张 艳，李 剑，侯丽娜，陈志宏△

(1.承德医学院，河北承德 067000;2.承德医学院附属医院普外一科)

随着糖尿病患病率的增加，出现糖尿病并发症的患者逐年增多。对于糖尿病并发症，人们关注最多的是血管及神经系统病变，而对于糖尿病合并，肝脏病变的研究较少。有研究表明，糖尿病患者中合并肝脏病变者高达50%以上。糖尿病肝病是指由糖尿病引起的肝脏组织学变化及功能变化的病变，包括脂肪肝、肝炎和肝硬化等，其中以非酒精性脂肪性肝病最为常见，但其具体机制不完全清楚[1]。近年来，糖尿病肝病与胰岛素抵抗的关系已被日益重视。胰岛素可促进肝细胞合成糖原、减少糖异生，并增加外周骨骼肌摄取血糖、减少脂肪细胞脂解[2]。重要的是，肝脏既是胰岛素作用的靶器官，又是发生胰岛素抵抗(Insulin resistance，IR)的重要器官，因此，探讨肝脏IR发生的机制对于寻求有效的糖尿病治疗方法具有十分重要的意义。

1 胰岛素的功能

胰岛素是由胰岛β细胞受内源性或外源性物质(如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等)刺激分泌的一种蛋白质激素。胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素，也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。另外，胰岛素可促进钾离子和镁离子穿过细胞膜进入细胞内，有利于维持细胞形态和内外渗透压，还可促进DNA、RNA及ATP的合成。正常人空腹状态下血清胰岛素浓度为35.88-107.63pmol/L(5-15mU/L)，半衰期只有5min，主要在肝脏灭活，肌肉与肾也能使部分胰岛素失活。

1.1 对糖代谢的调节 胰岛素能促进全身组织、细胞对葡萄糖的摄取，增加糖酵解过程中关键酶的量和活性，以加速糖酵解;增加葡萄糖的利用率，加速葡萄糖合成糖原及脂肪，贮存于肌肉、肝脏及脂肪中;选择性抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(Phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)mRNA转录，使肝脏糖异生被抑制。

以胰岛素在肝脏调节葡萄糖的作用机制为例[3]:胰岛素与其受体结合后，胰岛素受体底物-1/2(Insulin receptor substrate-1/2，IRS-1/2)发生酪氨酸磷酸化，促进磷脂酰肌醇3-羟激酶(Phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K)转化为磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)，通过活化Polycystin-1(PKD1)和蛋白激酶B(Protein kinase B，PKB/Akt)，使糖原合成酶激酶-3(Glycogen synthase kinase-3，GSK-3)磷酸化而失活，同时，肝糖原合成酶也因此去磷酸化，恢复催化合成肝糖原的活性，介导糖原的合成[4-5]，通过活化叉头转录因子O1(FOXO1)，抑制糖异生酶的转录。因此，胰岛素通过活化PI3K和PKB/Akt，使GSK-3失活和FOXO1活化，减少糖异生抑制葡萄糖的生成，促进葡萄糖以糖原形式在肝脏储存。胰岛素分泌不足或胰岛素受体缺乏时，常导致血糖浓度升高，如超过肾糖阈，尿中将出现糖，引起糖尿病。

1.2 对脂肪代谢的调节 胰岛素促进葡萄糖进入肝和脂肪细胞，除了用于合成脂肪酸外，还可转化为α-磷酸甘油，脂肪酸与α-磷酸甘油形成甘油三酯，贮存于脂肪细胞中。胰岛素还能抑制脂肪酶的活性，减少脂肪分解。

胰岛素在肝脏控制脂质合成[3]:固醇调节元件结合蛋白-1c(Sterol regulatory element binding protein,SREBP-1c)介导的胰岛素对脂质合成的调节意义重大。胰岛素可通过多条对胰岛素敏感的通路调控SREBP-1c的转录、合成及活性，但SREBP-1c调节机制复杂。糖原合成酶-3或细胞外调节蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases，ERK)通过对SREBP-1c的磷酸化，以及丝裂原活化蛋白激酶(Mitogenactivated protein kinases，MAPKs)信号转导路径，调节胰岛素对脂质的合成;肿瘤坏死因子通过增加SREBP-1c的成熟和活性，促进肝脏脂质合成。因此，一旦胰岛素缺乏，SREBP-1c对脂质合成的介导作用将大大减弱，从而出现脂肪代谢紊乱，血脂升高，使脂肪酸在肝内的氧化加速，生成大量酮体。但由于糖氧化过程本身也发生障碍，不能很好处理酮体，以致引起高血糖伴发酮血症与酸中毒。

1.3 对蛋白质代谢的调节 胰岛素一方面促进细胞对氨基酸的摄取和蛋白质的合成，另一方面又抑制蛋白质的分解，因而有利于生长。腺垂体生长激素促蛋白质合成的作用，必须有胰岛素的参与才能表现出来。当胰岛素或胰岛素样生长因子(Insulin-like growth factor，IGF)与胰岛素受体结合后，引起受体自身磷酸化，使其酪氨酸蛋白激酶活化，从而使胞质内IRS-1及Shc(编码SH结构域基因的蛋白产物)的酪氨酸磷酸化，形成的磷酸酪氨酸残基包含的SH2可与SOS(Salt overly sensitive)结合，并使之激活，活化的SOS结合质膜上的Ras基因活化MAPKs级联反应[6]。通过Ras-MAPKs传递途径，可促使靶细胞基因表达，导致细胞生长、增殖及分化[7]，但该途径介导的胰岛素合成代谢，尤其是胰岛素对肝糖原的合成并无明显作用。另外，PKB/Akt途径也参与了胰岛素对细胞凋亡和生长的介导。参与细胞凋亡的Bad蛋白是PKB的底物之一，PKB使Bad磷酸化，转变成无活性形式抑制细胞凋亡。同时，PKB磷酸化促进了蛋白质合成。因此，胰岛素是细胞生长、增殖和凋亡不可缺少的激素之一。

2 胰岛素抵抗的发生机制

IR是2型糖尿病的核心机制，绝大多数的2型糖尿病患者及肥胖者均可见胰岛素抵抗。另外，IR与动脉粥样硬化性心血管疾病、高血压、血脂异常、内脏型肥胖等有关，即使在正常生理情况下也会发生胰岛素抵抗现象(如妊娠、增龄)，由此可见胰岛素抵抗在多种疾病中的重要作用。研究胰岛素抵抗的发生、发展过程，是了解胰岛素抵抗发生机制及最终可能改善胰岛素抵抗最根本的途径。

2.1 高血糖和高胰岛素血症 胰岛素抵抗最重要的临床指征是血糖升高，以及伴随的高胰岛素血症，高血糖和高胰岛素血症都可单独加重胰岛素抵抗。长期处于高糖环境，会引起胰岛β细胞的凋亡发生率升高，导致胰岛素分泌异常，最终发展为空腹高血糖[8]。来自对糖尿病Zurker大鼠和链脲佐菌素诱导糖尿病大鼠的研究提示[9]，高血糖可下调PI3K对PKB/Akt的活化率，使胰岛素受体介导通路的近端部分无效应，导致胰岛素抵抗。处于胰岛素抵抗阶段时，血胰岛素水平往往正常或高于正常，高胰岛素血症可在蛋白水平通过胰岛素受体的内陷化(胰岛素受体与胰岛素结合，形成复合物，被“内吞”入细胞内Clathrin囊泡中)和胰岛素受体β亚单位的蛋白分解(抑制受体的磷酸化过程)，增加IRS-1/2和其它胰岛素信号分子的降解，导致胰岛素与受体的结合能力及受体后的效应均减弱，使胰岛素介导的肌肉和脂肪组织摄取葡萄糖的能力降低，同时，肝脏葡萄糖生成增加，从而形成高血糖-高胰岛素血症-胰岛素抵抗的恶性循环[10]。高糖血症和高胰岛素血症还分别通过活化糖反应元件结合蛋白和SREBP-1c参与刺激肝脏脂质的原位合成。因此，对胰岛素抵抗发生机制的进一步研究，可能会为改善高糖、高胰岛素血症提供新思路，从而改善胰岛素抵抗。

2.2 游离脂肪酸和脂毒性 胰岛素抵抗与肝脏的脂肪变密切相关。与导致骨骼肌胰岛素抵抗相似，脂质代谢产物可通过类似机制导致肝脏胰岛素抵抗。肝脏甘油三酯含量与胰岛素敏感性之间存在负相关。Kim等[11]采用主要在肝脏过度表达脂蛋白脂肪酶的小鼠进行研究发现，通过乳糜微粒和极低密度脂蛋白胆固醇(VLDL-C)途径水解甘油三酯，可致肝脏游离脂肪酸增加和肝胰岛素信号传导途径受损，特别是IRS-2酪氨酸磷酸化和下游PKB/Akt活化的缺失。在分子水平，胰岛素刺激IRS-1/2磷酸化作用减弱，可能与细胞内脂肪酸代谢产物增加，从而刺激磷脂肌醇信号途径(protein kinase C system，PKC system)和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信号转导通路(MAPK通路的一重要分支)有关。国内学者[12]提出的“门静脉学说”指出，内脏脂肪分解形成游离脂肪酸(nonestesterified fatty acid，FFA)的能力明显高于其它部位的脂肪组织;当内脏FFA增多时，经门静脉进入肝脏的FFA增加。FFA水平升高能降低胰岛素在肝脏中的作用，减少胰岛素的清除，导致肝脏胰岛素抵抗;另外，升高的FFA通过减少肝脏胰岛素受体mRNA及蛋白的表达，影响胰岛素在肝脏的信号转导，造成胰岛素抵抗[13]。血清中FFA浓度升高或细胞内脂肪含量增多，可沉积于胰岛β细胞，引起或加重内脏IR和胰岛β细胞功能损害，从而启动或促进2型糖尿病的发生[14]。但这种IR的发生不足以改变肝脏基础葡萄糖的产生，也不能诱导葡萄糖耐受或外周胰岛素抵抗。在糖尿病治疗中，往往通过增加胰岛素用量来克服胰岛素抵抗和控制血糖，可高剂量的胰岛素增加了肝脏甘油三酯的合成，并可能增加脂毒性[15]。因此，糖尿病胰岛素抵抗伴随高脂血症的病人，应以降低FFA作为糖尿病的基础治疗，否则只会加重肝脏胰岛素抵抗，形成恶性循环。

2.3 氧化应激 有研究发现[16-17]，糖尿病的患者及动物存在明显的氧化应激，使抗氧化酶系统修复损伤的缓冲能力降低，从而损伤胰岛β细胞和降低外周组织对胰岛素的敏感性，导致胰岛素抵抗的发生。糖尿病时，肝脏和骨骼肌细胞线粒体受损，氧化磷酸化功能障碍，伴有氧化应激的发生[16]。其中，肝脏氧化应激作用路径之一是通过JNK和NF-κB(转录因子NF-κB家族)应答反应来实现。JNK和NF-κB活化可能使其下游CYP2E1和CYP4AS(CYP酶，也称细胞色素氧化酶P450)活化增强，促进活性氧产生，但过度表达CYP2E1的肝细胞使生物大分子过氧化产物增多，这些过氧化产物可通过减少IRS-1/2的酪氨酸磷酸化、增加IRS-1/2的丝氨酸磷酸化，导致肝细胞对胰岛素的反应下降，从而诱发胰岛素抵抗[18]。有研究表明，肝细胞脂肪酸β氧化增加，伴随脂质负荷过重和过氧化产物的增加均可活化NF-κB，再通过一些激酶使胰岛素受体和胰岛素受体底物丝/苏氨酸磷酸化，减弱对下游PI3K的激活效应，阻碍胰岛素发挥代谢效应[19]。另外，糖基化蛋白和晚期糖基化终末产物会进一步加速氧化应激的进行。因此，积极预防糖尿病时肝细胞线粒体受损，从而降低氧化应激的发生机率，对于减缓糖尿病胰岛素抵抗的发生具有实际意义。

2.4 内质网应激 内质网是细胞内合成作用活跃的细胞器，参与蛋白质的合成和转运(需要核糖体协助)、脂质合成、碳水化合物代谢、钙螯合、药物解毒、蛋白质糖基化。内质网在翻译形成细胞因子和代谢应激的发生中发挥重要作用。另外，所有的分泌性和膜性蛋白质均需要在内质网中形成二级和高级结构。蛋白质合成正常和折叠正确是内质网功能正常发挥的基础，这也是受体正确识别和转运到最终目的地至关重要的保障。研究证实，遗传性和饮食相关性肥胖大鼠的脂肪组织和肝脏存在内质网应激[20]。内质网应激是指未折叠蛋白积聚、缺氧、毒素和合成机制增强等改变引起的细胞内质网生理功能发生紊乱的一种亚细胞器病理过程[21]。内质网具有极强的内稳态体系，可通过一系列信号转导途径对其病理状态进行应答，其中包括增强蛋白质折叠能力、停滞大多数蛋白质的翻译、加速蛋白质的降解等，如果内质网功能持续紊乱，细胞将最终启动凋亡程序。JNK和IKKβ是内质网应激中两种主要的作用因子，同时，这两种作用因子都可调控IRS-1的磷酸化水平，参与胰岛素抵抗的发生[18,22]。因此，对糖尿病肝脏中内质网作用的改变，以及这些改变与胰岛素作用通路之间相互作用关系的研究，将为胰岛素抵抗的改善提供新思路。

2.5 胰岛素信号转导受阻或减弱 有研究认为，胰岛素受体后信号转导受阻可能是胰岛素抵抗的主要机制。在胰岛素信号转导过程中，主要有两条通路[23]:通过IRS激活PI3KAkt途径和通过Grb2/SOS、Ras蛋白活化MAPKs途径，前者主要与胰岛素的代谢效应有关，后者主要调控胰岛素的基因转录，在促进细胞生长、增殖分化的同时也参与代谢的调节。任何一条通路受损，都会导致胰岛素抵抗的发生。Collins等[24]发现，油酸对胰岛素引起的Akt磷酸化和IRS-1/2的酪氨酸磷酸化具有抑制作用，这与活化p38(MAPK家族成员之一)密切相关。过度活化的p38能降低胰岛素作用下Akt及IRS-l/2的酪氨酸磷酸化，通过直接干扰胰岛素信号转导通路，降低胰岛素敏感性。但胰岛素受体后作用因子相关改变引起的效应改变，到目前为止还不十分明确，因此，找到胰岛素信号通路受体后信号的关键作用点，从而改变大多数胰岛素抵抗患者只能通过增加胰岛素用量来治疗糖尿病的痛苦，将创造糖尿病治疗的新里程碑。

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