二酰甘油與人類骨骼肌組織胰島素抵抗關系的研究進展

段力園，康軍聰，任路平(綜述)，宋光耀※(審校)

(1.河北醫(yī)科大學研究生學院，石家莊 050017； 2.河北省人民醫(yī)院內分泌科，石家莊050051)

近半個世紀以來，糖尿病作為全球性疾病廣泛流行蔓延，成為威脅人類健康和壽命的主要疾病之一。2型糖尿病的特征是胰島素抵抗(insulin resistance,IR)，IR是指外周組織(骨骼肌、脂肪和肝臟)對胰島素的敏感性降低，表現(xiàn)為外周組織對葡萄糖的攝取和利用障礙；胰島素刺激的葡萄糖攝取約有80%發(fā)生在骨骼肌組織中，因此骨骼肌在機體IR的發(fā)生中占有重要地位[1]。脂肪酸是人及哺乳動物的主要能源物質，Cusi[2]指出，脂肪酸的攝入長期超過代謝需要，其氧化途徑被改變而進入了有害的非氧化代謝途徑，導致大量促進炎癥和凋亡的毒性代謝產(chǎn)物聚集，即形成脂毒性。肌細胞內脂質尤其脂代謝中間產(chǎn)物在肌纖維中過度沉積是誘導骨骼肌產(chǎn)生IR的主要原因，這些中間代謝產(chǎn)物包括：二酰甘油(diacylglycerols,DAG)、神經(jīng)酰胺、長鏈脂酰輔酶A和?；鈮A[3]。該文關注DAG誘導的IR，討論在人類骨骼肌組織研究中有關DAG誘導IR的矛盾結果，并探討DAG對骨骼肌組織代謝的作用。

1 DAG結構和DAG誘導IR的機制

在體內，DAG可由三酰甘油水解、磷脂水解或一酰甘油重新合成而產(chǎn)生，其結構和定位取決于物質來源[4]。事實上，1,3-DAG和2,3-DAG來源于三酰甘油脂肪分解作用，主要存在于脂滴中；1,2-DAG來自酯化反應，并主要在細胞膜積聚；由磷脂酸水解而重新合成的DAG存在于內質網(wǎng)[5]。目前為止，涉及DAG誘導IR的機制主要來自體外和動物研究[6-7]，其可能的機制為：DAG激活蛋白激酶C異構體[8]，這反過來又降低了胰島素受體底物1的酪氨酸磷酸化，從而降低磷脂酸-3-肌醇活化[9]，進而導致IR。在20世紀80年代早期已有學者指出，1,2-DAG才是能夠激活蛋白激酶C的唯一有活性的異構體[10]，而1,3-DAG和2,3-DAG幾乎沒有活性[11]。側鏈長度和飽和度對DAG活性的重要性從早期的生物化學活動中即可顯示出來，有研究指出，不論側鏈的長短，具有2個飽和側鏈的脂肪酸比任何位置上含有1個不飽和側鏈的脂肪酸活性都差[12]。但脂肪酸側鏈長度和飽和度對DAG誘導的骨骼肌組織IR程度的具體作用尚未闡明。

2 人類骨骼肌組織中DAG水平與IR的關系

2.1人類骨骼肌組織中DAG水平與IR呈正相關 DAG水平與IR之間正相關的首次研究是在2002年進行的脂質灌注干預試驗；在這項研究中，實驗組選取6例健康中年男性，脂質輸注與正葡萄糖高胰島素鉗夾相結合，對照組同樣選取6例志愿者接受無脂質的胰島素輸注；在注射起始、2 h、6 h分別進行股外側肌活檢；6 h后，脂質和胰島素輸注導致總DAG水平增加了3倍，伴隨著蛋白激酶C活性增加，且胰島素敏感性降低[13]。此后，大量橫斷面研究也證實了骨骼肌組織中DAG水平與IR之間呈正相關。Straczkowski等[14]觀察到，肥胖者(有或無糖耐量受損)骨骼肌組織中DAG水平高于消瘦對照組和2型糖尿病后代中體型消瘦者；DAG水平與IR呈正相關，與年齡、體質量指數(shù)或體內脂肪無關，并且肥胖者DAG中油酸(18∶1)水平較高。Bergman等[15]比較了肥胖的糖尿病患者、肥胖的非糖尿病者和運動員骨骼肌內的DAG水平，結果表明，糖尿病患者比其他兩個組總DAG水平高；大約80%的DAG位于細胞膜上，運動員膜DAG水平比其他兩組低；膜DAG水平與胰島素敏感性呈負相關，但胞質DAG水平與胰島素敏感性無關。Dube等[16-17]在超重或肥胖的久坐人群中進行了兩次干預研究，第一次是適度的有氧運動干預，在干預前和16周的監(jiān)督運動訓練之后分別對受試者進行骨骼肌活檢和鉗夾試驗，結果顯示，運動使骨骼肌組織DAG水平下降并且胰島素敏感性有所改善；第二次是為期16周的隨機對照研究，干預條件為飲食引起的體質量減輕和運動；飲食引起的體質量減輕是通過每日減少2090 kJ的熱量攝入，使體質量降低10%，運動干預類似于第一次研究；兩組骨骼肌組織中DAG水平均減少,并且胰島素敏感性提高了約20%；該試驗中飲食引起的體質量減輕降低總脂質含量而鍛煉提高脂質水平，表明飲食引起的體質量減輕使總脂水平降低，而運動使非酯化脂肪酸轉變?yōu)橹行灾|存儲。

2.2人類骨骼肌組織中DAG水平與IR關系的分離 有眾多橫斷面研究表明，DAG總水平不一定與IR相關。Hoeg等[18]對健康受試者脂質或生理鹽水輸注5 h后進行葡萄糖鉗夾，分別在開始、灌注結束后和鉗夾期間進行骨骼肌活檢，與輸注生理鹽水相比，脂質灌注后胰島素靈敏度下降25%～35%，而骨骼肌組織中DAG水平無明顯差異，胰島素信號轉導通路未見明顯減低。有研究表明，DAG水平或DAG的飽和度在糖耐量減低和糖耐量正常的肥胖者差異無統(tǒng)計學意義[19]。Jocken等[20]研究發(fā)現(xiàn)，與消瘦男性相比肥胖男性骨骼肌組織中DAG水平更低，其DAG中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽脂肪酸的水平比消瘦男性少30%，長期耐力訓練的受試者(每周鍛煉5次或以上)比消瘦久坐受試者(每周鍛煉<1 d，每次<20 min)骨骼肌組織總DAG水平高于50%，比年齡相匹配的肥胖久坐者高20%，訓練者比消瘦的久坐者胰島素敏感性更高，而消瘦久坐者比肥胖久坐者胰島素敏感性要高，總DAG水平與胰島素敏感性呈正相關。一個橫斷面研究比較了職業(yè)自行車手和健康男性(每周適度和強度運動<2 h)，發(fā)現(xiàn)骨骼肌組織DAG水平?jīng)]有差異[21]。這些研究表明，較高的DAG水平與IR并沒有必然聯(lián)系，這與動物研究中骨骼肌組織DAG水平與IR不相關的結果一致。關于運動訓練的作用一直特別引人注目，長期耐力訓練者，總DAG水平較高,并且與胰島素敏感性呈正相關[20]。在另一項橫斷面研究中，職業(yè)自行車手與健康志愿者相比，整體DAG水平無差別，但是胰島素敏感性更高[21]。

3 人類骨骼肌組織中DAG水平與IR矛盾關系的可能機制

體外和動物研究表明，DAG與脂毒性有關聯(lián)，但體內關于DAG誘導IR的研究出現(xiàn)矛盾的結果；這種矛盾結果出現(xiàn)的原因主要是由于研究設計(包括飲食和運動控制)和DAG測量方法缺乏一致性[3]。習慣性的飲食結構會影響脂肪酸組成，從心肌細胞培養(yǎng)可知，暴露于棕櫚酸可導致DAG水平升高和蛋白激酶C的后續(xù)活化，而暴露于油酸則沒有出現(xiàn)這種變化[22]。此外，沒有限定DAG特定類型，即脂肪酸結合到甘油骨架上的特定的位置(1,2-DAG，1,3-DAG和2,3-DAG)以及側鏈的長度和飽和度；另一個重要的限制是涉及用于測量DAG的方法，一些研究只測量了DAG總水平；一些研究測量去除甘油骨架后脂肪酸的含量，而其他測量不去除甘油骨架的脂肪酸組成；一些測量的是飽和脂肪酸，單不飽脂肪酸或多不飽和脂肪酸的絕對水平；另一些研究只測量了脂肪酸百分比[3]。未來的研究需要評估亞細胞定位(即細胞質膜、細胞器膜與脂滴)、DAG甘油骨架中脂肪酸側鏈位置及其長度和飽和度在的結構。

4 無效循環(huán)中脂質中間產(chǎn)物作為信號分子

研究者提出，人類骨骼肌組織內DAG水平變化的另一種可能機制是，DAG作為無效循環(huán)的信號分子[23]。無效循環(huán)是連接脂質和葡萄糖代謝的中心途徑之一，即為甘油脂/非酯化脂肪酸循環(huán)，由于循環(huán)會消耗腺苷三磷酸并能產(chǎn)生熱量同時回收底物，因而稱為無效循環(huán)[5]。此循環(huán)包括脂解部分和脂肪合成部分，這兩部分底物可循環(huán)使用，實際上大約50%脂解部分釋放的非酯化脂肪酸再循環(huán)到脂質合成部分，即使細胞在低能量時也進行連續(xù)的脂質合成和三酰甘油分解[24]，也可防止脂質供過于求時IR的發(fā)生[25]。DAG作為無效循環(huán)的信號分子，可在胰島素信號轉導中激活蛋白激酶C，同時在胞外分泌、神經(jīng)傳遞以及炎癥中也起著重要作用[26]，因而被認為是連接細胞內燃料平衡和細胞信號轉導過程的關鍵紐帶。由此也有學者提出，測量DAG水平僅反映特定時間的值，DAG是多種細胞進程(如甘油脂/非酯化脂肪酸循環(huán))的中間產(chǎn)物，在給定時間點的測量可能是與甘油脂/非酯化脂肪酸周期相關的一種生理現(xiàn)象，與毒性作用沒有必然的聯(lián)系[27]。

5 小 結

未來對脂毒性尤其是DAG誘導IR的研究中，應探討飲食干預對DAG水平的影響以及運動和食物攝入對DAG水平時間動態(tài)變化的影響。此外，有必要限定DAG的亞細胞定位，明確DAG是在細胞膜、細胞質或在脂滴中。與此同時，DAG結構需要在立體亞型、側鏈長度和飽和度方面進行描述[3]。雖然有些問題可以通過動物實驗和細胞培養(yǎng)進行解答，但DAG中的異質性和動態(tài)性質需要在人體中進行探討，從而進一步明確DAG對IR和骨骼肌組織代謝的作用。

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