神经系统胰岛素相关的G蛋白耦联受体40研究进展

张洪伟，闫 华(综述)，李 宏(审校)

(1.天津医科大学第二医院神经外科，天津300211;2.天津市环湖医院神经外科，天津300070)

G蛋白耦联受体40(G protein-coupled receptor，GPR40)是GPR家族成员之一，是中长链脂肪酸的特异性受体。GPR40在被激活后可以刺激胰岛β细胞分泌胰岛素，从而调节糖代谢。同时，其激动剂二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)还对缺血性脑损伤有保护性作用。除胰岛β细胞外，脑组织内的锥体神经元也可以合成胰岛素。胰岛素不仅可以降低血糖，还对缺血性脑损伤有保护性作用。GPR40发挥脑保护作用很可能与中枢神经内的胰岛素密切相关。

1 GPR40的分布特征

GPR40在肝脏、心脏、骨骼肌、胰腺和脑等组织中都有表达。在胰腺中表达水平最高，而且在胰岛中的表达浓度是整个胰腺表达浓度的 17倍［1］。Briscoe等［2］的研究显示，GPR40在灵长类动物脑中也有表达，但在啮齿类动物的大脑中并未发现GPR40。Ma等［3-4］对成年猴脑和脊髓进行了系统研究，在大脑皮质、海马、杏仁核、下丘脑、小脑和脊髓的多种神经元中都存在GPR40，主要位于这些神经元的核与核周体。另外，在大脑白质中的星形神经细胞、大脑皮质的分子层和多形层、侧脑室后角的脑室下区等均发现了GPR40的免疫反应;他们用双重染色法还发现海马齿状回的颗粒层下区中，由巢蛋白标记的神经前体细胞和由CD31标记的内皮细胞均有GPR40表达。早在2003年Briscoe等［2］就用定量反转录-聚合酶链反应检测发现了人脑组织中普遍表达GPR40，尤其是黑质和延髓表达水平最高。

2 GPR40的生物学功能

近年来研究认为GPR40是中长链脂肪酸的特异性受体［5］。GPR40对短链脂肪酸不敏感，而对中长链不饱和脂肪酸敏感，特别是十二碳至十六碳的饱和脂肪酸和十八碳至二十二碳的不饱和脂肪酸对GPR40的刺激活性很明显［6］。Shapiro等［7］在实验中证实，脂肪酸对GPR40阳性细胞的作用在白蛋白浓度增高时受到抑制。可以推断，GPR40阳性细胞是被非酯化脂肪酸激活的。研究发现脂肪酸对GPR40的作用还与其浓度有关。Briscoe等［2］的研究结果表明，生理浓度脂肪酸具有最佳刺激作用。Kim等［8］在中枢神经中的GPR40研究中发现DHA在神经生存和分化中起重要作用，而海马与认知功能关系密切［9-12］，这种作用很可能是DHA提高了海马内GPR40表达造成的。

3 GPR40的生物学效应

3.1 调节胰岛素分泌 体外培养分析表明，脂肪酸刺激第6小鼠胰腺细胞系(mouse insulinoma cell line 6，MIN6)细胞分泌胰岛素。Doshi等［13］给小鼠服用GPR40受体激动剂，使小鼠体内葡萄糖刺激性胰岛素分泌增多。胰岛素抵抗是糖代谢紊乱中的一个难题，研究发现GPR40受体激动剂可以改善胰岛素抵抗小鼠对血糖的耐受能力［14］。Itoh等［15］发现经过小分子干扰RNA的处理，MIN6细胞上GPR40 mRNA的表达减少，应用中长链脂肪酸不能再刺激MIN6细胞分泌胰岛素。Latour等［16］对剔除GPR40基因的小鼠进行研究发现，脂肪酸刺激后的胰岛素分泌较对照组减少约50%。Alquier等［17］进一步发现剔除GPR40后，给予脂肪酸、葡萄糖和精氨酸刺激，胰岛素释放明显减少。因此，不难得出GPR40参与脂肪酸增强葡萄糖诱导的胰岛素分泌的结论。Feng等［6］发现脂肪酸激活GPR40阳性细胞后，磷脂酶C和L型钙离子通道开放，细胞内钙离子浓度升高，而钙离子升高是细胞分泌胰岛素的关键。Gilon等［18］发现把MIN6细胞置于缺乏钙离子的介质中，非酯化脂肪酸不能刺激MIN6细胞分泌胰岛素;钙离子通道阻滞剂硝苯地平能够抑制用非酯化脂肪酸处理的MIN6细胞的葡萄糖刺激的胰岛素释放，均提示钙离子内流是非酯化脂肪酸增强葡萄糖刺激的胰岛素释放的关键环节。另外，GPR40被激活以后，细胞内的环磷酸腺苷和蛋白激酶A活性增加，减少细胞的电压门控钾离子通道电流，促进细胞分泌胰岛素。但是，在正常基础血糖的条件下脂肪酸并没有明显作用，而在可以刺激胰岛素分泌的血糖浓度时效果明显，可见非酯化脂肪酸是葡萄糖刺激细胞内钙离子浓度增高的增强剂。Del Guerra等［19］发现2型糖尿病患者的胰岛中GPR40表达较少。值得注意的是，长期应用脂肪酸可增加其对胰岛β细胞的脂毒性作用，较长时间内应用可使胰岛细胞过度分泌造成低血糖或胰岛功能衰竭［20］。在GPR40－/－小鼠中，非酯化脂肪酸对胰岛β细胞的脂毒性则并不发生［21］，且长期高脂饮食发生胰岛素抵抗事件也较 GPR40阳性组少［22］。

3.2 GPR40对中枢神经的作用 Kawakita等［23］发现DHA作为GPR40的高亲和性配体，有促进成熟神经生成的作用和抑制神经细胞凋亡的作用。有学者发现除了外源性DHA外，星形细胞可以合成DHA，且已达成对神经细胞的保护性作用［24］。在猴脑的海马齿状回的血管内皮细胞和星形细胞上都被证实有GPR40蛋白，血管内皮细胞再释放信号因子到母细胞，促使神经元母细胞自我更新和分化为神经元［25］。GPR40可以促进骨髓间充质干细胞表达神经元的表面标志物［26］。大鼠神经干细胞神经转染GPR40基因后可以在DHA作用下更快分化［27］。GPR40蛋白水平在缺血后2周内不断升高，第15天达到高峰，经过光密度定量分析，GPR40增多差异有统计学意义［28］。成熟细胞标志物神经元核蛋白阳性的GPR40明显增多，未成熟神经细胞标志物唾液酸神经细胞黏附分子阳性的GPR40细胞在缺血后增加了1.5倍［4］。猴脑在缺血后2周内GPR40表达增多，这正与成熟神经生成的时间点吻合［29］。另外，GPR40在DHA作用下可以对缺血性脑损伤的猴子记忆能力有恢复作用［4，30］，可以推断GPR40与成熟神经生成和修复密切相关。目前，对神经病理性疼痛治疗药物的研究主要集中在镇痛药、钠拮抗药、缓激肽阻断药、5-羟色胺受体阻断药、生长因子抑制药、谷氨酸抑制药、腺苷抑制药等［31-32］。但研究发现GPR40可以调节疼痛反应［33］，证实GPR40与神经功能关系密切。进展型脑卒中后，胰岛素抵抗发生，血糖升高［34］，而GPR40可以使胰岛素抵抗状态的血糖下降，使得通过干预GPR40治疗颅脑创伤成为可能。此外，糖尿病是阿尔茨海默病及血管性痴呆的高危因素［35-37］。痴呆与海马代谢有着密切联系，而GPR40同样存在于海马，GPR40可能在预防或治疗痴呆方面发挥一定作用。

4 小结

GPR40可以刺激胰岛 β细胞分泌胰岛素，在DHA的作用下可以促进成熟神经生成和抑制神经细胞凋亡，保护神经以减轻损伤。除此之外，GPR40还有调节疼痛的作用，从另一角度证实GPR40与神经系统的关系。胰岛素同样具有神经保护作用，脑组织内广泛存在GPR40和胰岛素受体，且部分神经细胞还可以分泌胰岛素。胰岛素和GPR40在中枢神经系统内很有可能存在密切联系，有待于进一步研究。

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