郭 偉(綜述),盧勁輝(審校)

ZnT8在糖尿病發(fā)病機(jī)制中的作用研究進(jìn)展

郭 偉(綜述),盧勁輝(審校)

鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體8；糖尿??；發(fā)病機(jī)制

眾所周知，無(wú)論是1型糖尿病還是2型糖尿病，胰島細(xì)胞功能障礙和胰島素分泌不足在其中占有重要地位。而在人體的各個(gè)組織中，胰島細(xì)胞含鋅量最高。研究發(fā)現(xiàn)胰島中的鋅含量與血糖水平密切相關(guān)，已證實(shí)鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體8(Zn Transporter 8，ZnT8)參與胰島β細(xì)胞中鋅濃度的調(diào)節(jié)過(guò)程，并在胰島素生物合成及囊泡的形成和成熟過(guò)程中占有重要地位[1]。因此，ZnT8可能參與糖尿病胰島細(xì)胞功能障礙和胰島素分泌不足的病理生理過(guò)程。有鑒于此，本文對(duì)ZnT8在糖尿病發(fā)病機(jī)制方面的作用研究進(jìn)展做一綜述。

1 ZnT8的結(jié)構(gòu)及功能

ZnT8最早于2004年發(fā)現(xiàn)并克隆，作為鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體家族成員之一，由位于人第8號(hào)染色體q24.11的SLC30A8所編碼。該染色體包含8個(gè)外顯子，共37 kb，編碼369個(gè)氨基酸，包括6個(gè)跨膜區(qū)和一個(gè)存在于第4、5個(gè)跨膜區(qū)之間富含組氨酸的袢組成，并且有較長(zhǎng)的羧基末端[1]。小鼠和大鼠ZnT8與人ZnT8同源性分別為80%和76%，在同一家族中ZnT8與ZnT2的同源性最高為53.5%[2]。

Chimienti等[1]發(fā)現(xiàn)ZnT8特異表達(dá)于胰腺組織，且主要位于胰島β細(xì)胞。最近有研究發(fā)現(xiàn)，在人類脂肪組織、淋巴細(xì)胞、甲狀腺濾泡、腎上腺中也可檢測(cè)到ZnT8[3-5]。雖然也有脂肪組織中未檢測(cè)到ZnT8的報(bào)道[6]，但這可能是由于脂肪組織來(lái)源種屬的不同，或者是脂肪組織類型的不同所造成的。Egefjord等[7]的研究證實(shí)，前炎癥因子可以下調(diào)INS-1細(xì)胞系中ZnT8的表達(dá)，說(shuō)明了ZnT8可能通過(guò)影響炎癥反應(yīng)進(jìn)一步參與調(diào)節(jié)胰島β細(xì)胞功能。有學(xué)者用綠色熒光蛋白標(biāo)記的ZnT8轉(zhuǎn)染INS-1細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)ZnT8與胰島素共定位于胰島素的分泌囊泡中[1]。而另有研究證實(shí)，它還可能存在于其他亞細(xì)胞部位如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，其可能參與胰島細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，參與胰島素抵抗的發(fā)生[6]。ZnT8第325位氨基酸存在多態(tài)性，可以是色氨酸(W)、精氨酸(R)；在嚙齒類動(dòng)物中還發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺(Q)的多態(tài)性可影響ZnT8的生物活性[8]。

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)ZnT8可以上調(diào)胰島β細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)鋅的能力和鋅的攝入，而INS-1細(xì)胞在過(guò)表達(dá)ZnT8及補(bǔ)充鋅的條件下，可以增加鋅的攝入。而在正常情況下，給INS-1細(xì)胞提供鋅，其細(xì)胞中鋅的含量并不會(huì)因此而增加，說(shuō)明ZnT8在胰島細(xì)胞中鋅的轉(zhuǎn)運(yùn)和調(diào)節(jié)中具有關(guān)鍵的地位[6,9]。因此，單純補(bǔ)鋅對(duì)于鋅相關(guān)的β細(xì)胞功能障礙和糖尿病意義不大。此外，過(guò)表達(dá)ZnT8可以通過(guò)增加在胰島素分泌通道上的密度，而進(jìn)一步使β細(xì)胞對(duì)葡萄糖刺激所介導(dǎo)的胰島素分泌增加[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，在胰島細(xì)胞外鋅濃度增加的條件下，進(jìn)一步過(guò)度表達(dá)ZnT8對(duì)胰島細(xì)胞沒(méi)有額外的毒性作用，而過(guò)表達(dá)ZnT8可顯著減少因鋅缺乏所導(dǎo)致的胰島細(xì)胞凋亡[7]。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，敲除ZnT8基因的小鼠血漿胰島素水平低下，而原代培養(yǎng)敲除ZnT8基因的胰腺細(xì)胞亦出現(xiàn)由葡萄糖刺激所介導(dǎo)的胰島素分泌水平下降，但其并不發(fā)生糖耐量減低[10]。以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，ZnT8參與胰島細(xì)胞鋅轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)和胰島素合成、儲(chǔ)存和分泌過(guò)程。

此外，在因鋅缺乏所導(dǎo)致的多種細(xì)胞凋亡中，通過(guò)增強(qiáng)ZnT8的表達(dá)可減少炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，這一方面提示ZnT8可能存在于除胰島細(xì)胞之外的其他細(xì)胞中，另一方面提示ZnT8有可能參與對(duì)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)[7]。

2 ZnT8與2型糖尿病

隨著研究范圍的不斷擴(kuò)展，ZnT8與2型糖尿病的關(guān)系也被不斷地揭示。目前多個(gè)研究證實(shí)，ZnT8的編碼基因——SLC30A8非同義的SNPrs13226634與2型糖尿病密切相關(guān)[8]。來(lái)自歐洲國(guó)家的研究發(fā)現(xiàn)，SNPrs132266634與2型糖尿病密切相關(guān)[10]。在對(duì)漢族人和日本人的研究中，也發(fā)現(xiàn)其與2型糖尿病有明確的相關(guān)性[10-12]。

眾所周知，2型糖尿病發(fā)病的兩個(gè)最主要的病理生理過(guò)程是胰島素分泌功能障礙和胰島素抵抗，ZnT8基因多態(tài)性與2型糖尿病的相關(guān)性提示其在2型糖尿病進(jìn)展過(guò)程中可能具有一定的影響。在針對(duì)中國(guó)人和歐洲人的研究顯示，ZnT8基因多態(tài)性與胰島素分泌功能障礙有關(guān)，通過(guò)靜脈注射葡萄糖試驗(yàn)(IVGTT)，發(fā)現(xiàn)SNPrs132266634患者胰島素分泌有所減少，但對(duì)他們進(jìn)行口服糖耐量試驗(yàn)(OGTT)并未發(fā)現(xiàn)以上情況[11-13]。而另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，男性2型糖尿病患者SNPrs132266634與OGTT后胰島素分泌減少相關(guān)，在女性患者中這一現(xiàn)象消失[14]。有研究通過(guò)高葡萄糖鉗夾試驗(yàn)，觀察到SNPrs132266634與胰島素分泌減少相關(guān)，但此研究的樣本量較小[15]。Cauchi等[16]在4283個(gè)具有正常血糖的健康歐洲人群體中發(fā)現(xiàn)，具有SNPrs132266634的個(gè)體更傾向于具有基礎(chǔ)胰島素分泌功能障礙。在以西班牙裔美國(guó)人和非洲裔美國(guó)人為研究對(duì)象的研究中，發(fā)現(xiàn)ZnT8基因多態(tài)性與胰島細(xì)胞分泌胰島素功能的降低有關(guān)[17]。雖然還有的研究顯示SNPrs132266634可導(dǎo)致胰島素原向胰島素的轉(zhuǎn)變減少，但其具體機(jī)制尚不明了[18]。因此，ZnT8并非決定2型糖尿病患者胰島素分泌功能障礙的唯一因素，其他因素也有可能參與高血糖損害胰島素分泌的過(guò)程。而在目前，尚缺乏關(guān)于ZnT8基因多態(tài)性與胰島素抵抗方面的研究。

3 ZnT8與1型糖尿病

1型糖尿病的發(fā)病機(jī)制是由多個(gè)遺傳基因綜合作用，并由T細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫反應(yīng)導(dǎo)致胰島β細(xì)胞抗原喪失免疫耐受，從而引發(fā)胰島素分泌障礙[19-22]。學(xué)者們認(rèn)為ZnT8抗體是一種1型糖尿病特異性的自身抗體[23]。有研究通過(guò)放射性免疫法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，大約80%的新發(fā)1型糖尿病患者ZnT8抗體陽(yáng)性。在與1型糖尿病相關(guān)的其他自身免疫性疾病中，該抗體陽(yáng)性率為20%；而在2型糖尿病患者中，陽(yáng)性率只有3%[24-26]。還有研究發(fā)現(xiàn)，ZnT8抗體在谷氨酸脫羧酶抗體(GADA)、胰島素自身抗體(IAA)和胰島細(xì)胞抗體(ICA)檢測(cè)陰性的1型糖尿病患者中陽(yáng)性率仍有26%，另在年齡小于兩歲的1型糖尿病幼兒中即可檢測(cè)到ZnT8抗體，而其他3個(gè)抗體卻不能檢測(cè)到，可見(jiàn)ZnT8對(duì)于1型糖尿病的敏感性較以上3個(gè)抗體更強(qiáng)[23]。在另一項(xiàng)平均9.4歲1型糖尿病患兒長(zhǎng)達(dá)3～6年的隨訪研究中，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)ZnT8抗體是有效診斷1型糖尿病的指標(biāo)之一[24]。有研究報(bào)道，ZnT8抗體聯(lián)合GADA、IAA、ICA可以使高加索人群1型糖尿病抗體陽(yáng)性率增至96%[23,27]。

通過(guò)對(duì)ZnT8氨基末端和羧基末端肽的檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，70%新診斷的1型糖尿病患者能檢測(cè)到羧基末端抗體，10%檢測(cè)到氨基末端抗體[23,28]。編碼色氨酸的T標(biāo)簽在歐洲人群中出現(xiàn)率約25%，在非洲-美洲人群約2%，在亞洲人中為50%。此外，另一存在于ZnT8中的非同義SNP是同一位點(diǎn)多態(tài)性(C-A；Arg或Gln)(SNP16889462)，在歐洲人群中出現(xiàn)率低于1%，在非洲-美洲人群約9%，在亞洲人中為1%～2%[29]。還有研究構(gòu)建了ZnT8分子C端的3個(gè)突變體(Arg325、Trp325、Gln325)用于檢測(cè)1型糖尿病患者抗體陽(yáng)性率，發(fā)現(xiàn)其中有30%的患者Arg325抗體陽(yáng)性，15%的患者Trp325抗體陽(yáng)性，Gln325并不改變抗原的拓?fù)錁?gòu)象，有30%的患者Gln325抗體陽(yáng)性。70%的患者至少對(duì)其中的一個(gè)抗原有反應(yīng)，可見(jiàn)決定Arg325或Trp325的陽(yáng)性率是編碼的標(biāo)簽C或T。這一發(fā)現(xiàn)一方面讓人們可以通過(guò)限制性多肽或者變異性多肽配體使個(gè)體獲得免疫耐受；另一方面也提示在選擇引起自身免疫反應(yīng)的多肽時(shí)，要考慮個(gè)體的基因型[28]。還有研究認(rèn)為，ZnT8結(jié)構(gòu)(186-194)位點(diǎn)的變異是決定胰島β細(xì)胞自身免疫的關(guān)鍵[30]。在日本人中，ZnT8氨基酸序列325位的變異也是決定胰島細(xì)胞功能的關(guān)鍵因素[31]。而在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，敲除ZnT8氨基酸序列Slc30a8外顯子3，會(huì)導(dǎo)致胰島素分泌功能障礙[32]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Slc30a8確與1型糖尿病發(fā)病密切相關(guān)[33]。當(dāng)然，具體的機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

4 展望

ZnT8通過(guò)何種機(jī)制參與糖尿病胰島β細(xì)胞功能障礙的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程仍不明了。有研究認(rèn)為[29,30]，1型糖尿病和2型糖尿病存在相同的發(fā)病機(jī)制，而ZnT8可能是聯(lián)系它們之間的橋梁。此外，ZnT8作為胰島細(xì)胞特異性抗原，在調(diào)節(jié)T細(xì)胞誘導(dǎo)的免疫耐受時(shí)比GAD65更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镚AD65還表達(dá)于腦組織和其他神經(jīng)內(nèi)分泌組織，特異性較差。當(dāng)然，以上均需要進(jìn)一步的深入研究。

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