脂肪細胞因子對2型糖尿病微血管病變的影響及作用機制

李鳴，皇甫建，肖瑞

（1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院 內(nèi)分泌科，內(nèi)蒙古 呼和浩特；3.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學分子病理學重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特）

0 引言

2型糖尿病 (Type 2 diabetes mellitus, T2DM)作為一種慢性代謝性綜合征，因其全身性、持續(xù)性、進行性出現(xiàn)多臟器損傷，成為21世紀危害性疾病。隨著脂肪細胞因子的多種作用被逐步發(fā)掘，其中對于糖尿病的研究被廣泛重視。一些研究發(fā)現(xiàn)，眾多脂肪細胞因子參與到T2DM微血管病變的各個環(huán)節(jié)，本文就幾種脂肪因子對2型糖尿病微血管病變的影響進行歸納總結。

1 內(nèi)臟脂肪組織絲氨酸蛋白酶抑制因子(Vaspin)

Vaspin是一種新型脂肪細胞因子，是絲氨酸蛋白酶抑制劑家族中的一員，在大鼠、小鼠及人體內(nèi)各由412、414、415個氨基酸組成，其三者具有同源性。它是由Hida等人從T2DM大鼠 模 型OLETF（Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty）大 鼠 的白色內(nèi)臟脂肪組織中提取。研究發(fā)現(xiàn)[1]，vaspin在內(nèi)臟脂肪組織中的表達具有特異性，其表達水平在OLETF大鼠的體重和胰島素抵抗水平最高時（即30 周齡）時升高，在OLETF大鼠糖尿病病情持續(xù)進展，于50周齡時降低。 應用噻唑烷二酮類藥物（Thiazolidinediones,TZDs）或胰島素治療后，血清vaspin水平可趨于正?；?。在給高脂高糖飼養(yǎng)的18周齡ICR（Institute of Cancer Research）小鼠腹腔注射重組vaspin后的第120分鐘時，小鼠血糖水平顯著下降，盡管胰島素水平未見明顯變化，但胰島素敏感性增高，證明vaspin具有胰島素增敏作用[1,2]。

Vaspin也可以在基因表達層面改善胰島素的敏感性，改變肥胖小鼠內(nèi)臟脂肪組織的細胞因子譜表達。給高脂高糖飲食誘導的肥胖ICR小鼠連續(xù)2周腹腔注射重組vaspin后發(fā)現(xiàn)，小鼠體內(nèi)瘦素、腫瘤壞死因子α和抵抗素水平下降，葡萄糖轉運蛋白-4、脂聯(lián)素水平升高，這一結果既能夠表明vaspin逆轉了一些引起胰島素抵抗的相關細胞因子的表達，又能表明vaspin調(diào)節(jié)了某些細胞因子的表達水平，使其趨于正常，從而增加胰島素的敏感性[1]。

英國前瞻性糖尿病研究(UK Prospective diabetes study,UKPDS)以及其他一些研究[3-5]表明，血糖的良好控制對于延緩糖尿病微血管病變的發(fā)生發(fā)展至關重要。Gulcelik等人[6]將37名女性2型糖尿病患者進行研究發(fā)現(xiàn)，相較2型糖尿病無并發(fā)癥的女性患者，2型糖尿病伴有微血管并發(fā)癥的女性患者血清vaspin水平較低，表明糖尿病微血管病變與vaspin表達水平相關。從而推測[7]vaspin對延緩糖尿病發(fā)展的作用具有代償性，可能伴隨微血管并發(fā)癥的發(fā)展而減弱甚至停止。

也有研究發(fā)現(xiàn)[8]，血清vaspin水平在腎小球濾過率大于50mL/min的對照組和需長期血液透析的糖尿病患者中表達無統(tǒng)計學差異，這也可證明隨著2型糖尿病病程的延長及病情的進展，vaspin表達進行性下降，其抑制微血管并發(fā)癥的代償機制停止，導致微血管損害的進一步加重。

綜上，vaspin是一種胰島素增敏因子，通過監(jiān)測vaspin的水平變化可預估糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展。

2 內(nèi)臟脂肪素（Visfatin/pre-B cell colony enhancing factor,PBEF）

Visfatin是一種富集于人和小鼠的內(nèi)臟脂肪中脂肪因子，其基因是一種高度保守的管家基因。Visfatin與一種已知的前B細胞集落刺激因子（Pre-B cell colony enhancing factor,PBEF）的蛋白表達相同，多表達于骨髓、肌肉及肝臟組織[9]。Fukuhara等人[10]對肥胖的II型糖尿病小鼠進行研究發(fā)現(xiàn)，隨著小鼠體重上升，內(nèi)臟脂肪中的visfatin mRNA表達水平升高，血漿visfatin水平同樣升高，而皮下脂肪及肝組織的visfatin mRNA則變化不大。進一步對101名男、女性受試者進行CT檢查發(fā)現(xiàn)，血清visfatin濃度與內(nèi)臟脂肪含量密切相關，而與皮下脂肪的相關性則不強,因此稱為內(nèi)臟脂肪素。

體外細胞培養(yǎng)試驗證實，visfatin可促進3T3-L1脂肪細胞和L6肌細胞對葡萄糖的攝取，抑制肝細胞的葡萄糖釋放。動物實驗發(fā)現(xiàn)visfatin可誘導肝臟中胰島素受體（insulin receptor,IR）、胰島素受體底物-1（insulin receptor substrate 1,IRS-1）和胰島素受體底物-2（insulin receptor substrate 2,IRS-2）的酪氨酸磷酸化，通過與IR受體結合激活胰島素信號，具有類似胰島素樣的降糖作用[10]。在臨床研究方面，Chen等[11]發(fā)現(xiàn)visfatin是一種與炎癥相關的因子，visfatin濃度的升高與T2DM的發(fā)生密切相關，多元Logistic回歸分析顯示visfatin可為T2DM的獨立關聯(lián)因素。

Qu等人[12]的研究證實visfatin在大鼠視網(wǎng)膜組織中有表達，主要表現(xiàn)在視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層、內(nèi)叢狀層和外網(wǎng)狀層，隨著糖尿病病情的發(fā)展，表達逐漸增加。由于視網(wǎng)膜組織中也有胰島素受體IR存在，因此他們認為visfatin可能通過其胰島素樣功能降低血糖、改善視網(wǎng)膜血糖環(huán)境從而起到保護視網(wǎng)膜，延緩微血管病變發(fā)生發(fā)展的作用。

Wang等人[13]的實驗結果顯示糖尿病視網(wǎng)膜病變(Diabetic retinopathy,DR)患者血清和玻璃體的visfatin表達水平較正常人升高。其中，糖尿病增殖期視網(wǎng)膜病變(Proliferarive diabetic retinopathy,PDR)患者相較于糖尿病非增殖期視網(wǎng)膜病(Nonproliferative diabetic retinopathy,NPDR)變患者的血清和玻璃體visfatin水平更高。這也證實visfatin水平與DR的存在和嚴重程度相關，可以作為預測DR存在和嚴重程度的生物學指標。

Axelsson等人[14]研究發(fā)現(xiàn),當糖尿病腎病(Diabetic nephropathy,DN)進入慢性腎臟病階段(Chronic kidney disease，CKD)時，相較于CKD3期、CKD4期及正常對照組，CKD 5期患者的visfatin循環(huán)水平升高，也可以說明，它作為的DN預測因子，與患者的預后密切相關。

3 抵抗素（Resistin）

Resistin是脂肪細胞分泌一種多肽類脂肪信號分子，最初由Steppan等人在TZDs可下調(diào)的成熟脂肪細胞的因子中進行篩選后命名。TZDs可下調(diào)與胰島素抵抗相關的脂肪細胞因子的表達，其中，resistin下調(diào)最為明顯，這說明resistin是TZDs發(fā)揮作用的重要靶點[15]。Steppan等人發(fā)現(xiàn)resistin在遺傳和飲食性肥胖的小鼠體內(nèi)血清表達水平高，外源性resistin可損害正常小鼠的葡萄糖耐量并拮抗胰島素。用抗resistin免疫球蛋白處理后的肥胖小鼠對胰島素的敏感性提高，表明resistin具有介導胰島素抵抗的作用[15]。

Gharibeh等人研究證實，與健康對照者相比，T2DM患者循環(huán)resistin水平、血尿素水平升高，尤其對于年齡超過50歲的患者而言，皮爾森相關分析發(fā)現(xiàn)T2DM患者循環(huán)resistin水平與年齡、尿素以及肌酐之間呈現(xiàn)正相關關系，這一結論與早期Ellington、Axelsson等人的報道相一致，說明resistin在T2DM微血管疾病發(fā)生發(fā)展的道路上起著一定的作用[14,16-17]。Osawa等人[18]發(fā)現(xiàn)血清resistin水平與T2DM患者的DR分期、DN分期、神經(jīng)病變嚴重程度以及晚期微血管病變的數(shù)量呈正相關，而與年齡，性別，BMI以及血清肌酐無關，這與Gharibeh等人的研究結論不一。

進一步的實驗證實，resistin誘發(fā)T2DM微血管病變可能的機制包括：①氧化應激導致微血管內(nèi)皮功能出現(xiàn)障礙，resistin mRNA與人脂肪組織中的氧化應激標志物NADPH氧化還原酶的mRAN相關，它的高表達可加快氧化應激反應，加快血管內(nèi)皮細胞損傷進程[19];②resistin具有促炎作用，可作為直接影響內(nèi)皮功能和血管穩(wěn)態(tài)的活性因子[20]，上調(diào)血管內(nèi)皮細胞中血管細胞粘附分子-1（Vascular adhesion molecule-1,VCAM-1）和細胞間粘附分子-1（Inter cellular adhesionmolecule-1,ICAM-1）的表達，并通過增加內(nèi)皮素-1（Endothelin-1，ET-1）的釋放來促進內(nèi)皮細胞活化[21-22]。

盡管目前仍需大量證據(jù)明確resistin誘導T2DM微血管病變的機制，但resistin作為T2DM微血管并發(fā)癥的生物學標志物，具有潛在的臨床作用。

4 愛帕琳肽（Apelin）

Apelin 是Tatemoto等人[23]于1998在牛胃的提取液中發(fā)現(xiàn)的一種脂肪細胞因子,是血管緊張素II 1型受體相關蛋白(Apelin receptor angiotensin receptor-like 1,APJ)的內(nèi)源性配體,前原性apelin是由77個氨基酸構成的肽。研究發(fā)現(xiàn)apelin參與諸多生理活動[24]，如循環(huán)系統(tǒng)的中樞和外周調(diào)節(jié)、水和食物的攝入，同時在免疫功能中也起著重要作用。

棕色脂肪組織（Brown Adipose Tissue,BAT）對機體能量的平衡產(chǎn)生著巨大的貢獻，可提高機體能量代謝。BAT通過線粒體解偶聯(lián)蛋白-1（Uncoupling protein1,UCP1）解離ATP合成過程中的能量底物，從而完成氧化代謝[25-27]。給高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠長期使用apelin后發(fā)現(xiàn)，小鼠體內(nèi)UCP1明顯升高，機體能量消耗增加[28-29]。此外，apelin降低了白色脂肪組織的質量和血清甘油三酯水平[30-31]，還誘導肥胖小鼠體內(nèi)的白色脂肪細胞棕色變[32]。無論在體外還是體內(nèi)，apelin都可通過PI3k / Akt和AMPK信號通路來促進BAT的分化，提高產(chǎn)熱因子的轉錄表達[32-33]。Apelin還可以通過刺激線粒體、氧化脂肪酸及提高肌肉中的葡萄糖攝取來改善胰島素敏感性[34]。Han等人報道[35]，小鼠胰島細胞中apelin受體APJ的缺失使得胰島β細胞的質量顯著降低，從而影響小鼠體內(nèi)葡萄糖的清除率,也說明apelin / APJ系統(tǒng)對胰島細胞的穩(wěn)態(tài)和葡萄糖耐量具有重要的調(diào)節(jié)作用。

實驗證明[36]，APJ廣泛存在于腎臟血管以及腎小球，糖尿病小鼠腎組織中APJ表達減少，但通過apelin治療后APJ表達增加。Apelin可以抑制并延緩糖尿病引起的腎臟系膜擴張、腎小球肥大的組織學改變，還可以減少糖尿病引起的腎臟炎癥反應和尿蛋白。這可能是由于apelin/APJ系統(tǒng)激活糖尿病患者腎臟的抗氧化途徑而實現(xiàn)的。另外，慢性炎癥也已成為引發(fā)糖尿病腎損傷的重要因素[37]，應用apelin治療，可減輕不同糖尿病模型中出現(xiàn)的腎臟炎癥反應[36-37]，說明apelin在糖尿病腎病的發(fā)病機制中發(fā)揮抗炎作用。但也有研究發(fā)現(xiàn)[38]apelin通過誘導腎臟足細胞出現(xiàn)功能障礙，推動腎小球異常血管生成，加速糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展。

PDR患者的玻璃體和纖維化膜中有著較高的apelin濃度[39]。與單純T2DM患者相比，并發(fā)PDR患者的血清apelin水平較高[40]，這在糖尿病大鼠模型的視網(wǎng)膜中也得到同樣的結果[41]。此外，在PDR患者的視網(wǎng)膜前膜中檢測到apelin的過度表達，說明apelin/APJ系統(tǒng)有望成為糖尿病增殖期視網(wǎng)膜病變血管形成過程中的治療靶點[40,42]。體外研究發(fā)現(xiàn)，apelin可誘導體外視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞的遷移、增殖和毛細血管的形成，被視為一種視網(wǎng)膜血管的生成因子[43]，具有加重DR的作用。Apelin / APJ系統(tǒng)可為糖尿病性視網(wǎng)膜病變提供新的治療機會。

面對各個研究的不同結果，apelin是否能為T2DM微血管病變的診治提供新思路尚需大量研究證實，但已知的是apelin與糖尿病微血管病變確實存在著聯(lián)系。

5 鳶尾素（Irisin）

2012年Bostrom等人[44]報道發(fā)現(xiàn)了一種新的多肽激素，即鳶尾素（Irisin）。Irisin是骨骼肌分泌的,是由III型纖連蛋白組件包含蛋白5 (fibronectin type Ⅲ-domain containing protein 5,FNDC5)水解和糖基化后釋放的含有112個氨基酸的多肽。這種多肽在所有經(jīng)測序的哺乳動物物種中高度保守，小鼠和人類的irisin具有100%的同源性。

Moreno-Navarrete等人[45]通過體外實驗發(fā)現(xiàn)，人類前脂肪細胞、脂肪細胞以及3T3-L1脂肪細胞均可產(chǎn)生鳶尾素，具有如下生物學功能：①irisin從肌肉分泌到血液,激活脂肪組織的產(chǎn)熱功能，增加能量消耗，降低血糖；②irisin可使循環(huán)水平中的UCP1成倍增加，對白色脂肪組織的褐變具有積極的影響，同前所述，BAT可增加機體耗能，促進糖脂代謝。

Bostrom等人[44]的研究表明，即使給肥胖小鼠短期的irisin治療，就可很好地維持小鼠體內(nèi)的葡萄糖穩(wěn)態(tài)，并使其體重減輕。Liu等人[46]的最新的研究報道稱，irisin通過下調(diào)PI3K/Akt/FOXO1介導的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G6Pase)抑制糖異生，并通過肝細胞中PI3k / Akt/GSK3介導的糖原合成酶(Glycogen synthase,GS)激活來增加糖原生成，降低血糖水平。另一項重要發(fā)現(xiàn)是：若給鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）/高脂飲食（high fatty diet，HFD）誘導的T2DM小鼠持續(xù)施用irisin,小鼠的空腹血糖水平、肝糖原異生和葡萄糖生成水平均下降，而肝糖原合成和儲存增加，小鼠的胰島素抵抗也得到改善。這些結果表明，irisin可作為T2DM的有效治療方法，同時可避免體重增加。

糖尿病微血管并發(fā)癥與irisin的相關性同樣引起學者們的關注。與正常人相比，慢性CKD患者血漿irisin濃度顯著降低[47]。Khidr等人[48]研究證實隨著CKD分期的增加，血清irisin濃度逐漸降低，CKD5期患者的血清irisin濃度最低。Hu等人的調(diào)查評估了糖尿病患者血清irisin濃度與尿蛋白的相關性，發(fā)現(xiàn)無白蛋白尿和微量白蛋白尿相比，伴有大量白蛋白尿的T2DM患者血清irisin水平更低[49]。針對DR來說，irisin水平也有類似的變化，即處于PDR的患者血清和玻璃體中irisin水平也顯著下降[50]，有研究者提出，在DR病變早期外源性補充irisin，提高循環(huán)irisin水平可能有助于延緩從NPDDR到PDR的進展[51]。此外有研究[52-53]證實，irisin在通過激活AMPK-PI3K-Akt-eNOS信號傳導途徑、減少氧化應激、防止內(nèi)皮損傷和減輕動脈粥樣硬化方面也起著關鍵作用。

由此可以看出irisin不僅與糖尿病患者的健康狀況存在著關系，也可以作為糖尿病控制監(jiān)測的措施之一，成為臨床糖尿病及其相關并發(fā)癥的治療的潛在靶點。

6 趨化素（Chemerin）

Chemerin是由Bozaoglu等人于2007年首次報道的脂肪因子，是脂肪因子家族中的新成員。最初，chemerin是以維甲酸應答基因的身份在銀屑病患者的皮損中發(fā)現(xiàn)的，隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)chemerin在人體肝臟，腸道和腎臟中也有表達，并與心血管系統(tǒng)疾病、消化系統(tǒng)疾病、風濕免疫病、惡性腫瘤以及代謝性疾病有關[54]。雖然目前人們對chemerin的作用尚不完全了解，但其參與代謝性疾病的病理生理學證據(jù)越來越多，尤其是在炎癥和代謝綜合征中的作用值得關注。Chemerin與胰島素抵抗和體脂的積累存在著關系[55]，在肥胖和T2DM患者的脂肪組織中chemerin的基因表達量增高[54]。

肥胖患者血清chemerin濃度的增加主要取決于體重指數(shù)（body mass index,BMI）的增加，在新發(fā)的T2MD患者中，腹部的內(nèi)臟脂肪含量被認為是血清chemerin水平的獨立預測因子，二者呈現(xiàn)顯著的正相關趨勢[56-57]。Fatima等人[58]也通過研究新發(fā)患者發(fā)現(xiàn)，相較正常對照組，新發(fā)T2MD患者chemerin的循環(huán)水平升高，與空腹血糖水平呈正相關，當循環(huán)中chemerin含量大于13.7ng/mL的時候，具有91%的敏感性和96%的特異性來預測糖尿病的發(fā)生。

Ernst等人通過動物實驗發(fā)現(xiàn)chemerin可降低血清胰島素水平和肝組織的葡萄糖攝取，加劇糖尿病和肥胖小鼠模型的葡萄糖耐量下降[59]。對于真實世界的肥胖T2MD患者來說，強化生活方式是可以降低血清chemerin水平的，還可以提高胰島素的敏感性[60]。綜合來看，上述結果均不同程度地表明：chemerin與糖尿病的糖耐量下降和胰島素抵抗密切相關。

另有研究表明T2MD微血管病變的發(fā)生發(fā)展與chemerin亦有聯(lián)系。在PDR病變患者的玻璃體中存在較高水平的chemerin[61],且血清chemerin表達水平與DR的嚴重程度呈正相關，可作為糖尿病視網(wǎng)膜病變嚴重程度的分子標記物。Chemerin與炎癥和新生血管標志物——C-反應蛋白、血管內(nèi)皮生長因子具有協(xié)同關系[62]，在DN的患者中，血清肌酐水平與chemerin水平呈正相關，Wang[63]提出chemerin可作為糖尿病腎病的獨立預測指標。

Chemerin與糖尿病微血管病變的機制尚不明確，探討可能的原因有:①chemerin可激活PI3K/Akt信號通路，增加氧化應激反應；②chemerin能夠減少在胰島素誘導下血管內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的一氧化氮，使得血管收縮、痙攣；③氧化應激反應的增加，也影響著胰島素信號通路的激活[64-65]。這些新的發(fā)現(xiàn)表明，chemerin在糖尿病相關的血管氧化應激和胰島素信號傳導中起著關鍵作用，參與血管胰島素抵抗的發(fā)病機制，導致微血管內(nèi)皮細胞炎癥反應，加重血管損傷。

綜上所述，chemerin在調(diào)節(jié)能量平衡方面的重要作用，對于chemerin的靶向干預可能會成為影響肥胖相關T2DM患者微血管病變的一種有效策略。

7 總結

綜上，脂肪細胞因子與糖尿病微血管病變的發(fā)生發(fā)展之間的關系密切且復雜，包括vaspin、visfatin、resistin等，仍需大量研究佐證。目前對于糖尿病微血管病變的臨床診治仍有欠缺，因此及早評估一些脂肪細胞的表達水平可能有助于微血管病變的早診早治，從而阻止病變進展。因此，更好更多地了解脂肪細胞因子在糖尿病微血管病變中的作用，有助于開發(fā)新的診療方法，改進現(xiàn)有診療策略。