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)
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脯氨酸肽酶活性在糖尿病及其并發(fā)癥中的研究進(jìn)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(jī)制相關(guān)?;仡櫧陙韺LD活性在糖尿病及其并發(fā)癥中的研究進(jìn)展,有利于進(jìn)一步深入開展此領(lǐng)域內(nèi)的基礎(chǔ)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(xì)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(jìn)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(dá)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(xì)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(xì)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(jìn)行降解,其降解產(chǎn)物又可促進(jìn)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(fù)雜多變,包括細(xì)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(xì)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(fù)能力減弱[9]。潰瘍愈合能力減弱與多種機(jī)制相關(guān),包括長期高糖環(huán)境、周圍循環(huán)能力下降、白細(xì)胞功能改變及細(xì)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(xì)胞擴(kuò)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(xiàng)研究顯示[11-13],動脈粥樣硬化患者血清炎癥反應(yīng)標(biāo)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(fù)相關(guān)。HDL-C抗炎作用主要表現(xiàn)在炎性因子、血管白細(xì)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(fēng)險增加直接相關(guān)外,高敏C反應(yīng)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(yīng)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(yīng)蛋白顯著升高,HDL-C顯著降低,且PLD活性與高敏C反應(yīng)蛋白呈正相關(guān),與HDL-C呈負(fù)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(yīng)及亞臨床動脈粥樣硬化相關(guān)。
3DN
DN是糖尿病嚴(yán)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(dǎo)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(jī)制之一為膠原纖維及其他ECM的過度積累,導(dǎo)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(kuò)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(xì)胞大量增生,靠近斷口處的施萬細(xì)胞形成細(xì)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)證實(shí)[18-20],糖尿病神經(jīng)病變患者高血糖情況下氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)。而氧化應(yīng)激也是影響DN患者PLD活性的重要因素,研究顯示,氧化應(yīng)激可直接抑制PLD活性;參與氧化應(yīng)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(diǎn),NO使絲氨酸/蘇氨酸磷酸化作用加強(qiáng),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(yīng)激水平及氧化應(yīng)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(yīng)激水平呈正相關(guān),與抗氧化水平呈負(fù)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(yīng)激機(jī)制相關(guān),但仍需進(jìn)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(yán)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(biāo)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(fù)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(xiàng)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(xì)胞缺失程度有關(guān)[30],但各研究統(tǒng)一的觀點(diǎn)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(jī)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(xué)標(biāo)志,當(dāng)其活性>44 U/L時,提示2型糖尿病患者患骨質(zhì)疏松癥風(fēng)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(jìn)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(yīng)激、炎癥反應(yīng)等發(fā)病機(jī)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(diǎn)已有報道,其他并發(fā)癥的診斷切點(diǎn)及其靈敏度、特異度問題,仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)及臨床證實(shí)。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(jìn)展。
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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(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1006-2084(2015)21-3947-03