葡萄糖调节蛋白78在糖尿病常见慢性并发症中的作用研究

陈 聪，喻 嵘*，吴勇军

（湖南中医药大学，湖南 长沙 410208）

葡萄糖调节蛋白78在糖尿病常见慢性并发症中的作用研究

陈 聪，喻 嵘*，吴勇军

（湖南中医药大学，湖南 长沙 410208）

葡萄糖调节蛋白78（GRP78）是存在于内质网上主要的分子伴侣蛋白，也是内质网应激的标志性分子之一。近年来实验研究证实GRP78与糖尿病慢性并发症的发生、发展密切相关；靶向GRP78的研究也为糖尿病慢性并发症的治疗提供了新思路和新方法。

GRP78；糖尿病慢性并发症；作用机制

目前，糖尿病（Diabetes mellitus，DM）已成为继心脑血管疾病、恶性肿瘤之后的第三大疾病。2011年全世界约有3.66亿DM患者，至2030年将超过4.39亿甚至达5.52亿人[1-2]。DM特别是后期引起的各种慢性并发症，因多系统和多种器官受损，导致死亡率升高。

DM慢性并发症可遍及全身各重要器官，但发病机制复杂，目前未完全阐明。内质网应激是引起DM及慢性并发症发生发展的关键机制之一[3-4]。内质网是蛋白质合成、折叠、运输以及储存钙的主要场所，当机体功能紊乱出现错误折叠与未折叠蛋白在腔内聚集以及细胞内钙平衡紊乱的状态，称为内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)。

葡萄糖调节蛋白78（Glucose regulated protein 78kD，GRP78）是ERS的标志性分子之一[5-7]，是存在于内质网上主要的分子伴侣蛋白，属于热休克蛋白70家族的一员。GRP78主要参与阻止内质网新生肽聚集、调节内质网钙稳态、抗内质网相关性细胞凋亡，以及启动未折叠蛋白反应等细胞生命过程。近年相关研究发现GRP78与基因的表达水平异常及DM慢性并发症的发生、发展密切相关。GRP78参与糖尿病性动脉粥样硬化、糖尿病肾病、糖尿病脑病等多种慢性并发症的病理过程，已有研究报道主要表现在以下几方面。

1 糖尿病大血管病变

糖尿病性动脉粥样硬化（Diabetic atherosclerosis，DA）是DM大血管并发症之一，主要表现为主动脉、冠状动脉、脑动脉、肾动脉和肢体外周动脉等血管病变，然而，其发病机制复杂，尚未完全阐明。

ERS标志分子GRP78与DA的发生发展密切相关。董晓光等[8]用高脂高糖饮食联合喂养apoE-/-/LDLR-/-雄性小鼠6周后，腹腔单次注射链脲佐菌素(Streptozotocin，STZ)100 mg/kg诱导建立2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus，T2DM）动脉粥样硬化小鼠模型，检测GRP78等在主动脉根部的表达。研究结果显示:在apoE-/-/LDLR-/-小鼠10周龄时主动脉组织GRP78mRNA的基因表达水平明显上调并持续至18周；同时，该小鼠GRP78在主动脉粥样硬化斑块内表达水平也上调；18周龄时，主动脉粥样硬化斑块中膜平滑肌的GRP78表达水平亦上调。

在治疗方面，Kurokawa等[9]用8周龄雄性仓鼠单次腹腔注射STZ（30 mg/kg）诱导DM主动脉应激，免疫组织化学和逆转录-聚合酶链式反应(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction，RTPCR)结果显示:ERS标志物GRP78和mRNA基因的表达水平上调。4-苯丁酸钠治疗后可下调GRP78和mRNA基因表达水平，但并不能改善主动脉动脉粥样硬化病变。

此外，高血糖诱导的血管细胞内ERS被认为是DA和心血管并发症发生发展的一个重要因素。Schisano等[10]用高糖诱导人脐静脉内皮细胞 ERS，采用Western blotting法评估ERS标志分子GRP78等蛋白的表达水平，发现与对照组比，高糖培养的人脐静脉内皮细胞ERS GRP78等标志物表达水平均上调，同时胰高血糖素样肽-1类似物利拉鲁肽可下调GRP78等的表达，对高糖诱导的人脐静脉内皮细胞ERS有抑制作用并呈现剂量依赖性。

2 糖尿病微血管病变

2.1 糖尿病肾病

糖尿病肾病（diabetic Nephropathy，DN）是DM微血管病变的主要表现形式之一，也是导致终末期肾病第一位或第二位的病因。终末期肾病需维持性肾脏替代治疗，是DM的主要死亡原因之一。目前DN发病机制尚不明确，已有研究显示GRP78与DN发生发展密切相关。

Cao等[11]用大鼠单侧肾切除联合单次腹腔注射STZ 65 mg/kg诱导DN模型。8周后免疫组织化学检测GRP78等ERS蛋白的表达水平和分布。发现与对照组相比，GRP78在糖尿病肾脏肾小球和肾小管上皮细胞表达水平上调。

在治疗方面，齐伟等[12]采用高糖高脂饮食联合左肾切除及腹腔单次注射STZ建立DN大鼠模型。免疫组织化学和实时荧光定量RT-PCR结果显示: DN大鼠GRP78和mRNA基因表达水平显著上调；4-苯基丁酸治疗12周显著下调DN大鼠肾组织中GRP78和mRNA基因表达水平。Sun等[13]采用雄性SD大鼠腹腔单次注射STZ 60 mg/kg诱导DN模型，并给予血管紧张素转换酶抑制剂培哚普利治疗24周后，发现培哚普利减少DN大鼠肾小管细胞凋亡，可能与ERS GRP78等蛋白表达水平下调有关。

此外，足细胞是DN发生、发展的关键靶细胞之一。曹延萍等[14]研究显示:高糖刺激分别处理足细胞 12、24、48、72 h后，足细胞内 GRP78等蛋白和mRNA基因表达水平较对照组上调。研究提示: ERS标志分子GRP78参与了高糖诱导的肾小球足细胞损伤。

2.2 糖尿病心肌病

糖尿病心肌病 （diabetic cardiomyopathy，DCM）主要表现为心脏微血管病变和心肌代谢紊乱及引起的心肌广泛灶性坏死，并可诱发心力衰竭、心律失常、心源性休克和猝死等。GRP78在DCM的发生发展和治疗中亦引起了关注与重视。

马伟斌等[15]用Wistar大鼠高脂高糖饲养4周后腹腔注射STZ 35 mg/kg制备DCM大鼠模型并观察4周。研究结果显示:心肌组织GRP78等蛋白和mRNA基因表达水平上调，予葛根素80 mg/（kg·d）治疗6周后能下调心肌GRP78和基因的表达水平。研究提示:GRP78可能是葛根素心肌保护作用的靶点之一。

在治疗方面，Younce等[16]发现胰高血糖素样肽-1受体激动剂Exendin-4对心肌细胞有保护作用，通过下调高糖诱导的新生大鼠心肌细胞GRP78和CCAT/增强子结合蛋白同源蛋白（CCAT/enhancer binding protein homologous protein，CHOP）的表达水平从而减少心肌细胞凋亡。Liu等[17]用胰高血糖素样肽-1模拟肽治疗大鼠DCM后显示:胰高血糖素样肽-1模拟肽改善心功能，显著下调大鼠心肌GRP78等蛋白和基因的表达水平，并且这种改善作用独立于血糖控制之外。

2.3 糖尿病性视网膜病变

糖尿病性视网膜病变 （Diabetic retinopathy，DR）是DM最常见和最严重的微血管并发症之一，是DM患者视力丧失的主要原因。引起DR的具体机制目前尚不清楚，ERS标志蛋白GRP78与DR的发生发展密切相关。

DR早期特征是视网膜微血管周细胞的损伤。Fu等[18]研究发现高度氧化的糖化低密度脂蛋白诱导人视网膜微血管周细胞ERS分子GRP78的表达水平上调；ERS导致的线粒体功能障碍和细胞凋亡、自噬与周细胞的丢失密切相关。

也有相关研究认为DR早期可能是通过ERS介导的，但不引起GRP78的变化。Li等[19]对人视网膜微血管内皮细胞在不同浓度葡萄糖的存在下GRP78、CHOP等的mRNA和蛋白表达水平进行了检测。结果显示:CHOP的表达水平明显上调，细胞凋亡明显增加，而GRP78表达水平不变。研究提示: GRP78的表达水平可能与选取检测的视网膜微血管细胞种类及时间点的不同有关。

3 糖尿病神经系统并发症

3.1 中枢神经系统病变

糖尿病脑病 （diabetic encephalopathy，DE）是DM中枢神经系统慢性并发症之一。其主要表现为轻中度的认知功能障碍、学习和记忆能力下降。目前DE的发病机制具体尚不清楚。脑星形胶质细胞是中枢神经系统内在数目占绝对优势的一类大胶质细胞，被认为在神经元的整个发育过程中起重要作用。Lind等[20]研究发现在体外高糖培养4周的星形胶质细胞中GRP78等表达水平低于低糖培养组。研究提示:高糖诱导星形胶质细胞ERS与葡萄糖消耗的浓度和培养周期有关。

3.2 周围神经系统病变

糖尿病性周围神经病变 （diabetic peripheral neuropathy，DPN）是DM导致的神经病变中最为常见的一种，其病变早期呈现相对可逆性，后期多发展为顽固性难治性神经损伤，是DM致残的主要原因之一。

Lupachyk等[21]用Zucker肥胖型DM大鼠模型研究发现:ERS分子 GRP78等蛋白表达水平在Zucker大鼠坐骨神经中明显上调。研究结果表明: ERS在DPN过程中扮演了重要角色。

4 其他

4.1 非酒精性脂肪性肝病

非酒精性脂肪性肝病 （non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）是DM尤其是T2DM一种较为常见的肝脏并发症。毛刘锋等[22]用低密度脂蛋白受体基因突变小鼠LDLR-/-高脂联合单次腹腔注射STZ（100 mg/kg）建立NAFLD模型，研究显示10周龄和18周龄的T2DM鼠肝脏GRP78等mRNA的表达水平显著上调，并与肝脏游离脂肪酸和甘油三酯的增高具有一致性。研究提示:ERS在T2DM小鼠脂肪肝发生发展过程中起着重要作用，并参与调节肝脏脂质的合成与代谢过程。

4.2 脑缺血

Srinivasan等[23]用高脂饮食及小剂量STZ建立T2DM大鼠模型基础上大脑中动脉闭塞2 h后再灌注22 h诱导局灶性脑缺血，研究结果显示:DM大鼠缺血/再灌注组与对照组比，大脑组织表现为较大的脑梗塞体积、较严重的神经功能缺损和显著上调的GRP78等蛋白表达水平。研究提示:DM脑缺血/再灌注损伤的加重可能与ERS的激活有关。

5 中医药研究

梁丽娜等[24]用雄性SD大鼠高脂饲料喂养联合单次腹腔注射1%STZ溶液建立DM模型。DM模型成功基础上通过疲劳过度加饥饱失常的复合因素建立脾气虚证模型，之后造模大鼠灌服伤阴药（方含吴茱萸、附子、肉桂），建立脾阴虚DE病证结合模型；通过跳台实验和水迷宫实验进行行为学测试，验证DE模型的成功，以滋补脾阴方药（方含人参、山药、白芍、扁豆、茯神、檀香等）治疗；Western Blotting检测各组大鼠海马GRP78等蛋白表达水平，发现滋补脾阴方药可以改善脾阴虚DE大鼠学习记忆障碍，其机制可能与下调GRP78等蛋白表达水平有关。常晓慧等[25]用雄性SD大鼠腹腔单次注射1%的STZ建立T2DM模型，发现T2DM海马GRP78等蛋白表达水平上调。中药金智达（主要为人参、远志提取物及绿茶提取物茶氨酸和茶多酚）具有降低GRP78等蛋白表达水平，抑制ERS，改善认知功能的作用。

6 结语

DM慢性并发症的发病机制目前尚未完全阐明，与多方面因素的相互影响有关。高糖环境是DM及其并发症的主因，血糖增高通过多种机制在DM慢性并发症中扮演重要角色。各种机制可单独出现或同时或先后出现，并最终对心、脑、肾等重要靶器官造成损害。因此，明确DM慢性并发症的发病机制对临床防治将具有重要意义。ERS作为一种较新的机制在DM慢性并发症发生发展过程中的作用，也逐渐引起了关注与重视。GRP78作为ERS标志分子之一，其蛋白和（或）基因的异常表达与DM多种慢性并发症相关。因而，以GRP78为靶向的研究对临床治疗具有较重要的意义。此外，近年来在DM慢性并发症治疗方面，相关研究还提示从根本上改善或解除ERS赖以产生和发展的条件，就可延缓DM慢性并发症的发生发展；同时，ERS凋亡信号分子CHOP等蛋白及基因表达水平在DM多种慢性并发症病理过程中也异常，因此，在此方面的研究也值得进一步的探讨。

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（本文编辑 杨 瑛）

Research of the effects of glucose regulated protein 78 on chronic diabetic complications

CHEN Cong,YU Rong,WU Yongjun
(Hunan University of CM,Changsha,Hunan 410208,China)

Glucose regulated protein 78 (GRP78)is a main molecular chaperone protein in the endoplasmic reticulum and one of the marker molecules of endoplasmic reticulum stress.In recent years,experimental studies are confirmed that GRP78 is correlated with the occurrence and the developmentofchronic complicationsofdiabetes.The studiesoftargeted GRP78 are provided new approaches for the treatment of chronic diabetic complications.

GRP78;chronic diabetic complications;mechanism of action

Q71；R587.1

A

10.3969/j.issn.1674－070X.2014.01.016.053.04

2013－10－10

国家自然科学基金面上项目（81273753）；湖南省自然科学基金（12JJ2048）；湖南省研究生科研创新项目（CX2013B321）。

陈 聪，女，湖南中医药大学2012级博士研究生，研究方向:内分泌疾病的中医辨证规律及其防治研究。

*喻 嵘，女，教授，博士研究生导师，E-mail:yuron@21cn.com。