寧翠利,吳孟水(綜述),劉寬芝(審校)(河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院內分泌1科,河北 石家莊 050051)
·綜 述·
鋅轉運體8及其自身抗體與糖尿病
寧翠利,吳孟水(綜述),劉寬芝*(審校)(河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院內分泌1科,河北 石家莊 050051)
糖尿病;鋅轉運體8;綜述文獻
鋅轉運體8(Zinc transporter 8,ZnT8)表達主要局限于胰腺的內分泌部分尤其是胰島β細胞,其在胰島β細胞鋅的轉運中發(fā)揮直接作用,在胰島素的合成、儲存和分泌中發(fā)揮著間接作用。鋅轉運體8自身抗體(Zinc transporter 8 autoantibodies,ZnT8A)作為新近發(fā)現(xiàn)的1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)胰島自身抗體,在經典T1DM、成人隱匿性自身免疫糖尿病(latent autoimmune diabetes in adult,LADA)具有重要的診斷價值。ZnT8A與妊娠糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)的關系需進一步確定。ZnT8的編碼基因SLC30A8的罕見變異體和2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)的保護性有關?,F(xiàn)將其結構和功能綜述如下。
1.1 ZnT8的結構和功能 ZnT8以二聚體形式定位于胰島β細胞胰島素分泌囊泡(insulin secretory granules,ISGs)膜上,由369個氨基酸組成,包含6個跨膜α螺旋(Ⅰ~Ⅵ),第Ⅱ~Ⅴ個α螺旋之間含有調節(jié)金屬離子的特異性氨基酸殘基[1],跨膜結構域的C端和N端位于胞漿中,C端含有2個α螺旋(aa 284~292和aa 327~341)和3個β折疊(aa 299~308、aa 313~321和aa 345~352),前2個β折疊構成發(fā)卡結構[2](圖1)。ZnT8借助H+濃度差轉運出2個H+同時轉入1個Zn2+,Zn2+進入ISGs膜后以(Zn2+)2(Ca2+)2(INS)6構成穩(wěn)定的六聚體并且儲存在胰島β細胞ISGs內。有研究顯示在補充鋅的條件下,INS-1E細胞鋅離子的轉運和儲存不會增加,INS-1E細胞ZnT8過表達時鋅離子的轉運和儲存水平增加,還增加了葡萄糖刺激介導的胰島素分泌[3]。敲除ZnT8小鼠胰島β細胞,ISGs內鋅離子的聚集減少,胰島素合成酶的轉化水平下降,胰島素原的水平增加,ISGs中成熟致密顆粒減少,而非成熟的、蒼白的、體積較大的桿狀顆粒增多,同時葡萄糖刺激介導的胰島素的分泌水平下降。以上研究表明ZnT8在胰島β細胞鋅的轉運中發(fā)揮直接作用,在胰島素的合成、儲存和分泌中發(fā)揮著間接作用。
圖1 ZnT8的分子結構
1.2 ZnT8的表達和調控 人類ZnT8表達主要局限于胰腺的內分泌部分尤其是胰島β細胞[4],其還在視網(wǎng)膜組織少量表達[5]。嚙齒類動物與人類的不同之處是ZnT8除表達在胰腺外還表達在其他分泌腺體如垂體、腎上腺及甲狀腺[6]。
ZnT8的表達受細胞因子、脂毒性、游離鋅、運動等因素的影響。有研究發(fā)現(xiàn)胰島細胞暴露于IL-1β和IL-1β+IFN-γ的環(huán)境下,ZnT8表達下調,而暴露于IFN-γ時ZnT8表達無明顯的變化[7]。研究顯示予IL-1β(5 μg/L)處理小鼠胰島β細胞,6 h、24 h和48 h后ZnT8 mRNA表達水平分別降低(51±4.2)%,(54.6±6.9)%和(64.1±0.6)%;TNF-α(10 μg/L)處理小鼠胰島β細胞,6 h后ZnT8 mRNA表達水平無變化,24 h和48 h后分別降低(4.7±5.4)%和(50±5.2)%[8]。還有學者發(fā)現(xiàn)離體胰島細胞在含有鋅螯合劑的細胞培養(yǎng)液時,其ZnT8 mRNA表達減少74%,0.33%棕櫚酸酯(模擬脂毒性)處理后ZnT8 mRNA表達減少50%[9]。因此,細胞因子IL-1β和TNF-α、鋅缺乏及脂毒性引起ZnT8表達下調。Somboonwong等[10]將Wistar大鼠隨機分成正常對照組、糖尿病對照組和糖尿病適度運動組,3組大鼠在相同的實驗室環(huán)境下自由飲水和覓食,而糖尿病適當運動組額外在跑步機上運動(65%的最大氧耗,30 min/d,5 d/周),6周后糖尿病對照組和糖尿病適度運動組ZnT8 mRNA表達與正常對照組相比分別下降90%和50%左右,而糖尿病適度運動組ZnT8 mRNA表達大約是糖尿病對照組的6倍。表明適度運動可增加ZnT8 mRNA的表達。其可能機制:①提高抗氧化酶活性;②抑制TNF-α的表達;③減少血漿游離脂肪酸的水平[11];④增加血漿游離鋅及胰腺鋅的含量,而鋅通過抗氧化應激及抗炎作用,使胰島β細胞免受氧化應激及炎癥反應所帶來的損傷[10]。
T1DM是T細胞介導的胰島β細胞破壞為特征自身免疫性疾病,并且血清中出現(xiàn)以β細胞為自身抗原的抗體如ZnT8A、谷氨酸脫羧酶自身抗體(glutamic acid decarboxylase autoantibodies,GADA)、蛋白酪氨酸磷酸酶2自身抗體(insulinoma-associated antigen-2 autoantibodies,IA-2A)和胰島素抗體(insulin antibodies,IAA),這些自身抗體的存在是胰島β細胞自身免疫的標志。ZnT8A作為新近發(fā)現(xiàn)的T1DM胰島自身抗體,其特異度、敏感度和陽性率及其與患者初診年齡、病程之間的關系在不同的研究中結果不一致。有學者報道ZnT8A的敏感度是54.1%,特異度是99%,陽性率是54.3%[12]。檢測捷克兒童初發(fā)T1DM患者ZnT8A敏感度是72%,特異度是99%,陽性率是72%,其陽性率與T1DM兒童初診年齡之間無相關關系,病程≥5年時ZnT8A陽性率下降到34%[13]。Dunseath等[14]報道意大利初發(fā)T1DM兒童ZnT8A 敏感度是61.1%,特異度是97.3%,ZnT8A的陽性率0~6歲是56.3%,7~12歲是48.7%,13~18歲是48.6%;首診時是61.1%,1年時是56%,2~4年時是59.3%,而≥5年時其陽性率下降到33.8%。除上述研究ZnT8A 陽性率和年齡的關系存在爭議外,芬蘭初診年齡<5歲的T1DM兒童ZnT8A陰性者較常見,>5歲時其陽性率穩(wěn)定增長,10歲時趨于平穩(wěn),此后開始降低[15]。以上研究中ZnT8A的陽性率不同可能與T1DM患者的年齡、性別尤其種族不同有關。ZnT8A、GADA、IA-2A和IAA四者聯(lián)合檢測初發(fā)T1DM時敏感度達到96%,后三者聯(lián)合檢測時為93%[16]。Lampasona等[17]和Huang等[18]報道成人隱匿性自身免疫糖尿病( latent autoimmune diabetes in adult,LADA)ZnT8A陽性率分別是18.6%和34.3%。有研究表明GADA、IA-2A聯(lián)合檢測的基礎上增加ZnT8A的檢測使診斷LADA的陽性率從7.58%上升到8.62%,并且發(fā)現(xiàn)LADA患者單一ZnT8A陽性者收縮壓高于單一GADA陽性者,總膽固醇水平高于ZnT8A陰性的T2DM患者,提示ZnT8A陽性的患者似乎伴有血脂增高的趨勢[19]??傊?,ZnT8A高特異度不僅在經典T1DM診斷價值較高,而且對LADA具有同樣的診斷價值。
全球約有7%的妊娠婦女受到GDM的危害。胰島自身抗體陽性的GDM患者發(fā)展為T1DM的風險顯著增加[20]。Dereke等[21]于2012年首次報道了ZnT8A在GDM的陽性率是2.6%,GADA和IA-2A聯(lián)合檢測改為ZnT8A、GADA和IA-2A三者聯(lián)合檢測時GDM患者自身抗體陽性率從7.8%增加到9.9%。此外,澳大利亞302例婦女參與的GDM的臨床前瞻性研結果顯示:①ZnT8A的陽性率是4.8%,高于GADA(2.3%)、IA-2A(2.0%)和IAA(1.3%),而且其他抗體均陰性時ZnT8A可以陽性;②ZnT8A的陽性率與空腹血糖水平輕度升高相關,與年齡、產前BMI、糖尿病家族史、全天胰島素用量、糖化血紅蛋白、妊娠結局及葡萄糖耐量無關;③ZnT8A的滴度在產后恢復正常,而GADA、IA-2A、IAA滴度產后均無明顯變化[22]。ZnT8A滴度的改變與妊娠期代謝水平增加引起胰島素分泌顆粒泡吐作用及隨之的ZnT8抗原遞呈的增加有關[23],產后代謝需求下降,ZnT8A滴度隨之恢復正常??傊?,ZnT8A可能是GDM胰島自身免疫重要的獨立血清學標志物,但妊娠期ZnT8A與GDM的確切關系需進一步研究。
SLC30A8是ZnT8的編碼基因,定位于染色體8q24.11,由13個外顯子和8個內含子組成,長約226kb[24]。最近有研究發(fā)現(xiàn)與T2DM保護性有關的SLC30A8 12個罕見變異體。在芬蘭和瑞典758例參與的全基因組關聯(lián)研究通過測序與T2DM相關的115個基因的外顯子,發(fā)現(xiàn)與T2DM的保護性相關的SLC30A8 p.Arg138*變異體[25]。通過對歐洲18 356名正常人和8 210例T2DM患者基因測序,也證實SLC30A8 p.Arg138*變異體的存在,且其雜合型攜帶者減少53%患T2DM的風險[25]。此外,Yakala等[25]對5 714例挪威人研究發(fā)現(xiàn),SLC30A8 p.Lys34Serfs*50變異體雜合型攜帶者減少80%患T2DM的風險。SLC30A8 p.Arg138*和SLC30A8 p.Lys34Serfs*50截短蛋白變異體是最常見的SLC30A8截短蛋白變異體,并且編碼了不穩(wěn)定的ZnT8蛋白。測序多個種族1 225例正常人的SLC30A8的外顯子,發(fā)現(xiàn)9個新的SLC30A8截斷蛋白變異體,并且這種變異體沒有局限于單一的單倍型等位基因,減少60%患T2DM的風險[26]。通過對5個種族約15萬人基因測序發(fā)現(xiàn)SLC30A8 12個罕見的截短蛋白變異體,其任意一種變異體的雜合型均減少65%患T2DM的風險[26]。SLC30A8無功能變異體與T2DM保護相關性在未來可能是治療糖尿病的一個新靶點。
ZnT8在胰島素的合成、儲存和分泌中發(fā)揮作用。ZnT8A在經典T1DM和LADA中具有重要的診斷價值,其與GDM的關系需進一步研究。此外,SLC30A8罕見變異體與T2DM的保護性機制需進一步探索。
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(本文編輯:劉斯靜)
2016-01-05;
2016-02-11
河北省醫(yī)學適用技術跟蹤項目(GL2014043)
寧翠利(1985-),女,河北邯鄲人,河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院醫(yī)學碩士研究生,從事內分泌疾病診治研究。
*通訊作者。E-mail:liu-kuznzhi@163.com
R587.1
A
1007-3205(2017)03-0363-04
10.3969/j.issn.1007-3205.2017.03.030