肿瘤坏死因子α与胰岛素抵抗关系的研究进展

【关键词】 胰岛素抵抗；TNFα；炎症；细胞因子

胰岛素抵抗，是指机体胰岛素介导的葡萄糖摄取和代谢能力减低，包括胰岛素的敏感性和反应性下降，它是肥胖和T2DM发病机制的一个共同特征。目前认为肥胖是一种慢性低度非特异性炎症反应，肥胖时脂肪细胞分泌多种细胞因子，参与胰岛素抵抗的发生，如TNFα、抵抗素、瘦素、IL6等。其中TNFα在胰岛素抵抗的发生机制中占有极其重要的地位，本文就近期这方面的研究进行综述。

　　1 TNFα受体结构及生物活性
　　
　　TNFα的生物效应是通过与细胞表面受体结合实现的。TNFα受体有两种亚型，即TNFR1和TNFR2，均为I型跨膜蛋白，其N端位于胞外，C端位于胞内。两者胞外区有30%的同源性，而胞内区无相似性且都缺乏酶活性，信号转导通路也不同。大部分细胞表面均有TNFR1，而TNFR2主要局限在免疫细胞。通常认为TNFα的细胞学效应主要由TNFR1介导〔1〕。当TNFα与其胞外区结合时，引起TNFR1三聚化，三聚化的TNFR1通过其胞内不同结构域招募下游的不同适配蛋白如TRADD(TNFR1associated death dain)、TRAF2(TNFreceptorassociated factor2)和FADD(fas associated death dain)等组成TNFR1信号传导复合体，继而激活下游的不同信号传导通路〔2〕。

　　2 TNFα在胰岛素抵抗时过度表达

　　TNFα最初是由脂肪细胞产生的，但脂肪组织中的巨噬细胞是其主要来源。在恶性肿瘤、感染、烧伤等状态下机体产生胰岛素抵抗，这些情况下血中TNFα水平增加并且与胰岛素抵抗相关。在具有胰岛素抵抗的遗传性肥胖模型小鼠的脂肪组织中，TNFα的基因表达增加，给予TNFα的中和抗体后可改善胰岛素抵抗〔3〕。在敲除TNFα基因的肥胖模型小鼠中，骨骼肌胰岛素敏感性得到改善〔4〕。一项人群研究显示：TNFα水平升高伴随着胰岛素抵抗和代谢综合征发病率的增加，TNFα是胰岛素抵抗的一个独立危险因素。另一项研究显示：人体脂肪组织中TNFα表达与BMI、体脂和高胰岛素血症呈正相关，而减轻体重后TNFα水平下降〔5〕。还有报道称：肥胖患者的脂肪组织中，TNFα表达增加，且与空腹胰岛素水平密切相关。而肥胖的T2DM患者，血清TNFα水平增高，且与内脏脂肪量正相关，通过饮食和运动治疗后显著降低，TNFα水平与胰岛素抵抗相关。一组类风湿患者的临床研究报道：长期（24周）给予TNFα阻断剂后，患者的HOMA指数显著下降，而胰岛素敏感性明显改善〔6〕。

　　3 TNFα参与胰岛素抵抗发生的机制
　　
　　对于绝大多数肥胖或T2DM患者，靶细胞胰岛素受体后信号转导通路的缺陷是发生胰岛素抵抗的分子机制。炎症细胞因子介导的胰岛素抵抗，主要是通过增加胰岛素受体底物（IRS）的丝氨酸磷酸化，阻碍IRS正常的酪氨酸磷酸化，导致IRS与胰岛素受体的结合能力下降，并减弱IRS激活其下游的磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）的磷酸化过程，干扰胰岛素信号经胰岛素受体/IRS/PI3K通路下传。TNFα通过多种途径影响上述胰岛素信号传导通路来参与胰岛素抵抗的发生。

　　3.1 通过JNK途径介导胰岛素抵抗

　　JNK是炎症信号通路的一种Ser/Thr激酶，JNK家族包括JNK1、2和3，属于有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）家族成员。近年研究发现，JNK作为一种重要的代谢调节剂，在肥胖相关的胰岛素抵抗的发生中起着重要作用。在遗传性和饮食诱导的肥胖模型小鼠体内，肝脏、骨骼肌和脂肪组织中JNK的活性显著升高。而JNK1基因剔除的上述肥胖小鼠，胰岛素敏感性显著提高。在中国仓鼠卵巢细胞的试验中，TNFα通过MAPK途径激活IRS1相关的JNK/应激活化蛋白激酶（SAPK），引起IRS1的丝氨酸磷酸化增加，干扰了正常的酪氨酸磷酸化，从而导致胰岛素信号传导受阻〔7〕。TNFα对JNK的激活由3步激酶级联反应组成，第一步为MAPKKKs，第二步为MAPKKs，第三步为MAPKs。此级联反应中，JNK相互作用蛋白(JIP)在介导JNK的活化中起到至关重要的作用〔8，9〕。通过JIP将JNK的上游和下游元件连接起来，继而激活JNK。有研究发现JIP1基因剔除的小鼠与JNK1基因剔除的小鼠具有相似的表型，即JNK的活性下降和胰岛素敏感性显著增加。最近利用一种新的JIP抑制肽同时抑制了3种亚型的JNK后，阻止了肥胖db/db小鼠的胰岛β细胞功能的衰竭〔9〕。此外，通过RNAi技术抑制JNK后几乎完全预防了游离脂肪酸引起的胰岛素信号的减低。因而抑制JNK可能是治疗T2DM的有效途径之一。

　　3.2 通过神经鞘髓磷脂信号传导途径介导胰岛素抵抗

　　当TNFα与TNFR1结合后，可活化神经鞘髓磷脂酶，促进水解神经鞘髓磷脂产生神经酰胺，继而活化相应的蛋白磷酸酶（CAPPs）。神经酰胺是神经鞘磷脂第二信使，参与胰岛素抵抗的发生。在糖尿病动物模型中，胰岛素敏感的组织中神经酰胺水平增加，而胰岛素刺激的很多激酶活性均受制，包括蛋白激酶B（PKB/Akt）和蛋白激酶C（PKC），两者在葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）的转位、葡萄糖转运以及糖原合成中具有重要作用〔10，11〕。PI3K活化Akt是胰岛素信号传导途径中的关键一步。胰岛素增加Akt473位点的丝氨酸磷酸化，而TNFa减弱这一作用，神经酰胺具有类似的作用但更强大〔12〕。Akt下游的靶点之一是富含丝氨酸/精氨酸的蛋白40（SRp40），其磷酸化是PKCβⅡ外显子剪切所必须的。CAPPs能够通过丝氨酸去磷酸化来抑制Akt活化，继而抑制SRp40磷酸化和PKCβⅡ外显子剪切，影响胰岛素对葡萄糖转运和糖元代谢的调节作用。此外，当神经酰胺生成增多后，还可激活PKCζ，使AktPH区段上34位的苏氨酸(Thr34)磷酸化，抑制其与PI3K的结合，导致Akt不能活化〔2〕。

　　3.3 通过SOCS1和SOCS3途径介导胰岛素抵抗

　　SOCS(suppressor of cytokine signaling)家族，共有八个成员，其中SOCS1和SOCS3与胰岛素抵抗的关系最为密切。迄今为止，TNFα导致SOCS3表达增加的分子机制尚不清楚，但敲除TNFR1及TNFR2基因的肥胖小鼠中，SOCS3表达明显降低而胰岛素敏感性增加，提示SOCS3表达与TNFα的信号传导有关〔13〕。Ueki等报道SOCS1和SOCS3可与胰岛素受体结合，干扰受体与IRS1及IRS2的连接，从而影响胰岛素受体对IRS上酪氨酸的磷酸化〔14〕。另一组研究人员报道SOCS1和SOCS3能够加速IRS1和IRS2的降解〔15〕。还有研究发现：IRS的丝氨酸磷酸化和SCOS3能够协同促进IRS1的降解，而TNFα既能促进IRS1的丝氨酸磷酸化，也能刺激SCOS3的生产，因此可从两个方面影响胰岛素的信号传导〔16〕。这与以往TNFα作用特点有所不同。

　　4 小结
　　
　　大量临床和基础研究均证实慢性非特异性炎症参与了胰岛素抵抗的发生和发展，而TNFα作为其中一个重要的炎症介质得到日益广泛的研究，它通过不同的途径干扰胰岛素信号的传导，促进胰岛素抵抗的发生，而且不同通路之间还存在“交互谈话”，组成一个复杂的信息网络。进一步阐明炎症引起胰岛素抵抗的分子机制可以为T2DM提供更为有效的诊断、预防和治疗手段。同时，针对炎症细胞因子对胰岛素信号转导系统作用的关键环节如JNK、IKKβ、Akt、PKC、SOCS等靶向药物的研发也是将来的研究热点。上述工作的深入开展有助于治疗老年患者的相关疾病，改善老年人口的健康和生活质量。

参考文献

　　1 Aggarwal BB. Tumour necrosis factors receptor associated signalling molecules and their role in activation of apoptosis，JNK and NFkappaB〔J〕. Ann Rheum Dis，2000；59(Suppl 1):i616.

　　2 Powell DJ，Hajduch E，Kular G，et al.Ceramide disables 3phosphoinositide binding to the pleckstrin homology domain of protein kinase B (PKB)/Akt by a PKCzetadependent mechanism〔J〕.Mol Cell Biol，2003；23(21):7794808.

　　3 Gu Y，Wang G，Pan G，et al.Transport and bioavailability studies of astragaloside Ⅳ，an active ingredient in Radix Astragali〔J〕.Basic Clin Pharmacol Toxicol，2004；95(6):2958.

　　4 Plomgaard P，Penkowa M，Pedersen BK. Fiber type specific expression of TNFalpha，IL6 and IL18 in human skeletal muscles〔J〕.Exerc Immunol Rev，2005；11:5363.

　　5 Habecker BA，Martin JM，Nathanson NM.Isolation and characterization of a novel cDNA which identifies both neuralspecific and ubiquitously expressed GS alpha mRNAs〔J〕.J Neurochem，1993；61(2):7127.

　　6 Seriolo B，Ferrone C，Cutolo M. Longterm antitumor necrosis factoralpha treatment in patients with refractory rheumatoid arthritis：relationship between insulin resistance and disease activity〔J〕.J Rheumatol，2008；35(2):3557.

　　7 Godfried MB，Veenstra M，Sluis P，et al.The Nmyc and cmyc downstream pathways include the chromosome 17q genes nm23H1 and nm23h3〔J〕.Oncogene，2002；21(13):2097101.

　　8 Lee YH，Giraud J，Pavls RJ，et al.cJun Nterminal kinase (JNK) mediates feedback inhibition of the insulin signaling cascade〔J〕.J Biol Chem，2003；278(5):2896902.

　　9 Jaeschke A，Czech MP，Davis RJ. An essential role of the JIP1 scaffold protein for JNK activation in adipose tissue〔J〕.Genes Dev，2004；18(16):197680.

　　10 Stratford S，Hoehn KL，Lin F，et al.Regulation of insulin action by ceramide：dual mechanisms linking ceramide accumulation to the inhibition of Akt/protein kinase B〔J〕.J Biol Chem，2004；279(35):3660815.

　　11 Becker KP，Kitatani K，IdkowiakBaldys J，et al.Selective inhibition of juxtanuclear translocation of protein kinase C beta Ⅱ by a negative feedback mechanism involving ceramide formed from the salvage pathway〔J〕.J Biol Chem，2005；280(4):260612.

　　12 Silswal N，Singh AK，Aruna B，et al.Human resistin stimulates the proinflammatory cytokines TNFalpha and IL12 in macrophages by NFkappaBdependent pathway〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2005；334(4):1092101.

　　13 Emanuelli B，Peraldi P，Filloux C，et al.SOCS3 inhibits insulin signaling and is upregulated in response to tumor necrosis factoralpha in the adipose tissue of obese mice〔J〕.J Biol Chem，2001；276(51):479449.

　　14 Yano W，Kubota N，Itoh S，et al.Molecular mechanism of moderate insulin resistance in adiponectinknockout mice〔J〕.Endocr J，2008；55(3):51522.

　　15 Rui L，Yuan M，Frantz D，et al.SOCS1 and SOCS3 block insulin signaling by ubiquitinmediated degradation of IRS1 and IRS2〔J〕.J Biol Chem，2002；277(44):423948.

　　16 Ishizuka K，Isao U，Yukiko K，et al.Chronic tumor necrosis factoralpha treatment causes insulin resistance via insulin receptor substrate1 serine phosphorylation and suppressor of cytokine signaling3 induction in 3T3L1 adipocytes〔J〕.Endocrinology，2007；148(6):29943003.