周 聰 高 峰 張皎月 于麗秀 秦 鈾 盧芙蓉△

華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院1中西醫(yī)結合科，2內分泌科，3藥劑科，4腫瘤科，武漢 430022

胰島素抵抗(insulin resistance，IR)是指一定量的胰島素與其特異性受體結合后所產生的生物效應低于正常，表現為外周組織尤其是肌肉、脂肪組織對葡萄糖的攝取減少及抑制肝臟葡萄糖輸出的作用減弱。IR的發(fā)生與多種因子有關，如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)、抵抗素、瘦素、IL-6等[1-2]，其中TNF-α在IR中起核心調節(jié)作用。人體內TNF-α主要有2種形態(tài)：TNF-α胞外段(transmembrane tumor necrosis factor-alpha，TM-TNF-α)和可溶性TNF-α(secretory TNF-alpha，sTNF-α)；TM-TNF-α需要在腫瘤壞死因子α轉化酶(tumor necrosis factor-α converting enzyme，TACE)的水解作用下形成sTNF-α，才能進入循環(huán)系統(tǒng)，參與各種炎癥和免疫反應[3]?，F本文就TACE與IR的關系作如下綜述。

1 TACE基因結構與功能

Black等[4]于1997年發(fā)現了一種新的特異性催化TNF-α前體裂解的金屬蛋白酶，命名為TNF-α轉化酶(TACE)，并測定了其氨基酸序列；同年，Moss等[5]克隆了TACE基因。TACE屬于解整合素金屬蛋白酶(a disintegfin and metalloprotease，ADAM)家族成員，是一種在體內廣泛分布的Ι型跨膜蛋白[6]。人TACE cDNA由3523個堿基組成，蛋白質由824個氨基酸組成，相對分子量為86 kD，其前結構域可與鋅催化位點相結合，只有去掉前結構域才能形成具有活性的TACE，即將26 kD膜結合型TNF-α前體水解為具有生物活性的可溶性17 kD TNF-α。TACE基因的開放閱讀框編碼824個氨基酸，全長包括N端1～17的信號肽序列，18～214前導肽(包括一個半胱氨酸開關)，215～473為金屬蛋白酶活性區(qū)，474～572為解整合素區(qū)，573～602為EGF樣區(qū)，603～671為Crambin樣區(qū)，672～694為跨膜區(qū)，695～824為胞漿尾。

2 TNF-α的來源與TACE的關系

TNF-α是一類由組織中巨噬細胞分泌的促炎性細胞因子，成熟的心肌細胞在某些應激狀態(tài)下也具有產生TNF-α的能力；過量的TNF-α在許多疾病病理過程中起著關鍵作用，如休克、關節(jié)炎、胸膜炎、神經炎、風濕病、艾滋病性癡呆、阿爾茲海默癥等。腫瘤壞死因子的發(fā)現由來是Carswell等對接種卡介苗的小鼠在注射脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)后，小鼠血清中出現一種活性蛋白因子可引起腫瘤出血，且能抑制和殺死腫瘤細胞，遂稱之為腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)，又叫惡病質因子(cachectin)[7]。TNF分為α和β兩種，TNF-α由活化的單核巨噬細胞產生，又稱惡病質素(cachectin)；TNF-β由活化的淋巴細胞產生，又稱淋巴毒素(lymphotoxitin)，二者具有相似的活性。除以上細胞外，平滑肌細胞、成纖維細胞、內皮細胞、表皮細胞、角質細胞、星形細胞、成骨細胞等體內多種細胞均具有產生和釋放TNF的能力。巨噬細胞能表達TM-TNF-α和sTNF-α，其中sTNF-α與全身性免疫反應有關，TM-TNF-α則介導寄主體內局部炎癥反應[8]。TNF-α以跨膜形式表達于細胞表面，為26 kD的前體分子，即TM-TNF-α；經TACE特異性水解作用，其胞外端被釋放，成為具有17 kD的sTNF-α，進入循環(huán)系統(tǒng)發(fā)揮生物學作用。

3 TNF-α與IR的關系

TNF-α直接作用于細胞內胰島素信號轉導系統(tǒng)，干擾胰島素受體信號傳導而抑制胰島素的敏感性[9]。細胞在接受到TNF-α刺激后能誘導胰島素受體底物1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)絲氨酸殘基的磷酸化，這種磷酸化能阻礙IRS-1正常的酪氨酸磷酸化，降低IRS-1與胰島素受體的結合能力，從而抑制胰島素下游信號通路，阻礙胰島素發(fā)揮作用[10]。TNF-α通過抑制葡萄糖轉運蛋白4(glucose transporter-4，GLUT4)的產生和轉位來降低胰島素刺激的葡萄糖攝取，導致胰島素抵抗[11]。有研究[12]表明，TM-TNF-α在IR中可能發(fā)揮局部作用：TM-TNF-α在細胞間傳導信號的方式比較特殊，它既作為配體與TNF-α受體結合，又作為受體接受細胞外信號傳導作用于表達TNF-α的細胞，這種雙極性因子模式在IR中的作用還待進一步研究[13]。

4 TACE與IR的關系

已經證實IR與慢性炎癥狀態(tài)相關，并且已經鑒定出從各種細胞類型(包括免疫細胞和脂肪細胞)釋放的多種炎性介質參與IR的發(fā)生發(fā)展[14]。炎性細胞因子，如胰島素受體途徑的主要負調節(jié)因子TNF-α，與IR的發(fā)生高度相關[15]。研究[16]發(fā)現，胰島素抵抗嚙齒動物模型的脂肪組織中TNF-α表達增加。TACE被認為是人體內最主要的TNF-α裂解蛋白酶，體內90%TNF-α的裂解需要依靠其發(fā)揮作用。TACE能特異性水解TM-TNF-α前體，使其成為可溶性的sTNF-α進入循環(huán)系統(tǒng)。研究報道，高脂飲食模型小鼠脂肪組織中TACE活性顯著增加，TACE過表達顯著抑制AKT、GSK3和FoxO1的磷酸化，導致胰島素抵抗和糖尿病的發(fā)生[17]。TACE缺失(TACEMx1)轉基因小鼠表現為葡萄糖耐量和胰島素敏感性的改善，并伴隨TNF-α和巨噬細胞浸潤減弱[18]。TACE雜合子(TACE+/-)缺失的小鼠脂肪組織中sTNF-α降低，胰島素抵抗指數和游離脂肪酸顯著下降[19]。游離脂肪酸可影響胰島素信號轉導通路的蛋白，如抑制IRS-1的表達與酪氨酸磷酸化，降低組織器官對胰島素的敏感性，參與IR的發(fā)生。TACE/TNF-α平衡在胰島素抵抗和糖尿病發(fā)病中的作用已經非常明確：其主要通過多種途徑導致胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)的絲氨酸磷酸化增加，阻礙正常的IRS酪氨酸磷酸化，導致IRS和胰島素受體結合能力降低，IRS激活下游磷脂減弱，干擾胰島素信號傳導的磷酸肌醇-3激酶(phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K)磷酸化，最終導致胰島素信號通路受阻[20]。抑制TACE的活性，可抑制sTNF-α分泌，抑制IRS-1絲氨酸殘基磷酸化，增加GLUT4表達，增加葡萄糖的利用率及IRS-1酪氨酸殘基磷酸化，有效改善胰島素抵抗癥狀[21-22]。血管緊張素轉換酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)是一種主要催化血管緊張素-Ⅱ(angiotensin-Ⅱ)轉化為血管緊張素1-7(angiotensin1-7，Ang1-7)的酶，ACE2通過將血管緊張素II水解成Ang1-7而作為內源性ACE抑制劑[23]。最新研究[24]發(fā)現，在糖尿病小鼠胰腺β細胞中，細胞ACE2水平下降和TACE過度表達。以往的研究證實，ACE2基因敲除小鼠表現出葡萄糖耐受不良和選擇性降低第一相胰島素分泌[25]。ACE2基因治療可改善db/db小鼠的葡萄糖耐量，增強胰島功能，增加β細胞增殖和胰島素含量，并阻止β細胞凋亡[26]。因此，TACE/ACE2可能通過水解胰島β細胞膜上的ACE2并使其脫落而導致胰島β細胞功能障礙，從而導致糖尿病和胰島素抵抗的發(fā)生。

5 前景與展望

由前所述，TACE是ADAM家族中的一員，能特異性的水解TM-TNF-α前體，使其成為可溶性的sTNF-α。sTNF-α與全身性免疫反應有關，它通過不同的途徑干擾胰島素信號的轉導，促進IR的發(fā)生，通過各種手段抑制TNF-α有可能改善IR。因此TNF-α拮抗作用似乎對糖尿病的治療有效。但迄今為止，TNF-α拮抗作用尚未在人類2型糖尿病中發(fā)揮明顯療效[27]。因此，TACE作為治療IR的主要靶點之一，越來越受到學者的推崇，由此可以預測抑制TACE在治療2型糖尿病中具有潛在優(yōu)勢。

近年來廣泛研究表明抑制TACE可能在改善IR方面起關鍵作用。組織金屬蛋白酶組織抑制劑3(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 3，TIMP3)現在被認為是TACE的天然抑制劑[28]。TIMP3純合子缺失(TIMP3-/-)在高脂肪飲食誘導下表現出TACE活性增強，并顯示為空腹、餐后葡萄糖和胰島素水平顯著增加，葡萄糖耐受性、胰島素敏感性變差。葫蘆巴種子歷來被用于烹飪和作為草藥，具有良好的抗糖尿病作用。研究[29]表明，葫蘆巴有效活性成分4-羥基異亮氨酸(4-hydroxyisoleucine，4-HIL)具有促進胰島素分泌并降低空腹血糖、改善糖耐量的作用。進一步研究[30]發(fā)現，4-HIL通過增強TIMP3、抑制TACE的活性來改善IR狀態(tài)。一項臨床研究[31]發(fā)現，非糖尿病患者接受葫蘆巴種子治療后，葡萄糖耐量改善20%以上。在另一項試驗[32]中，24名糖尿病患者接受了胡蘆巴種子治療8周，結果發(fā)現患者空腹血糖、甘油三酯和極低密度脂蛋白膽固醇顯著降低。未來中藥葫蘆巴應用于糖尿病及胰島素抵抗的治療，還需進一步大規(guī)模的臨床及基礎研究加以驗證、開發(fā)。