GPR40与胰岛B细胞功能

GPR40与胰岛B细胞功能 GPR40与胰岛B细胞功能 ? 66?中国医师进修杂志2007年4月5日第3O卷第4期内科版 ChinJPostgradMed,April5th2007,vo1.3O,No.4 GPR40与胰岛B细胞功能 邱璇 胰岛索分泌缺陷和胰岛素抵抗(IR)是2型糖尿病发病 机制的基本环节和特征.有研究结果显示,2型糖尿病患者 的非糖尿病一级亲属的早期代谢特征是胰岛紊作用不足和 胰岛B细胞功能障碍….肥胖和高脂血症在近年来的2型 糖尿病发病率迅速上升中起了重要作用J.游离脂肪酸浓 度升高是导致IR和B细胞分泌功能受损的重要因素之一. 近年来研究结果表明,长链游离脂肪酸是孤儿G蛋白耦联受 体(Gprotein—coupledreceptol'8,GPCR)——GPR4JD的特异 性配体.GPR40被长链游离脂肪酸激活后能够调节胰岛素 分泌,促进B细胞过度增殖,在2型糖尿病的发生和发展中 发挥着重要作用. 一 ,GPR40的结构与基因 人类的GPR40基因在人类基因库U62631片段26046, 26946碱基位点.与GPR41,GPR42和GPR43一起位于染色 体19q13.1,出现在CD22的下游J,这个区域与2型糖尿病 家族高甘油三酯血症有关J.GPR40,GPR41和GPR43之间 有30%,40%的同源性,而与以往的孤儿G蛋白耦联受体 同源性较低J.GPR40基因编码一高度保守的300个氨基 酸肽链,由7个疏水结构的跨膜仪螺旋(TM1一IM7)组成, 有2个N糖基化位点,5个蛋白激酶c(PKC)磷酸化位点,c 末端有1个半胱氨酸残基. 二,GPR40的组织表达 GPR40在人类肝脏,心脏,骨骼肌,胰腺和脑等组织中都 有表达,其中胰腺和脑组织中含量较丰富,且胰腺B细胞的 表达最高,外周血免疫细胞中则只有单核细胞有相对低水平 表达-6】.Itoh等和Tomita等的研究结果都证明了 GPR40mRNA主要表达在胰岛B细胞中,胰岛A细胞,胰高 血糖索瘤和胃泌索瘤组织中几乎无表达. 三,GPR40功能与胰岛B细胞和2型糖尿病的关系 GPR40是一种游离脂肪酸特异性受体J,它在介导游 离脂肪酸对胰岛B细胞的脂毒性作用,调节胰岛素分泌,引 起胰岛B细胞过度增殖等过程中具有重要作用.游离脂肪 酸不仅是一种重要的营养能量来源,它还是重要的细胞信号 转导分子,如在胰岛素分泌中发挥着重要作用.游离脂肪酸 对胰岛B细胞功能的影响具有两面性:一方面短期急性作用 可以增强葡萄糖刺激的胰岛索分泌(GSIS);另一方面长期 慢性游离脂肪酸水平升高,则会产生脂毒性,引起胰岛B细 胞功能障碍,甚至胰岛B细胞凋亡.这种脂毒性在推动2型 作者单位:430022武汉,华中科技大学同济医学院附属协和医 院内分泌科 ? 综述与讲座? 糖尿病的发生,发展中发挥着重要的作用.近来研究结 果发现,游离脂肪酸增强GSIS是通过激活GPR40实现的,提 出了一种游离脂肪酸作用的新模式. 1.GPR40是长链游离脂肪酸的受体,并不是所有的脂肪 酸都能与GPR40结合并激活它.研究发现,碳原子数l2, l6的饱和脂肪酸和碳原子数l8,20的不饱和脂肪酸对 GPR40的刺激活性特别明显,且饱和脂肪酸的刺激作用依赖 于碳链的长度,十五酸和棕榈酸具有最强的刺激作用,不饱 和脂肪酸的刺激作用与碳链长度,饱和程度都无明显关系; 亚油酸甲酯不能激活GPR40,提示羧基基团的存在是脂肪酸 激活GPR40所必需的-7].Briseoe等的研究结果发现, 碳链?6的脂肪酸对GPR40无明显刺激作用;而最近对表达 小鼠GPR40的瓜蟾卵母细胞的研究中则显示丁酸,己酸和 辛酸与亚油酸一样可以激活GPR40,且可被0.1%的小牛血 清抑制,但乙酸,丙酸对GPR40无作用.研究还发现脂肪 酸对GPR40的作用还与其浓度有关,Briscoe等的研究结 果表明,生理浓度脂肪酸具有最佳刺激作用.Stewart等 在各浓度丁酸,癸酸,十二烷酸和亚油酸对GPR40作用的研 究中发现当脂肪酸浓度为500,1000p,mol/L时可见明显反 应,癸酸,十二烷酸和亚油酸的最大反应出现在浓度为1000 pznoVL,丁酸的最大反应则出现在500pznol/L. 2.GPR40在长链游离脂肪酸增强GSIS中的作用与机 制:近几年对GPR40在长链脂肪酸增强GSIS中的作用和机 制也做了深入的研究.细胞内钙离子和环磷酸腺苷浓度升 高对触发胰岛素分泌起着重要作用引.Itoh等发现用亚 油酸,一亚麻酸等与GPR40结合后,可诱导小鼠胰岛素瘤 MIN6细胞内钙离子浓度升高,刺激胰岛素分泌.用GPR40 小分子干扰RNA处理MIN6细胞后亚油酸,一亚麻酸等刺 激MIN6细胞分泌胰岛索作用消失,提示游离脂肪酸增强 MIN6细胞的GSIS作用至少有部分是通过GPR40介导的. 在缺乏钙离子的介质中,游离脂肪酸增强MIN6细胞GSIS的 作用则消失;钙离子通道阻滞剂硝苯地平能够抑制用游离脂 肪酸处理的MIN6细胞的GSIS,均提示钙离子内流是游离脂 肪酸增强(;SIS的关键环节.但同时还发现硝苯地平对细胞 内钙离子的快速增加没有影响,这个钙离子浓度快速增加可 能与细胞内钙离子储存如内质网(ER)内钙离子的释放 有关. Shapiro等?在大鼠胰岛索瘤INS一1E细胞(RNAi40) 中进一步研究了GPR40在游离脂肪酸刺激GSIS中的作用. 用GPR40特异性干扰RNA(RNAi)使得RNAi40组的GPR40 表达下降78%.当培养基葡萄糖浓度由2.5mmol/L增加到 中国医师进修杂志2007年4月5日第3O卷第4期内科版ChinJPostgradMed,April5th2007,Vo1.30.No.4A?67? 25.0mmol/L时,RNAi40组和对照组的钙离子浓度均升高, 胰岛素分泌程度相似.在加入棕榈酸(palmiticacid,PA,25 p,mol/L)的培养基中,当葡萄糖浓度为2.5mmol/L时,细胞 内钙离子水平和胰岛索分泌没有明显增加;当葡萄糖浓度为 25.0mmol/L时,只有对照组钙离子浓度升高,胰岛索分泌进 一 步增加,而RNAi40组无明显增加.他们还观察到当细胞 外钙离子缺乏时GPR40的上述信号作用消失.当给予硝苯 地平和ATP调节性钾离子通道开放剂二氮嗪(diazoxide)分 别处理RNAi40时,PA的刺激作用均锐减.以上研究结果说 明,PA介导的GPR40信号是通过刺激葡萄糖预激活的LTCC 和细胞膜去极化引起细胞外钙离子通过LTCC流人细胞内, 导致钙离子浓度升高,从而触发胰岛索分泌.Shapiro等" 在进一步研究GPR40刺激钙离子浓度升高的细胞内途径中 发现,GPR40是通过激活Gaq—PLC(phospholipaseC)途径导 致贮存于内质网(ER)的钙离子释放人胞液,即Itoh等在 研究中观察到的钙离子浓度快速升高.根据以上结果,Sha? piro等得出:活化的GPR40通过Gaq—PLC途径使ER内 钙离子储备排空,引起胰岛索分泌增加. 此外,Feng等?"的研究结果则阐明了脂肪酸激活 GPR40导致细胞膜去极化的分子机制:亚油酸通过激活 GPR40降低电压门控钾离子通道(Xv)电流.GPR40降低Kv 电流由细胞内环磷酸腺苷一蛋白激酶A(cAMP—PICA)信号 转导系统介导.Kv电流的降低能够在动作电位发放时延长 细胞膜去极化,从而引起钙离子内流和胰岛B细胞分泌胰岛 索.这也解释了Shapiro等?研究中观察到的二氮嗪降低 PA刺激作用的现象. 3.GPR40对胰岛B细胞的其他作用:GPR40除了介导长 链脂肪酸增强GSIS的作用外,近年来还有研究发现ob/ob大 鼠胰腺中GPR40mRNA表达水平较正常大鼠和瘦型大鼠显 着升高,表明GPR40表达增加在一定程度上与胰岛B细胞 过度增殖相关-6J.但究竟GPR40表达增加是促进了胰岛B 细胞过度增殖,还是仅仅作为胰岛B细胞过度增殖的一种表 现,目前尚不清楚. 4.GPR40基因多态性与2型糖尿病发生的关系:近年来 研究结果发现,GPR40的编码区有两个核苷酸置换现象,即 Arg211His多态性(m2301151)和罕见的Asp175Asn突变. 研究结果发现,GPR40的核苷酸多态性可能与2型糖尿病的 发病有一定相关性. Arg211残基位于GPR40的跨膜第五段肽链和第六段肽 链之间的细胞内区.2002年由Haga等检测出GPR40基 因Arg211His(cGc/cAc)单核苷酸多态性,他们报道在日本人 群中等位基因A出现的频率为0.784,等位基因G出现的频 率为0.216.2005年Hamid等在对Inter99和2型糖尿病 患者的研究中发现GPR40基因Arg211His单核苷酸多态性 与2型糖尿病无明显相关.同年Ogawa等研究发现,空 腹血浆胰岛素,稳态模型评估法胰岛索抵抗指数(HOMA— Im),稳态模型评估法胰岛B细胞功能(HOMA—B)在三种 基因型之间的差异有统计学意义,Ars/Ars纯合子中最低,其 次为杂合子,His/His纯合子最高;但是,体重指数(BMI),空 腹血糖,空腹血脂,游离脂肪酸在ArS211His的三种基因型中 无明显差异.另一个G/A置换是175密码子的天冬氨酸替 换为天冬酰胺(Asp175Asn),Hamid等?在他们的研究中 (包括228例葡萄糖耐量正常者和303例2型糖尿病患者) 发现了1例杂合子突变型2型糖尿病患者.在对这例 Asp175Asn突变患者家属的基因型检测中检测到另外3例发 生杂合子型突变.但是,没有证据显示Asp175Asn突变与2 型糖尿病或其他代谢基因型相关. 在胰岛B细胞大量表达的GPR40是中,长链游离脂肪 酸的受体,它们结合后可激活GPR40使细胞内钙离子浓度 升高,增强GSIS和促进胰岛B细胞过度增殖,在胰岛B细胞 功能缺陷中起到了重要作用,对2型糖尿病的发生,发展也 有重大意义.但其作用机制及GPR40是否还有其他作用途 径还未完全阐明.有待进一步研究.近年来对GPR40结构 一 活性相关激动剂的研究也取得了一定的成果-l.将 GPR40作为治疗靶点研究新型的抗糖尿病药物研究具有巨 大潜力. (本文由陈璐璐教授审校) 参考文献 1VauhkonenI,NiskanenL,VanninenE,eta1.Defectsininsulinse— cretionandinsulinactoninnon——insulin--dependentdiabetesmelli— msareinherited.Metabolicstudiesonoffspringofdiabeticprobands. JClinInvest,1998,101:86—96. 2JovanovicL,CondosB.Type2diabetes:theepidemicofthenew millennium.AnnClinLabSci,1999,29:33—42. 3SawzdarguM,GeorgeSR,NguyenT,eta1.Aclusteroffournovel humanGprotein—coupledreceptorgenesoccurringincloseproximity toCD22geneonchromosome19q13.1.BiochemBiophysResCorn— mnn,1997,239:543—547. 4ElbeinSC,HasstedtSJ.Onantitativetraitl~nkageanalysisoflipid— relatedtraitsinfamilialtype2diabetes:evidenceforlinkageoftri— glyceridelevelstochromosome19q.Diabetes,2002,51:528—535. 5KotarskyK,NilssonNE,FledgrenE,eta1.Ahumancellsurfacere— ceptoractivatedbyfreefattyacidsandthiazolidinedionedrugs.Bio— chemBiophysResCommun,2003,301:406—410. 6BrisooeCP,TadayyonM,AndrewsJL,eta1.TheorphanGprotein— coupledreceptorGPR40isactivatedbymediumandlongchainfatty acids.JBiolChem,2003,278:11303—11311. 7ItohY,KawamataY,Ham&M,eta1.1%efattyacidsregulateinsu— linsecretionfrompancreaticbetaceUsthroughGPR40.Nature, 2003,422(6928):173—176. 8TomitaT,MasuzakitI,1wakuraH,eta1.Expressionofthegenefor amembrane—boundfattyacidreceptorinthepancreasandisletcell tumoursinhumans:evidenceforGPR40expressioninpancreaticbeta ceUsandimplicationsforinsulinsecretion.Diabetologia,2006,49 (5):962—968. 9SteinDT,StevensonBE,ChesterMW,eta1.Theinsulinotropiepo- tencyoffattyacidsisinfluencedprofoundlybytheirchainlengthand degreeofsaturation.JC1inInvest,1997,100:398—403. 10YaneyGC,CorkeyBE.Fa竹acidmetabolismandinsulinsecretionin pancreaticbetacells.Diabetologia,2003,46:1297(下转第73页) 中国医师进修杂志2Oo7年4月5日第3O卷第4期内科版 ChinJPostgradMed,April5th2oo7,V01.30.No.4A 研究. 参考文献 lMartinGS,ManninoDM,EatonS,eta1.Theepidemiologyofsepsis intheUnitedStatesfrom1979through2000.NEnglJMed,2003, 348(16):1546—1554. 2ChamilosG,LunaM,LewisRE,eta1.Invasivefon~linfectionsin patientswithhematologicmalignanciesinatertiarycarecancercenter: anautopsystudyovera15一yearperiod(1989—2003).Haematolog- lea,2006,91(7):986—989. 3LinSJ,SchranzJ,TeutsehSM,eta1.Aspergillosiscase—fatality rate:systematicreviewoftheliterature.ClinInfectDis,2001,32 (3):358—366. 4吕沛华,赵蓓蕾,施毅.非培养方法对侵袭性真菌感染诊断价值的 研究进展.中国感染与化疗杂志,2006,6(4):284—286. 5中华内科杂志编辑委员会.侵袭性肺部真菌感染的诊断 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 与治 疗原则(草案).中华内科杂志,2006,45(8):697-700. 6中华内科杂志编辑委员会.血液病/恶性肿瘤患者侵袭性真菌感 染的诊断标准与治疗原则(草案).中华内科杂志,2005,44(7): 554—556. 7WinstonDJ,MaziarzRT,ChandrasekarPH,eta1.Intravenousand oralitraconazoleversusintravenousandoralfluconazoleforlDng—term antifungalprophylaxisinallogeneichematopeieticstem—celltrans? plantrecipients.Amulticenter,randomizedtria1.AnnInternMed, 2003,138(9):705—713. 8GlasmacherA,ComelyO,UllmannAJ,eta1.Anopen—labelran? domizedtrialcomparingitraconazoleoralsolutionwithfluconazoleoral solutionforprimaryprophylaxisoffungalinfectionsinpatientswith haematologicalmalignancyandprofoundneutropenia.JAntimicrob Chemother,2006,57(2):317—325. 9殷凯生,王彤,廖万清,等.国产注射用两性霉素B脂质体治疗深 部真菌病的疗效与安全性的临床研究.中华医院感染学杂志, 2004,14(8):850—854.? 10MartinoR,CortesM,SubiraM,eta1.Efficacyandtoxicityofinter- mediate—doseamphotericinBlipidcomplexasaprimaryorsalvage treatmentoffungalinfectionsinpatientswithhematologicalmalignan? ? 73? cies.LeukLymphoma,2005,46(10):1429—1435. 11徐英春,王澎,陈民钧.辉瑞公司全球多中心酵母菌敏感性监测结 果.中国抗感染化疗杂志,2003,3(3):187—190. 12PfallerMA,BoykenL,HollisRJ,eta1.Invitrosusceptibilitiesof clinicalisolatesofCandidaspecies,Cryptococeusneoformans,and Aspergillusspeciestoitraconazole:globalsurveyof9,359isolates testedbyclinicalandlaboratorystandardsinstitutebrothmicrodilution methods.JClinMicrobiol,2005,43(8):38o7—3810. 13CaillotD.Intravenousitraconazolefollowedbyoralitraconazoleforthe treatmentofamphotericin—B—refractoryinvasivepulmonaryaspe哂l— losis.ActaHaematol,2003,lo9(3):l1l—l18. 14BoogaertsM,WinstonDJ,BowEJ,eta1.In~avenousandoralitra— conazoleversusintravenousamphotericinBdexycholateasempirical antifungaltherapyforpersistentfeverinneutropenicpatientswith cancerwhoarereceivingbroad—spectrumantibacterialtherapy.A randomized,controHedtria1.AnnInternMOd,2001,135(6):412 — 422. 15HerbrechtR,DenningDW,PattersonTF,eta1.Voriconazoleversus amphotericinBforprimarytherapyofinvasiveaspergillosis.NEnglJ Med,2o02,347(6):408—415. 16UllmannAJ,ComelyOA,BurohardtA,eta1.Pharmacokinetics, safety,andefficacyofposaconazoleinpatien~withpersistentfebrile neutropeniaorrefractoryinvasivefungalinfection.AntimicrobAgents Chemother,2006,50(2):658—666. 17AlvesSH,DaMattaDA,AzevedoAC,eta1.Invitroactivitiesof newandconventionalantimycoticsagainstfluconazole—susceptible andnon—susceptibleBrazilianCandidaspp.isolates.Mycoses, 2006,49(3):22o一225. 18GlasmacherA,ComelyOA,OrloppK,eta1.Caspefungintreatment inseverelyill,immunacompromisedpatients:acase—documentation studyofl18patients.JAntimicrobChemother,2006,57(1):127一 l34. 19BettsR,GlasmacherA,MaertensJ,eta1.Efficacyofcaspofungina? gainstinvasiveCandidaorinvasiveAspergillusinfectionsinneutro? penicpatients.Cancer,2006,106(2):466—473. (收稿日期:2o06—10-31) (上接第67页)一1312. 11StewartG,HiraT,HigginsA,eta1.MouseGPR40heterologously expressedinXenopusoocytesisactivatedbyshort一,medium一, andlong—chainfattyacids.AmJPhysiolCellPhysiol,2006,290 (3):785—792. 12AshcroftFM,PwksP,SmithPA,eta1.Stimulus—secretioncoupling inpancreaticbetacells.JCellBiochem,1994,55:54—65. 13ShapiroH,ShacharS,SeklerI,eta1.RoleofGPR40infattyacid actiononthebetacelllineINS一1E.BiachemBiophysResCom? mun,2005,335(I):97—104. 14FengDD,lawZ,RobSG,eta1.Reductioninvoltage—gatedK currentsinprimaryculturedratpancreaticbeta—cellsbylinoleic acids.Endocrinology,2006,147(2):674-682. 15HaroldYH,VissingH,HolstB,eta1.Studiesofrelationshipsbe? twcenvariationofthehumanGprotein—coupledreceptor40Gene andType2diabetesandinsulinrelease.D/abetMed,2005,22(I): 74—8O. 16HagaH,YamadaR,OhnishiY,eta1.Gene—basedSNPdiscovery a8partoftheJapaneseMillenniumGenomeProject:identificationof 190562geneticvariationsinthehumangenome.Single—nucleotide polymorphism.JHumGenet,2002,47:605—610. 17OgawaT,HiroseH,MiyashitaK,eta1.GPR40geneArg211His polymorphismmaycontributetothevariationofinsulinsecretoryca- pacityinJapanesemen.Metabolism,2005,54(3):296—299. 18BriseoeCP,PeatM,McKeownSC,eta1.Pharmacologicalregula? tionofinsulinsecretioninMIN6cellsthrotIghthefattyacidreceptor GPR40:identificationofagonistandantagonistsmallmolecules.BrJ Pharmacol,2006,148(5):619—628. (收稿日期:2006?12-08)