劉美娟 朱惠娟 龔鳳英

·綜述·

Glypican-4與肥胖及胰島素抵抗

劉美娟 朱惠娟 龔鳳英

Glypican-4是一種新的脂肪細胞因子，其在皮下和內(nèi)臟脂肪組織中差異表達，并與體重指數(shù)、腰臀比密切相關。Glypican-4通過直接與胰島素受體結(jié)合，發(fā)揮類似胰島素的作用，促進葡萄糖的攝取和前脂肪細胞的分化。在肥胖和糖尿病等具有胰島素抵抗的患者中，glypican-4可通過代償性分泌增加，維持機體血糖水平正常。Glypican-4是第一個被發(fā)現(xiàn)能直接與胰島素受體結(jié)合，發(fā)揮增強胰島素信號轉(zhuǎn)導作用的脂肪細胞因子。研究其在胰島素信號轉(zhuǎn)導方面的功能將可能為肥胖和糖尿病的診治帶來新的契機。

Glypican-4；脂肪細胞因子；脂肪組織；肥胖；胰島素抵抗

Glypican-4最早是在1995年由Watanabe等[1]在小鼠腦和腎臟中發(fā)現(xiàn)的，因其在腎臟中含量較豐富而被命名為 K-glypican。2012 年，Ussar等[2]首次發(fā)現(xiàn)glypican-4還可以高表達于人和小鼠的脂肪組織中，并能在血清中檢測到。Glypican-4在內(nèi)臟和皮下脂肪組織的表達存在顯著差別，并與體重指數(shù)和腰臀比等肥胖相關指標密切相關[2]。Glypican-4可通過與胰島素受體直接結(jié)合，促進胰島素受體活化及受體后信號的轉(zhuǎn)導，發(fā)揮類似胰島素的作用，促進葡萄糖的攝取和前脂肪細胞的分化[2]。而在肥胖和糖尿病患者中，glypican-4可代償性分泌增加來對抗胰島素抵抗，維持機體血糖水平正常[3-4]。本文將對glypican-4的結(jié)構、分布、表達特點，及其與肥胖、胰島素抵抗之間關系的最新研究進展予以綜述。

1 Glypican-4概況

1.1 Glypican-4的結(jié)構和生物學功能 Glypicans家族屬于硫酸肝素蛋白多糖家族，通過糖基化磷脂酰肌醇（GPI）錨定于細胞膜的外表面[5]。目前發(fā)現(xiàn)glypican家族在果蠅中有兩名成員：dally和dally-like[6-7]。在哺乳動物中包括 6 個成員：glypican-1～glypican-6[8]。Glypican-4基因位于人染色體Xq26.1區(qū)，由9個外顯子，8個內(nèi)含子組成，啟動子區(qū)有很多轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，編碼glypican-4蛋白[9]。Glypican-4蛋白由葡糖胺聚糖連接于57 500的核心蛋白，N末端有一個富含半胱氨酸的引導肽樣結(jié)構，是一種分泌信號肽。C末端包括Ser-Gly重復序列，構成硫酸乙酰肝素鏈連結(jié)位點，通過與GPI共價結(jié)合錨定于細胞膜上。Glypican-4通過其硫酸乙酰肝素鏈，與某些生物效應分子，如生長因子及其受體、細胞外基質(zhì)蛋白和黏附分子等相互作用，參與細胞增殖、分化、黏附等的調(diào)節(jié)。此外，GPI可在脂肪酶的作用下斷裂，使glypican-4從細胞表面釋放出來[10]。這表明glypican-4不僅可以在細胞表面通過與生物效應分子結(jié)合而發(fā)揮作用，還可以釋放到細胞外環(huán)境中，通過血液循環(huán)，到達遠處組織，如肝臟、骨骼肌等，并在這些組織中發(fā)揮作用。近期已有研究表明，glypican-4可直接與脂肪組織、肝臟、骨骼肌等胰島素靶器官細胞膜上的胰島素受體結(jié)合，通過影響胰島素受體活性及受體后信號的轉(zhuǎn)導，發(fā)揮其促進葡萄糖攝取和脂肪細胞分化等類似于胰島素的作用[2]。

1.2 Glypican-4的發(fā)現(xiàn)和組織分布 1998年，Veugelers等[9]發(fā)現(xiàn)，glypican-4可在胎兒大腦、腎臟和肺中表達，但在肝臟中幾乎不表達。而在成年人中，glypican-4在骨骼肌、胰腺、腎臟、胎盤、肺、心臟、脾、睪丸、卵巢、結(jié)腸和小腸中表達豐富，但是在大腦、胸腺、前列腺中表達較少，在肝臟和外周血白細胞中不表達。2012年，Ussar等首次發(fā)現(xiàn)小鼠白色脂肪細胞也可以合成和分泌glypican-4，說明glypican-4是一種脂肪源性的細胞因子。采用Western印跡和ELISA的方法證實，在血清中也能檢測到glypican-4。進一步研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4在皮下和內(nèi)臟脂肪組織中表達不同，在不同種屬（包括人和小鼠）以及不同性別中，glypican-4的表達也不同。

1.3 Glypican-4的表達特點

1.3.1 Glypican-4在皮下和內(nèi)臟脂肪組織的表達具有部位和種屬特異性 Gesta等[11]研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4在小鼠皮下脂肪組織和內(nèi)臟脂肪組織中的表達不同。在C57BL/6小鼠附睪脂肪組織塊和原代培養(yǎng)的脂肪細胞中，glypican-4的表達均較皮下脂肪組織塊和皮下脂肪細胞明顯升高。說明glypican-4在脂肪組織中的表達具有部位特異性。Gesta等[11]進一步將小鼠皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的血管基質(zhì)細胞（含有前脂肪細胞）分離出來，在體外原代培養(yǎng)并誘導分化為成熟的脂肪細胞，比較glypican-4的表達變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，glypican-4的表達在內(nèi)臟脂肪組織來源分化的脂肪細胞中的表達明顯高于皮下脂肪組織來源分化的脂肪細胞，與脂肪組織水平的研究結(jié)果一致。表明glypican-4在小鼠脂肪組織部位特異性差異表達的特點，在體外培養(yǎng)的條件下仍然存在，說明glypican-4的部位特異性差異表達的特點是脂肪細胞天生固有的，不受體內(nèi)神經(jīng)、血流、氧氣等內(nèi)環(huán)境因素的影響。進一步對53名體重和脂肪分布均正常的人脂肪組織中glypican-4表達水平進行研究，發(fā)現(xiàn)與內(nèi)臟脂肪組織相比，glypican-4在人皮下脂肪組織中高表達[11]。說明無論是在小鼠還是人當中，glypican-4在皮下脂肪組織和內(nèi)臟脂肪組織中的表達均存在差異。但所不同的是，二者差異表達的方向相反。說明glypican-4在脂肪組織中的差異性表達，不僅具有脂肪組織的部位特異性，還具有種屬特異性。

1.3.2 Glypican-4在人皮下和內(nèi)臟脂肪組織的表達存在性別差異 Ussar等[2]對不同體重指數(shù)受試者脂肪組織中glypican-4的表達水平進行研究后發(fā)現(xiàn)，在超重人群中，皮下脂肪組織glypican-4在男性中的表達水平高于女性，內(nèi)臟脂肪組織glypican-4在女性中的表達水平高于男性；在肥胖人群中，內(nèi)臟脂肪組織glypican-4在男性中的表達水平高于女性（表1）。表明glypican-4在人皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的表達存在性別差異。

2 Glypican-4與肥胖

2.1 Glypican-4與肥胖相關指標的關系 Gesta等[11]研究顯示，在內(nèi)臟脂肪組織中，glypican-4的表達與體重指數(shù)和腰臀比呈正相關；而皮下脂肪組織中，glypican-4的表達與體重指數(shù)和腰臀比呈負相關。Ussar等[2]研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著體重指數(shù)增加，glypican-4在男性皮下脂肪組織中的表達逐漸降低，在內(nèi)臟脂肪組織中表達逐漸升高（表1）。將受試對象按照體重指數(shù)分組后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)臟脂肪組織中glypican-4的表達曲線近似于鐘形，即在超重而且是腹型肥胖的患者中，內(nèi)臟脂肪組織glypican-4的表達最高，在體重正常和肥胖的受試者中glypican-4的表達較低。進一步說明肥胖時glypican-4主要在內(nèi)臟脂肪組織中表達。正常人glypican-4在皮下脂肪組織中的表達高于內(nèi)臟脂肪組織中的表達，而肥胖時glypican-4在內(nèi)臟脂肪組織中的表達要高于皮下脂肪組織。對小鼠的研究也得出類似結(jié)果。即在體重正常、高脂飲食誘導的中度肥胖和db/db極度肥胖的小鼠中，高脂飲食誘導的中度肥胖小鼠內(nèi)臟脂肪組織中glypican-4的表達最高[2]（表2）。

表1 Glypican-4在人皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的表達情況

表2 Glypican-4在小鼠皮下和內(nèi)臟脂肪組織中的表達情況

如上所述，肥胖時glypican-4主要在內(nèi)臟脂肪組織中表達，所以血清中glypican-4水平與內(nèi)臟脂肪的含量密切相關。2013年，Yoo等[12]在對亞洲人群血清glypican-4水平與肥胖相關性的研究中證明了這一點。他們對受試者進行了為期3個月的有氧和抗阻聯(lián)合訓練后發(fā)現(xiàn)，腰臀比升高的受試者，血清glypican-4水平也明顯升高；而腰臀比下降的受試者，血清glypican-4水平也明顯下降。與這一研究結(jié)果類似，2014年，Li等[3]在對300名中國受試者的研究中也發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平與腰臀比呈正相關。本課題組最近的研究也發(fā)現(xiàn)，在男性患者中，血清glypican-4水平與腰臀比呈正相關[4]。這些發(fā)現(xiàn)提示血清glypican-4水平可能成為肥胖，尤其是腹型肥胖患者的生物標志物。

2.2 Glypican-4促進前脂肪細胞的分化 Glypican-4能夠促進前脂肪細胞的分化[2]。在glypican-4基因敲除的3T3-L1前脂肪細胞中，胰島素不能促進脂肪細胞分化的關鍵轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強子結(jié)合蛋白α（CEBPα）的磷酸化，進而不能反式激活CEBPα和過氧化物酶體增殖物活化受體，結(jié)果導致3T3-L1前脂肪細胞無法分化為成熟的脂肪細胞[2]。而且，盡管噻唑烷二酮類可刺激對照組前脂肪細胞的分化，但對glypican-4基因敲除的3T3-L1前脂肪細胞的分化仍沒有明顯影響[2]。

3 Glypican-4與胰島素抵抗

3.1 Glypican-4通過與胰島素受體結(jié)合增強胰島素的信號轉(zhuǎn)導 與對照組細胞相比，glypican-4基因敲除的3T3-L1前脂肪細胞胰島素受體磷酸化程度降低，受體后信號轉(zhuǎn)導通路活性降低，胰島素敏感性下降[2]。相反，glypican-4基因過表達的3T3-L1前脂肪細胞胰島素信號轉(zhuǎn)導通路活性增強，胰島素敏感性增加，脂肪細胞攝取葡萄糖的能力增強[2]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4通過GPI錨定于脂肪細胞膜的外表面，而GPI可在脂肪酶的作用下斷裂，將glypican-4從細胞膜外表面釋放出來。一方面可直接與脂肪細胞膜上的胰島素受體結(jié)合，增強胰島素信號通路的轉(zhuǎn)導；另一方面glypican-4可通過血液循環(huán)，與遠處組織，如肝臟、骨骼肌等細胞膜上的胰島素受體直接結(jié)合，增加胰島素的敏感性[2]。研究表明，膜結(jié)合的glypican-4和非膜結(jié)合的glypican-4都能夠與胰島素受體直接結(jié)合，但是這種結(jié)合只有在胰島素受體空置的狀態(tài)下才能夠發(fā)生，也就是說，胰島素受體在沒有與胰島素結(jié)合的狀態(tài)下，才能夠與glypican-4結(jié)合。當有胰島素存在時，胰島素可以破壞這一結(jié)合，即胰島素較glypican-4具有更強的與胰島素受體結(jié)合的能力[2]。

3.2 Glypican-4發(fā)揮類似胰島素的作用，并存在與胰島素類似的抵抗現(xiàn)象 如前所述，glypican-4作為一種新型的脂肪細胞因子，可發(fā)揮類似胰島素的作用，促進葡萄糖的攝取和脂肪細胞的分化。但在2013年Yoo等[12]對伴有/不伴有非酒精性脂肪性肝病的亞洲婦女的研究發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平與穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)呈正相關。與這一研究結(jié)果類似，2014年，Li等[3]在中國南方糖耐量減低者中也發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平也與胰島素抵抗呈正相關。本課題組最近的研究也發(fā)現(xiàn)，在代謝正常的單純性肥胖者（包括血糖、血脂和胰島素水平均正常）中，血清glypican-4水平與年齡、性別匹配的健康正常人沒有顯著性差異[4]。當單純性肥胖者伴有高胰島素血癥時，即使其空腹血糖和餐后血糖仍然維持正常范圍內(nèi)，但血清glypican-4水平卻較正常人顯著升高[4]。這種血清glypican-4水平升高的現(xiàn)象，在伴有胰島素抵抗的糖耐量減低者和新診斷的2型糖尿病患者中也同樣存在，而且進一步的回歸分析發(fā)現(xiàn)，血清glypican-4水平不僅與肥胖、糖尿病患者的空腹胰島素水平、穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)呈正相關，而且在調(diào)整了年齡、性別、體重指數(shù)等因素后，空腹胰島素水平和穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)是血清glypican-4水平的獨立影響因素[4]。Glypican-4在體外培養(yǎng)細胞中，具有類似胰島素的作用，促進葡萄糖攝取，促進前脂肪細胞分化；而在肥胖和糖尿病患者中，卻存在類似胰島素的抵抗現(xiàn)象。這些研究結(jié)果進一步說明，glypican-4在體內(nèi)發(fā)揮類似胰島素的作用，在機體出現(xiàn)胰島素抵抗時，通過代償性分泌增加，對抗胰島素抵抗，維持機體血糖在正常范圍內(nèi)[2-4]。Glypican-4代償性分泌增加的調(diào)節(jié)機制，可能與GPI脂肪酶裂解細胞膜結(jié)合的glypican-4有關[2]。

綜上所述，glypican-4作為一種新型的脂肪細胞因子，能夠高表達于脂肪細胞和脂肪組織中，其表達具有部位、種屬和性別特異性。Glypican-4在內(nèi)臟脂肪組織中高表達，其表達水平與體重指數(shù)和腰臀比等肥胖相關指標呈正相關。還與空腹胰島素水平和穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)正相關。體外細胞水平的研究發(fā)現(xiàn)，glypican-4可以直接與胰島素受體結(jié)合，促進胰島素受體活化及其下游信號轉(zhuǎn)導，促進葡萄糖的攝取和前脂肪細胞的分化，起到類胰島素的作用。鑒于glypican-4與肥胖、胰島素抵抗的密切關系，其有希望成為未來減肥和治療糖尿病的研究靶點。

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Glypican-4 and obesity，insulin resistance

Liu Meijuan，Zhu Huijuan，Gong Fengying.Department of Endocrinology，Key Laboratory of Endocrinology of Ministry of Health，The Translational Medicine Center of PUMCH，Peking Union Medical College Hospital，Chinese Academy of Medical Sciences&Peking Union Medical College，Beijing 100730，China

Gong Fengying，Email：fygong@sina.com

Glypican-4 serving as a novel adipokine is differentially expressed in visceral and subcutaneous adipose tissue，and its expression is also highly correlated with body mass index and waist-to-hip ratio.Glypican-4 interacts with insulin receptor，exerts the similar role as insulin and promotes glucose uptake and adipocyte differentiation.The increase of the compensatory glypican-4 secretion is observed in obese and diabetic patients with insulin resistance，which can help to maintain normal blood glucose.Glypican-4 is the first adipose-derived insulin sensitizer which acts directly on the insulin receptor to enhance insulin signaling.Further studyofthe function ofglypican-4 in insulin signaling may bring newopportunity for the diagnosis and treatment ofobesityand diabetes.

Glypican-4；Adipokine；Adipose tissue；Obesity；Insulin resistance

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：183-186）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.011

國家自然科學基金資助項目（30540036，30771026，81370898）；北京市自然科學基金資助項目（7082079）；人社部留學人員科技活動項目擇優(yōu)資助經(jīng)費；國家臨床重點?？平ㄔO項目單位（WBYZ2011-873）

100730 北京，中國醫(yī)學科學院，中國協(xié)和醫(yī)科大學，北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科，衛(wèi)生部內(nèi)分泌重點實驗室，協(xié)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學中心

龔鳳英，Email：fygong@sina.com.

2014-11-30）