Glypican-4與肥胖及胰島素抵抗

劉美娟 朱惠娟 龔鳳英

·綜述·

Glypican-4與肥胖及胰島素抵抗

劉美娟 朱惠娟 龔鳳英

Glypican-4是一種新的脂肪細(xì)胞因子，其在皮下和內(nèi)臟脂肪組織中差異表達，并與體重指數(shù)、腰臀比密切相關(guān)。Glypican-4通過直接與胰島素受體結(jié)合，發(fā)揮類似胰島素的作用，促進葡萄糖的攝取和前脂肪細(xì)胞的分化。在肥胖和糖尿病等具有胰島素抵抗的患者中，glypican-4可通過代償性分泌增加，維持機體血糖水平正常。Glypican-4是第一個被發(fā)現(xiàn)能直接與胰島素受體結(jié)合，發(fā)揮增強胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的脂肪細(xì)胞因子。研究其在胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面的功能將可能為肥胖和糖尿病的診治帶來新的契機。

Glypican-4；脂肪細(xì)胞因子；脂肪組織；肥胖；胰島素抵抗

Glypican-4最早是在1995年由Watanabe等[1]在小鼠腦和腎臟中發(fā)現(xiàn)的，因其在腎臟中含量較豐富而被命名為 K-glypican。2012 年，Ussar等[2]首次發(fā)現(xiàn)glypican-4還可以高表達于人和小鼠的脂肪組織中，并能在血清中檢測到。Glypican-4在內(nèi)臟和皮下脂肪組織的表達存在顯著差別，并與體重指數(shù)和腰臀比等肥胖相關(guān)指標(biāo)密切相關(guān)[2]。Glypican-4可通過與胰島素受體直接結(jié)合，促進胰島素受體活化及受體后信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮類似胰島素的作用，促進葡萄糖的攝取和前脂肪細(xì)胞的分化[2]。而在肥胖和糖尿病患者中，glypican-4可代償性分泌增加來對抗胰島素抵抗，維持機體血糖水平正常[3-4]。本文將對glypican-4的結(jié)構(gòu)、分布、表達特點，及其與肥胖、胰島素抵抗之間關(guān)系的最新研究進展予以綜述。

1 Glypican-4概況

1.1 Glypican-4的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能 Glypicans家族屬于硫酸肝素蛋白多糖家族，通過糖基化磷脂酰肌醇（GPI）錨定于細(xì)胞膜的外表面[5]。目前發(fā)現(xiàn)glypican家族在果蠅中有兩名成員：dally和dally-like[6-7]。在哺乳動物中包括 6 個成員：glypican-1～glypican-6[8]。Glypican-4基因位于人染色體Xq26.1區(qū)，由9個外顯子，8個內(nèi)含子組成，啟動子區(qū)有很多轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，編碼glypican-4蛋白[9]。Glypican-4蛋白由葡糖胺聚糖連接于57 500的核心蛋白，N末端有一個富含半胱氨酸的引導(dǎo)肽樣結(jié)構(gòu)，是一種分泌信號肽。C末端包括Ser-Gly重復(fù)序列，構(gòu)成硫酸乙酰肝素鏈連結(jié)位點，通過與GPI共價結(jié)合錨定于細(xì)胞膜上。Glypican-4通過其硫酸乙酰肝素鏈，與某些生物效應(yīng)分子，如生長因子及其受體、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和黏附分子等相互作用，參與細(xì)胞增殖、分化、黏附等的調(diào)節(jié)。此外，GPI可在脂肪酶的作用下斷裂，使glypican-4從細(xì)胞表面釋放出來[10]。這表明glypican-4不僅可以在細(xì)胞表面通過與生物效應(yīng)分子結(jié)合而發(fā)揮作用，還可以釋放到細(xì)胞外環(huán)境中，通過血液循環(huán)，到達遠處組織，如肝臟、骨骼肌等，并在這些組織中發(fā)揮作用。近期已有研究表明，glypican-4可直接與脂肪組織、肝臟、骨骼肌等胰島素靶器官細(xì)胞膜上的胰島素受體結(jié)合，通過影響胰島素受體活性及受體后信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮其促進葡萄糖攝取和脂肪細(xì)胞分化等類似于胰島素的作用[2]。

1.2 Glypican-4的發(fā)現(xiàn)和組織分布 1998年，Veugelers等[9]發(fā)現(xiàn)，glypican-4可在胎兒大腦、腎臟和肺中表達，但在肝臟中幾乎不表達。而在成年人中，glypican-4在骨骼肌、胰腺、腎臟、胎盤、肺、心臟、脾、睪丸、卵巢、結(jié)腸和小腸中表達豐富，但是在大腦、胸腺、前列腺中表達較少，在肝臟和外周血白細(xì)胞中不表達。2012年，Ussar等首次發(fā)現(xiàn)小鼠白色脂肪細(xì)胞也可以合成和分泌glypican-4，說明glypican-4是一種脂肪源性的細(xì)胞因子。采用Western印跡和ELISA的方法證實，在血清中也能檢測到glypican-4。進一步研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4在皮下和內(nèi)臟脂肪組織中表達不同，在不同種屬（包括人和小鼠）以及不同性別中，glypican-4的表達也不同。

1.3 Glypican-4的表達特點

1.3.1 Glypican-4在皮下和內(nèi)臟脂肪組織的表達具有部位和種屬特異性 Gesta等[11]研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4在小鼠皮下脂肪組織和內(nèi)臟脂肪組織中的表達不同。在C57BL/6小鼠附睪脂肪組織塊和原代培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞中，glypican-4的表達均較皮下脂肪組織塊和皮下脂肪細(xì)胞明顯升高。說明glypican-4在脂肪組織中的表達具有部位特異性。Gesta等[11]進一步將小鼠皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的血管基質(zhì)細(xì)胞（含有前脂肪細(xì)胞）分離出來，在體外原代培養(yǎng)并誘導(dǎo)分化為成熟的脂肪細(xì)胞，比較glypican-4的表達變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，glypican-4的表達在內(nèi)臟脂肪組織來源分化的脂肪細(xì)胞中的表達明顯高于皮下脂肪組織來源分化的脂肪細(xì)胞，與脂肪組織水平的研究結(jié)果一致。表明glypican-4在小鼠脂肪組織部位特異性差異表達的特點，在體外培養(yǎng)的條件下仍然存在，說明glypican-4的部位特異性差異表達的特點是脂肪細(xì)胞天生固有的，不受體內(nèi)神經(jīng)、血流、氧氣等內(nèi)環(huán)境因素的影響。進一步對53名體重和脂肪分布均正常的人脂肪組織中g(shù)lypican-4表達水平進行研究，發(fā)現(xiàn)與內(nèi)臟脂肪組織相比，glypican-4在人皮下脂肪組織中高表達[11]。說明無論是在小鼠還是人當(dāng)中，glypican-4在皮下脂肪組織和內(nèi)臟脂肪組織中的表達均存在差異。但所不同的是，二者差異表達的方向相反。說明glypican-4在脂肪組織中的差異性表達，不僅具有脂肪組織的部位特異性，還具有種屬特異性。

1.3.2 Glypican-4在人皮下和內(nèi)臟脂肪組織的表達存在性別差異 Ussar等[2]對不同體重指數(shù)受試者脂肪組織中g(shù)lypican-4的表達水平進行研究后發(fā)現(xiàn)，在超重人群中，皮下脂肪組織glypican-4在男性中的表達水平高于女性，內(nèi)臟脂肪組織glypican-4在女性中的表達水平高于男性；在肥胖人群中，內(nèi)臟脂肪組織glypican-4在男性中的表達水平高于女性（表1）。表明glypican-4在人皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的表達存在性別差異。

2 Glypican-4與肥胖

2.1 Glypican-4與肥胖相關(guān)指標(biāo)的關(guān)系 Gesta等[11]研究顯示，在內(nèi)臟脂肪組織中，glypican-4的表達與體重指數(shù)和腰臀比呈正相關(guān)；而皮下脂肪組織中，glypican-4的表達與體重指數(shù)和腰臀比呈負(fù)相關(guān)。Ussar等[2]研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著體重指數(shù)增加，glypican-4在男性皮下脂肪組織中的表達逐漸降低，在內(nèi)臟脂肪組織中表達逐漸升高（表1）。將受試對象按照體重指數(shù)分組后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)臟脂肪組織中g(shù)lypican-4的表達曲線近似于鐘形，即在超重而且是腹型肥胖的患者中，內(nèi)臟脂肪組織glypican-4的表達最高，在體重正常和肥胖的受試者中g(shù)lypican-4的表達較低。進一步說明肥胖時glypican-4主要在內(nèi)臟脂肪組織中表達。正常人glypican-4在皮下脂肪組織中的表達高于內(nèi)臟脂肪組織中的表達，而肥胖時glypican-4在內(nèi)臟脂肪組織中的表達要高于皮下脂肪組織。對小鼠的研究也得出類似結(jié)果。即在體重正常、高脂飲食誘導(dǎo)的中度肥胖和db/db極度肥胖的小鼠中，高脂飲食誘導(dǎo)的中度肥胖小鼠內(nèi)臟脂肪組織中g(shù)lypican-4的表達最高[2]（表2）。

表1 Glypican-4在人皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的表達情況

表2 Glypican-4在小鼠皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的表達情況

如上所述，肥胖時glypican-4主要在內(nèi)臟脂肪組織中表達，所以血清中g(shù)lypican-4水平與內(nèi)臟脂肪的含量密切相關(guān)。2013年，Yoo等[12]在對亞洲人群血清glypican-4水平與肥胖相關(guān)性的研究中證明了這一點。他們對受試者進行了為期3個月的有氧和抗阻聯(lián)合訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，腰臀比升高的受試者，血清glypican-4水平也明顯升高；而腰臀比下降的受試者，血清glypican-4水平也明顯下降。與這一研究結(jié)果類似，2014年，Li等[3]在對300名中國受試者的研究中也發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平與腰臀比呈正相關(guān)。本課題組最近的研究也發(fā)現(xiàn)，在男性患者中，血清glypican-4水平與腰臀比呈正相關(guān)[4]。這些發(fā)現(xiàn)提示血清glypican-4水平可能成為肥胖，尤其是腹型肥胖患者的生物標(biāo)志物。

2.2 Glypican-4促進前脂肪細(xì)胞的分化 Glypican-4能夠促進前脂肪細(xì)胞的分化[2]。在glypican-4基因敲除的3T3-L1前脂肪細(xì)胞中，胰島素不能促進脂肪細(xì)胞分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強子結(jié)合蛋白α（CEBPα）的磷酸化，進而不能反式激活CEBPα和過氧化物酶體增殖物活化受體，結(jié)果導(dǎo)致3T3-L1前脂肪細(xì)胞無法分化為成熟的脂肪細(xì)胞[2]。而且，盡管噻唑烷二酮類可刺激對照組前脂肪細(xì)胞的分化，但對glypican-4基因敲除的3T3-L1前脂肪細(xì)胞的分化仍沒有明顯影響[2]。

3 Glypican-4與胰島素抵抗

3.1 Glypican-4通過與胰島素受體結(jié)合增強胰島素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 與對照組細(xì)胞相比，glypican-4基因敲除的3T3-L1前脂肪細(xì)胞胰島素受體磷酸化程度降低，受體后信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性降低，胰島素敏感性下降[2]。相反，glypican-4基因過表達的3T3-L1前脂肪細(xì)胞胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性增強，胰島素敏感性增加，脂肪細(xì)胞攝取葡萄糖的能力增強[2]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4通過GPI錨定于脂肪細(xì)胞膜的外表面，而GPI可在脂肪酶的作用下斷裂，將glypican-4從細(xì)胞膜外表面釋放出來。一方面可直接與脂肪細(xì)胞膜上的胰島素受體結(jié)合，增強胰島素信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)；另一方面glypican-4可通過血液循環(huán)，與遠處組織，如肝臟、骨骼肌等細(xì)胞膜上的胰島素受體直接結(jié)合，增加胰島素的敏感性[2]。研究表明，膜結(jié)合的glypican-4和非膜結(jié)合的glypican-4都能夠與胰島素受體直接結(jié)合，但是這種結(jié)合只有在胰島素受體空置的狀態(tài)下才能夠發(fā)生，也就是說，胰島素受體在沒有與胰島素結(jié)合的狀態(tài)下，才能夠與glypican-4結(jié)合。當(dāng)有胰島素存在時，胰島素可以破壞這一結(jié)合，即胰島素較glypican-4具有更強的與胰島素受體結(jié)合的能力[2]。

3.2 Glypican-4發(fā)揮類似胰島素的作用，并存在與胰島素類似的抵抗現(xiàn)象 如前所述，glypican-4作為一種新型的脂肪細(xì)胞因子，可發(fā)揮類似胰島素的作用，促進葡萄糖的攝取和脂肪細(xì)胞的分化。但在2013年Yoo等[12]對伴有/不伴有非酒精性脂肪性肝病的亞洲婦女的研究發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平與穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)呈正相關(guān)。與這一研究結(jié)果類似，2014年，Li等[3]在中國南方糖耐量減低者中也發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平也與胰島素抵抗呈正相關(guān)。本課題組最近的研究也發(fā)現(xiàn)，在代謝正常的單純性肥胖者（包括血糖、血脂和胰島素水平均正常）中，血清glypican-4水平與年齡、性別匹配的健康正常人沒有顯著性差異[4]。當(dāng)單純性肥胖者伴有高胰島素血癥時，即使其空腹血糖和餐后血糖仍然維持正常范圍內(nèi)，但血清glypican-4水平卻較正常人顯著升高[4]。這種血清glypican-4水平升高的現(xiàn)象，在伴有胰島素抵抗的糖耐量減低者和新診斷的2型糖尿病患者中也同樣存在，而且進一步的回歸分析發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平不僅與肥胖、糖尿病患者的空腹胰島素水平、穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)呈正相關(guān)，而且在調(diào)整了年齡、性別、體重指數(shù)等因素后，空腹胰島素水平和穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)是血清glypican-4水平的獨立影響因素[4]。Glypican-4在體外培養(yǎng)細(xì)胞中，具有類似胰島素的作用，促進葡萄糖攝取，促進前脂肪細(xì)胞分化；而在肥胖和糖尿病患者中，卻存在類似胰島素的抵抗現(xiàn)象。這些研究結(jié)果進一步說明，glypican-4在體內(nèi)發(fā)揮類似胰島素的作用，在機體出現(xiàn)胰島素抵抗時，通過代償性分泌增加，對抗胰島素抵抗，維持機體血糖在正常范圍內(nèi)[2-4]。Glypican-4代償性分泌增加的調(diào)節(jié)機制，可能與GPI脂肪酶裂解細(xì)胞膜結(jié)合的glypican-4有關(guān)[2]。

綜上所述，glypican-4作為一種新型的脂肪細(xì)胞因子，能夠高表達于脂肪細(xì)胞和脂肪組織中，其表達具有部位、種屬和性別特異性。Glypican-4在內(nèi)臟脂肪組織中高表達，其表達水平與體重指數(shù)和腰臀比等肥胖相關(guān)指標(biāo)呈正相關(guān)。還與空腹胰島素水平和穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)正相關(guān)。體外細(xì)胞水平的研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4可以直接與胰島素受體結(jié)合，促進胰島素受體活化及其下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進葡萄糖的攝取和前脂肪細(xì)胞的分化，起到類胰島素的作用。鑒于glypican-4與肥胖、胰島素抵抗的密切關(guān)系，其有希望成為未來減肥和治療糖尿病的研究靶點。

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Glypican-4 and obesity，insulin resistance

Liu Meijuan，Zhu Huijuan，Gong Fengying.Department of Endocrinology，Key Laboratory of Endocrinology of Ministry of Health，The Translational Medicine Center of PUMCH，Peking Union Medical College Hospital，Chinese Academy of Medical Sciences&Peking Union Medical College，Beijing 100730，China

Gong Fengying，Email：fygong@sina.com

Glypican-4 serving as a novel adipokine is differentially expressed in visceral and subcutaneous adipose tissue，and its expression is also highly correlated with body mass index and waist-to-hip ratio.Glypican-4 interacts with insulin receptor，exerts the similar role as insulin and promotes glucose uptake and adipocyte differentiation.The increase of the compensatory glypican-4 secretion is observed in obese and diabetic patients with insulin resistance，which can help to maintain normal blood glucose.Glypican-4 is the first adipose-derived insulin sensitizer which acts directly on the insulin receptor to enhance insulin signaling.Further studyofthe function ofglypican-4 in insulin signaling may bring newopportunity for the diagnosis and treatment ofobesityand diabetes.

Glypican-4；Adipokine；Adipose tissue；Obesity；Insulin resistance

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：183-186）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.011

國家自然科學(xué)基金資助項目（30540036，30771026，81370898）；北京市自然科學(xué)基金資助項目（7082079）；人社部留學(xué)人員科技活動項目擇優(yōu)資助經(jīng)費；國家臨床重點專科建設(shè)項目單位（WBYZ2011-873）

100730 北京，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院，中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)，北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科，衛(wèi)生部內(nèi)分泌重點實驗室，協(xié)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心

龔鳳英，Email：fygong@sina.com.

2014-11-30）