Ghrelin对糖尿病及其并发症的影响

郭任伟，王 颖

(1.扬州大学医学院，江苏 扬州 225000； 2.扬州大学附属医院内分泌科，江苏 扬州 225000)

中国是世界上糖尿病发病率最高的国家，糖尿病发病率持续上升。据报道，1980年中国糖尿病患病率为0.67%，2010年最新公布的全国估计数字为11.6%[1]。此外，越来越多的年轻人被诊断为糖尿病。在亚洲糖尿病联合评估项目中，大约20%的糖尿病患者在40岁前即被诊断[1]。促摄食激素(Ghrelin)与糖尿病发病机制的关系仍是人们关注的热点，尤其是Ghrelin与胰岛α细胞分泌胰高血糖素之间的关系值得进一步探讨，其研究结果有望为糖尿病的防治带来新的成果。慢性并发症是糖尿病导致的主要危害，这些并发症大致分为微血管并发症(包括神经病变、肾病和视网膜病变)及大血管并发症(包括心血管和外周血管疾病)。目前对糖尿病并发症的治疗方法仍然有限，迫切需要更好地阐明糖尿病并发症的潜在疾病机制，以便为其制订新的或改进的治疗策略[2]。Ghrelin最初是作为一种促进食欲的肽类物质被发现的，随着研究的进展，其在糖尿病并发症中的重要作用越发显著，可成为治疗糖尿病的新的研究方向[3]。现就Ghrelin与糖尿病的发病机制及其在糖尿病并发症中的相关作用予以综述。

1 Ghrelin简介

促摄食激素Ghrelin是含有28个氨基酸的小分子多肽，是1999年首次在大鼠胃中发现的一种生长激素促泌素受体(growth hormone secretin receptor,GHS-R)的内源性配体[4]。1973年，Bowers等合成一类分泌生长激素的生长激素释放肽(growth hormone releasing peptides,GHPs)，包括GHP-6和随后的GHP-1，GHP-2′hexeralin[4]。1993年，Smith等基于GHP-6的三维结构合成非肽类生长素，其中作用最强的是MK0677[4]。GHPs、生长素促泌物(growth hormone secretagogues，GHSs)能通过G蛋白偶联受体刺激垂体生长激素释放。许多合成肽和非肽类物质在体内外均能促进生长激素的分泌，这些合成物质统称为GHSs。1999年，Kojima等[4]建立了稳定表达GHS-R的中国仓鼠卵巢细胞株，通过对大鼠胃、肠、心、肺、脑、肾等的提取物检测，发现大鼠胃组织提取物中的活性最高，并从中分离纯化出了含有28个氨基酸的酰化肽，证明它是GHS-R的内源性配体，命名为Ghrelin。近年来，随着科学研究的深入，人们对这一激素的认识也在不断深入，远远超出了促进生长激素分泌的范畴。

除被几种蛋白酶水解切割从由117个氨基酸构成的前体preproGhrelin生成由28个氨基酸组成的Ghrelin外，Ghrelin还经历了独特的翻译后修饰，其中第3个丝氨酸残基N-辛酰化是其发挥生物活性的重要条件。其辛酰基的附着是由Ghrelin O-酰基转移酶催化的。Ghrelin O-酰基转移酶是目前唯一已知的催化酰基修饰酶，其含有11个跨膜螺旋和一个折返环，是多面体整合膜蛋白[5]。研究表明，Ghrelin O-酰基转移酶可以预防饥饿性低血糖，且通过生长激素介导来维持血糖平衡[6]。另外，Ghrelin O-酰基转移酶信使RNA除存在于胃、胰腺外，据报道，其在人体组织中广泛表达[7],在血浆中也有表达[8]。

如前所述，胃是分泌Ghrelin的主要部位。除胃外，Ghrelin在许多组织中表达，如十二指肠、空肠、回肠、结肠、肺、心脏、胰腺、肾、睾丸、垂体和下丘脑[9]。Ghrelin发挥其广泛生理作用的前提是必须先与其受体GHS-R结合。GHS-R是一个G蛋白偶联受体，广泛分布于中枢神经系统和外周组织，分为GHS-R1a型和GHS-R1b型，Ghrelin通过与GHS-R1a结合而发挥促进生长素分泌的作用[4]。

2 Ghrelin与糖尿病的关系

2.1Ghrelin与胰岛素抵抗的关系 胰岛素抵抗是糖尿病的发病机制之一。目前对Ghrelin在胰岛素抵抗方面的研究结果还存在争议。Ghrelin在体内以酰化Ghrelin(acylated Ghrelin，AG)和非酰化Ghrelin(unacylated ghrelin，UAG)循环。目前研究证实，AG除可以升高血糖外，还可抑制胰岛素分泌[10]。一项对GHS-R缺失小鼠进行的研究发现，其糖耐量明显改善及分泌胰岛素的能力得到明显提高[11]。另外，GHS-R抑制剂的应用也可得到相似的结论[12]。

AG可以通过与GHS-R的结合发挥生物效应，而UAG缺乏生物学活性，且不能与GHS-R1a结合发挥作用。然而近年来有研究发现，UAG在体内亦能发挥部分类似AG的生理作用，如抑制细胞凋亡、改善炎症状态、促进自噬作用等，但这种作用可能并不依赖GHS-R1a受体[13]。研究表明，UAG可以预防AG在健康志愿者和生长激素缺乏患者中的致糖尿病作用，主要是通过改善胰岛素敏感性，且UAG能迅速增强2型糖尿病患者的胰岛素敏感性[14]。顾丹阳[15]试验研究结果再次证实了Ghrelin与2型糖尿病密切相关，且干预AG/UAG比例对改善胰岛素抵抗有一定作用。同时发现总Ghrelin水平是胰岛β细胞功能指数的独立影响因素，而AG、UAG与胰岛功能无相关性。另外，AG/UAG比值可能作为肥胖2型糖尿病患者的潜在治疗手段之一。AG、UAG以及AG/UAG比值在体内对于糖代谢的作用及其差异仍需要前瞻性研究及基础研究进一步明确，其调控机制目前尚未完全阐明亦有待深入研究。

2.2Ghrelin与胰岛素分泌的关系 胰岛β细胞受损是糖尿病传统发病机制之一。胰岛β细胞分泌胰岛素来发挥其降低血清葡萄糖的生理作用。Ghrelin主要由哺乳动物胃黏膜合成和释放，研究发现Ghrelin和其受体GHS-R在胰岛α、β和δ细胞细胞膜均可表达。故推断Ghrelin可能对血糖的调节产生某种影响。此外，在胰静脉中Ghrelin的浓度是胰动脉的8倍，提示Ghrelin在胰岛细胞中合成和释放，并可能通过自分泌和旁分泌作用于胰岛细胞[16]。目前研究发现，在胰岛β细胞中，Ghrelin通过两种途径抑制胰岛素分泌：一种是抑制钙离子通道、增加细胞的动作电位；另一种是通过抑制环磷酸腺苷信号转导通路从而达到作用效果[17]。研究发现，Ghrelin通过几个途径来调节血糖水平，这不仅包括促进食物摄取和刺激生长激素分泌，还包括减少胰岛素分泌和降低胰岛素敏感性，促进循环糖皮质激素、胰高血糖素释放，增加糖异生和肝细胞自噬[18]。DiGruccio等[19]证实，GHS-R1在δ细胞上的存在对由β细胞介导的Ghrelin有间接作用。因此，GHS-R1a+δ细胞通过阻断胰岛素分泌的钙离子级联作用促进生长抑素等中间产物的分泌。人类研究显示，大量急性静脉注射酰基Ghrelin会增加健康及肥胖患者的血糖水平，且这种Ghrelin介导的增加可增强第Ⅱ期胰岛素反应[20]。

文献表明[21]，酰基Ghrelin在葡萄糖稳态中产生有害作用，但去酰基Ghrelin在葡萄糖稳态中发挥有益的作用。在啮齿动物和人类中，去酰基Ghrelin被证明能够增强胰岛素水平以减轻葡萄糖负荷，并且显示出能够抵消酰基Ghrelin的糖尿病效应[21]。研究重申了将脱酰基和酰基Ghrelin作为单独的实体的重要性，并且可能为糖尿病的治疗提供新线索。

2.3Ghrelin与胰高血糖素的关系 近年来胰岛α细胞及其分泌的胰高血糖素在糖尿病发病机制和治疗中的作用越来越引起重视。目前认为，除胰岛β细胞功能缺陷和胰岛素抵抗两大糖尿病发病机制外，胰岛α细胞合成和分泌的胰高血糖素的作用有重要研究价值[22]。研究表明α细胞可能同样存在胰岛素抵抗[23]。有研究认为Ghrelin直接刺激胰岛α细胞分泌胰高血糖素，并引入Ghrelin-胰高血糖素轴作为在禁食条件下控制血糖的重要机制[24]。研究发现[25]，外源性胰高血糖素使健康理想体重个体Ghrelin水平下降，而2型糖尿病患者较健康理想体重个体减弱，可能与2型糖尿病患者胰岛β细胞功能减退及早相胰岛素分泌缺陷有关。推测胰岛细胞中胰岛素、胰高血糖素及Ghrelin可能相互作用影响糖调节。探究Ghrelin对胰高血糖素的影响及作用机制，可能为寻找糖尿病防治的关键信号分子靶标提供重要理论与实验依据，同时也为寻求新的治疗方法奠定实验基础。

Ghrelin与胰高血糖素样肽1均属于肠源性激素。胰高血糖素样肽1是一种由前胰高血糖素蛋白通过激素转化酶1/3加工而成的30个氨基酸的肽，在葡萄糖和能量代谢中起重要作用，包括葡萄糖刺激的胰岛素分泌，抑制胰高血糖素分泌和肠道蠕动，降低食欲[26]。目前胰高血糖素样肽1受体激动剂已被广泛用作抗糖尿病药物。Lindqvist等[27]研究表明，Ghrelin是胰高血糖素样肽1分泌和转录的调节因子，干扰GHS-R1a信号转导可能是增强2型糖尿病患者内源性胰高血糖素样肽1分泌的一种途径。

3 Ghrelin与糖尿病并发症的关系

3.1Ghrelin与糖尿病动脉粥样硬化的关系 动脉粥样硬化被认为是导致心脏病、卒中和坏疽的主要原因。近年来人们发现炎症可能是导致动脉粥样硬化的一个重要因素，这可能对导致动脉粥样硬化的机制提供新的认识[28]。研究表明Ghrelin可能是一种有效的抗炎症介质，也是治疗炎症性疾病或损伤的一种很有前途的治疗途径[29]。有研究显示，Ghrelin可以抑制人脐静脉内皮细胞中氧化型低密度脂蛋白诱导的炎症反应，因此有可能作为抗动脉粥样硬化的药物使用。其次，Ghrelin的治疗导致细胞中解偶联蛋白2的积聚，从而减少活性氧类的产生。此外，小干扰RNA介导的解偶联蛋白2表达下降提示Ghrelin可以通过促进解偶联蛋白2在细胞中的表达发挥抑制炎症反应的作用[30]。总之，Ghrelin为动脉粥样硬化的治疗提供了新的研究方向。

单核细胞和单核细胞来源的细胞可以产生促进新生血管形成和内皮细胞修复的促血管生成因子，在检测和修复血管损伤中起重要作用。这些血管保护细胞以往曾被表示为髓样内皮祖细胞[31]，但目前更准确地应称其为促血管生成细胞或循环血管生成细胞(circulating angiogenic cells，CAC)。CAC参与血管内稳态的恢复。糖尿病患者因体内代谢条件的改变，单核细胞分化功能随之不同，导致这些细胞参与血管维持和修复的能力下降[32]。Özcan等[33]实验提示在2型糖尿病患者中，UAG治疗导致CAC分化减少，这取决于UAG剂量和诱导方法。然而，经UAG治疗后的小鼠，骨髓祖细胞向CAC分化较前增加。结果证明，UAG对人体短期治疗后可轻度抑制CAC的分化，但小鼠实验则提示长期UAG治疗可促进CAC的分化。UAG对动脉粥样硬化的影响及后期治疗作用有待进一步验证。

3.2Ghrelin与糖尿病胃轻瘫的关系 1925年，Boas首次发现了糖尿病患者胃排空延迟的现象[34]。1958年，Kassender首次用术语“糖尿病胃轻瘫”来描述糖尿病患者的无症状胃潴留[34]。近年来，术语糖尿病胃轻瘫已被用于描述糖尿病的严重并发症，即胃排空延迟，并伴有上消化道症状，排除机械性梗阻。通常与胃轻瘫相关的症状包括餐后饱胀、恶心、呕吐、厌食和体重减轻，伴或不伴有腹痛[34]。该病目前药物治疗方法有限。目前唯一被美国食品药品管理局批准的治疗胃轻瘫的方法是甲氧氯普胺。然而，甲氧氯普胺的使用受到美国食品药品管理局的黑箱警告，美国食品药品管理局建议使用不超过3个月。其他药物(如多潘立酮)长期使用有潜在心脏不良反应，红霉素长期使用可出现过敏反应[35]。

研究显示，药理剂量的Ghrelin可以促进包括人类在内的不同哺乳动物的胃运动，这使其成为治疗与胃动力受损相关的临床疾病的潜在靶点[35]。Relamorelin(也称RM-131)是Ghrelin的选择性激动剂。Relamorelin在不同临床试验中均耐受性良好，具有相对安全性。另外它没有任何与目前可用于胃轻瘫的其他药物相关的神经或心血管不良反应[35]。有试验表明在中重度患者的ⅡB期随机试验中，与安慰剂组相比，Relamorelin可显著减少糖尿病胃轻瘫的核心症状和总体综合评分，加速胃排空，总体安全且耐受性好[36]。Relamorelin是治疗糖尿病胃轻瘫的希望，一旦经过审核批准，其可能成为治疗糖尿病胃轻瘫的首选药物[35]。对药物治疗效果不佳的患者往往需要外科手术治疗，包括各种潜在的手术方式，不仅限于胃造口术、空肠造口术、幽门肌切开术、幽门成形术和胃切除术。另外，内镜治疗策略的新发展可能从根本上改变难治性胃轻瘫的治疗困境[37]。

3.3Ghrelin与糖尿病肾病的关系 糖尿病肾病是终末期肾病的最常见原因，也是糖尿病患者发病和死亡的主要原因。目前糖尿病肾病的标准治疗包括强化治疗高血糖和严格控制血压，主要通过阻断肾素-血管紧张素系统。Mak等[38]发现Ghrelin对终末期肾病可产生重要影响，其主要作用原理为通过参与蛋白质能量代谢、炎症等途径发挥作用。Ghrelin水平的研究对维持性血液透析患者很重要，因为Ghrelin可能与食欲失调、炎症和营养不良有关，这些因素相互关联，并且在此类患者中经常可以观察到[39]。同时有研究提示，Ghrelin是维持性血液透析患者恶病质营养不良-炎症复合体的一种有前景的生物标志物。而为了证实Ghrelin的上述作用，需要在更大的样本中进行研究[39]。另有研究表明，血液透析患者血浆Ghrelin水平明显升高，餐后Ghrelin分泌抑制延长可能是血液透析患者，特别是糖尿病肾病血液透析患者胃轻瘫的原因[40]。

3.4Ghrelin与糖尿病脑病的关系 糖尿病脑病是糖尿病患者的严重并发症之一。糖尿病脑病表现为认知障碍和神经炎症，神经营养支持不足以及神经元和突触的丧失。2型糖尿病患者脑病的病死率和发病率增加与高血糖、高胰岛素血症、高胆固醇血症和高血压密切相关[41]。目前认为Ghrelin与神经调节和认知改善有关，被认为是几种神经退行性疾病的潜在保护剂。研究发现，Ghrelin通过Toll样受体4/核因子κB信号通路，减少高糖环境下PC12细胞的凋亡，从而达到改善认知能力的目的[42]。另有研究表明，Ghrelin通过调节基质金属蛋白酶水平以及抑制神经炎症预防糖尿病大脑中神经生长因子代谢障碍和突触变性，从而改善糖尿病相关的神经变性[43]。目前关于Ghrelin与糖尿病脑病的研究较少，且大多局限于基础实验，尚需要大量临床试验以及相关流行病学的研究。

4 小 结

Ghrelin及其受体GHS-R广泛表达于中枢和外周组织，可以发挥其促进摄食、生长激素释放、胃动力和调节心血管动力和能量代谢等一系列作用。Ghrelin对糖尿病发病机制的具体作用途径尚未完全阐明，尤其是对胰岛α细胞分泌胰高血糖素的影响值得引起重视，目前国内外对这方面的研究较少，对其作用及作用机制的研究可能为糖尿病的治疗提供新突破点。另外，UAG在糖尿病相关代谢性疾病中的作用成为新的关注点，这无疑打破了以往UAG无生物活性的观点，值得进一步探讨。Ghrelin对糖尿病的诸多并发症均有潜在保护作用，研究以Ghrelin为靶点的糖尿病治疗的新方案具有巨大的价值空间。但目前Ghrelin对糖尿病并发症的影响机制亟待明确及完善，相信以Ghrelin为基础的相关研究成果会给糖尿病的药物治疗提供理论依据。