ZnT8在糖尿病发病机制中的作用研究进展

郭 伟(综述),卢劲辉(审校)

ZnT8在糖尿病发病机制中的作用研究进展

郭 伟(综述),卢劲辉(审校)

锌转运体8；糖尿病；发病机制

众所周知，无论是1型糖尿病还是2型糖尿病，胰岛细胞功能障碍和胰岛素分泌不足在其中占有重要地位。而在人体的各个组织中，胰岛细胞含锌量最高。研究发现胰岛中的锌含量与血糖水平密切相关，已证实锌转运体8(Zn Transporter 8，ZnT8)参与胰岛β细胞中锌浓度的调节过程，并在胰岛素生物合成及囊泡的形成和成熟过程中占有重要地位[1]。因此，ZnT8可能参与糖尿病胰岛细胞功能障碍和胰岛素分泌不足的病理生理过程。有鉴于此，本文对ZnT8在糖尿病发病机制方面的作用研究进展做一综述。

1 ZnT8的结构及功能

ZnT8最早于2004年发现并克隆，作为锌转运体家族成员之一，由位于人第8号染色体q24.11的SLC30A8所编码。该染色体包含8个外显子，共37 kb，编码369个氨基酸，包括6个跨膜区和一个存在于第4、5个跨膜区之间富含组氨酸的袢组成，并且有较长的羧基末端[1]。小鼠和大鼠ZnT8与人ZnT8同源性分别为80%和76%，在同一家族中ZnT8与ZnT2的同源性最高为53.5%[2]。

Chimienti等[1]发现ZnT8特异表达于胰腺组织，且主要位于胰岛β细胞。最近有研究发现，在人类脂肪组织、淋巴细胞、甲状腺滤泡、肾上腺中也可检测到ZnT8[3-5]。虽然也有脂肪组织中未检测到ZnT8的报道[6]，但这可能是由于脂肪组织来源种属的不同，或者是脂肪组织类型的不同所造成的。Egefjord等[7]的研究证实，前炎症因子可以下调INS-1细胞系中ZnT8的表达，说明了ZnT8可能通过影响炎症反应进一步参与调节胰岛β细胞功能。有学者用绿色荧光蛋白标记的ZnT8转染INS-1细胞，发现ZnT8与胰岛素共定位于胰岛素的分泌囊泡中[1]。而另有研究证实，它还可能存在于其他亚细胞部位如线粒体、内质网中，其可能参与胰岛细胞的内质网应激反应，参与胰岛素抵抗的发生[6]。ZnT8第325位氨基酸存在多态性，可以是色氨酸(W)、精氨酸(R)；在啮齿类动物中还发现谷氨酰胺(Q)的多态性可影响ZnT8的生物活性[8]。

有学者发现，过表达ZnT8可以上调胰岛β细胞转运锌的能力和锌的摄入，而INS-1细胞在过表达ZnT8及补充锌的条件下，可以增加锌的摄入。而在正常情况下，给INS-1细胞提供锌，其细胞中锌的含量并不会因此而增加，说明ZnT8在胰岛细胞中锌的转运和调节中具有关键的地位[6,9]。因此，单纯补锌对于锌相关的β细胞功能障碍和糖尿病意义不大。此外，过表达ZnT8可以通过增加在胰岛素分泌通道上的密度，而进一步使β细胞对葡萄糖刺激所介导的胰岛素分泌增加[9]。有研究发现，在胰岛细胞外锌浓度增加的条件下，进一步过度表达ZnT8对胰岛细胞没有额外的毒性作用，而过表达ZnT8可显著减少因锌缺乏所导致的胰岛细胞凋亡[7]。还有学者发现，敲除ZnT8基因的小鼠血浆胰岛素水平低下，而原代培养敲除ZnT8基因的胰腺细胞亦出现由葡萄糖刺激所介导的胰岛素分泌水平下降，但其并不发生糖耐量减低[10]。以上实验说明，ZnT8参与胰岛细胞锌转运的调节和胰岛素合成、储存和分泌过程。

此外，在因锌缺乏所导致的多种细胞凋亡中，通过增强ZnT8的表达可减少炎症反应诱导的细胞凋亡，这一方面提示ZnT8可能存在于除胰岛细胞之外的其他细胞中，另一方面提示ZnT8有可能参与对炎症反应和细胞凋亡的调节[7]。

2 ZnT8与2型糖尿病

随着研究范围的不断扩展，ZnT8与2型糖尿病的关系也被不断地揭示。目前多个研究证实，ZnT8的编码基因——SLC30A8非同义的SNPrs13226634与2型糖尿病密切相关[8]。来自欧洲国家的研究发现，SNPrs132266634与2型糖尿病密切相关[10]。在对汉族人和日本人的研究中，也发现其与2型糖尿病有明确的相关性[10-12]。

众所周知，2型糖尿病发病的两个最主要的病理生理过程是胰岛素分泌功能障碍和胰岛素抵抗，ZnT8基因多态性与2型糖尿病的相关性提示其在2型糖尿病进展过程中可能具有一定的影响。在针对中国人和欧洲人的研究显示，ZnT8基因多态性与胰岛素分泌功能障碍有关，通过静脉注射葡萄糖试验(IVGTT)，发现SNPrs132266634患者胰岛素分泌有所减少，但对他们进行口服糖耐量试验(OGTT)并未发现以上情况[11-13]。而另有学者发现，男性2型糖尿病患者SNPrs132266634与OGTT后胰岛素分泌减少相关，在女性患者中这一现象消失[14]。有研究通过高葡萄糖钳夹试验，观察到SNPrs132266634与胰岛素分泌减少相关，但此研究的样本量较小[15]。Cauchi等[16]在4283个具有正常血糖的健康欧洲人群体中发现，具有SNPrs132266634的个体更倾向于具有基础胰岛素分泌功能障碍。在以西班牙裔美国人和非洲裔美国人为研究对象的研究中，发现ZnT8基因多态性与胰岛细胞分泌胰岛素功能的降低有关[17]。虽然还有的研究显示SNPrs132266634可导致胰岛素原向胰岛素的转变减少，但其具体机制尚不明了[18]。因此，ZnT8并非决定2型糖尿病患者胰岛素分泌功能障碍的唯一因素，其他因素也有可能参与高血糖损害胰岛素分泌的过程。而在目前，尚缺乏关于ZnT8基因多态性与胰岛素抵抗方面的研究。

3 ZnT8与1型糖尿病

1型糖尿病的发病机制是由多个遗传基因综合作用，并由T细胞介导的自身免疫反应导致胰岛β细胞抗原丧失免疫耐受，从而引发胰岛素分泌障碍[19-22]。学者们认为ZnT8抗体是一种1型糖尿病特异性的自身抗体[23]。有研究通过放射性免疫法检测发现，大约80%的新发1型糖尿病患者ZnT8抗体阳性。在与1型糖尿病相关的其他自身免疫性疾病中，该抗体阳性率为20%；而在2型糖尿病患者中，阳性率只有3%[24-26]。还有研究发现，ZnT8抗体在谷氨酸脱羧酶抗体(GADA)、胰岛素自身抗体(IAA)和胰岛细胞抗体(ICA)检测阴性的1型糖尿病患者中阳性率仍有26%，另在年龄小于两岁的1型糖尿病幼儿中即可检测到ZnT8抗体，而其他3个抗体却不能检测到，可见ZnT8对于1型糖尿病的敏感性较以上3个抗体更强[23]。在另一项平均9.4岁1型糖尿病患儿长达3～6年的随访研究中，进一步发现ZnT8抗体是有效诊断1型糖尿病的指标之一[24]。有研究报道，ZnT8抗体联合GADA、IAA、ICA可以使高加索人群1型糖尿病抗体阳性率增至96%[23,27]。

通过对ZnT8氨基末端和羧基末端肽的检测分析发现，70%新诊断的1型糖尿病患者能检测到羧基末端抗体，10%检测到氨基末端抗体[23,28]。编码色氨酸的T标签在欧洲人群中出现率约25%，在非洲-美洲人群约2%，在亚洲人中为50%。此外，另一存在于ZnT8中的非同义SNP是同一位点多态性(C-A；Arg或Gln)(SNP16889462)，在欧洲人群中出现率低于1%，在非洲-美洲人群约9%，在亚洲人中为1%～2%[29]。还有研究构建了ZnT8分子C端的3个突变体(Arg325、Trp325、Gln325)用于检测1型糖尿病患者抗体阳性率，发现其中有30%的患者Arg325抗体阳性，15%的患者Trp325抗体阳性，Gln325并不改变抗原的拓扑构象，有30%的患者Gln325抗体阳性。70%的患者至少对其中的一个抗原有反应，可见决定Arg325或Trp325的阳性率是编码的标签C或T。这一发现一方面让人们可以通过限制性多肽或者变异性多肽配体使个体获得免疫耐受；另一方面也提示在选择引起自身免疫反应的多肽时，要考虑个体的基因型[28]。还有研究认为，ZnT8结构(186-194)位点的变异是决定胰岛β细胞自身免疫的关键[30]。在日本人中，ZnT8氨基酸序列325位的变异也是决定胰岛细胞功能的关键因素[31]。而在动物实验发现，敲除ZnT8氨基酸序列Slc30a8外显子3，会导致胰岛素分泌功能障碍[32]。进一步研究发现，Slc30a8确与1型糖尿病发病密切相关[33]。当然，具体的机制还有待于进一步研究。

4 展望

ZnT8通过何种机制参与糖尿病胰岛β细胞功能障碍的发生、发展过程仍不明了。有研究认为[29,30]，1型糖尿病和2型糖尿病存在相同的发病机制，而ZnT8可能是联系它们之间的桥梁。此外，ZnT8作为胰岛细胞特异性抗原，在调节T细胞诱导的免疫耐受时比GAD65更有优势，因为GAD65还表达于脑组织和其他神经内分泌组织，特异性较差。当然，以上均需要进一步的深入研究。

[1] Chimienti F,Devergnas S,Favier A,et al.Identification and cloning of a beta-cell-specific zinc transporter,ZnT-8,localized into insulin secretory granules[J].Diabetes,2004,53(9):2330-2337.

[2] Chimienti F,Favier A,Seve M.ZnT-8,a pancreatic beta-cell-specific zinc transporter[J].Biometals,2005,18(4):313-317.

[3] Overbeck S,Uciechowski P,Ackland M L,et al.Intracellular zinc homeostasis in leukocyte subsets is regulated by different expression of zinc exporters ZnT-1 to ZnT-9[J].J Leukocyte Biol,2008,83(2):368-380.

[4] Smidt K,Pedersen SB,Brock B,et al.Zinc-transporter genes in human visceral and subcutaneous adipocytes:lean versus obese[J].Mol Cell Endocrinol,2007,264(1-2):68-73.

[5] Murgia C,Devirgiliis C,Mancini E,et al.Diabetes-linked zinc transporter ZnT8 is a homodimeric protein expressed by distinct rodent endocrine cell types in the pancreas and other glands[J].Nutr Metab Cardiovas,2009,19(6):431-439.

[6] Wijesekara N,Chimienti F,Wheeler MB.Zinc,a regulator of islet function and glucose homeostasis[J].Diabetes Obes Metab,2009,11(Suppl 4):202-214.

[7] Egefjord L,Jensen JL,Bang Berthelsen CH,et al.Zinc transporter gene expression is regulated by pro-inflammatory cytokines:a potential role for zinc transporters in beta-cell apoptosis[J]?BMC Endocr Disord,2009,12(6):177-184.

[8] Sladek R,Rocheleau G,Rung J,et al.A genome-wide association study identifies novel risk loci for type 2 diabetes[J].Nature,2007,445(7130):881-885.

[9] Chimienti F,Devergnas S,Pattou F,et al.In vivo expression and functional characterization of the zinc transporter ZnT8 in glucose-induced insulin secretion[J].J Cell Sci,2006,119,(20):4199-4206.

[10] Pound LD,Sarkar SA,Benninger RKP,et al.Deletion of the mouse Slc30a8 gene encoding zinc transporter-8 results in impaired insulin secretion[J].Biochemical Journal,2009,421(5):371-376.

[11] Furukawa Y,Shimada T,Furuta H,et al.Polymorphisms in the IDE-KIF11-HHEX gene locus are reproducibly associated with type 2 diabetes in a Japanese population[J].J Clin Endocr Metab,2008,93(1):310-314.

[12] Ng MCY,Park KS,Oh B,et al.Implication of genetic variants near TCF7L2,SLC30A8,HHEX,CDKAL1,CDKN2A/B,IGF2BP2,and FTO in type 2 diabetes and obesity in 6719 Asians[J].Diabetes,2008,57(8):2226-2233.

[13] Pascoe L,Tura A,Patel SK,et al.Common variants of the novel type 2 diabetes genes CDKAL1 and HHEX/IDE are associated with decreased pancreatic beta-cell function[J].Diabetes,2007,56(12):3101-3104.

[14] Staiger H,Machicao F,Stefan N,et al.Polymorphisms within Novel Risk Loci for Type 2 Diabetes Determine beta-Cell Function[J].PLoS One,2007,2(9):330-338.

[15] Steinthorsdottir V,Thorleifsson G,Reynisdottir I,et al.A variant in CDKAL1 influences insulin response and risk of type 2 diabetes[J].Nat Genet,2007,39(6):770-775.

[16] Cauchi S,Proenca C,Choquet H,et al.Analysis of novel risk loci for type 2 diabetes in a general French population:the D.E.S.I.R.study[J].J Mol Med,2008,86(3):341-348.

[17] Groenewoud MJ,Dekker JM,Fritsche A,et al.Variants of CDKAL1 and IGF2BP2 affect first4-phase insulin secretion during hyperglycaemic clamps[J].Diabetologia,2008,51(9):1659-1663.

[18] Palmer ND,Goodarzi MO,Langefeld CD,et al.Quantitative trait analysis of type 2 diabetes susceptibility loci identified from whole genome association studies in the Insulin Resistance Atherosclerosis Family Study[J].Diabetes,2008,57(4):1093-1100.

[19] Kirchhoff K,Machicao F,Haupt A,et al.Polymorphisms in the TCF7L2,CDKAL1 and SLC30A8 genes are associated with impaired proinsulin conversion[J].Diabetologia,2008,51(4):597-601.

[20] Rossini AA.Autoimmune diabetes and the circle of tolerance[J].Diabetes,2004,53(2):267-275.

[21] Kukreja A,Cost G,Marker J,et al.Multiple immuno-regulatory defects in type-1 diabetes[J].J Clin Invest,2002,109(1):131-140.

[22] Wenzlau JM,Juhl K,Yu L,et al.The cation efflux transporter ZnT8(Slc30A8)is a major autoantigen in human type 1 diabetes[J].Proc Natl Acad Sci USA,2007,104(43):17040-17045.

[23] Wenzlau JM,Moua O,Liu Y,et al.Identification of a major humoral epitope in Slc30A8(ZnT8)[J].Ann N Y Acad Sci,2008,1150:252-255.

[24] Sorensen JS,Vaziri-Sani F,Maziarz M,et al.Danish study group for childhood islet autoantibodies and residual beta cell function in type 1 diabetes children followed for 3-6 years[J].Diabetes Res Clin Pract,2012,96(2):204-210.

[25] Wenzlau JM,Liu Y,Yu L,et al.A common nonsynonymous single nucleotide polymorphism in the SLC30A8 gene determines ZnT8 autoantibody specificity in type 1 diabetes[J].Diabetes,2008,57(10):2693-2697.

[26] Wenzlau JM,Moua O,Sarkar SA,et al.SlC30A8 is a major target of humoral autoimmunity in type 1 diabetes and a predictive marker in prediabetes[J].Ann N Y Acad Sci,2008,1150:256-259.

[27] Wenzlau JM,Hutton JC,Davidson HW.New antigenic targets in type 1 diabetes[J].Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes,2008,15(4):315-320.

[28] Steinthorsdottir V,Thorleifsson G,Reynisdottir I,et al.A variant in CDKAL1 influences insulin response and risk of type 2 diabetes[J].Nat Genet,2007,39(6):770-775.

[29] Xiang J,Li XY,Xu M,et al.Zinc transporter-8 gene(SLC30A8)is associated with type 2 diabetes in Chinese[J].J Clin Endocrinol Metab,2008,93(10):4107-4112.

[30] Scotto M,Afonso G,Larger E,et al.Zinc transporter(ZnT)8(186-194)is an immunodominant CD8+T cell epitope in HLA-A2+type 1 diabetic patients[J].Diabetologia,2012,55(7):2026-2031.

[31] Kawasaki E,Uga M,Nakamura K,et al.Association between anti-ZnT8 autoantibody specificities and SLC30A8 Arg325Trp variant in Japanese patients with type 1 diabetes[J].Diabetologia,2008,51(12):2299-2302.

[32] Pound LD,Sarkar SA,Benninger RK,et al.Deletion of the mouse Slc30a8 gene encoding zinc transporter-8 results in impaired insulin secretion[J].Biochem J,2009,421(3):371-376.

[33] Achenbach P,Lampasona V,Landherr U,et al.Autoantibodies to zinc transporter 8 and SLC30A8 genotype stratify type 1 diabetes risk[J].Diabetologia,2009,52(9):1881-1888.

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