Glypican-4与糖尿病及并发症的相关性研究进展

赵嘉轩，高 静

糖尿病是一种与弥漫性并发症和过早死亡风险增加相关的严重慢性疾病。2019年，20～79岁的成年人中，全球有420万人死于糖尿病，糖尿病占全球死亡人数的11.3%［1］。据预测，到2030年65岁以上（65～99岁）的糖尿病患者人数将达到1.952亿人，到2045年将达到2.762亿人［2］。2017年18～99岁成年人糖尿病患病率估计为8.4%，2045年将上升到9.9%［3］。糖尿病的患病率和病死率逐年增长。

随着人们摄入越来越多的动物蛋白以及缺乏锻炼，肥胖的发生率也越来越高，研究表明，肥胖是人们发生胰岛素抵抗的重要原因。而胰岛素抵抗在2型糖尿病的发病机制中起到关键作用。肥胖者脂肪组织分泌的脂肪因子失控，导致全身性胰岛素抵抗和代谢性疾病的发生［4］。而脂肪因子参与人体重要器官功能，如心脏、肝、胰腺、脑、肌肉、骨骼［5-8］。增加的脂肪组织引起的代谢效应很大程度上依赖于其解剖分布，其中内脏白色脂肪组织（WAT）推动胰岛素抵抗和相关代谢性疾病的发展［9］。磷脂酰肌醇蛋白聚糖4（Glypican-4，GPC-4）与胰岛素受体相互作用，增强胰岛素受体信号，促进脂肪细胞分化。相反，GPC-4的缺失会导致胰岛素受体的激活减少，并通过抑制胰岛素介导的C/EBPb磷酸化来阻止脂肪细胞在体外的分化［10］。

1 Glypican-4

Glypicans是硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPGs）的成员，参与多种生长因子信号转导［11］。可以与各种生长因子相互作用，包括Wnt、Bmp、FGF和HH，并调节它们的活性［12］。有证据表明GPC4与Wnt3a和Wnt5a结合，将Wnt3a和Wnt5a集中在不同膜微区的特异性受体附近，调节不同的Wnt信号［11］。Glypicans通过糖基磷脂酰肌醇（GPI）连接到细胞膜的胞外表面发挥作用。GPC-4属于糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定的硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPGs）家族，哺乳动物中包括6个成员［13］。1995年，Watanabe等［14］在小鼠的身上发现GPC-4因子。2012年，Ussar等［10］发现小鼠脂肪细胞可合成GPC-4，将其定义为脂肪因子。GPC-4是第一个发现的影响蛋白多糖中胰岛素敏感性的脂肪因子。GPC-4作为胰岛素增敏剂的脂肪因子的新成员，与Glypicans相同，也通过GPI锚点连接到脂肪细胞表面，并通过GPI-脂肪酶的酶调节过程从细胞表面释放到细胞外空间。GPC-4的胞外结构域从脂肪细胞释放到循环中，被认为是通过作为脂肪因子与脂肪细胞、肝脏和骨骼肌中的胰岛素受体直接相互作用来增强胰岛素受体信号［4］。在健康人体内，循环GPC-4平均浓度在（6.26±2.21）μg/L，循环中的GPC-4水平一般用酶联免疫吸附试验（ELISA）进行测定。检测范围为15.6~1000 pg/ml，批内和批间变异系数分别为8%和10%。研究表明，GPC-4在人类中可能具有影响葡萄糖代谢的功能［15］。GPC-4不仅在侧线原基（鱼类和两栖类等水生动物胚胎中经过发育过程形成的）中表达，而且在神经肥大细胞和神经间肥大细胞中也有表达［16］。此外，除脂肪组织外，骨骼肌是GPC-4系统水平的另一个来源［15］。研究表明，小鼠皮下脂肪组织中GPC-4mRNA和蛋白的表达水平与过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的激活有关，作为过氧化物酶体增殖物激活受体γ激动剂的罗格列酮能增加组织中GPC-4mRNA和蛋白的表达。也就是说GPC-4可能参与过氧化物酶体增殖物激活受体γ激动剂罗格列酮治疗高脂喂养C57BL/6J小鼠的脂肪组织再分布［17］。

据研究表明，人类循环中的GPC-4浓度呈现出特征性的日节律，在下午和午夜之间有一个较大的上升。循环GPC-4夜间升高可能是代谢适应的重要机制。这种夜间升高可能与夜间睡眠时的食欲抑制作用有关，类似于瘦素［15］。下午循环GPC-4明显增加。GPC-4从12：00开始上升，16：00达到峰值，4：00降至最低点。GPC-4浓度在峰值（16：00）和最低点（4：00）之间有显著差异。GPC-4在脂肪细胞分化和胰岛素信号转导中发挥着重要的作用。目前关于这方面的研究机制是：诱导分化所需的关键转录因子C/EBPA和PPARg，其次是促进ERK/GSK3b共识位点Thr188的C/EBPb磷酸化［10］。也有研究表明GPC-4作为胰岛素受体（IR）的潜在配体和正向调节剂，通过与IRα亚基结合，促进胰岛素诱导的IR形成变化，增强胰岛素信号传导［18］。目前，有许多新的研究不断证明了GPC-4与代谢方面的关系［19-22］。

2 Glypican-4与胰岛素抵抗、肥胖

Egfried等研究表明，GPC-4是从脂肪组织中释放出来的，是BMI和胰岛素抵抗的循环标志物［19］。胰岛素抵抗肥胖者的GPC-4水平是年龄、性别和体重指数匹配的胰岛素敏感者的两倍［19］。Gesta等研究GPC-4在人类内脏脂肪组织中的表达随着BMI和腰臀比的增加而增加［23］。Siegfried等人还进一步阐述了体脂百分比、体重指数和腰臀比越高的成年人中血清GPC-4水平越高［10］。Jedrzejuk等在多囊卵巢综合征患者中，证实血清GPC-4水平与腰围、腰臀比、总脂肪相关［21］。在男性中，血清GPC-4水平与来自内脏脂肪的基因表达数据平行，超重且呈内脏分布的个体血清GPC-4水平最高，瘦身受试者的血清GPC-4水平较低。GPC-4的表达在皮下脂肪和内脏脂肪之间存在差异。研究发现，在偏瘦型、超重型和肥胖型受试者当中，男性和女性皮下脂肪中GPC-4的表达均显著降低。相反，超重和肥胖的男性和女性内脏脂肪中GPC-4的表达增加［10］。研究表明，啮齿动物和人类体内循环中的GPC-4与体内脂肪含量和胰岛素抵抗呈正相关。内脏脂肪组织的扩张，即中心性肥胖，与胰岛素抵抗有关，而皮下脂肪组织的扩张，即周围性肥胖，与胰岛素抵抗无关［24］。

在非糖尿病患者中，血清GPC-4随着BMI的增加而递增，特别是在内脏肥胖的女性和内脏超重的男性中。多变量回归分析显示血清GPC-4水平与GIR（葡萄糖输注率）呈独立的负相关，即血清GPC-4水平与胰岛素抵抗呈正相关。与年龄、性别和体重指数匹配的胰岛素敏感型肥胖者相比，胰岛素抵抗肥胖者的GPC-4水平翻了一番。所以，血清GPC-4不仅与BMI相关，更是胰岛素抵抗的独立标志物［15］。

Yoo等研究表明，亚洲受试者中GPC-4水平的存在性别差异，女性中循环GPC-4水平与NAFLD和心脏代谢危险因素（包括体脂分布、胰岛素抵抗和动脉僵硬）之间的显著关联，在男性中，血浆Glypican-4水平与各种代谢因素之间没有明显的相关性。所以，循环GPC-4水平是女性NAFLD与BMI和胰岛素抵抗的独立危险因素［20］。Zhu等研究表明，在男性中，血清GPC-4水平与腰围和脂肪百分比呈正相关［19］。另外Leelalertlauw等研究了不同程度肥胖和糖代谢状态的泰国儿童的循环GPC-4水平。血清GPC-4水平与肥胖程度参数（体重SDS、BMI SDS、腰围百分位数、体脂SDS百分位数）、血清HbA1c、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇（HDLC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、谷草转氨酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）呈正相关。最后还证实了血清GPC-4和肥胖相关代谢参数之间呈正相关。高胆固醇血症（总胆固醇>5.2 mmol/L）儿童血清GPC-4水平明显高于非高胆固醇血症儿童［25］。

3 Glypican-4与糖尿病

Lee等通过对152例2型糖尿病患者收集其血浆与血清，得出结果2型糖尿病患者血清活性GLP-1与GPC-4水平呈正相关，谷草转氨酶与GPC-4呈负相关［22］。LI等［15］通过用ELISA法测定了105名健康人（NGT）、92例（IGT）患者和103例2型糖尿病患者的循环GPC-4，结果表明循环中GPC-4在糖尿病前期患者中升高，在2型糖尿病患者中降低。IGT患者循环GPC-4浓度显著升高，而2型糖尿病患者循环GPC-4浓度甚至低于NGT患者，这些提示GPC-4可能参与2型糖尿病的发生发展。循环GPC-4与BMI、WHR（腰臀比）、HOMAIS（胰岛素分泌的动态平衡模型评估）、FAT%（体脂率）呈正相关，与空腹血糖、糖化血红蛋白呈负相关。研究表明，GPC-4水平与T2 DM独立相关，糖尿病的相对风险随着GPC-4水平的降低而显著增加［15］。这也提示着GPC-4与2型糖尿病之间存在联系。关于GPC-4水平在糖尿病前期和糖尿病状态的差异可以解释为：糖基化磷脂酰肌醇特异性磷脂酶D（GPLD1）被认为可以切割出细胞表面的GPC-4［22，26，27］，其 活 性 受 胰 岛 素 的 调 节［28，29］，胰 岛 素水平越高，GPLD1活性越强。多项研究表明血清GPLD1水平随着高血糖而升高［30］，改善高血糖状态就很有可能降低GPLD1水平。在糖尿病前期状态（IGT）早期增加胰岛素水平可能会导致更多的GPC-4从细胞表面被裂解出来，因此循环中GPC-4水平升高。随着疾病的进展，就像2型糖尿病患者一样，胰岛素抵抗的增加将导致GPLD1活性降低和循环GPC-4水平下降。所以我们增加循环中GPC-4的水平将会是脂肪对抗胰岛素抵抗的一种机制，也就说如果在严重的胰岛素抵抗和糖尿病患者中保持高的血清GPC-4水平可能会减轻胰岛素抵抗。循环GPC-4的减少可能是糖尿病患者失代偿状态的原因，这是非常具有指导意义的。

4 Glypican-4与糖尿病并发症

随着糖尿病病程的延长，最终出现了糖尿病并发症。

4.1 糖尿病微血管病变目前没有文献涉及糖尿病视网膜病变与GPC-4的关系，临床上病程超过10年的糖尿病患者通常合并程度不等的视网膜病变，最终引起了失明。糖尿病视网膜病变通常与糖尿病肾病并存，也被称为糖尿病肾病视网膜综合征。糖尿病视网膜病变的患者可预测其糖尿病肾病的发生，糖尿病视网膜病变的出现是糖尿病肾病诊断的有力支撑点。有研究证实了一些脂肪因子与糖尿病微血管之间的关系，比如血浆瘦素水平与糖尿病肾病的关系，脂联素与年龄、糖尿病病程、血清胆固醇（总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇）水平以及钙通道阻滞剂的使用呈正相关等。Cha等通过对161例糖尿病患者进行了长期随访，检测患者循环中血浆脂联素、GPC-4等脂肪因子。评估脂肪因子和各种代谢参数与微血管和大血管并发症的关系。结果表明严重肾功能不全患者血浆GPC-4水平较高，与EGFR呈负相关，与UACR呈正相关，与脂联素相似。还观察到GPC-4与血糖变异性呈显著负相关，表明GPC-4水平越高，血糖波动越小。这也能是由于GPC-4在对抗胰岛素抵抗中的作用［31］。GPC-4作为一种新的脂肪因子有可能通过内皮损伤影响到糖尿病微血管病变，并且在患者血浆中水平升高。具体机制还需要做前瞻性研究来明确。

4.2 糖尿病大血管病变动脉粥样硬化。共同特点是动脉管壁增厚变硬，失去弹性，管腔狭窄我们全身各处，由多种因素共同导致。越来越多的研究表明，动脉粥样硬化的形成始于由脂肪组织释放到循环中的脂肪因子引起的内皮损伤，促进循环免疫细胞的黏附，从而启动动脉粥样硬化的进展［32，33］。人体的脂肪组织分为三类：白色脂肪组织（WAT），棕色脂肪组织（BAT），胸腹部血管周围脂肪组织（PVAT）。白色脂肪细胞可以合成GPC-4［10］，GPC-4在白色脂肪组织和棕色脂肪中均有表达。在健康状态下，白色脂肪组织通过储存脂质起到脂质汇总的作用，防止脂质在循环中积累，具有抗动脉粥样硬化的作用。相反，在肥胖期间，脂肪组织的扩张会导致其功能失调，从而使循环中的脂质分布有利于动脉粥样硬化的形成［34］。激活BAT可能对动脉粥样硬化的发展具有保护作用。在肥胖期间，脂肪细胞肥大，脂肪组织功能发生障碍，导致有害脂肪因子和炎性细胞因子分泌到循环中，损害了血管内皮细胞的功能［35］。目前，可以通过减少炎症因子和增加脂质燃烧尽可能地抑制动脉粥样硬化的形成。GPC-4作为一种新型脂肪因子，与动脉粥样硬化之间的关系有待于进一步研究。通过研究GPC-4找到抑制动脉粥样硬化形成的治疗靶点，改善糖尿病并发症。更重要的是建立起与糖尿病微血管或大血管之间的关系，增加对GPC-4与糖尿病微血管或大血管方向的认知。也为我们研究糖尿病并发症提供了新的思路与方向。

5 结语

脂肪因子种类繁多，临床上还有很多并没有研究明确。GPC-4是一种新型脂肪因子，虽然很早发现，但关于它的作用机制主要是改变胰岛素受体信号方面的。脂肪因子本身作用机制广泛、庞杂，这增大了研究难度，仍需要进一步探索深究。糖尿病的发病率不断升高，危害性更大的是其并发症，目前关于糖尿病方面的治疗已经趋于成熟，我们研究GPC-4与糖尿病及其并发症之间的关系旨在通过GPC-4的特殊作用途径来寻求新的治疗靶点或者为其预防提供新的思路。关于GPC-4与糖尿病及其并发症之间的作用机制在我国研究甚少，需要做一些实验性研究或者前瞻性研究来更深入的探讨。