王子陽 陳 文

(河南農業(yè)大學動物科技學院，鄭州 450046)

在正常情況下，人類的胰腺可根據血液葡萄糖濃度的高低分泌胰島素來維持機體血液葡萄糖的平衡，使其空腹血液葡萄糖濃度維持在3.9～6.1 mmol/L的正常值。長期的慢性高血糖會對人體產生嚴重的損害。糖尿病就是一組以慢性高血糖為特征的終生代謝性疾病[1]。人類等哺乳動物存在胰島素耐受，將導致機體出現諸如高血糖、高胰島素血癥、高血脂等異常癥狀[2]。雞具有普遍的胰島素耐受性，而且其空腹血液葡萄糖濃度長年高達8～13 mmol/L(為人類的2倍)，卻不像人類一樣表現慢性高血糖的任何有害效應[3-4]；甚至有研究顯示糖尿病患者食用雞肉可有效降低高血糖對機體的損害[5-6]。胰腺分泌的胰島素是維持血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)的核心，雞的慢性高血糖和胰島素耐受特性使其成為一個研究糖尿病及其新防治法的理想模型[7-8]。因此，對雞胰島素耐受性及其血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)方式的研究，有助于解析雞高血糖及其糖代謝機制，也可為人類糖尿病預防與治療提供思路。

1 胰島素抵抗

1916年Sharpey-Schaffer深入描述了胰島可以分泌一種能夠控制葡萄糖代謝的物質，并命名為胰島素[9]。1921年Banting和Best首次分離出牛胰島素后，人們普遍認為糖尿病完全是由于胰島素分泌不足導致。然而，Himsworth[10]在1932年注意到糖尿病患者對胰島素反應的變化，并認為許多糖尿病患者的決定性生化缺陷是對胰島素不敏感，而不是胰島素缺乏。直到1960年Yalow等[11]發(fā)現放射免疫分析法后，觀察到Ⅱ型糖尿病患者的循環(huán)胰島素水平往往高于平均水平，人們才開始重視這一結果。胰島素耐受性亦稱胰島素抵抗，是指正常劑量的胰島素產生低于正常生物學效應的一種狀態(tài)[12-13]，即組織對胰島素的敏感性下降，代償性引起胰島β細胞分泌胰島素增加，從而產生高胰島素血癥，其實質為胰島素介導的細胞糖代謝能力的降低[14]。

2 雞高血糖與胰島素耐受特性

一般情況下，哺乳動物的胰島素作用受損會增加其肝臟葡萄糖生成，降低肌肉葡萄糖攝取，并促進胰島素敏感器官如肌肉、肝臟和脂肪中的脂質積累[15]。胰島素在哺乳動物胰島素敏感器官中起著重要的作用[2]。胰島素敏感靶器官存在胰島素抵抗，是人類糖尿病發(fā)病的關鍵因素，將導致人類出現如高血糖、高胰島素血癥、高血脂等異常表征，這些表征是人類Ⅱ型糖尿病和代謝綜合征的共有特性[16]。

雞與哺乳動物一樣，葡萄糖能通過血流在機體的不同組織間轉運，是機體的一種重要能量來源形式，但雞似乎具有較哺乳動物更為特殊的葡萄糖代謝特性；雞的胰島素循環(huán)濃度與人類、大鼠等哺乳動物相似，但其血液葡萄糖濃度比哺乳動物高2倍，而且對外源胰島素敏感性也低[17]。在雞的胰島素相關敏感組織，大劑量的胰島素才能刺激葡萄糖的吸收；而如此大劑量的胰島素對哺乳動物具致死性，因此雞被認為具有胰島素耐受性[18-19]。由此可見，雞的血液葡萄糖調控方式明顯不同于哺乳動物，目前尚未能很好地解析雞的葡萄糖調控機制。

3 雞血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)特性

3.1 雞血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)的胰島素信號傳導通路

哺乳動物包含復雜的胰島素信號傳導通路，胰島素磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase，PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸激酶(serine/threonine kinase，Akt)信號通路(圖1)是其主要的胰島素信號級聯傳導通路[20]。一些研究顯示，雞具有不同于哺乳動物的胰島素信號傳導通路。目前，僅胰島素PI3K/Akt通路上的部分胰島素信號傳導分子(圖1，深色標示)在雞上得以鑒定[20-22]。雞胰島素的調控通路也似乎具有明顯的組織特異性。雞的肝臟組織似乎具有與哺乳動物相似的胰島素信號傳導通路，其上游胰島素受體β(insulin receptor，IR-β)、胰島素受體底物-1、Src同源與膠原蛋白家族(Src homology and collagen family，Shc)、PI3K的基因和下游Akt、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)、細胞外信號調節(jié)激酶-2(extracellular signal-regulated kinase-2，ERK-2)、糖原合酶激酶-3(glycogen synthase kinase-3，GSK-3)、p70核糖體蛋白S6激酶(ribosomal protein S6 kinase,70 ku，P70S6K)以及p90核糖體蛋白S6激酶(ribosomal protein S6 kinase, 90 ku，p90S6K)的基因的調控都依次依賴于血液胰島素濃度的改變[20]。相反，在雞的肌肉組織，胰島素信號級聯通路中的上游基因似乎對胰島素不敏感，呈現明顯的胰島素抵抗性，但其下游基因對胰島素濃度十分敏感[21]。目前，關于雞肌肉組織在機體缺乏胰島素受體水平和上游基因表達水平變化的情況下，如何調控胰島素信號級聯通路下游基因的機制尚未知。胰島素信號傳導特性在雞脂肪組織更為特殊，胰島素信號通路上的所有步驟都對胰島素不敏感，呈現明顯的胰島素抵抗[22]。Shimamoto等[23]近期的研究發(fā)現，高胰島素濃度(1 μmol/L)刺激20 min促進了雞脂肪細胞對葡萄糖的吸收，增加了Akt蛋白磷酸化。由此可見，胰島素在雞的脂肪組織和肌肉組織的信號傳導方式明顯不同于哺乳動物，這也使雞成為胰島素耐受性研究的理想模型[22]。

Insulin：胰島素；IR：胰島素受體 insulin receptor；Grb2：生長激素受體連接蛋白2 growth factor receptor binding protein-2；Sos：鳥嘌呤核苷酸交換因子 son of sevenless；Ras：Ras原癌基因 Ras proto-oncogene；Raf-1：絲蘇氨酸蛋白激酶 Raf-1 proto-oncogene, serine/threonine kinase；MEK1/2：絲裂原活化蛋白激酶激酶1/2 mitogen-activated protein kinases kinase 1/2；ERK1/2：細胞外信號調節(jié)激酶1/2 extracellular signal-regulated kinase 1/2；Elk1：轉錄激活因子ETS樣蛋白1 ETS-like 1 transcription factor；Fos：Fos原癌基因 Fos proto-oncogene；AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶 AMP-activated protein kinase；PTEN：人第10號染色體缺失的磷酸酶 phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten；PDK1/2：磷酸肌醇依賴性激酶1/2 phosphoinositide dependent kinase-1/2；PIP3：質膜固有蛋白3 plasma membrane intrinsic protein 3；PKC：蛋白激酶C protein kinase C；AS160：160 ku的絲氨酸/蘇氨酸激酶底物 a 160 ku substrate of the serine/threonine kinase；TSC1/2：TSC復合體亞基1/2 TSC complex subunit 1/2；mTor：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 mammalian target of rapamycin；S6：蛋白質S6 protein S6；4EBP1：4E結合蛋白1 4E-binding protein 1；PDE3B：磷酸二酯酶3B phosphodiesterase 3B；PKA：環(huán)磷酸腺苷依賴性蛋白激酶 cAMP dependent protein kinase；Bad：細胞死亡的BCL2相關激動劑 BCL2 associated agonist of cell death；Foxo1：叉頭盒轉錄因子O1 forkhead box O1；GS：糖原合酶激酶 glycogen synthase kinase；Nucleus：細胞核；Cell growth differentiation：細胞增殖分化；Lipogenesis 脂肪生成；Protein synthesis：蛋白質合成；Lipolysis：脂肪分解；Apoptosis：細胞凋亡；Gluconeogenesis：糖異生；Glucogen synthesis：葡萄糖合成；Stimulation：刺激作用；Inhibition：抑制作用；GLUT4 vesicles：GLUT4囊泡；Glucose uptake：葡萄糖攝取。

3.2 維持機體血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)的雞葡萄糖轉運體(GLUT)

骨骼肌是哺乳動物最大的胰島素敏感器官，是從血流中攝取和利用葡萄糖的主要部位，在維持全身葡萄糖穩(wěn)態(tài)中起著至關重要的作用[25-26]。關于哺乳動物食后葡萄糖的吸收調控機制已經得到了很好的鑒定。攝取血流中的葡萄糖是全身葡萄糖利用中的限速步驟，這一過程由GLUT家族調節(jié)，GLUT由溶質載體家族2亞族A(solute linked carrier family 2 subfamily A，SLC2A)基因編碼[27]。至今為止，已經從哺乳動物中鑒定了14種GLUT，它們以易化擴散方式轉運葡萄糖(其轉運過程不消耗能量)，在維持機體葡萄糖穩(wěn)態(tài)上發(fā)揮著重要作用[28]。GLUT在底物特異性、分布和調節(jié)機制方面有所不同[29]，根據氨基酸序列相似性可分為3類，第1類有GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4和GLUT14；第2類有GLUT5、GLUT7、GLUT9和GLUT11；第3類有GLUT6、GLUT8、GLUT10、GLUT12和GLUT13[30-32]。GLUT的表達水平和蛋白質活性對維持機體葡萄糖穩(wěn)態(tài)和提供營養(yǎng)底物具有重要的意義[33]。而其中GLUT2和GLUT4在通過胰島素信號通路維持哺乳動物的葡萄糖穩(wěn)態(tài)上發(fā)揮著關鍵作用，GLUT2在胰島β細胞中發(fā)揮著傳遞葡萄糖信號的作用[34]；葡萄糖氧化會通過GLUT2引起胰島分泌胰島素[35]；在腎臟，GLUT2與鈉-葡萄糖協同轉運蛋白2(SGLT2)參與完成了腎臟90%葡萄糖的重吸收[35]。GLUT4是哺乳動物主要的胰島素依賴型的GLUT，優(yōu)勢表達于哺乳動物的骨骼肌和脂肪細胞，在胰島素刺激下GLUT4從胞內轉移到漿膜，進行葡萄糖的轉運[36]。干擾GLUT4的功能可導致肥胖和糖尿病[37-38]。GLUT9是尿酸和葡萄糖的雙重轉運蛋白[39-40]。GLUT12可能影響生理和肥胖等病理狀態(tài)下小鼠脂肪組織對葡萄糖的吸收[41]。

雞的骨骼肌葡萄糖攝取和利用機制仍不清楚。Sweazea等[42]用GLUT抑制劑phloretin處理英國麻雀的趾總伸肌后，顯著減少了其對葡萄糖的吸收，支持了“禽類肌肉組織存在功能性的GLUT”這一設想。目前人類對雞GLUT的了解還比較碎片化。在雞的基因組計劃實施過程中，雞的GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT5、GLUT8、GLUT9得以鑒定[43]。雞GLUT9被認為介導尿酸吸收，但其特異性的底物尚未被鑒定[44]。Coudert等[45]從雞的骨骼肌和心肌組織中鑒定了雞GLUT12，并發(fā)現空腹和胰島素免疫中和均可降低雞胸肌GLUT1、GLUT8和GLUT12基因的表達，而腿肌中只有GLUT12基因的表達受到胰島素免疫中和的影響[46]。強胰島素刺激增加了雞脂肪細胞質膜上GLUT1的蛋白水平，但不影響雞脂肪細胞質膜上GLUT12的蛋白水平[23]。目前一些雞GLUT的精確生理功能尚未知，甚至一些GLUT的組織表達特性也還不清楚。近期有研究成功克隆了雞GLUT13基因，并發(fā)現其在大腦和腎臟優(yōu)勢表達[47]，并初步進行了GLUT2和GLUT12基因的表達研究[48]，發(fā)現不同的GLUT基因有不同的優(yōu)勢表達部位，推測與其功能有關。Coudert等[45]發(fā)現雞GLUT12基因在雞骨骼肌中優(yōu)勢表達，且GLUT12基因在雞骨骼肌中的表達受胰島素的調節(jié)[44-45]。

4 雞胰島素耐受性具有品種間差異

肥胖是Ⅱ型糖尿病的主要危險因素，Ⅱ型糖尿病患病率與肥胖率呈正相關[49]。雖然肥胖導致胰島素抵抗的機制尚不清楚，但炎癥與局部和全身胰島素抵抗的發(fā)展有關，特別是當炎癥發(fā)生在白色脂肪組織時[50-51]。Sumners等[52]采用大體重肉雞和小體重肉雞進行胰島素耐受性試驗，發(fā)現大體重肉雞的胰島素敏感性受損更嚴重；胰腺結構特性分析表明，大體重肉雞比小體重肉雞的胰島更大，但相對胰島重更?。粺晒舛縋CR進行4個葡萄糖調控相關基因在胰腺組織的表達研究表明，小體重肉雞比大體重肉雞的表達量更高。

烏雞較肉雞有更強的葡萄糖耐受性和血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)能力[53]。多次獨立的胰島素敏感性試驗均發(fā)現烏雞具有比肉雞更強的胰島素耐受性和更好的血液葡萄糖恢復能力[53-55]。進一步的研究發(fā)現外源胰島素對雞只血清胰島素含量的影響具有顯著的品種和時間的互作效應，烏雞展示了更強的維持血清胰島素穩(wěn)態(tài)的能力[54]。胰島素注射使GLUT2和GLUT12基因的表達呈現明顯的組織和品種依賴性變化[54]，但烏雞強胰島素耐受性和血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)能力的機制尚未明確，2個品種之間血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)的差異可能與其基礎狀態(tài)下的胰腺胰島素抵抗和空腹胰島素濃度以及對外源性胰島素的不同動態(tài)反應有關[48]。

5 小結與展望

隨著人類科技的進步與發(fā)展以及人們對糖尿病研究的深入，糖尿病得到了較為系統(tǒng)的認識。然而，預防與治療糖尿病依然存在困難。目前，雞作為研究糖尿病及其防治新方法的理想模型，人們主要從雞的葡萄糖調控機制來研究其血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)，但對雞胰島素信號傳導通徑的研究還不夠深入。GLUT在哺乳動物上研究較為普遍，對其維持機體葡萄糖穩(wěn)態(tài)和提供營養(yǎng)底物具有重要的作用，而在雞上的精確生理功能尚不明晰。此外，烏雞比肉雞具有更強的胰島素耐受性和血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)能力，其發(fā)生機制尚不清楚，值得進一步研究。對雞胰島素耐受性以及血液葡萄糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)的研究，可為進一步進行禽類葡萄糖利用的精準調控打下基礎，同時也為人類糖尿病的預防和治療提供新的視野。