水平顯著增加[1]。體內(nèi)研究表明，向機(jī)體灌注肝素化的脂乳劑，在體內(nèi)循環(huán)FFA水平急劇升高的2～4 h內(nèi)，胰島素刺激葡萄糖吸收（80%發(fā)生在骨骼?。┟黠@受到抑制[2]；體內(nèi)FFA恢復(fù)生理水平4 h后，胰島素刺激葡萄糖吸收短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常[3]。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高濃度FFA長(zhǎng)時(shí)間作用明顯導(dǎo)致骨骼肌細(xì)胞及心肌細(xì)胞嚴(yán)重的IR，其中飽和脂肪酸（如棕櫚酸及硬脂酸）是誘導(dǎo)IR的主要脂肪酸[4]，由此可見(jiàn)，F(xiàn)FA與骨骼肌IR的病理生理發(fā)展密切相關(guān)。

2 FFA促進(jìn)IR的機(jī)制

近年來(lái)，雖然對(duì)FFA促進(jìn)IR的可能機(jī)制作了大量研究，但是FFA如何促進(jìn)IR、如何影響胰島素的生理作用及具體調(diào)控機(jī)制尚未完全明了，以下就目前主要機(jī)制進(jìn)行分類敘述。

2.1 Randle cycle學(xué)說(shuō)

1963年，Randle等給予鼠膈肌及心臟大量FFA，發(fā)現(xiàn)FFA氧化明顯增加，而葡萄糖的流出及利用減弱，由此提出FFA氧化與葡萄糖的利用存在競(jìng)爭(zhēng)性抑制，即Randle cycle學(xué)說(shuō)[5]。FFA氧化代謝的增高，引起乙酰CoA產(chǎn)生增多，通過(guò)變構(gòu)調(diào)節(jié)導(dǎo)致丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）活性受到明顯抑制，從而引起三羧酸循環(huán)減弱和枸櫞酸大量蓄積，協(xié)同ATP/ADP升高，使葡萄糖分解的關(guān)鍵酶磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）及己糖激酶活性被顯著抑制，從而導(dǎo)致葡萄糖分解減弱；其次，由于PFK活性減弱，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)6-磷酸葡萄糖增多，進(jìn)一步抑制己糖激酶活性，胞內(nèi)葡萄糖大量蓄積，最終使葡萄糖吸收、利用減弱[6]。反之，葡萄糖氧化也可以抑制脂肪酸的氧化利用。在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，在健康人進(jìn)行高胰島素正血糖鉗夾過(guò)程中，靜脈輸注人脂乳劑6～8 h后，血漿FFA水平升高，骨骼肌中胰島素刺激葡萄糖吸收及利用明顯損傷，且伴二脂酰甘油（diacylglycerd，DAG）、蛋白激酶C（protein kinase，PKC）及IKB-α的降低[7]。FFA引起的IR不僅與葡萄糖攝取減弱有關(guān)，而且與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)或磷酸化受損有關(guān)，而非己糖的分解代謝[8]，由此可見(jiàn)，Randle cycle并不能完全解釋FFA對(duì)糖代謝的影響，說(shuō)明FFA可能還通過(guò)其他機(jī)制促進(jìn)IR。

2.2 FFA調(diào)節(jié)骨骼肌胰島素信號(hào)通路

胰島素與受體α亞基結(jié)合，誘發(fā)β亞基自身酪氨酸磷酸化，并激活下游胰島素受體底物（insulin receptor substrate，IRS）酪氨酸磷酸化，與含有SH2的蛋白質(zhì)磷脂酰肌醇-3（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）結(jié)合，使之激活，并激活下游AKT磷酸化，經(jīng)過(guò)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)葡萄糖吸收、攝取及利用。IRS除酪氨酸磷酸化外，還可以發(fā)生絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）磷酸化。IRS的Ser/Thr磷酸化，對(duì)胰島素發(fā)揮作用產(chǎn)生拮抗。研究表明，F(xiàn)FA通過(guò)調(diào)節(jié)骨骼肌胰島素作用信號(hào)通路關(guān)鍵分子的表達(dá)或活性誘導(dǎo)IR。向體內(nèi)輸注脂質(zhì)，發(fā)現(xiàn)IRS-1酪氨酸磷酸化、PI3K激酶活性、AKT磷酸化及活性顯著下調(diào)[4]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在不同類型的肌細(xì)胞給予飽和脂肪酸棕櫚酸，胰島素受體表達(dá)及其活性顯著下調(diào)，IRS-1及IRS-2的酪氨酸磷酸化程度減弱，同時(shí)AKT及GSK-3β的活性明顯被抑制[9]。據(jù)報(bào)道，F(xiàn)FA能激活PKCs、IKKβ、JNK、NF-κB及p38 MAPK等激酶，從而促使IRS-1的Ser/Thr磷酸化，引起IRS-1活性減弱，促進(jìn)蛋白酶降解IRS-1，使其表達(dá)減弱，且能抑制IRS-1的酪氨酸磷酸化，最終抑制或阻斷胰島素發(fā)揮作用的通路，促使IR的發(fā)生和發(fā)展[10]。

2.3 FFA引起脂質(zhì)異位聚集-脂毒性

在遺傳因素和（或）環(huán)境因素的影響下，脂質(zhì)代謝發(fā)生紊亂、異常，脂肪分布流向脂肪儲(chǔ)存容量很少的非脂肪細(xì)胞、組織及器官，如骨骼肌、肝臟及心肌細(xì)胞等，稱為脂肪異位沉積。脂肪的異位沉積是IR發(fā)生的主要因素。特別是肌細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)水平，在T2DM、糖耐量異常個(gè)體或肥胖個(gè)體中都明顯升高，且均與機(jī)體胰島素敏感性密切相關(guān)[11]。FFA蓄積在心肌細(xì)胞的主要形式有長(zhǎng)鏈脂酰CoA、單脂酰甘油、DAG、三酰甘油（triglyceride，TG）、神經(jīng)酰胺等，其中DAG、TG及神經(jīng)酰胺與骨骼肌IR發(fā)生密切相關(guān)。多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)的IR動(dòng)物的心肌內(nèi)DAG及TG顯著增高，促使PKC活性增高，且引起PKC-β、PKC-δ從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移[7]；在將調(diào)節(jié)脂代謝的關(guān)鍵基因進(jìn)行敲除或抑制后，心肌細(xì)胞內(nèi)升高的DAG及TG顯著被抑制[12]；心肌內(nèi)PKC-θ活性同樣顯著升高。研究表明，DAG可能通過(guò)激活PKC激酶的不同亞基，誘導(dǎo)IRS-1的絲氨酸磷酸化，降低酪氨酸磷酸化，阻斷胰島素作用通路，抑制胰島素敏感性，從而促進(jìn)IR的發(fā)生[7]。高飽和脂肪酸引起肌細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)酰胺及神經(jīng)鞘胺醇水平顯著增多，增多的神經(jīng)酰胺可能通過(guò)以下兩個(gè)方面調(diào)節(jié)胰島素作用，一方面通過(guò)調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路變化（如AKT及GSK磷酸化）促進(jìn)IR；另一方面神經(jīng)酰胺通過(guò)蛋白磷酸酶2A促使AKT酪氨酸去磷酸化或通過(guò)激活PKC抑制AKT的轉(zhuǎn)位[13]。其他脂類代謝物質(zhì)如磷脂酸、磷脂酰膽堿等與骨骼肌IR同樣有密不可分的關(guān)系，如磷脂酸通過(guò)激活JNK激酶、促使IRS-1絲氨酸磷酸化，促進(jìn)骨骼肌IR的發(fā)生[14]。脂類代謝物質(zhì)激活蛋白激酶PKCs的具體機(jī)制，脂類中間代謝產(chǎn)物與IR的關(guān)系及相互作用都尚不完全清楚，因此，此環(huán)節(jié)的研究將會(huì)為IR改善帶來(lái)新的治療手段。

2.4 炎癥通路的激活

FFA通過(guò)與TLRs家族成員直接作用或間接通過(guò)促進(jìn)（如TNF-α、IL-6及IL-1β等）促炎因子分泌，激活炎癥信號(hào)通路，干涉胰島素作用，促進(jìn)IR[15]。在骨骼肌中，F(xiàn)FA通過(guò)TLRs受體促進(jìn)JNK及IKK激酶復(fù)合物激活，激活的IKK激酶在胞質(zhì)催化IκB激酶磷酸化，從而對(duì)NF-κB的抑制作用減弱，同時(shí)誘導(dǎo)NF-κB激酶抑制物IκBα降解，導(dǎo)致NF-κB激酶釋放、激活進(jìn)入胞核，誘使炎癥因子的大量分泌；激活的JNK及IKK激酶能促進(jìn)IRS-1的Ser/Thr磷酸化，抑制胰島素刺激的IRS-1酪氨酸磷酸化，減弱胰島素生物學(xué)作用。反之，在糖尿病及肥胖小鼠中，利用特異性化學(xué)抑制劑或基因抑制JNK及IKK激酶復(fù)合物激活能明顯改善機(jī)體IR及糖耐量[16]。

2.5 FFA促使活性氧（reactive oxygen species，ROS）的大量產(chǎn)生

骨骼肌ROS水平與T2DM、肥胖及代謝綜合征的病理生理過(guò)程緊密相關(guān)，此關(guān)系及相互機(jī)制受多因素調(diào)控，多條信號(hào)分子及通路的激活或抑制[17]。體內(nèi)ROS來(lái)源豐富，如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝產(chǎn)物、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及不同毒性物質(zhì)的解毒過(guò)程中產(chǎn)生的中介物。適量ROS與機(jī)體細(xì)胞黏附、代謝、免疫反應(yīng)及激素作用等生理過(guò)程息息相關(guān)；相反，過(guò)量的ROS促進(jìn)機(jī)體老化、動(dòng)脈粥樣硬化、肥胖、T2DM及腫瘤等疾病的發(fā)生。研究顯示，高濃度的ROS通過(guò)抑制IRS-1的活性、降低GLUT-4轉(zhuǎn)錄表達(dá)及線粒體功能損傷胰島素信號(hào)通路[18]。動(dòng)物氧化劑能顯著促進(jìn)骨骼肌ROS的產(chǎn)生、促進(jìn)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致IR[19]?？寡趸瘎ㄈ缇S生素E、?；撬岬龋┠苊黠@減少骨骼肌ROS水平、改善IR[20]，由此可看出ROS在IR中發(fā)揮著重要的作用。代謝綜合征個(gè)體中ROS水平明顯升高，隨后在體外研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FA能顯著增加機(jī)體骨骼肌細(xì)胞ROS的產(chǎn)生，可能與線粒體電子傳遞鏈、NADPH氧化酶活性及PKC活性密切相關(guān)[21]。

2.6 FFA引起線粒體功能受損

IR者體內(nèi)線粒體數(shù)量、功能及氧化能力明顯減弱，從肥胖及T2DM人群分離的原代心肌細(xì)胞及肌肉組織中發(fā)現(xiàn)，線粒體密度減少伴FFA氧化能力減弱[22]。在肥胖、T2DM及代謝綜合征中，檢測(cè)出線粒體大量存在DNA突變及其基因多態(tài)性[23]，說(shuō)明線粒體功能紊亂與IR的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，人體大量脂質(zhì)及高脂喂養(yǎng)的鼠中線粒體ATP合成酶、線粒體氧化代謝及氧化磷酸化過(guò)程減弱或抑制，導(dǎo)致線粒體功能紊亂，與此一致的是給予肌細(xì)胞棕櫚酸，能顯著增加ROS產(chǎn)生，減弱FFA氧化代謝，降低PGC-1α的轉(zhuǎn)錄活性，ATP合成酶合成減少及線粒體膜電位紊亂，最終引起肌細(xì)胞IR[24]。除此之外，發(fā)現(xiàn)具有IR的肥胖者及T2DM患者骨骼肌中眾多參與線粒體生理功能的關(guān)鍵酶，如細(xì)胞色素C氧化酶、電子傳遞鏈中復(fù)合物Ⅰ及Ⅲ、枸櫞酸合成酶、β-羥甲基CoA脫氫酶及肉毒堿脂?；D(zhuǎn)移酶Ⅰ等酶活性顯著減弱，且FFA刺激肌細(xì)胞引起這些酶的活性或蛋白表達(dá)也受到抑制。以上關(guān)鍵酶的活性減弱強(qiáng)有力地抑制線粒體氧化能力，引起線粒體功能紊亂，最終導(dǎo)致IR相關(guān)性疾病的發(fā)生、發(fā)展。

3 小結(jié)與展望

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外通過(guò)飲食調(diào)節(jié)、運(yùn)動(dòng)鍛煉、藥物干預(yù)、外科手術(shù)及基因治療，在降低循環(huán)脂肪酸水平及改善脂肪酸誘使IR的中間環(huán)節(jié)，調(diào)控全身IR中進(jìn)行了大量的臨床與基礎(chǔ)研究，在一定程度上可以減慢，甚至阻止骨骼肌IR的進(jìn)展。建立方便、快捷、簡(jiǎn)單、可靠的方法檢測(cè)微量血中FFA，尋找有效的降低循環(huán)中高水平的FFA的治療藥品等眾多問(wèn)題仍亟待解決。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Shulman GI.Cellular mechanisms of insulin resistance[J].J Clin Invest，2000，106（2）：171-176.

[2]Boden G，Chen X，Ruiz J，et al.Mechanisms of fatty acid-induced inhibition of glucose uptake[J].J Clin Invest，1994，93（6）：2438-2446.

[3]Boden G，Jadali F，White J，et al.Effects of fat on insulin stimulated carbohydrate metabolism in normal men[J].J Clin Invest，1991，88（3）：960-966.

[4]Yu C，Chen Y，Cline GW，et al.Mechanism by which fatty acids inhibit insulin activation of insulin receptor substrate-1(IRS-1)-associated phosphatidylinositol 3-kinase activity in muscle[J].J Biol Chem，2002，277（52）：50230-50236.

[5]Randle PJ，Garland PB，Hales CN，et al.The glucose fatty-acid cycle.Its role in insulin sensitivity and the metabolic disturbances of diabetes mellitus[J].Lancet，1963，1（7285）：785-789.

[6]Randle PJ.Regulatory interactions between lipids and carbohydrates:the glucose fatty acid cycle after 35 years[J].Diabetes Metab Rev，1998，14（4）：263-283.

[7]Itani SI，Ruderman NB，Schmieder F，et al.Lipid-induced insulin resistance in human muscle is associated with changes in diacylglycerol,protein kinase C,and Ikappa B-alpha[J].Diabetes，2002，51（7）：2005-2011.

[8]Roden M，Price TB，Perseghin G，et al.Mechanism of free fatty acid-induced insulin resistance in humans[J].J Clin Invest，1996，97（12）：2859-2865.

[9]Dey D，Mukherjee M，Basu D，et al.Inhibition of insulin receptor gene expression and insulin signaling by fatty acid:interplay of PKC isoforms therein[J].Cell Physiol Biochem，2005，16（4-6）：217-228.

[10]Paz K，Hemi R，LeRoith D，et al.A molecular basis for insulin resistance.Elevated serine/threonine phosphorylation of IRS-1 and IRS-2 inhibits their binding to the juxtamembrane region of the insulin receptor and impairs their ability to undergo insulin-induced tyrosine phosphorylation[J].J Biol Chem，1997，272（47）：29911-29918.

[11]Samuel VT.Fructose induced lipogenesis:from sugar to fat to insulin resistance[J].Trends Endocrinol Metab，2011，22（2）：60-65.

[12]Wang H，Knaub LA，Jensen DR，et al.Skeletal muscle-specific deletion of lipoprotein lipase enhances insulin signaling in skeletal muscle but causes insulin resistance in liver and other tissues[J].Diabetes，2009，58（1）：116-124.

[13]Chavez JA，Holland WL，B■r J，et al.Acid ceramidase overexpression prevents the inhibitory effects of saturated fatty acids on insulin signaling[J].J Biol Chem，2005，280（20）：20148-20153.

[14]Holland WL，Summers SA.Sphingolipids,insulin resistance,and metab olic disease:new insights from in vivo manipulation of sphingolipid metabolism[J].Endocr Rev，2008，29（4）：381-402.

[15]Hotamisligil GS.Inflammationand metabolic disorders[J].Nature，2006， 444（7121）：860-867.

[16]Hotamisligil GS，Shargill NS，Spiegelman BM.Adipose expression of tumor necrosis factor-alpha:direct role in obesity-linked insulin resistance[J].Science，1993，259（5091）：87-91.

[17]Rains JL，Jain SK.Oxidative stress,insulin signaling,and diabetes[J].Free Radic Biol Med，2011，50（5）：567-575.

[18]Morino K，Petersen KF，Dufour S，et al.Reduced mitochondrial density and increased IRS-1 serine phosphorylation in muscle of insulin-resistant offspring of type 2 diabetic parents[J].J Clin Invest，2005，115（12）：3587-3593.

[19]Ogihara T，Asano T，Katagiri H，et al.Oxidative stress induces insulin resistance by activating the nuclear factor-kappa B pathway and disrupting normal subcellular distribution of phosphatidylinositol 3-kinase[J].Diabetologia，2004，47（5）：794-805.

[20]Haber CA，Lam TK，Yu Z，et al.N-acetylcysteine and taurine prevent hyperglycemia-induced insulin resistance in vivo:possible role of oxidative stress[J].Am J Physiol Endocrinol Metab，2003，285（4）：744-753.

[21]Duval C，Cámara Y，Hondares E，et al.Overexpression of mitochondrial uncoupling protein-3 does not decrease production of the reactive oxygen species,elevated by palmitate in skeletal muscle cells[J].FEBS Lett，2007，581（5）：955-961.

[22]Schrauwen-Hinderling VB，Kooi ME，Hesselink MK，et al.Impaired in vivo mitochondrial function but similar intramyocellular lipid content in patients with type 2 diabetes mellitus and BMI-matched control subjects[J].Diabetologia，2007，50（1）：113-120.

[23]Guo LJ，Oshida Y，F(xiàn)uku N，et al.Mitochondrial genome polymorphisms associated with type-2 diabetes or obesity[J].Mitochondrion，2005，5（1）：15-33.

[24]Coll T，Jové M，Rodríguez-Calvo R，et al.Palmitate-mediated downregulation of peroxisome proliferator-activated receptorgamma coactivator 1 alpha in skeletal muscle cells involves MEK1/2 and nuclear factor-kappa B activation[J].Diabetes，2006，55（10）：2779-2787.

（收稿日期：2014-03-25本文編輯：李亞聰）

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