C肽生物活性及其在糖尿病并發(fā)癥治療中作用的研究進(jìn)展

郭鳳琪，魏倩萍

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，重慶400016)

C肽是連接胰島素原α鏈和β鏈的31個(gè)氨基酸肽，在胰島素生物合成過(guò)程中起著重要的作用。胰島素原裂解后，C肽與胰島素一起儲(chǔ)存在胰腺細(xì)胞的分泌顆粒中，隨后等量釋放于循環(huán)中。相較于胰島素，C肽在代謝過(guò)程中肝臟清除率小，最終主要由腎臟分解，半衰期更長(zhǎng)，最初被認(rèn)為不具有生物活性，而廣泛作為臨床衡量?jī)?nèi)源性胰島素分泌功能及糖尿病的診斷和治療指標(biāo)。最近20余年，C肽在糖尿病中的生理功能和潛在的保護(hù)作用備受關(guān)注。大量關(guān)于糖尿病患者和動(dòng)物模型的研究表明，C肽能夠與細(xì)胞膜特異性結(jié)合，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，具有多種生物活性。這些信息支持這樣一種假設(shè)，即C肽聯(lián)合胰島素可能是防治糖尿病相關(guān)并發(fā)癥的一種有用的輔助手段。現(xiàn)將C肽生物活性及其在糖尿病并發(fā)癥治療中作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 C肽的生物活性

1.1 C肽與細(xì)胞膜的結(jié)合 C肽能夠與細(xì)胞膜特異性結(jié)合，從而發(fā)揮其生物學(xué)活性；這已在幾種不同類(lèi)型的細(xì)胞中得到證實(shí)，其C-末端的五肽可能為參與結(jié)合的“活性位點(diǎn)”[1]。結(jié)合動(dòng)力學(xué)表明，C肽可能結(jié)合在細(xì)胞表面一個(gè)復(fù)雜的蛋白質(zhì)復(fù)合物而不是單一的受體[1]。C肽與細(xì)胞膜相互作用的確切機(jī)制尚不清楚，但暴露于C肽后觀(guān)察到的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)通常與G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)的激活相關(guān)，此外百日咳毒素預(yù)處理也能破壞C肽與人細(xì)胞膜的特異性結(jié)合，表明GPCR參與了C肽的信號(hào)傳導(dǎo)[1]。但是，GPCR的性質(zhì)長(zhǎng)期以來(lái)并不清楚。然而，Yosten等[2]研究發(fā)現(xiàn)，在使用小干擾RNA敲除GPR146后，C肽的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)被阻斷，表明GPR146可能參與了C肽介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)，而不是其他幾個(gè)孤立的GPCR。此外，C肽的刺激可導(dǎo)致GPR146內(nèi)化，C肽和GPR146在細(xì)胞膜上呈現(xiàn)點(diǎn)狀共位化，其數(shù)量隨時(shí)間增加，表明GPR146可能是C肽信號(hào)復(fù)合物的一部分[2]。結(jié)合曲線(xiàn)表明，C肽與相關(guān)受體結(jié)合的飽和濃度為0.9 nmol/L[1]，即在健康人生理濃度范圍內(nèi)，C肽與細(xì)胞膜的結(jié)合可能已經(jīng)飽和，這或許有助于解釋早期在健康受試者或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)C肽生物活性的原因。

1.2 C肽的細(xì)胞內(nèi)通路 在生理濃度下，C肽與細(xì)胞膜結(jié)合導(dǎo)致G蛋白激活、Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度迅速升高[3]。C肽可引起磷酸酯酶C(PLC)、蛋白激酶C(PKC)異構(gòu)體的磷酸化和絲裂原-活化蛋白激酶(MAPK)復(fù)合物的激活[4,5]，從而激活細(xì)胞內(nèi)幾種重要的轉(zhuǎn)錄因子。C肽也可引起磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)磷酸化，激活過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性[6]。

C肽引起的最終重要作用之一是調(diào)控Na+-K+-ATP酶的活性，而Na+-K+-ATP酶對(duì)于維持細(xì)胞體積、細(xì)胞膜電位和Ca2+濃度至關(guān)重要。在生理濃度下，C肽引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，對(duì)Na+-K+-ATP酶活性有刺激作用并呈濃度依賴(lài)性[4]；另外，C肽也經(jīng)PKC、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2和轉(zhuǎn)錄因子ZEB增加Na+-K+-ATP酶的表達(dá)[4,7]。此外，在1型糖尿病(T1DM)患者中觀(guān)察到，紅細(xì)胞Na+-K+-ATP酶活性降低與C肽水平下降成正比，并可通過(guò)C肽治療或胰島細(xì)胞移植恢復(fù)內(nèi)源性C肽分泌后糾正[8,9]。C肽引起的最終重要作用之二是其能激活內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶(eNOS)，增加一氧化氮的合成。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，這種效應(yīng)在無(wú)Ca2+的培養(yǎng)基中能夠被消除[3]。C肽也可經(jīng)ERK1/2上調(diào)eNOS的基因轉(zhuǎn)錄，引起eNOS蛋白表達(dá)增加[10]。此外，C肽已被證明可以調(diào)節(jié)胰島素受體底物1(IRS-1)的磷酸化以及蛋白酪氨酸磷酸酶(AKT)的活性[11]，這兩者都與胰島素受體信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)，提示C肽信號(hào)可以在胰島素受體水平與胰島素途徑交互作用。

1.3 C肽的抗氧化、抗炎、抗凋亡作用 細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)在生理水平發(fā)揮著重要作用，為維持細(xì)胞功能所必需；然而，過(guò)量的細(xì)胞內(nèi)ROS積累是導(dǎo)致細(xì)胞損傷的有害因素。在高糖環(huán)境下，NADPH氧化酶過(guò)度激活是內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ROS的主要來(lái)源，而C肽對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞ROS形成的直接抑制作用已經(jīng)被多個(gè)研究所證實(shí)。在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中，C肽通過(guò)刺激腺苷酸活化蛋白激酶α(AMPKα)活化調(diào)控下游凋亡信號(hào)，對(duì)NADPH氧化酶產(chǎn)生抑制作用，減少高糖誘導(dǎo)下的ROS產(chǎn)生，并最終減弱細(xì)胞和線(xiàn)粒體內(nèi)的ROS循環(huán)[12]。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠中，C肽通過(guò)阻止Rac1從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞膜的易位，抑制內(nèi)皮細(xì)胞中高糖誘導(dǎo)的NADPH氧化酶活性[13]。此外，C肽可阻斷ROS介導(dǎo)的促凋亡酶谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶2的活化[14]，通過(guò)降低Caspase-3的水平和活性并刺激抗凋亡蛋白Bcl-2的產(chǎn)生來(lái)發(fā)揮進(jìn)一步的抗凋亡作用[18]。

研究發(fā)現(xiàn)，C肽通過(guò)抑制NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性，減少促炎細(xì)胞因子和趨化因子(人單核細(xì)胞趨化蛋白1、白細(xì)胞介素8、白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素6、巨噬細(xì)胞炎性蛋白1α、腫瘤壞死因子α)的分泌，下調(diào)纖溶酶原激活物抑制因子1的表達(dá)、降低細(xì)胞黏附分子(細(xì)胞間黏附分子1、血管細(xì)胞黏附分子1、P選擇素)的表達(dá)[15]，對(duì)高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮功能障礙起到一定的保護(hù)作用。但是，C肽抑制NF-κB核轉(zhuǎn)位的確切機(jī)制尚不清楚。

氧化應(yīng)激也是糖尿病中導(dǎo)致胰島β細(xì)胞死亡的一個(gè)主要因素。在T1DM中，因自身免疫反應(yīng)分泌的炎性細(xì)胞因子，使細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)生成過(guò)多的ROS，導(dǎo)致β細(xì)胞應(yīng)激和凋亡。在2型糖尿病(T2DM)中，因高血糖、循環(huán)細(xì)胞因子和游離脂肪酸的升高等因素，會(huì)引發(fā)細(xì)胞內(nèi)ROS的積累，導(dǎo)致β細(xì)胞肥大、失去功能和細(xì)胞凋亡。有研究表明，通過(guò)給予外源性C肽或使用誘導(dǎo)內(nèi)源性C肽分泌的磺脲類(lèi)藥物，能降低大鼠胰島素瘤細(xì)胞系(INS-1)β細(xì)胞中ROS生成[16]。這些研究支持這樣一種假設(shè)：C肽在β細(xì)胞中通過(guò)自分泌的方式增強(qiáng)β細(xì)胞抗氧化作用，對(duì)β細(xì)胞具有保護(hù)作用。這可能有助于解釋在T1DM患者中殘留有低水平C肽的人群相比完全缺乏的人群，糖尿病并發(fā)癥發(fā)生率更低的現(xiàn)象。

2 C肽在糖尿病并發(fā)癥治療中的作用

2.1 C肽與糖尿病腎病 早期臨床研究顯示，同時(shí)給予C肽和胰島素治療T1DM患者，可降低腎小球高濾過(guò)，從而改善腎小球功能，而單獨(dú)應(yīng)用胰島素治療則無(wú)此作用[17]。在胰島移植治療的T1DM患者中，也觀(guān)察到尿蛋白排泄減少和腎功能改善[9]，推測(cè)與C肽有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C肽治療可降低糖尿病大鼠腎小球高濾過(guò)和蛋白滲漏，抑制系膜基質(zhì)擴(kuò)張來(lái)防止腎小球肥大，這種保護(hù)作用獨(dú)立于胰島素作用之外[18]。研究認(rèn)為，C肽的腎臟保護(hù)作用是通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞eNOS、Na+-K+-ATP酶活性介導(dǎo)的[19]。此外，在體外培養(yǎng)的腎臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞中，C肽通過(guò)恢復(fù)線(xiàn)粒體復(fù)合物1的正?；钚詠?lái)阻斷高糖誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生[20]。另有研究顯示，C肽能拮抗轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1的促纖維化作用[21]，阻斷腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的腎臟細(xì)胞凋亡。

關(guān)于C肽在T2DM腎病中的作用，目前研究相對(duì)較少。部分對(duì)T2DM患者的回顧性分析表明，C肽的基線(xiàn)水平越高，發(fā)生糖尿病腎病等微血管并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)就越低[22]，表明C肽在這些患者的治療中可能具有腎保護(hù)作用。一項(xiàng)關(guān)于T2DM腎病大鼠的研究表明，T2DM腎病大鼠血清C肽遠(yuǎn)低于正常水平，C肽通過(guò)蛋白激酶α介導(dǎo)對(duì)纖連蛋白的合成產(chǎn)生抑制作用，從而減輕T2DM大鼠腎臟損傷[23]。

2.2 C肽與糖尿病神經(jīng)病變 早期在動(dòng)物模型和T1DM患者中進(jìn)行的研究表明，C肽治療可以預(yù)防和改善糖尿病神經(jīng)病變，包括神經(jīng)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)異常的改善[24,25]。近年來(lái)，這一理論在T2DM患者中也得以證實(shí)。一項(xiàng)對(duì)于T2DM患者的研究發(fā)現(xiàn)，隨著C肽質(zhì)量濃度的下降，T2DM周?chē)窠?jīng)病變的分期逐漸加重，提示C肽對(duì)糖尿病周?chē)窠?jīng)有保護(hù)作用[26]。C肽的有益作用可能與多種因素有關(guān)，包括改善神經(jīng)內(nèi)膜血流灌注、增強(qiáng)Na+-K+-ATP酶活性、減輕神經(jīng)細(xì)胞凋亡、促進(jìn)神經(jīng)纖維再生以及上調(diào)多種神經(jīng)生長(zhǎng)因子的基因表達(dá)[24]。

2.3 C肽與糖尿病視網(wǎng)膜病變 關(guān)于T1DM的糖尿病控制與并發(fā)癥研究和一項(xiàng)涉及1 410例韓國(guó)T2DM的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，血清C肽水平與糖尿病視網(wǎng)膜病變密切相關(guān)，C肽水平越低，糖尿病視網(wǎng)膜病變的患病率越高[22,27]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，C肽治療可以明顯減少糖尿病小鼠視網(wǎng)膜微血管的滲漏[28]。此外，在一項(xiàng)T1DM患者的雙盲隨機(jī)研究中也發(fā)現(xiàn)，接受C肽和胰島素聯(lián)合治療4周后，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組(僅接受胰島素治療)血-視網(wǎng)膜屏障上的熒光素泄漏較對(duì)照組減少約30%[17]。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)被認(rèn)為是糖尿病視網(wǎng)膜病變血管通透性增強(qiáng)的主要介質(zhì)，高糖、缺氧、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)會(huì)增加VEGF的表達(dá)[29]。在糖尿病中，視網(wǎng)膜VEGF的過(guò)度表達(dá)刺激視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞ROS產(chǎn)生和應(yīng)力纖維的形成，阻斷鈣黏蛋白介導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞黏著連接，導(dǎo)致血管通透性增加和黃斑水腫[30,31]。最近的研究表明，C肽可以通過(guò)抑制ROS的生成、應(yīng)力纖維的形成、鈣黏蛋白的降解來(lái)預(yù)防糖尿病小鼠VEGF介導(dǎo)的微血管通透性增加[28]。此外，ROS誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞凋亡也影響著糖尿病視網(wǎng)膜病變的進(jìn)展，C肽能通過(guò)抑制ROS的生成，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡起到保護(hù)作用。

2.4 C肽與糖尿病大血管病變 動(dòng)脈粥樣硬化是糖尿病大血管病變的主要表現(xiàn)，目前關(guān)于C肽在糖尿病大血管病變中的作用存在爭(zhēng)議。已有研究表明，C肽可以降低幾種重要的黏附分子的表達(dá)、抑制炎癥介質(zhì)的分泌[32]，來(lái)調(diào)節(jié)白細(xì)胞向血管壁的募集，抑制高血糖狀態(tài)下血管平滑肌細(xì)胞的增殖[33]，表明C肽可抑制早期動(dòng)脈硬化的形成。而其他研究表明，C肽可以在血管壁上沉積，誘導(dǎo)單核細(xì)胞和CD4+T淋巴細(xì)胞聚集并移行到血管內(nèi)皮下層，并可能誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞的增殖[34]，從而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成。此外，基于T1DM和T2DM患者的研究結(jié)果也并不一致。盡管相互矛盾，這些發(fā)現(xiàn)均提示C肽與動(dòng)脈粥樣硬化密切相關(guān)。

綜上所述，現(xiàn)有的研究顯示出C肽潛在的有益生理作用，C肽不足被認(rèn)為是除胰島素缺乏、高血糖之外導(dǎo)致糖尿病并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的第三個(gè)主要因素，C肽聯(lián)合胰島素作為糖尿病并發(fā)癥的一種綜合治療策略已顯示出其臨床應(yīng)用前景，但關(guān)于C肽受體及C肽在正常和病理狀態(tài)下的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。此外，目前的研究多集中在T1DM患者或T1DM動(dòng)物模型，少數(shù)涉及T2DM的研究也存在矛盾的結(jié)論。相較于T1DM和T2DM晚期胰島素和C肽均處于缺乏，T2DM早期則表現(xiàn)為胰島素抵抗和C肽水平升高，這提示C肽在T2DM不同病程階段的作用或許有所差異，尚需進(jìn)一步研究來(lái)闡明。