田佳佳(綜述)，李全民(審校)

(第二炮兵總醫(yī)院內(nèi)分泌科，北京 100088)

?

脯氨酸肽酶活性在糖尿病及其并發(fā)癥中的研究進展

田佳佳△(綜述)，李全民※(審校)

(第二炮兵總醫(yī)院內(nèi)分泌科，北京 100088)

摘要：膠原蛋白為人體含量最豐富的蛋白，對結(jié)締組織的維持起重要作用。多器官結(jié)締組織改變與糖尿病及其長期并發(fā)癥的發(fā)展相關(guān)。研究顯示，血清脯氨酸肽酶(PLD)調(diào)控膠原合成與基質(zhì)重塑，并與糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)病機制相關(guān)。回顧近年來對PLD活性在糖尿病及其并發(fā)癥中的研究進展，有利于進一步深入開展此領(lǐng)域內(nèi)的基礎或臨床研究。

關(guān)鍵詞：糖尿病及其并發(fā)癥；脯氨酸肽酶活性；膠原合成

糖尿病是以高血糖為特征的代謝紊亂，可出現(xiàn)多種大血管及微血管并發(fā)癥。在高糖狀態(tài)下，多器官結(jié)締組織改變，而結(jié)締組織改變與多種糖尿病慢性并發(fā)癥相關(guān)，如糖尿病性足病、糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)及糖尿病性神經(jīng)病變(diabetic neuropathy,DN)。膠原蛋白為人體含量最豐富的蛋白，超過人體1/4的蛋白由膠原蛋白構(gòu)成。膠原蛋白是細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的主要構(gòu)成成分[1]，對結(jié)締組織的維持起重要作用。已有相關(guān)研究顯示，在動脈粥樣硬化和內(nèi)皮功能紊亂的進展過程中，ECM轉(zhuǎn)換增加，從而使膠原蛋白合成增加[2]。血清脯氨酸肽酶(prolidase,PLD)調(diào)控膠原合成與基質(zhì)重塑，且PLD活性檢測在糖尿病及其并發(fā)癥中具有一定的臨床價值，現(xiàn)將研究結(jié)果予以綜述。

1PLD結(jié)構(gòu)與功能

PLD全稱為亞氨酸脯氨酸二肽酶，是由2個相同的亞基組成的二聚體，其相對分子質(zhì)量為97 000，每個亞單位由492個氨基酸組成，富含谷氨酸。人PLD基因位于第19號染色體短臂上，整個基因長達140 kb以上，包括14個內(nèi)含子和15個外顯子。內(nèi)含子長度為1.0～50 kb，占全部基因的98.60%；外顯子長度為45～528 bp，共約1.9 kb，僅占全部基因的1.4%[3]。

PLD能水解氨基酸C末端含脯氨酸或羥脯氨酸的多肽，釋放膠原合成及細胞生長所必需的脯氨酸或羥脯氨酸[4]。在膠原合成過程中，PLD對脯氨酸的循環(huán)利用起關(guān)鍵作用[5]。PLD活性與膠原合成之間的關(guān)系首先在組織纖維化過程中研究，在病理狀態(tài)下，ECM的過度沉積形成纖維化，成纖維細胞在趨化因子纖維粘連蛋白的作用下向損傷處聚集，合成并分泌過多的ECM，同時分泌膠原蛋白酶等多種酶類，對原有ECM進行降解，其降解產(chǎn)物又可促進膠原蛋白合成，最后使組織改建變形，產(chǎn)生纖維化[6]。

2糖尿病性足病

糖尿病性足病在2型糖尿病患者中常見，具有高發(fā)病率與高病死率，是非創(chuàng)傷性下肢截癱的主要原因。周圍神經(jīng)病變、周圍血管病變、足部畸形和外周水腫是2型糖尿病患者發(fā)生足部潰瘍的主要原因[7]，而潰瘍愈合能力減弱是足部潰瘍的另一不可缺少的原因。潰瘍愈合過程復雜多變，包括細胞趨化作用、吞噬作用、膠原降解及膠原重塑等[8]。而成纖維細胞遷移、增殖和膠原蛋白的積累為潰瘍愈合的主要過程，糖尿病足患者愈合修復能力減弱[9]。潰瘍愈合能力減弱與多種機制相關(guān)，包括長期高糖環(huán)境、周圍循環(huán)能力下降、白細胞功能改變及細胞因子、蛋白酶和脂肪因子的平衡紊亂[7,10]。一旦糖尿病足潰瘍形成，高血糖抑制炎性細胞擴散，并且減少潰瘍中膠原產(chǎn)生。

PLD調(diào)控膠原蛋白合成與分解代謝，直接參與潰瘍傷口的愈合過程。多項研究顯示[11-13]，動脈粥樣硬化患者血清炎癥反應標志物高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)水平與PLD水平呈負相關(guān)。HDL-C抗炎作用主要表現(xiàn)在炎性因子、血管白細胞黏附因子減少，參與先天免疫并防止低密度脂蛋白氧化[14]。除低HDL-C與心血管風險增加直接相關(guān)外，高敏C反應蛋白也是亞臨床動脈粥樣硬化的危險因素[15]，故糖尿病足潰瘍患者血清PLD水平和HDL-C、高敏C反應蛋白之間的相關(guān)性可能與發(fā)生亞臨床動脈粥樣硬化有關(guān)。Eren等[15]報道，在糖尿病性足病潰瘍患者中PLD活性顯著升高，高敏C反應蛋白顯著升高，HDL-C顯著降低，且PLD活性與高敏C反應蛋白呈正相關(guān)，與HDL-C呈負相關(guān)。因此，PLD活性可反映糖尿病性足病潰瘍愈合能力，并與炎癥反應及亞臨床動脈粥樣硬化相關(guān)。

3DN

DN是糖尿病嚴重微血管并發(fā)癥之一。在DN人與動物模型中，微血管病變發(fā)生可導致神經(jīng)灌注減少與神經(jīng)內(nèi)膜缺氧[16]。微血管病變形成的機制之一為膠原纖維及其他ECM的過度積累，導致血管內(nèi)皮組織纖維化，隨著病情發(fā)展，局部斑塊、結(jié)節(jié)形成或組織纖維化擴散，最后小靜脈閉塞或動脈粥樣硬化形成[17]。

在DN中，神經(jīng)纖維軸突和髓鞘發(fā)生潰變，施萬細胞大量增生，靠近斷口處的施萬細胞形成細胞橋?qū)蓴喽诉B接起來。而連接兩斷端的基質(zhì)成分有腱生蛋白、層粘連蛋白、膠原蛋白Ⅳ、膠原蛋白Ⅴ和膠原蛋白Ⅵ。關(guān)于DN與膠原蛋白關(guān)系的研究較少，Hill[17]報道對軸突生長起主要作用的ECM膠原蛋白為膠原Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，DN患者膠原蛋白Ⅴ和膠原蛋白Ⅵ在神經(jīng)內(nèi)膜顯著升高，神經(jīng)束膜中膠原蛋白Ⅵ顯著升高。在一項動物研究中，糖尿病大鼠坐骨神經(jīng)神經(jīng)內(nèi)膜膠原蛋白Ⅴ和膠原蛋白Ⅵ沉積[11]。

體內(nèi)體外實驗證實[18-20]，糖尿病神經(jīng)病變患者高血糖情況下氧化應激反應增強。而氧化應激也是影響DN患者PLD活性的重要因素，研究顯示，氧化應激可直接抑制PLD活性；參與氧化應激的活性氧類分子NO與膠原合成及修飾相關(guān)[21-22]，且NO為PLD重要的調(diào)節(jié)因子。PLD至少含有3個絲氨酸/蘇氨酸磷酸化蛋白結(jié)合位點，NO使絲氨酸/蘇氨酸磷酸化作用加強，通過蛋白激酶G-環(huán)磷酸鳥苷途徑激活PLD[22]，從而使膠原蛋白合成增加。PLD活性在DN中的研究是有限且有爭議的。2012年，Uzar等[23]報道，DN患者血清PLD活性、氧化應激水平及氧化應激指數(shù)(氧化水平/抗氧化水平)升高，抗氧化水平下降，PLD活性與氧化應激水平呈正相關(guān)，與抗氧化水平呈負相關(guān)。2014年Sayn等[24]報道DN患者血清PLD活性及膠原更新速度下降，并與DN抗氧化能力呈正相關(guān)。因此，PLD活性與DN微血管病變及氧化應激機制相關(guān)，但仍需進一步研究。

4DR

DR是糖尿病性微血管病變中最重要的表現(xiàn)，是一種具有特異性改變的眼底病變，是糖尿病的嚴重并發(fā)癥之一。臨床上根據(jù)是否出現(xiàn)視網(wǎng)膜新生血管為標志，將沒有視網(wǎng)膜新生血管形成的DR稱為非增殖性DR，而將有視網(wǎng)膜新生血管形成的DR稱為增殖性DR。已知，膠原可使基膜增厚，并在維持血管完整性及瘢痕修復過程中起一定作用。Ⅲ型膠原與Ⅰ型膠原為DR中研究的主要生化分子，增殖性DR患者Ⅲ型膠原合成增加，反應基質(zhì)和基膜結(jié)締組織膠原沉積。而Ⅰ型膠原水平在非增殖性DR和增殖性DR患者中均較無視網(wǎng)膜病變患者降低，可能與血管完整性減弱相關(guān)。因此,視網(wǎng)膜病變可能為Ⅲ型膠原合成增加，Ⅰ型膠原合成減弱，致血管完整性減弱，從而引起微血管瘤與出血發(fā)生[25]。

研究顯示，隨著視網(wǎng)膜病變的發(fā)展，基膜處增厚的膠原合成更多，血清中的基質(zhì)金屬蛋白酶水平有所降低，進而反映出微血管的代謝變化[26]，但PLD為基質(zhì)金屬蛋白酶的一種特殊類型，PLD活性與DR的關(guān)系尚待進一步研究。

5糖尿病伴骨質(zhì)疏松

與2型糖尿病相關(guān)的骨代謝疾病或骨質(zhì)疏松仍是一個未知領(lǐng)域，其發(fā)生機制尚不清楚。通常，糖尿病患者皮膚和血管基膜中結(jié)締組織累積，在骨和創(chuàng)傷組織中結(jié)締組織下降，結(jié)締組織分布不同與膠原蛋白的降解和合成的凈變化相關(guān)。骨質(zhì)量下降，骨量減少低轉(zhuǎn)換及Ca2+-甲狀旁腺激素-維生素D軸失調(diào)可能與PLD活性相關(guān)[27-28]。2型糖尿病患者，前臂、脊椎及股骨頸的骨密度變化趨勢在多項研究中不同[27,29]，可能與患者體質(zhì)指數(shù)、遺傳因素、種族、胰島素缺乏和(或)胰島β細胞缺失程度有關(guān)[30]，但各研究統(tǒng)一的觀點為2型糖尿病患者為骨量減少低轉(zhuǎn)換狀態(tài)[31]。骨量減少的轉(zhuǎn)換機制可能為：胰島素或胰島素樣生長因子缺乏對骨膠原代謝產(chǎn)生影響[32]；膠原非酶糖基化使膠原交聯(lián)增加，并且延長膠原半衰期而減少膠原降解[33]。而PLD活性可反映膠原代謝， PLD活性在糖尿病伴骨質(zhì)疏松患者中顯著升高，PLD可作為糖尿病伴骨質(zhì)疏松患者的血生物學標志，當其活性>44 U/L時，提示2型糖尿病患者患骨質(zhì)疏松癥風險大，其靈敏度為71.4%、特異度為75%[34]。

6小結(jié)

已有明確研究顯示，PLD活性可間接反映肝病患者損傷和纖維化的進展程度[35-36]。糖尿病性足病、糖尿病性周圍病變等糖尿病并發(fā)癥均可出現(xiàn)膠原合成與分解代謝障礙，而PLD活性反映基質(zhì)的膠原合成及代謝，并與其氧化應激、炎癥反應等發(fā)病機制相關(guān)，對糖尿病及其并發(fā)癥有一定的診斷價值，故在排除肝臟疾病后可用于糖尿病及其并發(fā)癥的診斷。糖尿病伴骨質(zhì)疏松患者診斷切點已有報道，其他并發(fā)癥的診斷切點及其靈敏度、特異度問題，仍需進一步實驗及臨床證實。因此,關(guān)于基質(zhì)蛋白酶的問題有很大的研究空間，相信未來會有更大的研究進展。

參考文獻

[1]Surazynski A,Miltyk W,Palka J,etal.Prolidase-dependent regulation of collagen biosynthesis[J].Amino Acids,2008,35(4):731-738.

[2]Lan TH,Huang XQ,Tan HM.Vascular fibrosis in atherosclerosis[J].Cardiovasc Pathol,2013,22(5):401-407.

[3]Endo F,Tanoue A,Nakai H,etal.Primary structure and gene localization of human prolidase[J].J Biol Chem,1989,264(8):4476-4481.

[4]Gonullu H,Aslan M,Karadas S,etal.Serum prolidase enzyme activity and oxidative stress levels in patients with acute hemorrhagic stroke[J].Scand J Clin Lab Invest,2014,74(3):199-205.

[5]Muszynska A,Palka J,Gorodkiewicz E.The mechanism of daunorubicininduced inhibition of prolidase activity in human skin fibroblasts and its implication to impaired collagen biosynthesis[J].Exp Toxicol Pathol,2000,52(2):149-155.

[6]Bolarin DM,Azinge EC.Biochemical makers,extracellular components in liver fibrosis and cirrhosis[J].Nig Q J Hosp Med,2007,17(1):42-52.

[7]Ndip A,Ebah L,Mbako A.Neuropathic diabetic foot ulcers evidence-to-practice[J].Int J Gen Med,2012,5:129-134.

[8]Monaco JL,Lawrence WT.Acute wound healing an overview[J].Clin Plast Surg,2003,30(1):1-12.

[9]Brem H,Tomic-Canic M.Cellular and molecular basis of wound healing in diabetes[J].Clin Invest,2007,117(5):1219-1222.

[10]Cao Y,Gao F,Li CZ,etal.Expression of leptin and its long-form receptor in the marginal cutaneous tissues of diabetic foot ulcers[J].Acta Diabetol,2012,49 Suppl 1:S205-214.

[11]Yildiz A,Demirbag R,Yilmaz R,etal.The association of serum prolidase activity with the presence and severity of coronary artery disease[J].Coron Artery Dis,2008,19(5):319-325.

[12]Gumus S,Yaman H,Ozcan O,etal.Serum prolidase activity in patients with pulmonary tuberculosis[J].Scand J Clin Lab Invest,2011,71(6):467-472.

[13]Savas M,Yeni E,Celik H,etal.The association of serum prolidase activity and erectile dysfunction[J].J Androl,2010,31(2):146-

154.

[14]Saffi MA,Furtado MV,Montenegro MM,etal.The effect of periodontal therapy on C-reactive protein,endothelial function,lipids and proinflammatory biomarkers in patients with stable coronary artery disease:study protocol for a randomized controlled trial[J].Trials,2013,14:283.

[15]Eren MA,Torun AN,Tabur S,etal.Serum prolidase activity in diabetic foot ulcers[J].Acta Diabetol,2013,50(3):423-427.

[16]Callaghan BC,Cheng HT,Stables CL,etal.Diabetic neuropathy:clinical manifestations and current treatments[J].Lancet Neurol,2012,11(6):521-534.

[17]Hill R.Extracellular:remodelling in human diabetic neuropathy[J].J Anat,2009,214(2):219-215.

[18]Hoeldtke RD,Bryner KD,VanDyke K.Oxidative stress and autonomic nerve function in early type 1 diabetes[J].Clin Auton Res,2011,21(1):19-28.

[19]Vincent AM,Kato K,McLean LL,etal.Sensory neurons and Schwann cells respond to oxidative stress by increasing antioxidant defense mechanisms[J].Antioxid Redox Signal,2009,11(3):425-438.

[20]Figueroa-Romero C,Sadidi M,Feldman EL.Mechanisms of disease:the oxidative stress theory of diabetic neuropathy[J].Rev Endocr Metab Disord,2008,9(4):301-314.

[21]Mei JM,Borchert GL,Donald SP,etal.Matrix metalloproteinase(s) mediate(s) NO-induced dissociation of beta-catenin from membrane bound E-cadherin and formation of nuclear beta-catenin/LEF-1 complex[J].Carcinogenesis,2002,23(12):2119-2122.

[22]Surazynski A,Liu Y,Miltyk W,etal.Nitric oxide regulates prolidase activity by serine/threonine phosphorylation[J].J Cell Biochem,2005,96(5):1086-1094.

[23]Uzar E,Tamam Y,Evliyaoglu O,etal.Serum prolidase activity and oxidative status in patients with diabetic neuropathy[J].Neurol Sci,2012,33(4):875-880.

[25]Arkkila PE,Ronnemaa T,Koskinen PJ,etal.Biochemical markers of type Ⅲ and I collagen:association with retinopathy and neuropathy in Type 1 diabetic subjects[J].Diabet Med,2001,18(10):816-821.

[26]楊曉輝,王曉梅,隋淼,等.基質(zhì)金屬蛋白酶與糖尿病視網(wǎng)膜病變關(guān)系[J].中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè),2014(2):163-165.

[27]Suzuki K,Sugimoto C,Takizawa M,etal.Correlations between bone mineral density and circulating bone metabolic markers in diabetic patients[J].Diabetes Res Clin Pract,2000,48(3):185-191.

[28]Hauache OM,Lazaretti-Castro M,Andreoni S,etal.Vitamin D receptor gene polymorphism:correlation with bone mineral density in a Brazilian population with insulin-dependent diabetes mellitus[J].Osteoporos Int,1998,8(3):204-210.

[29]Lunt M,Masaryk P,Scheidt-Nave C,etal.The effect of lifestyle,dietary dairy intake and diabetes on bone density and vertebral deformity prevalence:the EVOS study[J].Osteoporos Int,2001,12(8):688-698.

[30]Choi YJ,Kim DJ,Lee Y,etal.Insulin is inversely associated with bone mass,especially in the insulin-resistant population:the Korea and US National Health and Nutrition Examination Surveys[J].J Clin Endocrinol Metab,2014,99(4):1433-1441.

[31]Mao L,Tamura Y,Kawao N,etal.Influence of diabetic state and vitamin D deficiency on bone repair in female mice[J].Bone,2014,61:102-108.

[32]Gmodyte R,Jurimae J,Saar M,etal.The relationships among bone health,insulin-like growth factor-1 and sex hormones in adolescent female atbletes[J].J Bone Miner Metab,2010,28(3):306-313.

[33]Inaba M,Nishizawa Y,Mita K,etal.Poor glycemic control impars the response of biochemical parameters of bone formation and resorption to exogenous 1,25-dihydroxyvitamin D3 in patients with type 2 diabetes[J].Osteoporos Int,1999,9(6):525-531.

[34]Erbaqci AB,Araz M,Erbaqci A,etal.Serum prolidase activity as a marker of osteoporosis in type 2 diabetes mellitus[J].Clin Biochem,2002,35(4):263-268.

[35]竺蓓,王愛華,耿紅蓮.肝硬化患者血清脯氨酸肽酶活性與脂質(zhì)過氧化損傷的關(guān)系[J].放射免疫學雜志，2010,23(6)：704-705.

[36]程大也.脯氨酸肽酶與乙型肝炎患者肝纖維化的關(guān)系分析[J].山西醫(yī)藥雜志，2010,39(2):102-103.

The Research Development of Prolidase Activity in Patients with Diabetes and Diabetic CompliccationsTIANJia-jia,LIQuan-min.(DepartmentofEndocrinology,theSecondArtilleryGeneralHospital，Beijing100088,China)

Abstract：Collagen,the most abundant protein in the body,is essential for connective tissue maintenance.Multiple connective tissue changes in many organs are associated with the development of diabetes and long-term complications.Some studies show that serum prolidase regulates collagen synthesis and matrix remodeling,which has a correlation with the pathogenesis of diabetes and its complications.Here is to make a review on the research development of prolidase activity in patients with diabetes and its complications,so as to help the further basic or clinical study in the field.

Key words：Diabetes and its complications; Prolidase enzyme activity; Collagen synthesis

收稿日期：2014-12-22修回日期：2015-06-15編輯：伊姍

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.037

中圖分類號：R587.1； R587.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)21-3947-03