二酰甘油与人类骨骼肌组织胰岛素抵抗关系的研究进展

段力园，康军聪，任路平(综述)，宋光耀※(审校)

(1.河北医科大学研究生学院，石家庄 050017； 2.河北省人民医院内分泌科，石家庄050051)

近半个世纪以来，糖尿病作为全球性疾病广泛流行蔓延，成为威胁人类健康和寿命的主要疾病之一。2型糖尿病的特征是胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)，IR是指外周组织(骨骼肌、脂肪和肝脏)对胰岛素的敏感性降低，表现为外周组织对葡萄糖的摄取和利用障碍；胰岛素刺激的葡萄糖摄取约有80%发生在骨骼肌组织中，因此骨骼肌在机体IR的发生中占有重要地位[1]。脂肪酸是人及哺乳动物的主要能源物质，Cusi[2]指出，脂肪酸的摄入长期超过代谢需要，其氧化途径被改变而进入了有害的非氧化代谢途径，导致大量促进炎症和凋亡的毒性代谢产物聚集，即形成脂毒性。肌细胞内脂质尤其脂代谢中间产物在肌纤维中过度沉积是诱导骨骼肌产生IR的主要原因，这些中间代谢产物包括：二酰甘油(diacylglycerols,DAG)、神经酰胺、长链脂酰辅酶A和酰基肉碱[3]。该文关注DAG诱导的IR，讨论在人类骨骼肌组织研究中有关DAG诱导IR的矛盾结果，并探讨DAG对骨骼肌组织代谢的作用。

1 DAG结构和DAG诱导IR的机制

在体内，DAG可由三酰甘油水解、磷脂水解或一酰甘油重新合成而产生，其结构和定位取决于物质来源[4]。事实上，1,3-DAG和2,3-DAG来源于三酰甘油脂肪分解作用，主要存在于脂滴中；1,2-DAG来自酯化反应，并主要在细胞膜积聚；由磷脂酸水解而重新合成的DAG存在于内质网[5]。目前为止，涉及DAG诱导IR的机制主要来自体外和动物研究[6-7]，其可能的机制为：DAG激活蛋白激酶C异构体[8]，这反过来又降低了胰岛素受体底物1的酪氨酸磷酸化，从而降低磷脂酸-3-肌醇活化[9]，进而导致IR。在20世纪80年代早期已有学者指出，1,2-DAG才是能够激活蛋白激酶C的唯一有活性的异构体[10]，而1,3-DAG和2,3-DAG几乎没有活性[11]。侧链长度和饱和度对DAG活性的重要性从早期的生物化学活动中即可显示出来，有研究指出，不论侧链的长短，具有2个饱和侧链的脂肪酸比任何位置上含有1个不饱和侧链的脂肪酸活性都差[12]。但脂肪酸侧链长度和饱和度对DAG诱导的骨骼肌组织IR程度的具体作用尚未阐明。

2 人类骨骼肌组织中DAG水平与IR的关系

2.1人类骨骼肌组织中DAG水平与IR呈正相关 DAG水平与IR之间正相关的首次研究是在2002年进行的脂质灌注干预试验；在这项研究中，实验组选取6例健康中年男性，脂质输注与正葡萄糖高胰岛素钳夹相结合，对照组同样选取6例志愿者接受无脂质的胰岛素输注；在注射起始、2 h、6 h分别进行股外侧肌活检；6 h后，脂质和胰岛素输注导致总DAG水平增加了3倍，伴随着蛋白激酶C活性增加，且胰岛素敏感性降低[13]。此后，大量横断面研究也证实了骨骼肌组织中DAG水平与IR之间呈正相关。Straczkowski等[14]观察到，肥胖者(有或无糖耐量受损)骨骼肌组织中DAG水平高于消瘦对照组和2型糖尿病后代中体型消瘦者；DAG水平与IR呈正相关，与年龄、体质量指数或体内脂肪无关，并且肥胖者DAG中油酸(18∶1)水平较高。Bergman等[15]比较了肥胖的糖尿病患者、肥胖的非糖尿病者和运动员骨骼肌内的DAG水平，结果表明，糖尿病患者比其他两个组总DAG水平高；大约80%的DAG位于细胞膜上，运动员膜DAG水平比其他两组低；膜DAG水平与胰岛素敏感性呈负相关，但胞质DAG水平与胰岛素敏感性无关。Dube等[16-17]在超重或肥胖的久坐人群中进行了两次干预研究，第一次是适度的有氧运动干预，在干预前和16周的监督运动训练之后分别对受试者进行骨骼肌活检和钳夹试验，结果显示，运动使骨骼肌组织DAG水平下降并且胰岛素敏感性有所改善；第二次是为期16周的随机对照研究，干预条件为饮食引起的体质量减轻和运动；饮食引起的体质量减轻是通过每日减少2090 kJ的热量摄入，使体质量降低10%，运动干预类似于第一次研究；两组骨骼肌组织中DAG水平均减少,并且胰岛素敏感性提高了约20%；该试验中饮食引起的体质量减轻降低总脂质含量而锻炼提高脂质水平，表明饮食引起的体质量减轻使总脂水平降低，而运动使非酯化脂肪酸转变为中性脂质存储。

2.2人类骨骼肌组织中DAG水平与IR关系的分离 有众多横断面研究表明，DAG总水平不一定与IR相关。Hoeg等[18]对健康受试者脂质或生理盐水输注5 h后进行葡萄糖钳夹，分别在开始、灌注结束后和钳夹期间进行骨骼肌活检，与输注生理盐水相比，脂质灌注后胰岛素灵敏度下降25%～35%，而骨骼肌组织中DAG水平无明显差异，胰岛素信号转导通路未见明显减低。有研究表明，DAG水平或DAG的饱和度在糖耐量减低和糖耐量正常的肥胖者差异无统计学意义[19]。Jocken等[20]研究发现，与消瘦男性相比肥胖男性骨骼肌组织中DAG水平更低，其DAG中饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱脂肪酸的水平比消瘦男性少30%，长期耐力训练的受试者(每周锻炼5次或以上)比消瘦久坐受试者(每周锻炼<1 d，每次<20 min)骨骼肌组织总DAG水平高于50%，比年龄相匹配的肥胖久坐者高20%，训练者比消瘦的久坐者胰岛素敏感性更高，而消瘦久坐者比肥胖久坐者胰岛素敏感性要高，总DAG水平与胰岛素敏感性呈正相关。一个横断面研究比较了职业自行车手和健康男性(每周适度和强度运动<2 h)，发现骨骼肌组织DAG水平没有差异[21]。这些研究表明，较高的DAG水平与IR并没有必然联系，这与动物研究中骨骼肌组织DAG水平与IR不相关的结果一致。关于运动训练的作用一直特别引人注目，长期耐力训练者，总DAG水平较高,并且与胰岛素敏感性呈正相关[20]。在另一项横断面研究中，职业自行车手与健康志愿者相比，整体DAG水平无差别，但是胰岛素敏感性更高[21]。

3 人类骨骼肌组织中DAG水平与IR矛盾关系的可能机制

体外和动物研究表明，DAG与脂毒性有关联，但体内关于DAG诱导IR的研究出现矛盾的结果；这种矛盾结果出现的原因主要是由于研究设计(包括饮食和运动控制)和DAG测量方法缺乏一致性[3]。习惯性的饮食结构会影响脂肪酸组成，从心肌细胞培养可知，暴露于棕榈酸可导致DAG水平升高和蛋白激酶C的后续活化，而暴露于油酸则没有出现这种变化[22]。此外，没有限定DAG特定类型，即脂肪酸结合到甘油骨架上的特定的位置(1,2-DAG，1,3-DAG和2,3-DAG)以及侧链的长度和饱和度；另一个重要的限制是涉及用于测量DAG的方法，一些研究只测量了DAG总水平；一些研究测量去除甘油骨架后脂肪酸的含量，而其他测量不去除甘油骨架的脂肪酸组成；一些测量的是饱和脂肪酸，单不饱脂肪酸或多不饱和脂肪酸的绝对水平；另一些研究只测量了脂肪酸百分比[3]。未来的研究需要评估亚细胞定位(即细胞质膜、细胞器膜与脂滴)、DAG甘油骨架中脂肪酸侧链位置及其长度和饱和度在的结构。

4 无效循环中脂质中间产物作为信号分子

研究者提出，人类骨骼肌组织内DAG水平变化的另一种可能机制是，DAG作为无效循环的信号分子[23]。无效循环是连接脂质和葡萄糖代谢的中心途径之一，即为甘油脂/非酯化脂肪酸循环，由于循环会消耗腺苷三磷酸并能产生热量同时回收底物，因而称为无效循环[5]。此循环包括脂解部分和脂肪合成部分，这两部分底物可循环使用，实际上大约50%脂解部分释放的非酯化脂肪酸再循环到脂质合成部分，即使细胞在低能量时也进行连续的脂质合成和三酰甘油分解[24]，也可防止脂质供过于求时IR的发生[25]。DAG作为无效循环的信号分子，可在胰岛素信号转导中激活蛋白激酶C，同时在胞外分泌、神经传递以及炎症中也起着重要作用[26]，因而被认为是连接细胞内燃料平衡和细胞信号转导过程的关键纽带。由此也有学者提出，测量DAG水平仅反映特定时间的值，DAG是多种细胞进程(如甘油脂/非酯化脂肪酸循环)的中间产物，在给定时间点的测量可能是与甘油脂/非酯化脂肪酸周期相关的一种生理现象，与毒性作用没有必然的联系[27]。

5 小 结

未来对脂毒性尤其是DAG诱导IR的研究中，应探讨饮食干预对DAG水平的影响以及运动和食物摄入对DAG水平时间动态变化的影响。此外，有必要限定DAG的亚细胞定位，明确DAG是在细胞膜、细胞质或在脂滴中。与此同时，DAG结构需要在立体亚型、侧链长度和饱和度方面进行描述[3]。虽然有些问题可以通过动物实验和细胞培养进行解答，但DAG中的异质性和动态性质需要在人体中进行探讨，从而进一步明确DAG对IR和骨骼肌组织代谢的作用。

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