胰岛素抵抗标志物在动脉粥样硬化发病中的研究进展

赵茂宇，李佑美，刘焕云，毛 琦*

(1.陆军军医大学第二附属医院 心内科， 重庆 400037；2.重庆市两江新区第一人民医院 心内科， 重庆 401121)

以胰岛素抵抗 (insulin resistance, IR) 为突出特征的代谢性疾病是亟待控制的公共卫生难题。IR是代谢紊乱的枢纽环节，是启动代谢性疾病和心血管疾病 (cardiovascular diseases, CVD) 的共同病理生理基础，也是动脉粥样硬化 (atherosclerosis, AS) 的主要病因和独立预后危险因素，评估IR水平有利于AS的防治[1]。然而，直接测定IR的方法，诸如高胰岛素血糖钳夹实验、胰岛素抑制实验等，均为侵入性检查，流程繁复且花费不菲，不利于临床广泛开展及快速检测[2]。因此，筛选并应用IR标志物有助于流行病学研究和临床诊疗。鉴于近期IR标志物的研究进展，本文拟就IR标志物与AS的关系做一综述。

1 IR与AS的关联

IR是代谢性疾病与AS之间的关键中介。在过去30年中，代谢疾病人群发生AS的风险显著增加[3]。IR取决于遗传易感性和环境因素的共同作用，β细胞功能和胰岛素作用衰退诱导了低敏感反应，加剧了脂质紊乱、高血糖、高血压和纤溶异常，表现为以IR为核心的代谢综合征[4]。

一方面，异常脂肪细胞和脂肪组织释放出各种促炎因子，促进了炎性反应的激活而介导IR；而这种亚临床的系统性炎性反应也参与了AS过程，这一进程涉及急性时相蛋白、炎性分子和黏附分子的低烈度升高，共同参与斑块破裂并促进血栓形成，进而引起心肌梗死和卒中[5]。同时，循环中增加的三酰甘油、游离脂肪酸和胆固醇所诱发的持续性炎性反应，引起内皮细胞功能障碍，进一步介导肌肉和肝脏组织胰岛素信号通路的改变并破坏葡萄糖稳态[6]。外周葡萄糖利用效率降低导致IR并表现为代偿性高胰岛素血症以应对高血糖状态。

另一方面，持续的高胰岛素血症引起循环游离脂肪酸增加并激活先天免疫系统，释放肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白介素1 (interleukin-1, IL-1)、白介素6 (interleukin-6, IL-6)等炎性因子，进而导致胰岛素低敏感并干扰葡萄糖稳态[7]。同时，肝X受体 (liver X receptor, LXR) 的阻滞引起胆固醇累积，刺激肝脏生成包括C-反应蛋白 (C reactive protein, CRP)、纤溶酶原抑制剂-1及血清淀粉样蛋白在内的炎性因子，从而促进纤维蛋白原的合成并导致血液高凝状态[8]。另外，上述这些细胞因子还可诱导极低密度脂蛋白和游离脂肪酸的生成，进一步加重脂质紊乱并加剧动脉壁脂质沉积[8]。

2 IR促AS的内皮损伤机制

内皮位于血管和淋巴管的内表面，由薄层的内皮细胞构成，既充当简单的机械屏障，又具有重要的生理学功能。它可感知血管内压力和管壁剪应力的机械性刺激，也可感知血液中活性因子和细胞因子的化学刺激，内皮在调节血管舒缩、炎性反应和凝血活化等方面起着至关重要的作用，内皮功能受损是AS的直接启动因素[9]。持续的高胰岛素血症可引起内皮功能障碍，当IR发生时，信号通路下游能激活内皮型一氧化氮合酶 (endothelial nitric oxide synthase, eNOS) 的磷酸化途径水平 (磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶B, PI3K/AKT)急剧降低，内皮细胞由于缺乏eNOS而引起功能障碍，继而促进粥样硬化的发生；但下游促进有丝分裂的另一信号途径-丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase, MAPK)却不受影响[10]。eNOS下调引起一氧化氮 (nitric oxide, NO) 生物活性的降低，其发挥的抗感染、抗氧化应激、抑制平滑肌增殖迁移等生物学效应相应减弱；NO生物利用度降低的同时伴随着血管紧张素II和游离脂肪酸的升高，加剧了氧化应激水平，可使内皮功能进一步恶化；同时，脂质过氧化所生成的大量活性氧和自由基反过来又能抑制NO的生物利用，促进炎性因子和黏附分子的释放[11]。IR介导的炎性反应和氧化应激共同促进了内皮细胞的损伤，这是启动AS的重要病理生理基础。

3 IR标志物在动脉粥样硬化发病中的作用

3.1 可溶性CD36

CD36亦称脂肪酸转位酶 (fatty acid translocase,FAT)，是一种复杂的多功能蛋白，表达于单核巨噬细胞、脂肪细胞及平滑肌细胞膜表面，作为清道夫受体内化致AS因子-氧化低密度脂蛋白[12]。在生理条件下，CD36参与长链脂肪酸、晚期糖基化产物、氧化磷脂胆碱以及胶原蛋白的代谢及转运[12]。既往研究认为CD36可作为巨噬细胞活化和炎性反应激活的重要标志物；而近期的发现显示，88 KU跨膜糖蛋白CD36的表达与AS、血管生成、血小板活化、脂质异常和糖耐量受损相关，血浆中可溶性CD36亦可作为反映IR的潜在标志物[13]。氧化低密度脂蛋白可刺激单核巨噬细胞膜表面CD36的表达，使侵入血管壁的单核巨噬细胞大量吞噬脂质，介导脂质在血管壁的沉积；CD36还能通过结合和修饰血管壁内的低密度脂蛋白，使巨噬细胞转化为泡沫细胞并诱导脂纹形成[13]。此外，肝脏中累积的脂质通过脂解反应产生游离脂肪酸，单核巨噬细胞内增多的游离脂肪酸通过PPAR-γ信号通路进一步刺激CD36的表达，上调的CD36可介导胰岛素信号传导障碍，这也是引起IR的另一重要机制[13]。既往临床研究显示，血清中增加的CD36与IR高度相关，且这种相关性并不限于确诊糖尿病患者，亦见于糖耐量受损、多囊卵巢综合征的患者[14]。

3.2 YKL-40

YKL-40又称为BPR-39或人软骨糖蛋白39，是一种不具有几丁质酶活性的肝素/几丁质结合凝集素，也是几丁质酶样蛋白簇的成员。YKL-40基于三亚胺基的氨基末端和富含酪氨酸 (Y)、赖氨酸 (K)、亮氨酸 (L)的基序构成，其分子质量为40 ku，编码基因位于1号染色体长臂并由10个外显子组成[15]。YKL-40常在炎性反应部位产生，活化的巨噬细胞、嗜中性粒细胞、软骨细胞、脂肪细胞、平滑肌细胞均可合成分泌[15]。YKL-40是细胞外基质重塑的重要因子，并可通过MAPK和PI3K信号通路控制成纤维细胞的有丝分裂[15]。血清YKL-40增加常见于感染及慢性炎性疾病；近期研究发现，血浆YKL-40水平的升高与HOMA-IR (homeostasis model assessment-insulin resistance) 增加相关，而研究人群既往并无明确糖尿病和CVD史；另有研究报道，YKL-40的水平与血管内皮细胞的增殖和平滑肌细胞的迁移能力相关；这提示YKL-40或可作为联系内皮损伤、IR和AS的潜在生物标志物[16]。

3.3 抵抗素(resistin)

Resistin又称抵抗素，发现于噻唑烷二酮类增敏剂处理脂肪细胞时，于分解代谢过程中所产生的富含半胱氨酸的分泌蛋白[17]。Resistin通过调节肝脏胰岛素敏感性，在调控能量代谢、葡萄糖稳态和脂质分解方面发挥重要作用[17]。Resistin是一含有108个氨基酸，分子质量为12.5 ku的信号多肽；生理情况下，其循环水平很低，但在糖尿病和CVD患者中，其血清水平明显升高[17]。与源于脂肪细胞的分解代谢相比，resistin主要表达于单核/巨噬细胞中；resistin可通过调节脂肪细胞的adiponectin (脂联素)分泌而影响胰岛素敏感性，并可通过激活肝脏细胞的AMPK信号通路促进糖异生[17]。早期AS患者的血浆resistin水平即明显升高，且resistin水平与胰岛素敏感性和代谢综合征密切相关。这提示resistin作为IR的潜在生物标志物可能参与了AS的发病过程。

3.4 趋化素(chemerin)

Chemerin又称为趋化素，由他扎罗汀应答基因-2编码，是一种18 ku大小、肝脏合成的、起趋化作用的分泌蛋白[18]。在先天性免疫反应中，由浆细胞样树突状细胞和巨噬细胞受应激原刺激产生。Chemerin是趋化素受体ChemR23的天然配体，还参与胞内钙离子释放和胞外信号调节激酶1/2 (ERK1/2) 磷酸化等机制[19]。Chemerin以非活性前体释放，其前体生物活性低，需要通过丝氨酸蛋白酶的切割才能激活；chemerin结构C端有多个裂解位点，其生物活性依赖于在C端区域不同位点的蛋白水解作用[18]。在糖尿病和肥胖患者血浆中，凝血活性增强而纤溶反应降低，且二者水平变化与chemerin含量高度相关；研究进一步发现，参与凝血过程的丝氨酸蛋白酶活性越高，受其激活而产生的chemerin越多[19]。人群研究也发现，循环高水平chemerin是代谢综合征的独立危险因素；糖尿病患者中的chemerin水平与体质量指数和腰围显著相关，但却与脂质异常无明显关联；同时，在超重人群和AS患者中，chemerin与C反应蛋白水平显著正相关[20]。

3.5 IL-18

白介素-18(IL-18)，其编码基因定位于11号染色体长臂，因其在共刺激因子IL-12作用下能够强烈刺激γ干扰素的释放，是γ干扰素的诱导因子[21]。研究表明，IL-18可作为宿主免疫的重要因素介导凋亡效应和组织重塑，常表达于脂肪营养不良的组织中，可作为冠心病患者心血管死亡风险的预测因子[21]。单核巨噬细胞的炎性活动刺激IL-18前体的合成，并通过caspase-1酶解方式或Fas配体切割实现其生物活性的转化[22]。IL-18分泌后可结合于相应受体，也可与血浆中的结合蛋白结合；IL-18受体由α链和β链构成，前者构成了受体的胞外部分以结合配体IL-18，后者形成胞内部分以实现信号传导[22]。在炎性反应中，过量分泌的IL-18可与其结合蛋白充分结合，从而起到缓冲炎性反应风暴的作用。IL-18无需TNF-α的参与而抑制胰岛素信号通路的传导，继而介导IR效应。既往研究报道，糖尿病患者循环IL-18水平与高血糖状态相关；而肥胖人群中IL-18的升高常伴随高胰岛素血症；IL-18升高不仅影响空腹血糖调节，也与糖耐量受损密切相关[23]。另有研究发现，IL-18与1型糖尿病之间并无明显相关性，其水平与胰岛β细胞功能也无显著关联，但在2型糖尿病人群中却显示出强相关性，这表明IL-18作为IR的潜在标志物，或可有效反映外周组织的IR程度[24]。

4 问题与展望

IR在AS的启动和进展中发挥了重要作用，其机制涉及内皮损伤、炎性反应激活、氧化应激等复杂病理生理过程。可溶性CD36、YKL-40、resistin、chemerin及IL-18是近年来发现的IR标志物，尽管部分研究提示了它们在代谢风险和AS之间的中介作用；然而，目前仍然缺乏基于大样本的流行病学研究来评估标志物对IR的诊断效能；并且由于不同标志物涉及机制及作用靶点的差异，单个标志物只能反映IR的某个方面，在综合评价IR水平时需联合多种指标。检测IR标志物有利于心血管疾病的管理，但它与AS人群风险的相关性及其潜在的生物学机制仍有待后续研究加以评估。