脂肪细胞因子对2型糖尿病微血管病变的影响及作用机制

李鸣，皇甫建，肖瑞

（1.内蒙古医科大学，内蒙古 呼和浩特；2.内蒙古医科大学附属医院 内分泌科，内蒙古 呼和浩特；3.内蒙古医科大学分子病理学重点实验室，内蒙古 呼和浩特）

0 引言

2型糖尿病 (Type 2 diabetes mellitus, T2DM)作为一种慢性代谢性综合征，因其全身性、持续性、进行性出现多脏器损伤，成为21世纪危害性疾病。随着脂肪细胞因子的多种作用被逐步发掘，其中对于糖尿病的研究被广泛重视。一些研究发现，众多脂肪细胞因子参与到T2DM微血管病变的各个环节，本文就几种脂肪因子对2型糖尿病微血管病变的影响进行归纳总结。

1 内脏脂肪组织丝氨酸蛋白酶抑制因子(Vaspin)

Vaspin是一种新型脂肪细胞因子，是丝氨酸蛋白酶抑制剂家族中的一员，在大鼠、小鼠及人体内各由412、414、415个氨基酸组成，其三者具有同源性。它是由Hida等人从T2DM大鼠 模 型OLETF（Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty）大 鼠 的白色内脏脂肪组织中提取。研究发现[1]，vaspin在内脏脂肪组织中的表达具有特异性，其表达水平在OLETF大鼠的体重和胰岛素抵抗水平最高时（即30 周龄）时升高，在OLETF大鼠糖尿病病情持续进展，于50周龄时降低。 应用噻唑烷二酮类药物（Thiazolidinediones,TZDs）或胰岛素治疗后，血清vaspin水平可趋于正常化。在给高脂高糖饲养的18周龄ICR（Institute of Cancer Research）小鼠腹腔注射重组vaspin后的第120分钟时，小鼠血糖水平显著下降，尽管胰岛素水平未见明显变化，但胰岛素敏感性增高，证明vaspin具有胰岛素增敏作用[1,2]。

Vaspin也可以在基因表达层面改善胰岛素的敏感性，改变肥胖小鼠内脏脂肪组织的细胞因子谱表达。给高脂高糖饮食诱导的肥胖ICR小鼠连续2周腹腔注射重组vaspin后发现，小鼠体内瘦素、肿瘤坏死因子α和抵抗素水平下降，葡萄糖转运蛋白-4、脂联素水平升高，这一结果既能够表明vaspin逆转了一些引起胰岛素抵抗的相关细胞因子的表达，又能表明vaspin调节了某些细胞因子的表达水平，使其趋于正常，从而增加胰岛素的敏感性[1]。

英国前瞻性糖尿病研究(UK Prospective diabetes study,UKPDS)以及其他一些研究[3-5]表明，血糖的良好控制对于延缓糖尿病微血管病变的发生发展至关重要。Gulcelik等人[6]将37名女性2型糖尿病患者进行研究发现，相较2型糖尿病无并发症的女性患者，2型糖尿病伴有微血管并发症的女性患者血清vaspin水平较低，表明糖尿病微血管病变与vaspin表达水平相关。从而推测[7]vaspin对延缓糖尿病发展的作用具有代偿性，可能伴随微血管并发症的发展而减弱甚至停止。

也有研究发现[8]，血清vaspin水平在肾小球滤过率大于50mL/min的对照组和需长期血液透析的糖尿病患者中表达无统计学差异，这也可证明随着2型糖尿病病程的延长及病情的进展，vaspin表达进行性下降，其抑制微血管并发症的代偿机制停止，导致微血管损害的进一步加重。

综上，vaspin是一种胰岛素增敏因子，通过监测vaspin的水平变化可预估糖尿病微血管并发症的发生发展。

2 内脏脂肪素（Visfatin/pre-B cell colony enhancing factor,PBEF）

Visfatin是一种富集于人和小鼠的内脏脂肪中脂肪因子，其基因是一种高度保守的管家基因。Visfatin与一种已知的前B细胞集落刺激因子（Pre-B cell colony enhancing factor,PBEF）的蛋白表达相同，多表达于骨髓、肌肉及肝脏组织[9]。Fukuhara等人[10]对肥胖的II型糖尿病小鼠进行研究发现，随着小鼠体重上升，内脏脂肪中的visfatin mRNA表达水平升高，血浆visfatin水平同样升高，而皮下脂肪及肝组织的visfatin mRNA则变化不大。进一步对101名男、女性受试者进行CT检查发现，血清visfatin浓度与内脏脂肪含量密切相关，而与皮下脂肪的相关性则不强,因此称为内脏脂肪素。

体外细胞培养试验证实，visfatin可促进3T3-L1脂肪细胞和L6肌细胞对葡萄糖的摄取，抑制肝细胞的葡萄糖释放。动物实验发现visfatin可诱导肝脏中胰岛素受体（insulin receptor,IR）、胰岛素受体底物-1（insulin receptor substrate 1,IRS-1）和胰岛素受体底物-2（insulin receptor substrate 2,IRS-2）的酪氨酸磷酸化，通过与IR受体结合激活胰岛素信号，具有类似胰岛素样的降糖作用[10]。在临床研究方面，Chen等[11]发现visfatin是一种与炎症相关的因子，visfatin浓度的升高与T2DM的发生密切相关，多元Logistic回归分析显示visfatin可为T2DM的独立关联因素。

Qu等人[12]的研究证实visfatin在大鼠视网膜组织中有表达，主要表现在视网膜神经纤维层、内丛状层和外网状层，随着糖尿病病情的发展，表达逐渐增加。由于视网膜组织中也有胰岛素受体IR存在，因此他们认为visfatin可能通过其胰岛素样功能降低血糖、改善视网膜血糖环境从而起到保护视网膜，延缓微血管病变发生发展的作用。

Wang等人[13]的实验结果显示糖尿病视网膜病变(Diabetic retinopathy,DR)患者血清和玻璃体的visfatin表达水平较正常人升高。其中，糖尿病增殖期视网膜病变(Proliferarive diabetic retinopathy,PDR)患者相较于糖尿病非增殖期视网膜病(Nonproliferative diabetic retinopathy,NPDR)变患者的血清和玻璃体visfatin水平更高。这也证实visfatin水平与DR的存在和严重程度相关，可以作为预测DR存在和严重程度的生物学指标。

Axelsson等人[14]研究发现,当糖尿病肾病(Diabetic nephropathy,DN)进入慢性肾脏病阶段(Chronic kidney disease，CKD)时，相较于CKD3期、CKD4期及正常对照组，CKD 5期患者的visfatin循环水平升高，也可以说明，它作为的DN预测因子，与患者的预后密切相关。

3 抵抗素（Resistin）

Resistin是脂肪细胞分泌一种多肽类脂肪信号分子，最初由Steppan等人在TZDs可下调的成熟脂肪细胞的因子中进行筛选后命名。TZDs可下调与胰岛素抵抗相关的脂肪细胞因子的表达，其中，resistin下调最为明显，这说明resistin是TZDs发挥作用的重要靶点[15]。Steppan等人发现resistin在遗传和饮食性肥胖的小鼠体内血清表达水平高，外源性resistin可损害正常小鼠的葡萄糖耐量并拮抗胰岛素。用抗resistin免疫球蛋白处理后的肥胖小鼠对胰岛素的敏感性提高，表明resistin具有介导胰岛素抵抗的作用[15]。

Gharibeh等人研究证实，与健康对照者相比，T2DM患者循环resistin水平、血尿素水平升高，尤其对于年龄超过50岁的患者而言，皮尔森相关分析发现T2DM患者循环resistin水平与年龄、尿素以及肌酐之间呈现正相关关系，这一结论与早期Ellington、Axelsson等人的报道相一致，说明resistin在T2DM微血管疾病发生发展的道路上起着一定的作用[14,16-17]。Osawa等人[18]发现血清resistin水平与T2DM患者的DR分期、DN分期、神经病变严重程度以及晚期微血管病变的数量呈正相关，而与年龄，性别，BMI以及血清肌酐无关，这与Gharibeh等人的研究结论不一。

进一步的实验证实，resistin诱发T2DM微血管病变可能的机制包括：①氧化应激导致微血管内皮功能出现障碍，resistin mRNA与人脂肪组织中的氧化应激标志物NADPH氧化还原酶的mRAN相关，它的高表达可加快氧化应激反应，加快血管内皮细胞损伤进程[19];②resistin具有促炎作用，可作为直接影响内皮功能和血管稳态的活性因子[20]，上调血管内皮细胞中血管细胞粘附分子-1（Vascular adhesion molecule-1,VCAM-1）和细胞间粘附分子-1（Inter cellular adhesionmolecule-1,ICAM-1）的表达，并通过增加内皮素-1（Endothelin-1，ET-1）的释放来促进内皮细胞活化[21-22]。

尽管目前仍需大量证据明确resistin诱导T2DM微血管病变的机制，但resistin作为T2DM微血管并发症的生物学标志物，具有潜在的临床作用。

4 爱帕琳肽（Apelin）

Apelin 是Tatemoto等人[23]于1998在牛胃的提取液中发现的一种脂肪细胞因子,是血管紧张素II 1型受体相关蛋白(Apelin receptor angiotensin receptor-like 1,APJ)的内源性配体,前原性apelin是由77个氨基酸构成的肽。研究发现apelin参与诸多生理活动[24]，如循环系统的中枢和外周调节、水和食物的摄入，同时在免疫功能中也起着重要作用。

棕色脂肪组织（Brown Adipose Tissue,BAT）对机体能量的平衡产生着巨大的贡献，可提高机体能量代谢。BAT通过线粒体解偶联蛋白-1（Uncoupling protein1,UCP1）解离ATP合成过程中的能量底物，从而完成氧化代谢[25-27]。给高脂饮食喂养的小鼠长期使用apelin后发现，小鼠体内UCP1明显升高，机体能量消耗增加[28-29]。此外，apelin降低了白色脂肪组织的质量和血清甘油三酯水平[30-31]，还诱导肥胖小鼠体内的白色脂肪细胞棕色变[32]。无论在体外还是体内，apelin都可通过PI3k / Akt和AMPK信号通路来促进BAT的分化，提高产热因子的转录表达[32-33]。Apelin还可以通过刺激线粒体、氧化脂肪酸及提高肌肉中的葡萄糖摄取来改善胰岛素敏感性[34]。Han等人报道[35]，小鼠胰岛细胞中apelin受体APJ的缺失使得胰岛β细胞的质量显著降低，从而影响小鼠体内葡萄糖的清除率,也说明apelin / APJ系统对胰岛细胞的稳态和葡萄糖耐量具有重要的调节作用。

实验证明[36]，APJ广泛存在于肾脏血管以及肾小球，糖尿病小鼠肾组织中APJ表达减少，但通过apelin治疗后APJ表达增加。Apelin可以抑制并延缓糖尿病引起的肾脏系膜扩张、肾小球肥大的组织学改变，还可以减少糖尿病引起的肾脏炎症反应和尿蛋白。这可能是由于apelin/APJ系统激活糖尿病患者肾脏的抗氧化途径而实现的。另外，慢性炎症也已成为引发糖尿病肾损伤的重要因素[37]，应用apelin治疗，可减轻不同糖尿病模型中出现的肾脏炎症反应[36-37]，说明apelin在糖尿病肾病的发病机制中发挥抗炎作用。但也有研究发现[38]apelin通过诱导肾脏足细胞出现功能障碍，推动肾小球异常血管生成，加速糖尿病肾病的发生发展。

PDR患者的玻璃体和纤维化膜中有着较高的apelin浓度[39]。与单纯T2DM患者相比，并发PDR患者的血清apelin水平较高[40]，这在糖尿病大鼠模型的视网膜中也得到同样的结果[41]。此外，在PDR患者的视网膜前膜中检测到apelin的过度表达，说明apelin/APJ系统有望成为糖尿病增殖期视网膜病变血管形成过程中的治疗靶点[40,42]。体外研究发现，apelin可诱导体外视网膜内皮细胞的迁移、增殖和毛细血管的形成，被视为一种视网膜血管的生成因子[43]，具有加重DR的作用。Apelin / APJ系统可为糖尿病性视网膜病变提供新的治疗机会。

面对各个研究的不同结果，apelin是否能为T2DM微血管病变的诊治提供新思路尚需大量研究证实，但已知的是apelin与糖尿病微血管病变确实存在着联系。

5 鸢尾素（Irisin）

2012年Bostrom等人[44]报道发现了一种新的多肽激素，即鸢尾素（Irisin）。Irisin是骨骼肌分泌的,是由III型纤连蛋白组件包含蛋白5 (fibronectin type Ⅲ-domain containing protein 5,FNDC5)水解和糖基化后释放的含有112个氨基酸的多肽。这种多肽在所有经测序的哺乳动物物种中高度保守，小鼠和人类的irisin具有100%的同源性。

Moreno-Navarrete等人[45]通过体外实验发现，人类前脂肪细胞、脂肪细胞以及3T3-L1脂肪细胞均可产生鸢尾素，具有如下生物学功能：①irisin从肌肉分泌到血液,激活脂肪组织的产热功能，增加能量消耗，降低血糖；②irisin可使循环水平中的UCP1成倍增加，对白色脂肪组织的褐变具有积极的影响，同前所述，BAT可增加机体耗能，促进糖脂代谢。

Bostrom等人[44]的研究表明，即使给肥胖小鼠短期的irisin治疗，就可很好地维持小鼠体内的葡萄糖稳态，并使其体重减轻。Liu等人[46]的最新的研究报道称，irisin通过下调PI3K/Akt/FOXO1介导的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G6Pase)抑制糖异生，并通过肝细胞中PI3k / Akt/GSK3介导的糖原合成酶(Glycogen synthase,GS)激活来增加糖原生成，降低血糖水平。另一项重要发现是：若给链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）/高脂饮食（high fatty diet，HFD）诱导的T2DM小鼠持续施用irisin,小鼠的空腹血糖水平、肝糖原异生和葡萄糖生成水平均下降，而肝糖原合成和储存增加，小鼠的胰岛素抵抗也得到改善。这些结果表明，irisin可作为T2DM的有效治疗方法，同时可避免体重增加。

糖尿病微血管并发症与irisin的相关性同样引起学者们的关注。与正常人相比，慢性CKD患者血浆irisin浓度显著降低[47]。Khidr等人[48]研究证实随着CKD分期的增加，血清irisin浓度逐渐降低，CKD5期患者的血清irisin浓度最低。Hu等人的调查评估了糖尿病患者血清irisin浓度与尿蛋白的相关性，发现无白蛋白尿和微量白蛋白尿相比，伴有大量白蛋白尿的T2DM患者血清irisin水平更低[49]。针对DR来说，irisin水平也有类似的变化，即处于PDR的患者血清和玻璃体中irisin水平也显著下降[50]，有研究者提出，在DR病变早期外源性补充irisin，提高循环irisin水平可能有助于延缓从NPDDR到PDR的进展[51]。此外有研究[52-53]证实，irisin在通过激活AMPK-PI3K-Akt-eNOS信号传导途径、减少氧化应激、防止内皮损伤和减轻动脉粥样硬化方面也起着关键作用。

由此可以看出irisin不仅与糖尿病患者的健康状况存在着关系，也可以作为糖尿病控制监测的措施之一，成为临床糖尿病及其相关并发症的治疗的潜在靶点。

6 趋化素（Chemerin）

Chemerin是由Bozaoglu等人于2007年首次报道的脂肪因子，是脂肪因子家族中的新成员。最初，chemerin是以维甲酸应答基因的身份在银屑病患者的皮损中发现的，随着研究的深入，我们发现chemerin在人体肝脏，肠道和肾脏中也有表达，并与心血管系统疾病、消化系统疾病、风湿免疫病、恶性肿瘤以及代谢性疾病有关[54]。虽然目前人们对chemerin的作用尚不完全了解，但其参与代谢性疾病的病理生理学证据越来越多，尤其是在炎症和代谢综合征中的作用值得关注。Chemerin与胰岛素抵抗和体脂的积累存在着关系[55]，在肥胖和T2DM患者的脂肪组织中chemerin的基因表达量增高[54]。

肥胖患者血清chemerin浓度的增加主要取决于体重指数（body mass index,BMI）的增加，在新发的T2MD患者中，腹部的内脏脂肪含量被认为是血清chemerin水平的独立预测因子，二者呈现显著的正相关趋势[56-57]。Fatima等人[58]也通过研究新发患者发现，相较正常对照组，新发T2MD患者chemerin的循环水平升高，与空腹血糖水平呈正相关，当循环中chemerin含量大于13.7ng/mL的时候，具有91%的敏感性和96%的特异性来预测糖尿病的发生。

Ernst等人通过动物实验发现chemerin可降低血清胰岛素水平和肝组织的葡萄糖摄取，加剧糖尿病和肥胖小鼠模型的葡萄糖耐量下降[59]。对于真实世界的肥胖T2MD患者来说，强化生活方式是可以降低血清chemerin水平的，还可以提高胰岛素的敏感性[60]。综合来看，上述结果均不同程度地表明：chemerin与糖尿病的糖耐量下降和胰岛素抵抗密切相关。

另有研究表明T2MD微血管病变的发生发展与chemerin亦有联系。在PDR病变患者的玻璃体中存在较高水平的chemerin[61],且血清chemerin表达水平与DR的严重程度呈正相关，可作为糖尿病视网膜病变严重程度的分子标记物。Chemerin与炎症和新生血管标志物——C-反应蛋白、血管内皮生长因子具有协同关系[62]，在DN的患者中，血清肌酐水平与chemerin水平呈正相关，Wang[63]提出chemerin可作为糖尿病肾病的独立预测指标。

Chemerin与糖尿病微血管病变的机制尚不明确，探讨可能的原因有:①chemerin可激活PI3K/Akt信号通路，增加氧化应激反应；②chemerin能够减少在胰岛素诱导下血管内皮细胞产生的一氧化氮，使得血管收缩、痉挛；③氧化应激反应的增加，也影响着胰岛素信号通路的激活[64-65]。这些新的发现表明，chemerin在糖尿病相关的血管氧化应激和胰岛素信号传导中起着关键作用，参与血管胰岛素抵抗的发病机制，导致微血管内皮细胞炎症反应，加重血管损伤。

综上所述，chemerin在调节能量平衡方面的重要作用，对于chemerin的靶向干预可能会成为影响肥胖相关T2DM患者微血管病变的一种有效策略。

7 总结

综上，脂肪细胞因子与糖尿病微血管病变的发生发展之间的关系密切且复杂，包括vaspin、visfatin、resistin等，仍需大量研究佐证。目前对于糖尿病微血管病变的临床诊治仍有欠缺，因此及早评估一些脂肪细胞的表达水平可能有助于微血管病变的早诊早治，从而阻止病变进展。因此，更好更多地了解脂肪细胞因子在糖尿病微血管病变中的作用，有助于开发新的诊疗方法，改进现有诊疗策略。