Ang(1-7)通过调节内质网应激改善骨骼肌脂代谢及胰岛素抵抗

鹿星梦 信 中

(首都医科大学附属北京同仁医院内分泌科，北京 100730)

外周组织的胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)是 2 型糖尿病发病的主要病理生理机制之一，其中骨骼肌是IR发生的重要位点[1]。肥胖或2型糖尿病状态下，脂质在骨骼肌中的异位沉积，可导致骨骼肌IR程度进一步加重[2]。而血管紧张素(angiotensin,Ang)(1-7)可改善胰岛素抵抗,从而发挥抗糖尿病作用，内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERs)是其中的主要机制，其在骨骼肌IR发病机制中的作用逐渐引起人们的关注。

1 Ang(1-7)同内质网应激

肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system,RAS)是心血管系统的重要调节因子，它的主要成分血管紧张素-Ⅱ(angiotensin-Ⅱ,Ang-Ⅱ)促进血管收缩，导致炎性反应、钠和水重吸收以及氧化应激。血管紧张素受体的作用和表达在肺动脉高压、高血压及心律失常等心血管疾病中升高[3]，而血管紧张素受体1型(angiotensin receptor type 1，AT1R)阻滞剂可抑制血管内皮平滑肌细胞中的内质网应激[4-6]，提示RAS与内质网应激之间存在联系。

血管紧张素(1-7)(Ang(1-7))是RAS的七肽，已经被证明[7-8]能够通过增加一氧化氮(nitric oxide, NO)和缓激肽的释放来增强血管舒张，从而抑制Ang-II的作用。已有研究[9]表明，Ang(1-7)对体外Ang-II刺激的内质网应激具有改善作用。2013年，Uhal等[10]报道Ang(1-7)抑制内质网应激诱导的细胞凋亡，提示Ang(1-7)与内质网应激之间存在相关，另外，Mas受体作为一种G蛋白偶联受体，内源性配体为Ang(1-7)，其拮抗剂消除了Ang(1-7)的作用，表明Mas受体的激活介导了Ang(1-7)的有益作用。

2 内质网应激

2.1 内质网应激的病理生理机制

内质网应激是指由于某种原因导致细胞内质网内稳态失衡、生理功能发生紊乱的一种亚细胞器的病理过程, 是一种内源性防御体系,在细胞应对各种应激时发挥重要作用[11]。内质网是真核细胞中蛋白质合成、折叠、成熟与分泌的重要细胞器。目前研究[12-13]显示内质网应激在胰岛素抵抗的发生、发展过程中扮演关键角色。内质网应激反应通路在胰岛、肝脏和脂肪组织中得到广泛研究，然而，目前对于肌肉生理和疾病中内质网应激的了解是有限的。

内质网应激发生在内质网(endoplasmic reticulum，ER)动态平衡被破坏时。一些潜在的生理性和病理性破坏因素会破坏内质网的动态平衡，包括蛋白质合成增加、错误折叠蛋白质的积累、钙离子水平失衡、葡萄糖或能量缺失、缺血、高同型半胱氨酸血症、病毒感染和某些化学物质对ER的刺激[14]。 ER存在两种适应性机制来解决外界所受的刺激：未折叠的蛋白质反应(unfolded protein reaction,UPR)和ER超负荷反应(endoplasmic reticulum overload reaction, EOR)。在内质网中，响应内质网应激而激活有3条主要途径：蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase R-like ER kinase,PERK)通路，肌醇需求酶-1(inosital-requiring enzyme-1，IRE1)通路和活化转录因子6(activating transcription factor 6, ATF6)通路，并形成UPR。 PERK和IRE1是ER驻留跨膜激酶，通过真核起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2α，eIF2α)磷酸化导致翻译抑制，并且通过非常规剪接机制分别产生X盒结合蛋白1(X-box binding protein 1,XBP1)转录因子。 ATF6是由应激调节的膜内蛋白水解释放的跨膜转录因子。每个途径都以基因表达的转录调控达到顶点，并且有助于在压力期间整体维持ER内的稳态[15]。UPR的活化减弱了翻译机制并降低了蛋白质合成负荷，阻止了未折叠蛋白在ER中的进一步积累。

已有研究[16-18]表明，UPR在高脂肪饮食饲养的小鼠骨骼肌中激活。饲喂含70%(质量分数)脂肪和少于1%(质量分数)碳水化合物的饮食6周的小鼠比目鱼肌和胫骨前肌中免疫球蛋白结合蛋白、IRE1-α的表达增加，表明内质网应激机制可能是骨骼肌对一系列外界环境刺激后的主要反应机制，也表明它可能直接调节蛋白质合成。

2.2 内质网应激缓解细胞死亡

内质网应激导致的细胞死亡事件是由一些基因转录介导的，包括生长停滞和DNA损伤，编码CCAAT/增强子结合蛋白家族转录因子、丝裂原活化蛋白激酶c-Jun N端激酶(Jun N-terminal kinase, JNK)、B淋巴细胞瘤-2基因 (B-cell lymphoma-2，bcl-2)家族蛋白和ER相关的Caspases，特别是JNK通路，在胰岛素抵抗中起到重要作用[19]。

JNK是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)家族的成员，可被肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、内质网应激、饱和脂肪酸和Ang-II激活[20]。在培养的肌细胞中，棕榈酸诱导的胰岛素抵抗伴随着JNK活性的增加而增强[21]，而JNK敲减则减弱了棕榈酸诱导的胰岛素抵抗[22]。 在骨骼肌中，JNK导致氧化应激诱导胰岛素抵抗[23]。 一项研究[24]显示，小鼠肌肉中JNK1的特异性缺失，选择性保护肌肉免受胰岛素抵抗影响。其机制可能为JNK通过诱导胰岛素受体底物的丝氨酸和苏氨酸磷酸化而直接引起胰岛素抵抗，从而破坏胰岛素受体底物与胰岛素受体的相互作用以削弱下游胰岛素信号传导[20]。

2.3 内质网应激同脂肪合成

内质网应激可导致脂肪合成增加，研究[25]显示高脂饮食组大鼠骨骼肌中三酰甘油(triglyceride,TG)的浓度明显增高，TG浓度与反映胰岛素抵抗程度的指标胰岛素抵抗指数(homeostasis model of assessment for insulin resistence index, HOMA-IR)以及ERs状态的磷酸化IREα/IRE1α、磷酸化JNK/JNK 均呈正相关，表明在高脂环境诱导的肥胖大鼠中，骨骼肌中脂质沉积增加可能与IR以及ERs存在内在联系。

内质网应激还可以通过激活固醇调节元件结合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein 1，SREBP-1),促进脂肪和胆固醇合成。有研究[26]通过内质网应激剂毒胡萝卜素及衣霉素处理大鼠胰腺组织后显示，内质网应激可激活SREBP-1，从而上调脂肪和胆固醇合成相关基因FAS，乙酰辅酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase,ACC)及3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶 (3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme-A reductase, HMGR)的表达，从而导致脂肪合成增加。

3 骨骼肌代谢紊乱导致胰岛素抵抗

在2型糖尿病中，骨骼肌中的脂毒性通过脂质代谢物对胰岛素信号传导进行干扰，加重胰岛素抵抗，在2型糖尿病的病因学中起关键作用[27]。

在正常情况下，当血糖升高时，骨骼肌通过调节胰岛素水平进行处理，因此，骨骼肌脂代谢失调可很大程度上影响全身葡萄糖水平稳态和胰岛素敏感性。关于骨骼肌脂代谢失调的原因，可由以下几点导致：骨骼肌免疫细胞和肌细胞炎性反应的增加导致前炎性反应细胞因子的分泌增加[28]；内脏脂肪组织中的炎性反应伴随着炎性脂肪因子的分泌增加[29-30]；内脏脂肪的炎性反应通过脂肪组织和肌间脂肪组织，可加速游离脂肪酸释放及转移到肌细胞中，导致肌细胞炎性反应和代谢功能障碍[31]；血清中富含TG的脂蛋白水平升高，包括饮食中小肠上皮细胞衍生的乳糜微粒和肝脏衍生的极低密度脂蛋白胆固醇(very low density lipoprotein-cholesterol，VLDL-C)浓度升高可能会增强低密度脂蛋白胆固醇介导的TG水解，增加游离脂肪酸的释放并转移到骨骼肌(和脂肪组织)中，促成肌细胞炎性反应和代谢功能障碍[32-33]。

越来越多的证据[34-36]表明，在局部产生Ang-II和Ang(1-7)的骨骼肌中激活RAS可以调节肌细胞炎性反应和代谢功能。Ang-II可通过降低骨骼肌血流量和增加线粒体ROS产生和激活炎性反应途径直接减少肌细胞胰岛素信号而导致骨骼肌胰岛素抵抗[34]。Ang-II通过作用于内皮细胞和肌细胞AT1受体，可以通过增加细胞氧化应激来诱导胰岛素抵抗，导致胰岛素信号传导受损和胰岛素刺激的葡萄糖转运活性受损。这种与RAS活动过度相关的胰岛素抵抗，伴随着进展性β细胞功能障碍，最终导致2型糖尿病的发展[35]。以RAS过度活动为目标的干预措施， Ang-II受体阻滞剂对于改善全身骨骼肌胰岛素抵抗是有效的，Ang-II在动物中的应用增加了应激和炎性反应，并且降低了骨骼肌中的胰岛素敏感性，而RAS的阻断逆转了这些效应[36]。 与Ang-II相反，Ang(1-7)对胰岛素敏感性有益，包括对骨骼肌的直接增敏作用。

4 内质网应激与骨骼肌脂代谢关系

在与肥胖症和2型糖尿病相关的病症中，ERS在各种组织中被激活，其中包括骨骼肌组织。Deldicque等[17]发现20周高脂饮食喂养大鼠的骨骼肌中蛋白质含量和涉及UPR的因子在mRNA水平明显提高，如糖调节蛋白 (glucose2regulated protein 78 kD, GRP78)、C/EBP环磷酸腺苷反应元件结合转录因子同源蛋白(C/EBP-homologous protein,CHOP)和肌醇激酶1a，通过内质网应激伴侣蛋白——GRP78和GRP94过度表达，从而使得蛋白质合成抑制。但是，当内质网应激反应过度时，CHOP和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase-12，caspase-12)(一种ERS特异性促凋亡蛋白分子)会被激活或上调，这会破坏或负向调节细胞所经历ERS诱导的细胞凋亡[37]。

骨骼肌中所发生的内质网应激是研究胰岛素抵抗中的一个新要点[16，38-39]。已有研究[39-40]显示内质网应激可减少蛋白激酶B胰岛素诱导的磷酸化并损害肌细胞增强因子2A，过氧化物酶体增生物激活受体-γ共激活因子1α和葡萄糖转运蛋白4产生，并参与由高浓度的脂质和葡萄糖导致的骨骼肌胰岛素抵抗中。Ijuin等[41]发现骨骼肌富含肌醇多磷酸磷酸酶，它将内质网应激与骨骼肌中的胰岛素抵抗联系起来，与野生型小鼠相比，高脂饮食喂养的小鼠中分离出来的骨骼肌，活化转录因子6和X框结合蛋白1表达增加，内质网应激明显。这些发现强调了内质网应激在骨骼肌胰岛素抵抗发展中的具体突出作用。

5 小结

随着对2型糖尿病发病机制研究的深入，胰岛素抵抗及骨骼肌脂代谢异常逐渐受到关注[42]。Ang(1-7)通过内质网应激相关机制影响了脂质代谢。因此，进一步研究Ang(1-7)通过调节内质网应激在骨骼肌脂代谢中的作用，有助于更好地理解Ang(1-7)的作用机制。然而，其确切分子机制有待于进一步探究。Ang(1-7)/ Mas受体轴可能是治疗与内质网应激相关的胰岛素抵抗的潜在治疗策略。