胆碱酯酶与2型糖尿病

王 静，李启富，程庆丰

（1.四川省内江市第一人民医院，四川 内江 641000； 2.重庆医科大学附属第一医院，重庆 400016）

糖尿病的发生受到遗传和环境因素的交互影响，但其具体病因和发病机理尚不完全清楚。目前的研究表明，糖尿病患者血清胆碱酯酶的活性明显增高。在此就血清胆碱酯酶与糖尿病及其并发症的关系进行如下总结。

1 胆碱酯酶的生理功能

胆碱酯酶（cholinesterase）是一类催化酰基胆碱水解的酶类，故又称酰基胆碱水解酶。体内胆碱酯酶分为两种：一种为乙酰胆碱酯酶，又称真性胆碱酯酶，主要分布于神经组织，如脑白质和灰质，脊髓、神经节内的神经细胞和神经肌肉接头，还分布于红细胞和血清等非神经组织中；另一种为丁酰胆碱酯酶，也称假性胆碱酯酶，主要分布于肝、胰、心、肠黏膜及血浆，神经组织（如脑白质、神经细胞髓鞘）中也有分布[1-2]。乙酰胆碱酯酶的经典功能是在胆碱能突触处快速水解神经递质乙酰胆碱，从而终止胆碱能神经信号的传递。它常被用来作为胆碱能神经纤维的标志，其活性可以反映胆碱能神经元的活性[3]。乙酰胆碱酯酶的非经典功能是指除其催化水解功能以外的非酶性功能，包括诱导轴突生长和突触形成，参与细胞迁移、黏附和凋亡，影响炎症和免疫反应，促进血细胞形成和淀粉蛋白聚集等。丁酰胆碱酯酶在肝脏合成后立即释放到血浆中，故其浓度通常能反映其合成速率。血丁酰胆碱酯酶活性测定是评价肝细胞蛋白质合成功能的灵敏指标[4-5]。丁酰胆碱酯酶对乙酰胆碱的特异性较低，可水解其他胆碱酯类，如琥珀酰胆碱。

2 2型糖尿病时胆碱酯酶的变化

近年来的研究显示，糖尿病患者血和组织中乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶的活性增强。Abbott等[6]报道了1型和2型糖尿病患者血清丁酰胆碱酯酶水平明显高于正常受试者，且活性与血清空腹甘油三酯（TG）、胰岛素敏感性呈正相关，而与年龄呈负相关；另一方面，血清丁酰胆碱酯酶水平低的非糖尿病受试者血清TG水平是正常的。这提示糖尿病患者胆碱酯酶活性升高与血脂代谢紊乱有密切的关系。Iwasaki T等[7]对259例日本2型糖尿病患者及88例健康者的研究表明，血清丁酰胆碱酯酶活性与所有2型糖尿病患者的肥胖相关变量如腰围、腰臀比率、内脏脂肪面积、皮下脂肪面积和体重指数（BMI）等，以及所有血脂指数均有明显相关性，校正年龄、性别、糖化血红蛋白、C反应蛋白及血清铁蛋白5个参数后上述相关性仍然存在。这提示血中胆碱酯酶的活性与肥胖和胰岛素抵抗的发生密切相关。2型糖尿病患者胆碱酯酶活性升高与TG升高水平一致，是糖尿病血管并发症的因素之一，贝特类药物使TG下降的同时胆碱酯酶也下降，而他汀类药物则无此作用[8]。

有学者认为，血清胆碱酯酶（SchE）/高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）可作为冠心病的风险因素来预测患病风险，其预测价值与总胆固醇（TC）/HDL-C相同，当同时采用两者进行预测时要比单用其中之一的准确性高20%[9]。临床资料表明，无论是1型糖尿病还是2型糖尿病都极易合并冠心病及心脑血管疾病，其主要原因就是血脂水平增加所致。临床研究结果也显示，2型糖尿病患者血清胆碱酯酶的活性显著高于健康对照组，2型糖尿病合并冠心病患者极显著高于健康对照组，且TC，TG，SchE/HDL-C，TC/HDL-C比值均明显增高。

Dave KR等[10]对糖尿病鼠的研究发现，糖尿病导致的血清和心脏丁酰胆碱酯酶活性升高是性别依赖的，即雄性升高明显，雌性则不明显，认为这可能与雌激素有关，而心脏可能是血中丁酰胆碱酯酶升高的来源之一；男性心脏丁酰胆碱酯酶升高可能是一种代偿机制，女性心脏丁酰胆碱酯酶增加不明显可能是女性糖尿病性心脏病死亡率更高的原因。用胰岛素治疗能够控制糖尿病患者的血糖、糖化血红蛋白等生理参数，但不能改善丁酰胆碱酯酶的活性改变，不能纠正所有的血脂异常，即胰岛素治疗糖尿病不能完全纠正糖尿病导致的机体所有的异常。

随着研究的深入，已发现糖尿病与认知障碍之间有明显的相关性，是诱发Alzheimer病的一个危险因素。早在1965年Nielsen就提出过“糖尿病脑病”的概念。中枢胆碱能系统与学习、记忆密切相关，乙酰胆碱是其中重要的神经递质之一，其主要功能是维持意识的清醒，在学习记忆中起重要作用。葡萄糖是大脑能量的重要来源。脑内胰岛素通过胰岛素受体信号通路，调控葡萄糖转运子3使葡萄糖进入细胞，同时刺激葡萄糖代谢产生乙酰辅酶A，进一步生成三磷酸腺苷（ATP）、乙酰胆碱和胆固醇。在此代谢途径中也释放多种酶类，其中包括胆碱乙酰转移酶。2型糖尿病作为胰岛素作用缺陷所致糖代谢紊乱性疾病，可影响乙酰胆碱和胆碱乙酰转移酶的合成。在动物模型实验中发现，糖尿病小鼠脑组织胆碱乙酰转移酶活性明显降低，乙酰胆碱酯酶活性增高，乙酰胆碱合成减少。乙酰胆碱缺失的严重程度与痴呆程度密切相关，应用胆碱酯酶抑制剂可明显降低2型糖尿病动物的血糖水平并能显著提高其学习记忆能力，说明胆碱酯酶的活性变化与血糖水平及记忆能力有关[11-13]。

3 胆碱酯酶与2型糖尿病的发生发展可能的关系

3.1 引发脂代谢紊乱

有学者认为，高脂血症为动因，糖尿病合并高脂血症时，脂肪酸合成和转移增加继而产生酰基胆碱，如乙酰胆碱、丁酰胆碱，后两者均是血清胆碱酯酶的主要生理性底物，故患糖尿病时血清胆碱酯酶的活性增高原因可能是由于底物诱导肝合成酶增加所致。2型糖尿病患者服用贝特类药物，TG水平下降的同时胆碱酯酶活性也下降。但也有动物实验证明，血清胆碱酯酶活性增高是促进TC及TG增高的诱发因素之一；临床研究提示，胆碱酯酶可能参与了糖尿病患者高TG血症的脂蛋白代谢改变，其活性升高可能通过促进TC及TG上调而影响血脂紊乱进而导致心血管疾病[6]。因此，胆碱酯酶活性升高是血脂紊乱、早发冠心病及其他心脑血管疾病的促进因素，对于预测糖尿病合并冠心病危险性具有重要的参考价值。

3.2 与胰岛素的关系

当处于高浓度血糖的状态下，乙酰胆碱与其M受体结合导致β细胞去极化诱导胰岛素的分泌增加[14]。正常情况下，胰岛素结合胰岛素受体后通过多条途径调节血糖水平，其中最重要的途径是：胰岛素受体底物-1（IRS-1）→磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3K）→蛋白激酶 B（PKB）→糖原合酶激酶 -3（GSK-3）→糖原合酶（GS）。当这条信号转导途径的任何环节缺陷时，均可引起胰岛素抵抗。乙酰胆碱的减少可以阻断细胞内Ca2+浓度升高[14]，导致钙依赖性PKB活性受到抑制，低活性的PKB通过减弱磷酸化作用又可促使GSK-3的活性升高。被激活的GSK-3将带来两方面的后果：一方面，抑制其下游GS的活性，导致糖原合成减少、血糖增高，同时产生胰岛素抵抗或代偿性高胰岛素血症；另一方面，高活性的GSK-3又可直接引起Tau蛋白过度磷酸化，导致神经元凋亡而引发Alzheimer病[15]。而乙酰胆碱酯酶的活性增高是导致乙酰胆碱减少的直接原因。因此乙酰胆碱酯酶的活性增高可能与胰岛素抵抗及Alzheimer病发病有密切的关系。糖尿病是Alzheimer病的高危因素，有学者认为与高胆碱酯酶活性相关[16-17]。

另有研究发现，当基质中含有毒扁豆碱（血清胆碱酯酶抑制物）和葡萄糖时，乙酰胆碱能促进胰岛素的分泌；若同时加入阿托品则此效应消失。应用胆碱酯酶抑制剂抑制血清胆碱酯酶的活性，可使其生理性底物乙酰胆碱的分解减少，因而乙酰胆碱的浓度相应地增加。对糖尿病家兔仅给予抗胆碱酯酶的药物处理后，在降低血清胆碱酯酶活性的同时也促使血糖、糖化血红蛋白的逆转且胰岛素水平明显升高，表明患糖尿病时，抑制其血清胆碱酯酶活性可促使血糖、糖化血红蛋白明显降低，对于改善糖尿病具有重要意义。血清胆碱酯酶抑制剂可以促进胰岛素的分泌，降低空腹血糖和糖化血红蛋白[13]。

3.3 引发慢性炎性反应

一些学者认为，2型糖尿病胆碱酯酶活性增强与慢性炎性反应有关[18-19]。近年来的研究显示，肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病、高血压、冠心病、血脂障碍、动脉粥样硬化、代谢综合征和Alzheimer病等疾病患者血中C反应蛋白、白介素-6、肿瘤坏死因子α和脂质过氧化物水平是增加的[20-23]，而内皮一氧化氮减少[24]，提示这些疾病存在全身低度炎性状态并且相互密切相关；而这些疾病患者血和组织中乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶的活性增强。乙酰胆碱具有抗炎性作用，通过迷走神经调节，可抑制肿瘤坏死因子、白介素-1、巨噬细胞移动抑制因子和高迁移群，并且可抑制核因子Kappa β表达的激活，提高内皮一氧化氮。乙酰胆碱是一种神经递质，并且能调节血中5-羟色胺、多巴胺和其他神经肽的水平和活性，因此可调节免疫应答和神经传递两个方面[25-26]。乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶浓度的升高导致乙酰胆碱水平下降，可能引发这些疾病的炎性反应表现。由此提示，胆碱酯酶不仅适合作为治疗目标，而且也可作为这些疾病的发展标记。

3.4 基因突变的诱导

从链脲霉素致糖尿病的鼠中观察到，乙酰胆碱酯酶的活性在视网膜中没有变化，但大脑皮层（100%）和血清（55%）中有所增加，在红细胞中减少30%～40%；丁酰胆碱酯酶的活性在视网膜及海马中下降30%～50%，并且在视网膜色素上皮更少。胆碱酯酶活性的变化与空腹血糖的水平无关。结果提示糖尿病可能影响特异的、能导致糖尿病相关并发症改变的细胞亚群和胆碱酯酶亚型[27-29]。丁酰胆碱酯酶具有多态性，有多种变异体，目前发现至少有20种，其中K变异在人群中的发生频率最高，并且使得酶活性降低33%，因而被广泛研究。目前分子学研究已经揭示了K变异的机制[30]。它是由于丁酰胆碱酯酶的第1 615位核苷酸发生了由C→A的点突变，从而导致了氨基酸从Ala539（GCA）→Thr539（ACA）的改变[31]。K变异的等位基因频率是13%，K的纯合子的发生频率是1%，是发生频率最高的一种变异。糖尿病患者容易出现丁酰胆碱酯酶K等位基因突变体，丁酰胆碱酯酶K的基因位点3q26与已知的糖尿病易感基因位点3q27位置相邻，这提示丁酰胆碱酯酶K基因突变可能参与了2型糖尿病的发病。但是，丁酰胆碱酯酶K基因突变对胰岛功能并不产生影响[32]。

3.5 下丘脑及及其他脑中枢的调节

由于乙酰胆碱具有抗炎作用且是一种重要的神经递质，测量乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶的活性至少能间接地反映脑中乙酰胆碱的浓度，特别是Alzheimer病。下丘脑在胰岛素抵抗、肥胖、2型糖尿病、高血压和代谢综合征的发病机理中可能发挥作用，因此测量乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶，也许能够反映出下丘脑和其他脑中枢在这些疾病的发病机理中的作用[33-34]。2型糖尿病患者不仅胆碱酯酶活性增强，而且当其活性降低时，受试者有高的死亡风险。其确切原因不清楚，但胆碱酯酶的活性降低表明其储存耗竭和/或合成低下。糖尿病初期丁酰胆碱酯酶活性增加，然而在终末期或难以治疗时丁酰胆碱酯酶水平低下。这些结果意味着该酶有可能作为预测糖尿病预后的生化标记[20，35]。

4 问题与展望

患糖尿病时血清胆碱酯酶活性为何升高，它与增高的TC及TG又有何联系，这些问题尚无答案，有关胆碱酯酶与2型糖尿病及并发症关系的详细机制须通过进一步的试验来验证。乙酰胆碱酯酶除经典功能外，还具有许多非经典功能，将其作为一项敏感而又易准确测得的指标，能够有利于指导临床的诊断、治疗及预后的判断。因此，更加深入地寻找和研究胆碱酯酶的各种生物功能及其与2型糖尿病关系间的机制，并针对性开发相关药物，无疑将会为糖尿病及其相关并发症的预防与治疗研究指明新的方向。

[1]Ruymenjak V.Distribution of human erythrocyte acetylcholinesterase according to age，sex and pregnancy[J].ActaMed Croatica，1998，52（3）:187.

[2]PrallYG，GambhirKK，AmpyFR.Acetylcholinesterase:anenzymatic marker of human red blood cell aging[J].Life Sci，1998，63（3）:177.

[3]White House PJ.Paying attention to acetylcholine:The key to wisdom and quality of life[J].Prog Brain Res，2004，145:311-317.

[4]Dori A，Cohen J，Silvermen WF，et al.Functionalmanipulations of acetylcholinesterase splice variants highlight alternative splicing contributions to murine neoeortieal development[J].Cereb Cortex，2005，15（4）:419-430.

[5]Dori A，Ifergane G，Saar-Levy T，et al.Readthrough acetylcholinesterase in inflammation-associated neuropathies[J].Life Sci，2007，80（24-25）:2 369-2 374.

[6]Abbott CA，Mackness MI，Kumar S，et al.Relationship between serum butyrylcholinesterase activity，hypertriglyceridaemia and insulin sensitivity in diabetes mellitus[J].Clin Sci（Lond），1993，85:77-81.

[7]Iwasaki T，Yoneda M，Nakajima A，et al.Serum butyrylcholinesterase is strongly associated with adiposity，the serum lipid profile and insulin resistance[J].Intern Med，2007，46（19）:1 633-1 639.

[8]Rustemeijer C.Is pseudocholinesterase activity related to markers of triacylglycerol synthesis in Type Ⅱ diabetes mellitus？[J].Clinical Science，2001，101:29-35.

[9]何善述，邓耀祖，冯宗忱，等.血清胆碱酯酶与血脂的关系[J].生物化学杂志，1992，8（2）:129.

[10]Dave KR，Katyare SS.Effect of alloxan-induced diabetes on serum and cardiac butyrylcholinesterases in the rat[J].Journal of Endocrinology，2002，175:241-250.

[11]Eggers C，Herholz K，Kalbe E，et al.Cortical acetylcholine esterase activity and ApoE4-genotype in Alzheimer disease[J].Neurosci Lett，2006，408（1）:46-50.

[12]Erkinjuntti，Kurz A，Gauthier S，et al.Efficacy of galantamine improbable vascular dementia and Alzheimer's disease combined with cerebrovascular disease:a randomised trial[J].Lancet，2002，359（9 314）:1 283-1 290.

[13]王开富，陆付耳，徐丽君，等.胆碱酯酶抑制剂对化学性糖尿病影响的实验研究[J]. 中国病理生理杂志，2004，20（9）:1 586-1 590.

[14]Nakano K，Suga S，Takeo T，et a1.Intracellular Ca2+ mo du1ation of ATP-sensitive K channel activity in acetylcholine-induced activation of rat pancreatic beta-cells[J].Endocrinology，2002，143:569-576.

[15]Laura Gasparini，William J，Netzer，et a1.Does insulin dysfunction play a role in Alzheimer's disease[J].Trends in pharmacological Sciences，2002，23:288.

[16]Justino L，Welner SA，Tannenbaum GS.Long term effects of cysleamine on cognitive and locomotor behavior in rats:relationship to hippocampal glial pathology and somatostain levels[J].Brain Res，1997，761（1）:127-134.

[17]Sreedhar G，Thota H，Allam AR，et al.Alzheimer's disease and type 2 diabetes mellitus:the cholinesterase connection？[J].Lipids Health Dis，2006，5:28.

[18]Rao AA，Sridhar GR，Das UN.Elevated butyrylcholinesterase and acetylcholinesterase may predict the development of type 2 diabetes mellitus and Alzheimer's disease[J].Med Hypotheses，2007，69（6）:1 272.

[19]Undurti N Das.Acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase as possible markers of low-grade systemic inflammation[J].Med Sci Monit，2007，13（12）:RA214-221.

[20]Massoulie J，Pezzementi L，Bon S，et a1.Molecular and cellular biology of cholinesterases[J].Porg Neurobiol，1993，41:31.

[21]Das UN.Is metabolic syndrome X an inflammatory condition？[J].Exp Biol Med，2002，227:989-997.

[22]Ford ES.The metabolic syndrome and C-reactive protein，fibrinogen，and leukocyte count:findings from the Third National Health and Nutrition Examination Survey[J].Atherosclerosis，2003，168:351-358.

[23]Luc G，Bard JM，Juhan-Vague I，et al.C-reactive protein，interleukins-6，and fibrinogen as predictors of coronary heart disease.The Prime study[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2003，23:1 255-1 261.

[24]Mohan IK，Das UN.Oxidant stress，anti-oxidants and nitric oxide in noninsulindependent diabetes mellitus[J].Med Sci Res，1997，25:55-57.

[25]Johnson LR，Rush JW，Turk JR，et al.Short-term exercise training increases ACh-induced relaxation and eNOS protein in porcine pulmonary arteries[J].J Appl Physiol，2001，90:1 102-1 110.

[26]Borovikova LV，Ivanova S，Zhang M，et al.Vagus nerve stimulation attenuates the systemic inflammatory response to endotoxin[J].Nature，2000，405:458-462.

[27]Sanchez-Chavez G，Salceda R.Effect of streptozotocin-induced diabetes on activities of cholinesterases in the rat retina[J].Iubmb Life，2000，49:283-287.

[28]Sanchez-Chavez G，Salceda R.Acetyl-and butyrylcholinesterase molecular forms in normal and streptozotocin-diabetic rat retinal pigment epithelium[J].Neurochem Int，2001，39:209-215.

[29]Sanchez-Chavez G，Salceda R.Acetyl-and butyrylcholinesterase in normal and diabetic rat retina[J].Neurochem Res，2001，26:153-159.

[30]周宏灏.遗传药理学[M].北京:科学出版社，2001:40-46.

[31]Bartels CF，Jensen F S，Lockridge O，et a1.DNA mutation associated with the human butyryleholinesteras K-variant and its linka to the atypical variant mutation and other polymorphic sites[J].Am J Genetic，1992，50:1 086-1 103.

[32]Hashim Y，Shepherd D，Wiltshire S，et al.Butyrylcholinesterase K variant on chromosome 3 q is associated with TypeⅡdiabetes in white Caucasian subjects[J].Diabetologia，2001，44:2 227-2 230.

[33]Ramirez MJ，Cenarruzabeitia E，Lasheras B，et al.5-HT2 receptor regulation of acetylcholine release induced by dopaminergic stimulation in rat striatal slices[J].Brain Res，1997，757:17-23.

[34]Hoi K，Jiang YQ，Lwasaki Y，et al.Regulatory mechanisms of corticotropin-releasing hormone and vasopressin gene expression in the hypothalamus[J].Neuroendoerinol，2004，16:348-355.

[35]Calderon-Margalit R，Adler B，Abramson JH，et al.Butyrylcholinesterase activity，cardiovascular risk factors，and mortality in middle-aged and elderly men and women in Jerusalem[J].Clin Chem，2006，52:845-852.