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【摘要】 肝胰岛素抵抗的特征性表现为胰岛素抑制内源性葡萄糖生成的能力减弱和肝糖原合成减少，一旦高分泌量的胰岛素亦无法代偿，即出现空腹血糖升高。胰岛素受体底物蛋白-2信号转导异常（影响因素如:蛋白和脂类磷酸酶、脂源性细胞因子、过氧化物酶体增生物激活受体等）、游离脂肪酸、胰淀素等均可引致肝胰岛素抵抗。减轻肝胰岛素抵抗,作为治疗2型糖尿病是很有前景的。
【关键词】 肝； 胰岛素抵抗； 胰岛素受体底物蛋白-2信号转导； 游离脂肪酸； 胰淀素
Advances in the hepatic insulin resistance pathogenesis mechauism
LI Shi-ying,ZHU Tie-hong.General Hospital,Tianjin Medical University,Tianjin 300070,China
【Abstract】 Hepatic insulin resistance is characteristic of the insulin inhibition of endogenous glucose production weakening and the ability of the liver glycogen synthesis declining. Once high secretion of insulin can not be compensated, that is, impaired fasting glucose occurs. Insulin receptor substrate-2 （IRS-2）-mediated signaling transduction pathway abnormality （factors such as : protein and lipid phosphatase, fat-derived cytokines and peroxisome proliferator-activated receptor ）, free fatty acids, amylin, etc.,can cause hepatic insulin resistance. Reducing hepatic insulin resistance, as the treatment of type 2 diabetes is promising .
【Key words】 liver； insulin resistance；insulin receptor substrate-2 （IRS-2）-mediated signaling transduction pathway； free fatty acids;amylin
肝脏是能量代谢的重要器官，也是胰岛素作用的主要靶器官，维持空腹状态下的内生性糖的产生和输出及进食后糖的吸收、利用和存储。肝脏胰岛素抵抗主要是指胰岛素抑制肝脏葡萄糖输出（HGP）的能力下降,HGP主要是由糖异生（GNG）和糖原分解（GL）两部分组成。GNG是指非糖物质,如乳酸、烯丙醇、生糖氨基酸、甘油等合成葡萄糖；GL是指动用储存在肝脏中的糖原提供葡萄糖。近年来,对肝脏胰岛素抵抗机制的研究逐渐成为热点,本文就此做一简要综述。
1 胰岛素受体底物蛋白-2（IRS-2）信号转导与肝胰岛素抵抗
研究发现，IRS-2分布广泛,主要在肝脏和胰岛β细胞中表达,在胰岛素代谢效应方面,主要促进肝糖原合成和抑制肝糖输出。胰岛素信号级联的IRS-2分支信号与肝细胞胰岛素敏感性密切相关，IRS-2-/- 小鼠肝细胞PI3-K活性相对于野生型鼠减低50%，导致下游信号分子（Akt, GSK-3）磷酸化障碍，并且无法通过增加IRS-1蛋白含量或提高酪氨酸磷酸化来代偿［1］。IRS-2/PI3-K信号是胰岛素在肝脏发挥生理效应的主要信号转导通路，目前发现诸多因素均可通过影响IRS-2信号转导而导致肝胰岛素抵抗。
1.1 蛋白和脂类磷酸酶 蛋白和脂类磷酸酶（PTPB1、GSK-3a/β、 Pten、JNK等）活性增高可导致肝胰岛素抵抗，机制是通过磷酸化/去磷酸化IRS信号途径的磷酸化位点或者是与IRS密切相关的酶，下调信号转导。蛋白酪氨酸磷酸酶1 B（PTP 1 B）是一种在胰岛素敏感组织广泛表达的磷酸酯酶，与胰岛素受体结合后使之去磷酸化，抑制胰岛素信号转导。无论是在体内还是体外，PTP的抑制剂都具有类似胰岛素的作用。研究发现在MSG（谷氨酸钠）所致胰岛素抵抗小鼠，PTP1B在肝细胞的表达是增加的，运用PTP1B反义寡核昔酸减少ob/ob小鼠肝细胞PTP1B的表达，IRS-2的酪氨酸磷酸化作用增加4倍，PI3-K活性提高3倍，显著上调IRS-2信号转导，提示PTP1B在肝胰岛素抵抗中可能起重要作用［2，3］。第10号染色体同源丢失性磷脂酶一张力蛋白基因（phosphatase and tension homologue deleted on chromosome 10，Pten）其编码的蛋白质与磷脂酶和细胞张力蛋白同源，并在许多肿瘤中伴有第10号染色体的同源性丢失。抑癌基因Pten由1209个核苷酸编码403个氨基酸组成一条多肽链，在第122～133位的氨基酸序列（IHCKAGKGRTG）符合蛋白酪氨酸磷酸酶及双特异性磷酸酶催化区核心基序（HCXXGXGRXG），是迄今为止发现的第一个具有磷酸酶活性的抑癌基因。Pten将磷酸根从酪氨酸去除，抑制酪氨酸磷酸化从而负性调节PT3-K/AKt信号途径。研究发现选择性的删除鼠类肝脏的Pten，虽然导致小鼠的游离脂肪酸合成增加并有肝肿大和脂肪肝的发生，但肝脏的胰岛素敏感性增强，肝糖原合成增加，空腹血糖水平降低，提示Pten是潜在的干预治疗肝胰岛素抵抗或2型糖尿病的分子靶点［4］。糖原合酶激酶-3（GSK-3a/β）通过磷酸化糖原合酶抑制肝糖原的合成，增加肝糖的产生和输出。IRS-2/PI3-K信号激活蛋白激酶C（PKCζ/λ），PKC又可磷酸化GSK使之失活，从而减少肝糖输出。Zncker肥胖大鼠这一信号调节下调，予以GSK抑制剂后可增加肝糖原合成及胰岛素刺激的葡萄糖转运［5］。2型糖尿病空腹血糖升高现被认为是肝糖异生增加的结果，磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡糖-6-磷酸酶（G6Pase）是糖异生的主要限速酶，胰岛素可能通过IRS-2信号途径抑制PEPCK和G6Pase基因的表达而降低空腹血糖。PEPCK过度表达的转基因小鼠出现选择性的IRS-2蛋白表达下调，胰岛素抑制糖异生相关基因表达的能力减低，肝糖输出增加，IRS-2蛋白表达下调又使PI3-K活性减低加重肝胰岛素抵抗［6］。JNK是一种因炎症而产生的应激激酶，可磷酸化多种细胞蛋白，包括IRS-1和IRS-2, JNK磷酸化IRS-2PTB结构域中的丝氨酸残基，导致IRS-2和胰岛素受体结合的解离，可短时间阻碍信号转导。
1.2 脂源性细胞因子 脂肪组织不仅是能量储存器官，而且是一个内分泌器官。在脂肪细胞分泌的脂肪细胞因子及蛋白质因子中，肿瘤坏死因子a（TNFa）、白介素6 （IL-6）、瘦素（leptin），脂联素（Adiponectin）与肝胰岛素抵抗相关。TNFa能促进IRS-1/IRS-2的丝氨酸/苏氨酸位点磷酸化而抑制信号转导，降低葡萄糖转运体-4（GLUT-4）的基因表达、降低脂蛋白脂酶的活性、刺激肝脏的脂肪分解。破坏TNF受体则能部分恢复胰岛素的敏感性和糖耐量。IL-6可能通过升高游离脂肪酸，促进脂质氧化、抑制脂肪组织脂蛋白脂酶活性来对抗胰岛素的作用。脂联素（adiponectin）是脂肪细胞分泌的一种激素蛋白，可通过激活AMP活化蛋白激酶（AM P-activated protein kings，AMPK）促进肝脏的脂肪酸氧化和减少肝糖异生，改善肝胰岛素敏感性［7］。脂联素基因剔除小鼠出现严重的胰岛素抵抗伴有PI3-K活性降低,脂肪酸转运蛋白（fatty-acid transport protein 1, FATP-1）mRNA表达减少及血浆TNFa浓度升高［8］，提示脂联素可直接和（或）间接通过抑制TNFa而促进肝胰岛素信号转导。瘦素在胰腺可抑制胰岛素的释放，在肝脏瘦素直接影响肝糖代谢，对糖原合成的作用类同胰岛素，对糖异生的作用类同胰高血糖素。瘦素主要通过双向激活Janus酪氨酸蛋白激酶（JAK）或信号转导和转录激活蛋白（STAT）途径进行信号转导。JAK-STAT途径与IRS-2/PI3-K可能存在信号交联。Kim，等［9］研究发现，瘦素可通过其受体促进脂肪、肝脏及肌肉组织内STAT3、STAT1的酪氨酸磷酸化、脂肪与肝组织内MAPK的磷酸化及升高肝组织内与IRS-2相关的PI3-K的活性。Masashi等发现运用腺病毒介导的基因转染法修复IRS-2-/-小鼠的IRS-2基因［10］，可减少内生性葡萄糖的生成，阻止糖尿病的发生，但高胰岛素血症却不能完全改善。进一步予以中心静脉瘦素持续输注，可使小鼠的胰岛素和血糖水平恢复到正常野生型小鼠水平，因此得出胰岛素信号缺陷和瘦素抵抗共同促成IRS-2-/-小鼠的肝胰岛素抵抗的发生发展。
1.3 过氧化物酶体增生物激活受体（PPAR） 有a、δ、γ 3种类型，其中PPARa/γ与糖脂代谢密切相关。研究发现胰岛素抵抗状态下为增加胰岛素敏感性，肝脏PPARγ的表达代偿性增加，且与胰岛素抵抗指数呈正相关。PPARγ活化可增加IRS-2、 PI3-K、 GLUT-2等基因的表达，上调肝胰岛素信号转导［11］。过氧化物酶体增生激活受体γ协同刺激因子（peroxisome proliferator- activated receptor-γcoactivator-1，PGC-1）可调节饥饿状态下肝糖异生，PGC-1可激活肝细胞整个糖异生的关键酶组，包括PEPCK、G-6-Pase，从而导致肝糖输出增加。有报道胰岛素可通过IRS-2信号下游分子Foxol抑制PGC-1的表达，从而减少肝糖输出［12］。
2 游离脂肪酸（FFA）与肝脏胰岛素抵抗
FFA对GNG、GL和HGP的影响在正常个体和胰岛素抵抗个体是不同的。使正常个体FFA升高可增加GNG，但并不造成HGP增加。这看似矛盾的现象其实是由于糖原分解的参与,正常个体FFA升高刺激糖异生,同时抑制糖原分解,GNG和GL的净效应是HGP不变,这称为HGP的自我调节机制。FFA升高的同时胰岛素分泌增加,抑制了糖原分解,HGP自我调节机制对糖原代谢总的结果是糖原储存增加［13］。用钳夹的方法阻断胰岛素水平的增加或输入生长抑素抑制胰岛素分泌,HGP和血糖显著增加［14］。HGP的自我调节依赖胰岛素的作用,而胰岛素抵抗和2型糖尿病存在胰岛素作用缺陷,因而丧失HGP的自我调节机制。Song等［15］研究证实高脂饮食饲养大鼠过夜空腹后虽然胰岛素水平升高,GNG和HGP仍然是高的,此时,HGP的自我调节被打破,胰岛素抑制糖原分解的能力下降。Kabir等［16］用脂肪含量分别是42%和35%的饮食饲养两组犬,12周后发现高脂饮食组糖异生关键酶PEPCK、G-6-Pase表达增加,同时内脏脂肪脂分解的基因、肝脏脂合成基因和肝脏甘油三酯含量较对照组增加,这些基因表达的改变与门静脉学说是一致的 ［16］。正常血糖-高胰岛素血症钳夹试验表明,FFA升高,HGP显著增加,FFA可降低胰岛素抑制HGP的能力,从而导致肝胰岛素抵抗。
3 胰淀素（Amylin）与肝脏胰岛素抵抗
胰淀素是进食后同胰岛素一起由胰岛B细胞分泌的肽类激素,在胃肠道黏膜及肺中也有少量合成。目前认为，胰淀素作为胰岛第3种重要的活性激素，与胰岛素协同调节血糖平衡［17］。但当胰淀素表达、分泌异常，局部水平升高，形成胰岛淀粉样蛋白，将沉积在胰岛B细胞内及其周围，使胰岛B细胞团及胰岛素分泌减少,这是导致B细胞功能障碍的一个重要因素［18］。实验发现胰淀素可以抑制大鼠的肝糖原合成酶，激活糖原分解，导致G-6-Pase水平升高，使肌细胞中乳酸生成增多，促进肝糖原异生增强，引起血糖升高。它在肝脏引起胰岛素拮抗作用主要是干扰胰岛素受体后的效应，而且肝脏内生糖效应对胰淀素的反应比外周葡萄糖摄取更敏感。吴胜前等对小鼠肝细胞实验后发现，胰淀素可以使高糖和胰岛素刺激引起的肝细胞糖原累积速率明显降低，也使刺激24h后的肝细胞糖原含量明显降低。培养基中游离葡萄糖浓度测定结果显示，胰淀素可以诱导肝细胞释放葡萄糖，使肝细胞内糖原磷酸化酶a活力增加。提示它可以通过激活糖原磷酸化酶活力来加强小鼠肝细胞的糖原分解过程，促进肝细胞对葡萄糖的释放，从而使血糖升高。 Suzuki等认为胰淀素在体外培养的大鼠肝细胞中有促进脂肪合成的作用，这同Ji-Ming等［19］观察到的用接近生理浓度的胰淀素促进肝中甘油三酯（TG）含量增高相一致。用特异的胰淀拮抗剂胰淀素（8-37）发现，此拮抗剂可降低血脂，能改善人生长激素（hGH）诱导的伴高胰淀素血症的IR，提示内源性胰淀素对脂代谢有一定影响。最近发现用胰淀素灌注小鼠，血中FFA含量增加，当同时灌注胰淀素和抗脂肪分解剂，血中FFA含量无明显变化，提示胰淀素有促脂肪分解的作用［21］。很可能是血中升高的FFA抑制了外周葡萄糖的利用，从而诱导胰岛素抵抗发生。人胰淀素的类似物普兰林肽（paramlinitide）是胰淀素的第25、28、29位脯氨酸取代类似物,无自凝倾向,现已应用于1型糖尿病及应用于胰岛素治疗的2型糖尿病的治疗［20］。
综上所述,引起肝胰岛素抵抗的因素很多, 还有一些重要的信号分子突变可能尚未发现，有待我们进一步深入研究。减少肝糖输出、减轻肝胰岛素抵抗是糖尿病治疗的新途径之一［21］。对肝胰岛素抵抗的进一步研究将有助于开发出新的降糖药。
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作者单位：300070 天津，天津医科大学总医院（△在读研究生）