C肽生物活性及其在糖尿病并发症治疗中作用的研究进展

郭凤琪，魏倩萍

(重庆医科大学附属第一医院，重庆400016)

C肽是连接胰岛素原α链和β链的31个氨基酸肽，在胰岛素生物合成过程中起着重要的作用。胰岛素原裂解后，C肽与胰岛素一起储存在胰腺细胞的分泌颗粒中，随后等量释放于循环中。相较于胰岛素，C肽在代谢过程中肝脏清除率小，最终主要由肾脏分解，半衰期更长，最初被认为不具有生物活性，而广泛作为临床衡量内源性胰岛素分泌功能及糖尿病的诊断和治疗指标。最近20余年，C肽在糖尿病中的生理功能和潜在的保护作用备受关注。大量关于糖尿病患者和动物模型的研究表明，C肽能够与细胞膜特异性结合，引发细胞内信号传导的级联反应，具有多种生物活性。这些信息支持这样一种假设，即C肽联合胰岛素可能是防治糖尿病相关并发症的一种有用的辅助手段。现将C肽生物活性及其在糖尿病并发症治疗中作用的研究进展综述如下。

1 C肽的生物活性

1.1 C肽与细胞膜的结合 C肽能够与细胞膜特异性结合，从而发挥其生物学活性；这已在几种不同类型的细胞中得到证实，其C-末端的五肽可能为参与结合的“活性位点”[1]。结合动力学表明，C肽可能结合在细胞表面一个复杂的蛋白质复合物而不是单一的受体[1]。C肽与细胞膜相互作用的确切机制尚不清楚，但暴露于C肽后观察到的细胞内信号级联反应通常与G蛋白偶联受体(GPCR)的激活相关，此外百日咳毒素预处理也能破坏C肽与人细胞膜的特异性结合，表明GPCR参与了C肽的信号传导[1]。但是，GPCR的性质长期以来并不清楚。然而，Yosten等[2]研究发现，在使用小干扰RNA敲除GPR146后，C肽的细胞内信号传导被阻断，表明GPR146可能参与了C肽介导的信号传导，而不是其他几个孤立的GPCR。此外，C肽的刺激可导致GPR146内化，C肽和GPR146在细胞膜上呈现点状共位化，其数量随时间增加，表明GPR146可能是C肽信号复合物的一部分[2]。结合曲线表明，C肽与相关受体结合的饱和浓度为0.9 nmol/L[1]，即在健康人生理浓度范围内，C肽与细胞膜的结合可能已经饱和，这或许有助于解释早期在健康受试者或动物实验中未发现C肽生物活性的原因。

1.2 C肽的细胞内通路 在生理浓度下，C肽与细胞膜结合导致G蛋白激活、Ca2+内流，细胞内Ca2+浓度迅速升高[3]。C肽可引起磷酸酯酶C(PLC)、蛋白激酶C(PKC)异构体的磷酸化和丝裂原-活化蛋白激酶(MAPK)复合物的激活[4,5]，从而激活细胞内几种重要的转录因子。C肽也可引起磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)磷酸化，激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR-γ)介导的转录活性[6]。

C肽引起的最终重要作用之一是调控Na+-K+-ATP酶的活性，而Na+-K+-ATP酶对于维持细胞体积、细胞膜电位和Ca2+浓度至关重要。在生理浓度下，C肽引起细胞内Ca2+浓度升高，对Na+-K+-ATP酶活性有刺激作用并呈浓度依赖性[4]；另外，C肽也经PKC、细胞外信号调节激酶(ERK)1/2和转录因子ZEB增加Na+-K+-ATP酶的表达[4,7]。此外，在1型糖尿病(T1DM)患者中观察到，红细胞Na+-K+-ATP酶活性降低与C肽水平下降成正比，并可通过C肽治疗或胰岛细胞移植恢复内源性C肽分泌后纠正[8,9]。C肽引起的最终重要作用之二是其能激活内皮细胞一氧化氮合酶(eNOS)，增加一氧化氮的合成。在细胞实验中，这种效应在无Ca2+的培养基中能够被消除[3]。C肽也可经ERK1/2上调eNOS的基因转录，引起eNOS蛋白表达增加[10]。此外，C肽已被证明可以调节胰岛素受体底物1(IRS-1)的磷酸化以及蛋白酪氨酸磷酸酶(AKT)的活性[11]，这两者都与胰岛素受体信号传导相关，提示C肽信号可以在胰岛素受体水平与胰岛素途径交互作用。

1.3 C肽的抗氧化、抗炎、抗凋亡作用 细胞内活性氧(ROS)在生理水平发挥着重要作用，为维持细胞功能所必需；然而，过量的细胞内ROS积累是导致细胞损伤的有害因素。在高糖环境下，NADPH氧化酶过度激活是内皮细胞产生ROS的主要来源，而C肽对内皮细胞ROS形成的直接抑制作用已经被多个研究所证实。在人脐静脉内皮细胞中，C肽通过刺激腺苷酸活化蛋白激酶α(AMPKα)活化调控下游凋亡信号，对NADPH氧化酶产生抑制作用，减少高糖诱导下的ROS产生，并最终减弱细胞和线粒体内的ROS循环[12]。在链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠中，C肽通过阻止Rac1从细胞质到细胞膜的易位，抑制内皮细胞中高糖诱导的NADPH氧化酶活性[13]。此外，C肽可阻断ROS介导的促凋亡酶谷氨酰胺转氨酶2的活化[14]，通过降低Caspase-3的水平和活性并刺激抗凋亡蛋白Bcl-2的产生来发挥进一步的抗凋亡作用[18]。

研究发现，C肽通过抑制NF-κB的转录活性，减少促炎细胞因子和趋化因子(人单核细胞趋化蛋白1、白细胞介素8、白细胞介素1、白细胞介素6、巨噬细胞炎性蛋白1α、肿瘤坏死因子α)的分泌，下调纤溶酶原激活物抑制因子1的表达、降低细胞黏附分子(细胞间黏附分子1、血管细胞黏附分子1、P选择素)的表达[15]，对高糖诱导的内皮功能障碍起到一定的保护作用。但是，C肽抑制NF-κB核转位的确切机制尚不清楚。

氧化应激也是糖尿病中导致胰岛β细胞死亡的一个主要因素。在T1DM中，因自身免疫反应分泌的炎性细胞因子，使细胞内反应生成过多的ROS，导致β细胞应激和凋亡。在2型糖尿病(T2DM)中，因高血糖、循环细胞因子和游离脂肪酸的升高等因素，会引发细胞内ROS的积累，导致β细胞肥大、失去功能和细胞凋亡。有研究表明，通过给予外源性C肽或使用诱导内源性C肽分泌的磺脲类药物，能降低大鼠胰岛素瘤细胞系(INS-1)β细胞中ROS生成[16]。这些研究支持这样一种假设：C肽在β细胞中通过自分泌的方式增强β细胞抗氧化作用，对β细胞具有保护作用。这可能有助于解释在T1DM患者中残留有低水平C肽的人群相比完全缺乏的人群，糖尿病并发症发生率更低的现象。

2 C肽在糖尿病并发症治疗中的作用

2.1 C肽与糖尿病肾病 早期临床研究显示，同时给予C肽和胰岛素治疗T1DM患者，可降低肾小球高滤过，从而改善肾小球功能，而单独应用胰岛素治疗则无此作用[17]。在胰岛移植治疗的T1DM患者中，也观察到尿蛋白排泄减少和肾功能改善[9]，推测与C肽有关。动物实验发现，C肽治疗可降低糖尿病大鼠肾小球高滤过和蛋白渗漏，抑制系膜基质扩张来防止肾小球肥大，这种保护作用独立于胰岛素作用之外[18]。研究认为，C肽的肾脏保护作用是通过调节内皮细胞eNOS、Na+-K+-ATP酶活性介导的[19]。此外，在体外培养的肾脏微血管内皮细胞中，C肽通过恢复线粒体复合物1的正常活性来阻断高糖诱导的ROS产生[20]。另有研究显示，C肽能拮抗转化生长因子β1的促纤维化作用[21]，阻断肿瘤坏死因子α诱导的肾脏细胞凋亡。

关于C肽在T2DM肾病中的作用，目前研究相对较少。部分对T2DM患者的回顾性分析表明，C肽的基线水平越高，发生糖尿病肾病等微血管并发症的风险就越低[22]，表明C肽在这些患者的治疗中可能具有肾保护作用。一项关于T2DM肾病大鼠的研究表明，T2DM肾病大鼠血清C肽远低于正常水平，C肽通过蛋白激酶α介导对纤连蛋白的合成产生抑制作用，从而减轻T2DM大鼠肾脏损伤[23]。

2.2 C肽与糖尿病神经病变 早期在动物模型和T1DM患者中进行的研究表明，C肽治疗可以预防和改善糖尿病神经病变，包括神经系统功能和结构异常的改善[24,25]。近年来，这一理论在T2DM患者中也得以证实。一项对于T2DM患者的研究发现，随着C肽质量浓度的下降，T2DM周围神经病变的分期逐渐加重，提示C肽对糖尿病周围神经有保护作用[26]。C肽的有益作用可能与多种因素有关，包括改善神经内膜血流灌注、增强Na+-K+-ATP酶活性、减轻神经细胞凋亡、促进神经纤维再生以及上调多种神经生长因子的基因表达[24]。

2.3 C肽与糖尿病视网膜病变 关于T1DM的糖尿病控制与并发症研究和一项涉及1 410例韩国T2DM的横断面研究发现，血清C肽水平与糖尿病视网膜病变密切相关，C肽水平越低，糖尿病视网膜病变的患病率越高[22,27]。动物实验表明，C肽治疗可以明显减少糖尿病小鼠视网膜微血管的渗漏[28]。此外，在一项T1DM患者的双盲随机研究中也发现，接受C肽和胰岛素联合治疗4周后，实验组较对照组(仅接受胰岛素治疗)血-视网膜屏障上的荧光素泄漏较对照组减少约30%[17]。血管内皮生长因子(VEGF)被认为是糖尿病视网膜病变血管通透性增强的主要介质，高糖、缺氧、氧化应激和炎症反应会增加VEGF的表达[29]。在糖尿病中，视网膜VEGF的过度表达刺激视网膜内皮细胞ROS产生和应力纤维的形成，阻断钙黏蛋白介导的血管内皮细胞黏着连接，导致血管通透性增加和黄斑水肿[30,31]。最近的研究表明，C肽可以通过抑制ROS的生成、应力纤维的形成、钙黏蛋白的降解来预防糖尿病小鼠VEGF介导的微血管通透性增加[28]。此外，ROS诱导的视网膜血管内皮细胞和周细胞凋亡也影响着糖尿病视网膜病变的进展，C肽能通过抑制ROS的生成，对内皮细胞凋亡起到保护作用。

2.4 C肽与糖尿病大血管病变 动脉粥样硬化是糖尿病大血管病变的主要表现，目前关于C肽在糖尿病大血管病变中的作用存在争议。已有研究表明，C肽可以降低几种重要的黏附分子的表达、抑制炎症介质的分泌[32]，来调节白细胞向血管壁的募集，抑制高血糖状态下血管平滑肌细胞的增殖[33]，表明C肽可抑制早期动脉硬化的形成。而其他研究表明，C肽可以在血管壁上沉积，诱导单核细胞和CD4+T淋巴细胞聚集并移行到血管内皮下层，并可能诱导血管平滑肌细胞的增殖[34]，从而促进动脉粥样硬化形成。此外，基于T1DM和T2DM患者的研究结果也并不一致。尽管相互矛盾，这些发现均提示C肽与动脉粥样硬化密切相关。

综上所述，现有的研究显示出C肽潜在的有益生理作用，C肽不足被认为是除胰岛素缺乏、高血糖之外导致糖尿病并发症发生发展的第三个主要因素，C肽联合胰岛素作为糖尿病并发症的一种综合治疗策略已显示出其临床应用前景，但关于C肽受体及C肽在正常和病理状态下的作用机制仍需进一步研究。此外，目前的研究多集中在T1DM患者或T1DM动物模型，少数涉及T2DM的研究也存在矛盾的结论。相较于T1DM和T2DM晚期胰岛素和C肽均处于缺乏，T2DM早期则表现为胰岛素抵抗和C肽水平升高，这提示C肽在T2DM不同病程阶段的作用或许有所差异，尚需进一步研究来阐明。