糖尿病、运动与血清视黄醇结合蛋白 4关系的综述

何建伟,曾琳叶,赵广高,杨榕斌

糖尿病、运动与血清视黄醇结合蛋白 4关系的综述

何建伟1,曾琳叶2,赵广高3,杨榕斌4

(1.莆田学院体育系,福建莆田 351100;2.温州医学院体育科学学院,浙江温州 325000; 3.南昌大学体育系,江西南昌 330031;4.浙江科技学院体军部,浙江杭州 310012)

通过文献法综述了糖尿病、运动与血清视黄醇结合蛋白 4(RBP4)的关系。结果表明:胰岛素抵抗是 2型糖尿病发生发展的重要因素之一。RBP4作为一个脂肪细胞来源的信使,与胰岛素抵抗和 2型糖尿病密切相关,RBP4在 2型糖尿病胰岛素抵抗机制中起重要作用。血清中 RBP4水平的升高可能是导致高胰岛素血症的原因之一,RBP4可能影响胰岛素的敏感性。RBP4削弱骨骼肌的胰岛素信号通路是通过胰岛素受体底物的磷酸化实现的。运动手段是治疗 2型糖尿病的主要方法,运动能够降低血清 RBP4水平,改善胰岛素抵抗和脂代谢。

视黄醇结合蛋白 4;2型糖尿病;胰岛素抵抗;运动

20世纪以来,随着生活方式的改变,糖尿病已经成为继心血管疾病和恶性肿瘤之后第三位威胁人类健康的疾病。胰岛素抵抗是 2型糖尿病发生的重要因素之一。视黄醇结合蛋白 4(RBP4)是一种 21 ku的转运蛋白,其主要功能是在血液循环中转运视黄醇 (维生素A)。正常情况下,血清 RBP4主要来源于肝细胞,其次为脂肪组织。RBP4作为一个脂肪细胞来源的信使,与胰岛素抵抗和 2型糖尿病密切相关,降低血清 RBP4可能成为治疗 2型糖尿病的一种新方法。

1 视黄醇结合蛋白 4的研究现状

1.1 RBP受体的发现

视黄醇结合蛋白 (RBP)参与血清和细胞内视黄醇和视黄酸的转运,是疏水小分子结合蛋白家族的成员。RBP分 RBP1、RBP3、RBP4,前 2种为细胞内 RBP,血循环中为 RBP4。RBP4主要由肝实质细胞及脂肪细胞合成并释放入血液进而进入各种组织。肝脏每天能合成 190 mg,一分子 RBP4与一分子维生素结合。血清 RBP4通过与视黄醇、前白蛋白及细胞表面受体相互作用,在维生素的储存、代谢及转运到周围靶器官中具有重要功能。RBP4与维生素A分开后已变性,丧失与维生素A或细胞膜上受体的结合能力。游离的 RBP4在肾小球中滤过,在肾小管中被重吸收,被肾皮层细胞所摄取,在溶酶体的作用下分解为氨基酸。

关于 RBP在调节细胞对维生素 A的摄取方面,以前的认识并不统一,直到最近,Kawaguchi等鉴定到 RBP的特异性受体,才解答了这一长期困扰理论界的问题。由于 RBP与特异受体的结合短暂且不稳定,所以他们采用先稳定再分离的方法。RBP经His标签标记 (H-RBP),再用氨基反应性—光敏性双功能基因标记,得到 H-RBP-P。双标记的 RBP (H-RBP-P)不仅仍能与受体特异结合,而且在碰到碱性磷酸酶后,还能显色以显示受体的分布状况。H-RBP-P与牛视色素上皮 RPE (bovine retinal pingment epitheliun)(该部位 RBP受体高表达)混合后孵育,经紫外线交联从而将 RBP-受体复合物稳定,然后对其进行增溶并分离纯化 RBP-受体复合物。经质谱分析发现,该受体为多次跨膜 (11次)的蛋白STRA6。免疫印迹及竞争性结合实验表明,RBP-受体的结合是特异性的[1]。

进一步通过大量翔实的实验证明,正式由STRA6介导的细胞对维生素 A的摄取也是特异性的。COS-1细胞对维生素A的利用率极低,转染的COS-1细胞不仅对 holo-RBP(即维生素 A-RBP)亲和力大大提高,而且吸收维生素A并转化为视黄醇酯的效率较未转化细胞高 15倍。在人结肠癌细胞系W iDr中,STRA6表达受视黄酸上调。经视黄酸诱导W iDr细胞对维生素A的吸收利用率显著升高,而采用RNA干扰抑制 STRA6的表达后,W iDr细胞对维生素A的吸收利用率则明显下降。针对 STRA6的特异突变体研究,进一步验证了上述结果。培养细胞仅加入维生素A而无RBP存在时,细胞对维生素A的吸收率显著下降,而这一情况在添加 RBP蛋白后得到改善,表明 STRA6介导的细胞对维生素A的吸收必须有 RBP的存在。由此提出,机体对维生素 A的利用,是以 holo-RBP形式,经由膜受体 STRA6特异介导的[2]。

这一重要发现,为类似维生素A这样的疏水性小分子的运输及吸收利用提供了一个经典的模式,即通过特异的运载蛋白并借助特异性的膜受体,被表达膜受体的特定组织吸收利用,而不是通过简单扩散。

RBP4基因位于 10 q,mRNA全长 941 bp,其编码的蛋白质由 181个氨基酸组成,主要由肝脏分泌,新近研究发现它也是由脂肪细胞分泌的一种蛋白质,参与肥胖与胰岛素抵抗发生机制,但其确切的生理功能尚未完全阐明[5]。

1.2 RBP的结构及性质

RBP属于Lipocalin超家族,相对分子质量大约21×10,配体主要是全反式视黄醇 (all-trans-retinol),即维生素 A,Kd=20 nm,结合位点 1。RBP具有典型的 Lipocalin折叠结构:8条反平行折叠肽段围成一桶,桶内为配体的结合位点,N-末端位于桶底,在外侧形成一桶盖。这一结构在其他一些视黄醇类结合蛋白中也是保守的,只是由于桶内氨基酸残基的差异,造成它们对配体的要求不同,这是它们各自结合特异性的分子基础[3]。

1.3 RBP的功能

1)结合并转运维生素 A。RBP主要负责结合、转运血浆中的维生素A。外源性维生素A进入血液循环系统后,首先与RBP结合,视黄醇-RBP复合体需进一步与甲状腺素运转蛋白 (transthyretin,TTR)形成三元复合物而被转运。

肝脏是维生素A储存及RBP合成与分泌的主要场所。RBP的分泌受机体视黄醇含量的影响,但详细机制还不清楚[4]。有关 RBP突变体和基因敲除小鼠的研究发现,血液中 RBP的缺失,除了引起视觉功能障碍外,对机体其他方面功能没有明显影响。因此,RBP可能只是在膳食维生素A缺乏时为机体视黄醇的代谢稳定提供一种保障。

2)与疾病的关系。RBP是一种可自由通过肾小球,重吸收率很高的小分子蛋白,在健康人尿中含量很低。糖尿病、肾病患者早期就出现肾小管损害,尿RBP是诊断早期糖尿病、肾病的一个较敏感的指标,慢性肾功能衰竭 (CRF)患者血RBP大量积聚。

RBP由肝细胞合成,当肝细胞损伤时,RBP合成受抑制,故检测血液 RBP水平,可敏感地反映肝功能的改变。放射免疫法检测发现,肝硬化和急、慢性肝炎的血清 RBP水平均明显低于对照组,急性病毒性肝炎早期血 RBP含量下降比晚期更明显[5]。

3)RBP与机体的营养状态。RBP不仅参与视黄醇的运转,其分泌也严格受机体维生素A含量的影响,大量口服视黄醇可导致血液及肝脏 RBP下降。维生素A的缺乏可降低 RBP含量并抑制肝脏分泌RBP,机体营养不良或应激反应时 RBP可迅速下降。RBP的半衰老期相对较短,变化早于前白蛋白(PA)、转运蛋白 (TRF)等,且灵敏性更高,故可作为判断营养状态应激反应的指标[6]。

1.4 RBP与肥胖及糖尿病的关系

肝、肌肉和脂肪组织是胰岛素作用的主要耙器官。脂肪和肌肉等组织利用葡萄糖转运体 4 (GluT4)介导下跨膜转运至胞内,该过程为相关组织利用葡萄糖的限速步骤。

长期胰岛素抵抗状态,可导致 GluT4的表达在脂肪组织中选择性减少而在肌肉组织中无显著变化,脂肪组织特异性 GluT(GluT4-Tg)的小鼠,糖耐量和胰岛素敏感性增强,即使在破坏小鼠胰岛β细胞而引起糖尿病后,胰岛素敏感性仍然很强。而肌肉组织特异性 GluT4基因敲除的小鼠,脂肪组织特异性的 GluT4高表达可逆转其糖尿病[7]。相反,脂肪组织特异性 GluT4基因敲除小鼠,可产生继发性的肌肉及肝脏的胰岛素抵抗,即使肌肉组织中的GluT4表达正常,但在该小鼠的离体肌肉组织中,胰岛素大作用却是正常的[8]。以上表明,小鼠脂肪组织可分泌某种因子,该因子可导致全身性胰岛素抵抗。

RBP4转基因小鼠 (RBP4-Tg鼠)血清 RBP4水平较正常对照高 3倍,该鼠在发育早期与正常鼠无显著差异,但在 16周龄后出现胰岛素抵抗。该小鼠体内其他一些脂肪细胞因子如瘦素、抵抗素等的水平与正常对照相比无显著变化。采用直接注射RBP4蛋白的方法,得出与 RBP4转基因鼠相一致的结论。相反,RBP4基因敲除小鼠 (RBP4-/-小鼠)表现出对胰岛素敏感性的增强。抗肿瘤药物芬维A胺可破坏视黄醇-RBP-TTR三元复合物的形成,导致 RBP4经肾流失增加并最终导致血清 RBP4水平的降低,该药同样可增强小鼠对胰岛素的敏感性和对葡萄糖的耐受。

以上结果强有力地表明,RBP4就是脂肪组织分泌的导致全身性胰岛素抵抗的因子。针对糖尿病患者家系的研究,揭示了与上述小鼠模型相一致的规律[9]。

Yang[10]等进一步指出,RBP4引起全身胰岛素抵抗,可能是通过破坏肌肉组织中的胰岛素信号通路及肝脏的葡萄糖输出而实现的[11]。这一重要发现,为人们进一步深入认识糖尿病开拓了新疆域,并为临床检测和治疗糖尿病提供了新的药物靶标。

1.5 RBP与糖尿病并发症的关系

近年已有不少文献报道视黄醇结合蛋白是一个肾小管损伤标记物。在糖尿病肾病病变早期,血清RBP4已升高,并且早于尿素氮、肌酐和尿微量白蛋白的升高,与文献报道一致[11]。尿 RBP4由于受PH值影响少,它在酸性尿液中的稳定性亦优于微球蛋白,肾功能损伤时排出量增加,是早期肾损伤的标记物之一,其改变能够敏感地反映早期肾小管功能损害程度[12]。与正常人相比,糖尿病患者尿中RBP4排泄量增多,而且在早期阶段就已出现排泄增多。随着病情的发展,肾脏损害的加重,RBP4的排泄量也在增加。国外的一些研究也得出同样的结果。胰岛素增加 RBP4的排泄 (糖尿病组与对照组分别为 78 ng/min和 32 ng/min,P﹤ 0.05)。在2型糖尿病组而非健康组,胰岛素增加尿白蛋白和近端肾小管功能的标志蛋白 RBP4的排泄,这个结果的意义在糖尿病肾病发病机理中的作用有待进一步研究[13]。据 Holmj等报道,RBP4与视网膜病变有关。视网膜病变在超过正常尿 RBP4排泄的微量蛋白尿或大量蛋白尿的 2型糖尿病患者中有更高的发生率。研究发现,糖尿病增殖性视网膜病变的患者与糖尿病非增殖性视网膜病变和单纯糖尿病视网膜病变的患者相比,其血清 RBP4显著升高[14]。

2 运动对RBP4变化的影响

2.1 运动对糖尿病脂代谢 RBP4的影响

糖尿病是一个复合病因的综合病症,不仅涉及糖代谢异常,而且脂代谢紊乱对糖尿病及并发症发生有重要的影响。傅晓英对 160例 2型糖尿病患者的血糖血脂水平进行了分析,结果表明,78.6%的2型糖尿病患者存在血脂异常,且单纯糖代谢紊乱者与合并脂代谢紊乱者是不同质的糖尿病,糖尿病脂代谢紊乱并非完全继发于糖代谢紊乱。因此,单纯控制血糖不能完全消除糖尿病患者冠心病等大血管并发症,往往需同时进行调脂治疗。糖尿病常伴有高脂血症,高脂血症又可进一步加重糖尿病,二者相互影响,互为因果[13]。2型糖尿病常见的脂代谢紊乱是 TG升高、LDL-C增多及 HDL-C降低[13]。运动是改善糖尿病合并高脂血症、糖脂代谢紊乱和治疗糖尿病的最根本途径。胰岛素抵抗与脂代谢存在着密切的关系,因此,为降低糖尿病大血管并发症,降脂治疗也很重要。

2.2 运动对糖尿病血清 RBP4的影响

研究发现,血清 RBP4的浓度与肥胖、葡萄糖耐量损害或2型糖尿病者胰岛素抵抗有关,RBP4基因敲除鼠血清 RBP4的水平下降,胰岛素的敏感性增强,血清 RBP4的水平可以作为胰岛素抗性水平的一个指示因子,为治疗糖尿病胰岛素抵抗提供了一个有潜力的新靶标[14]。青少年 RBP4浓度增加与胰岛素抵抗、血清甘油三脂、渐增的肥胖倾向有关[15]。与健康人相比,糖尿病患者 RBP4水平明显升高,RBP4水平与甘油三脂、收缩压、尿蛋白排泄呈正相关,与高密度脂蛋白、血流调节的血管舒张呈负相关[16]。研究结果显示:RBP4与 TG、TC、RBP4存在密切联系,游泳运动能够通过降低血清RBP4、改善脂肪代谢达到治疗糖尿病胰岛素抵抗的功效。

Wyse研究结果显示,运动能够逆转高糖、高脂糖尿病大鼠血清 RBP4水平的升高,降低血糖、TG、TC,提高胰岛素敏感性。运动干预后,RBP4与TG、TC、IR I呈正相关,提示运动提高胰岛素敏感性可能与血清 RBP4途径有关。至于什么途径,如何增加胰岛素敏感性的机制有待进一步研究。

2.3 运动对血清 RBP4相关的胰岛素抵抗的影响

研究发现,2型糖尿病鼠附睾脂肪、肾脏周围脂肪、脂体比增加,胰岛素敏感性下降,大鼠附睾脂肪组织、肝组织 RBP4表达上调,反映存在于脂肪代谢、胰岛素抵抗和 RBP4之间的某种联系。为在基因水平探讨运动对 RBP4水平调控的时相性特点作了一个铺垫,对 2型糖尿病鼠进行运动训练,其附睾脂肪、肾脏周围脂肪、脂体比减少,胰岛素敏感性增加。RBP4基因表达变化与蛋白表达以及血清水平的关系仍需进一步研究。

Barbara Kahn等研究发现[20],运动干预后胰岛素敏感性未得到改善的个体血清 RBP4及血浆胰岛素水平分离。只有在运动干预后胰岛素敏感性得到改善的个体,其血清水平降低。从初发 1型糖尿病患者经过胰岛素治疗血糖恢复正常后,血清 RBP4水平降低可以推测,可能存在一个血浆胰岛素的阈值允许脂肪细胞表达 RBP4增加。另外,Barbara Kahn等人在小鼠中还发现[20],血清中 RBP4的水平与脂肪组织中 GLUT4的表达存在负相关,而脂肪细胞中 GLUT4的表达下调则预示着胰岛素抵抗。研究发现,运动干预后血清中 RBP4水平降低,同时伴随着血清胰岛素水平降低,胰岛素敏感性提高。因此,推测血清中 RBP4水平的升高可能是导致高胰岛素血症的原因之一,RBP4可能影响胰岛素的敏感性。RBP4削弱骨骼肌的胰岛素信号通路部分是通过胰岛素受体底物的磷酸化实现的。

运动手段、饮食控制与药物是治疗 2型糖尿病的主要方法,胰岛素增敏药物、运动能够降低血清RBP4水平,改善胰岛素抵抗和脂代谢。对肥胖、葡萄糖耐受性受损或 2型糖尿病患者进行的研究显示,所有因运动而改善了胰岛素敏感性的人,其血清中 RBP4的水平也降低了。给 2型糖尿病鼠花青素治疗后发现,通过降低 RBP4表达的水平可改善高血糖和胰岛素敏感性。

3 结束语

RBP4作为一个脂肪细胞来源的小分子蛋白,与胰岛素抵抗和 2型糖尿病密切相关。在非糖尿病个体,脂肪细胞葡萄糖转运分子 4(GLUT4)表达降低提示血清 RBP4水平升高和胰岛素抵抗[18]。脂肪细胞 GLUT4表达降低导致 RBP4表达升高的机制未明,这可能与脂肪细胞的葡萄糖敏感性有关[17]。血清 RBP4水平与代谢综合征中一系列和胰岛素抵抗相伴随的心血管危险因素相关[17]。虽然血清RBP4水平与体重指数变化一致,但是血清 RBP4水平与胰岛素抵抗之间的关系与肥胖不完全相关,在非肥胖的胰岛素抵抗个体,同样表现出血清 RBP4水平升高[18]。RBP4在胰岛素信号通路中所起的作用及其分子机制,RBP4的特异性受体,RBP4在胰岛素抵抗、2型糖尿病及其并发症中的作用,还需要深入探索。RBP4与脂联素、瘦素、抵抗素等一起,组成了脂肪因子的大家族,是 2型糖尿病和肥胖的一个新的可行的观测指标,为治疗糖尿病提供了新的靶点。降低血清 RBP4可能成为治疗 2型糖尿病的一种新方法。

RBP是一个经典的血浆运载蛋白,它在介导维生素A及其代谢物生理功能的正常发挥中具有不可替代的重要作用。其特异性受体的发现,为深入了解机体对维生素A的摄取、利用的分子机制,揭开了新的一页。而其在糖尿病及胰岛素抵抗方面作用的发现,更将其功能由运载蛋白拓展到信号分子层面。RBP是维生素A的特异性运载蛋白,维生素A是否也在糖尿病及胰岛素抵抗方面有作用,维生素A及 RBP的作用机制如何,是今后研究的热点。

[1]吴梅娅,贾伟平,魏丽,等.肥胖及 2型糖尿病患者血清视黄醇结合蛋白 3水平的变化及其临床意义[J].中华内分泌代谢杂志,2006(6):290-293.

[2]QUNDRO L,BLANER WS,SALCHOW DJ,et al. Impaired retinal and vitamin A availability in mice lacking rtinol-binding protein[J].BarBO J,1999,18(17):4633-4644.

[3]L I S,LUA,L IB,et al.Circadian rhythms on hypothalamic-pituitary-adrenal axis hor mones and cytokines of collagen induced arthritis in rats[J].J Autoimmun,2004,22(4):277-285.

[4]张玮琛,胡永红,张明敏,等,雷公藤甲素对 C IA大鼠外周血单个核细胞糖皮质激素受体表达的影响[J].中华实用中西医杂志,2005,18(3):319-321.

[5]VAN-EVERD INGEN AA,HU IS MAN AM,WENTINGMJ,et al.Down regulation of glucocorticoid receptors in early-diagnosed rheumatoid arthritis[J].Clin Exp Rheumatol,2002,20 (4):463-468.

[6]HALL J,MORAND EF,MEDBAK S,et al.Abnor mal,hypothalamicpituitary-adrenal axis function in rheumatoid arthritis,Effects of nonsteroidal anti-inflammatory dtugs and water immersion[J].Arthritis Rheum,1994,37(8):1132-1137.

[7]STRAUB RH,PA IMELA L,PELTOMASS R,et al.Inadequately low serum levels of steroid hormones in relation to interleukin-6 and tumor neceosis factor in untreated patients with early rheumatoid arthritis and reactive arthritis[J].Arthritis Rheum,2002,46(3):654-662.

[8]ZIETZ B,REBER T,OERTEL M,et al.Altered function of the hypothalamic stress axes in patients with moderately active systemic lupus erythematosus,II,Dissociation between androstenedione,cortisol,or dehydroepiandrosterone and interleukin 6 or tumor necrosis factoe[J].J Rheumatol,2000, 27(4):911-918.

[9]EUHSB IYTSAM,VAN-DEN-HOOGEN FH,LAAN RF,et al. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity in patients with rhcumatoid arthritis[J].Clin Exp Rheumatol,2005,23(5): 658-664.

[10]Q IN YANG,T IMOTHY E,GRAHAM TE,et al.Serum retinol binding protein 4 contributes to insulin resistance in obesity and type 2 diabetes[J].J Nature,2005,436:356-362.

[11]戴翔,于波,蔡伦.视黄醇结合蛋白检测在观察高血压及糖尿病早期肾脏改变中的应用 [J]检验医学,2006,21 (3):304-305.

[12]AM,VYSKOC IL AA,MAH IEU P,LAUWERYS RR.Assessment of urinary binding protein as an index of proximal tubular injury[J].Clin Chem,1987,33(6):775-779.

[13]LANO C,MUSCELL I E,QU INONES GALVAN A,et al. Torffvit eghieri G,Ferrannini E.Effectof insulin on systemic and renal handling of in nondiavetic and N IDDM subjects [J].Diabetes,1997,46(5):75.

[14]J N IELSEN NV,HEMM INGSEN L.Retinolpathy in type 2 diabetesmellitus ciated with above-normal urinary excretion of RBP[J].Kidney Int,1994(8):105.

[15]AYASH I K,SUETAUGU M,WAKABAYASH I S,et al.Retinool protein-4 levels and clinical features of type 2 diabetes patients[J].EndocrinolMetab,2007,17.

[16]DELAF.GLUT4 and insulin receptor binding and kinaseactivity intrained humanmuscle[J].J Physiol,1993,469:615.

[17]YANGQ,GRAHAM TE,MODYN,et al.2005 Serum retinol binding protein contributes to insulin resistance in obesity and type 2 diabetes[J].Nature,436:356-362.

[18]ED PERON IO,KIN JK,K IM YB,et al.2001 Adipose-selective targeting of the GLUT4 geneimpairs insulin actinon in muscle and liver[J].Nature,409:729-733.

[19]NAKAZATO M,MURAKAM IN,DATE Y,et al.2001 A role for ghrelin in the central regulation of feeding[J].Nature, 409:194-198.

[20]BARBARA,KAHU DL,HE IMAN ML.2000 Ghrelin induces adiposity in rodents[J].Nature,400:520-524.

[责任编辑 江国平]

Development of Research on the Exercise I mpact upon Retinol binding Protein 4

HE Jian-wei1,ZENGLin-ye2,ZHAO Guang-gao3,YANG Rong-bin4
(1.Department of P.E PuTian University,PuTian,351100,China; 2.Depar tment of Sport ScienceWenzhouMedicine College,WenZhou 325000,China; 3.P.E.School ofNanchang University,Nanchang 330031,China; 4.P.E.School of Zhejian Techonology College,Hangzhou 310012,China)

Diabetes has become the third crucial threat to human health next to vascular disease andmalignant tumor as the life style changed since the 20th century.Insulin resistance is the key factor for the occurrence and development of the diabetes (type II)and RBP4 plays an important role in the insulin resistance organic system of the diabetes(type II).While this article mainly dealswith the impact on RBP4 by exercise and that on the serum RBP4,as well as the relationship between serum RBP4,fatmetabolizing and the insulin sensitivity after exercise,which supports the theoretical foundation for the diabetes exercise therapy.

retinol biding protein4;diabetes(typeII);insulin resistance;exercise

G 804

A

1007-7413(2010)02-0082-05

2009-11-24

福建省教育厅科技项目(JA06040);福建莆田学院引进人才启动项目(2006Q011)

何建伟(1973—),男,福建莆田人,讲师,在读博士。研究方向:运动人体科学。