李紅雪,匡洪宇

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院內分泌科，哈爾濱 150001)

糖尿病是全球范圍內日益嚴重的慢性健康問題。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟估計，目前全球約有4.51億糖尿病患者，預計2045年將會增加到6.93億[1]。其中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)占糖尿病患者總數(shù)的90%以上[2]。T2DM是由于遺傳、環(huán)境等多重因素共同作用而形成的多基因遺傳性疾病，是一種復雜的糖代謝性疾病，可引起多器官或組織功能失調，使機體中胰島素的分泌減少及功能減弱，導致高血糖癥和廣泛的代謝缺陷。因此，T2DM的防治是目前全球范圍內需要解決的熱點問題。

肝臟是維持機體能量平衡的主要器官，參與糖的代謝(包括糖原合成、糖原分解、糖酵解和糖異生)，在維持血糖穩(wěn)態(tài)中起重要作用。當機體處于空腹狀態(tài)時，非碳水化合物來源的葡萄糖和糖原通過肝糖異生作用，將葡萄糖供給處于饑餓狀態(tài)的組織，從而維持血糖水平。在T2DM患者中，由于胰島β細胞功能受損、胰島素抵抗、胰高血糖素分泌增多等，肝糖異生率增加從而導致肝糖調節(jié)功能障礙，繼而出現(xiàn)高血糖[3]?，F(xiàn)就肝糖異生的轉錄調控機制及當前降糖藥物的肝糖異生干預作用進行綜述。

1 肝糖異生的調控機制

在長期禁食或饑餓狀態(tài)下誘導非糖化合物(乳酸、生糖氨基酸、甘油等)轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生。糖異生需要丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxy kinase，PEPCK)、果糖-1,6-二磷酸酶和葡萄糖-6-磷酸酶(glucose 6 phosphatase，G6Pase)繞過糖酵解酶催化的不可逆反應，其中PEPCK和G6Pase被認為是糖異生途徑的關鍵控制點。肝臟是糖異生的主要器官，腎臟的糖異生功能只有肝臟的1/10[4]，因此肝糖異生對于調控機體血糖水平具有重要意義。肝糖異生水平首先通過轉錄因子介導的編碼糖異生酶基因的激活和抑制實現(xiàn)翻譯前調節(jié)[5]，同時營養(yǎng)狀態(tài)的改變和激素的釋放將誘導肝糖異生相關基因的轉錄并通過磷酸化、甲基化和乙?；韧瓿煞g后修飾(post-translational modification，PTM)，實現(xiàn)整條信號通路的激活，完成肝糖異生反應[6]。

1.1肝糖異生信號通路 在外部因素的刺激下，胰島素、胰高血糖素、糖皮質激素等激素被促進或抑制，影響糖異生途徑，進而調節(jié)基因表達和葡萄糖的生成。胰島素通過蛋白激酶B介導的叉頭轉錄因子O亞家族(forkhead transcription factors of the O class，F(xiàn)OXO)1的磷酸化及抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α)的表達和轉錄活性，抑制G6Pase及PEPCK基因表達來調控肝糖異生[7]。在禁食條件下，胰高血糖素、糖皮質激素[8]、腎上腺素[9]可通過腺苷酸環(huán)化酶的激活而增加肝臟中的環(huán)腺苷酸(cyclic adenylic acid，cAMP)濃度，從而引起蛋白激酶A的活化，并通過絲氨酸磷酸化誘導cAMP應答元件結合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)上調PGC-1α的表達，進而刺激肝糖異生和脂肪酸氧化，同時可增強FOXO1轉錄活性，啟動G6Pase及PEPCK基因來維持饑餓狀態(tài)下的糖異生作用。下丘腦-垂體-甲狀腺軸的相關激素亦與糖代謝關系密切[10]，促甲狀腺激素通過cAMP與其受體促甲狀腺激素受體相互作用激活蛋白激酶A，進一步抑制鹽誘導激酶2的激活，使去磷酸化的CREB轉錄共激活因子(CREB-regulated transcription coactivator，CRTC)2進入細胞核并與CREB相互作用，促進PEPCK和G6Pase基因的表達，從而促進肝糖異生。

1.2肝糖異生轉錄因子

1.2.1CREB CREB是一種通過與G6Pase、果糖-1,6-二磷酸酶和PEPCK啟動子區(qū)上CREB結合蛋白相結合而發(fā)揮作用的葡萄糖異生基因轉錄激活劑。有研究表明，CREB的失活會降低小鼠的血糖水平，同時減少糖異生基因的表達，表明CREB是體內肝糖異生的一種真正的生理轉錄調節(jié)因子[11]。CREB的轉錄通過與CRTC的結合進一步增強，CRTC家族主要有CRTC1、CRTC2和CRTC3，以及新發(fā)現(xiàn)的CRTC第二家族CREB輔激活物。其中CRTC2在肝臟中高表達，通過誘導下游PEPCK、G6Pase、PGC-1α的表達增加維持空腹時的葡萄糖穩(wěn)態(tài)[12]。正常狀態(tài)下，磷酸化的CRTC2被隔離在細胞質內，隨著cAMP水平的升高，CRTC去磷酸化后轉運至細胞核，從而與CREB結合激活cAMP應答元件介導的基因轉錄，調控肝糖異生[13]。因此,抑制CRTC2的表達可成為抑制肝糖生成治療的新靶點。

1.2.2FOXO FOXO屬于一類叉頭轉錄家族，參與調控細胞周期進展、凋亡、分化、能量代謝等過程。其在哺乳動物中的4種主要亞型包括FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6[7]，其中FOXO1是肝臟中的主要亞型。FOXO1結合位點被定位在G6Pase和PEPCK的啟動子上，在胰島素-蛋白激酶B途徑中起關鍵作用[14]。FOXO1的主要作用是促進空腹時糖異生基因PEPCK和G6Pase的表達，增加肝糖輸出，逆轉胰島素抵抗[15]。有研究發(fā)現(xiàn),FOXO1過表達可使小鼠肝糖原水平降低，而FOXO1基因缺失小鼠則表現(xiàn)出葡萄糖利用增加，肝糖異生受到抑制[16]。在人類脂肪細胞試驗中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO1的抑制誘導了整個網(wǎng)絡的胰島素抵抗狀態(tài)，表明FOXO1對于維持人類脂肪細胞的正常胰島素信號轉導至關重要[17]。同樣在高糖高脂小鼠肝臟中FOXO1轉錄活性明顯增加,且脂肪酸合成酶的表達增加，表明FOXO1具有調控胰島素調節(jié)肝臟糖脂代謝的能力。

1.2.3PGC-1和肝細胞核因子4α(hepatocyte nuclear factor 4α，HNF-4α) 協(xié)同激活因子家族已成為整合信號通路，是控制細胞和系統(tǒng)代謝的主要參與者。PGC-1家族由PGC-1α、PGC-1β、PRC(PGC-1相關因子)三個成員組成，它們可與多種轉錄因子相互作用，在維持葡萄糖、脂質和能量穩(wěn)態(tài)方面起關鍵作用[18]。PGC-1α(一種已知的核受體共激活劑)被認為是多種轉錄因子的共激活劑。有研究發(fā)現(xiàn)，PGC-1α以蛋白激酶B介導的磷酸化抑制方式結合并共同激活FOXO1，在肝細胞和小鼠肝臟中表達[19]。HNF-4α是一個高度保守的核受體超家族成員，被證明為調控肝特異性基因表達和肝細胞分化所需的轉錄因子[20]。HNF-4α通過與啟動子中的HNF-4α順式元件結合來激活PEPCK和G6Pase的表達。此外，HNF-4α功能障礙還與年青的成年發(fā)病型糖尿病、高血脂水平和代謝綜合征等相關[21]。因此，HNF-4α可能是這些疾病發(fā)病機制中的關鍵調節(jié)因子。

1.2.4PEPCK和G6Pase PEPCK通過催化草酰乙酸的鳥苷三磷酸依賴性脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸，作為肝臟、腎臟和脂肪組織糖異生的第一步。當胰島素抵抗發(fā)生時,其活性明顯增高，使肝糖異生加速，肝糖輸出增加。有研究顯示，當小鼠血糖水平顯著降低時，肝臟PEPCK蛋白水平下降，表明PEPCK在生理性葡萄糖穩(wěn)態(tài)中起重要作用[22]。研究表明，PEPCK啟動子具有與葡萄糖穩(wěn)態(tài)直接相關的轉錄因子結合位點，如CREB、FOXO1。由于PEPCK的表達是精確協(xié)調的，并且與全身葡萄糖需求平行，PEPCK的表達被廣泛地用作對分子或藥物干預反應的肝糖異生通量變化指標[23]。G6Pase是一種膜結合的多元系統(tǒng)，由底物葡萄糖-6-磷酸、產物葡萄糖及磷酸鹽的催化單元和轉運單元組成。G6Pase的催化亞單位包括G6PC1、G6PC2和G6PC3三個基因編碼。其中G6PC1基因表達受胰島素和胰高血糖素的直接調控[24]。G6Pase在肝臟中的活性最高，與PEPCK一樣，G6Pase并沒有翻譯后調控，僅受到轉錄水平的調節(jié)[25]。G6Pase啟動子包含多個激素應答轉錄因子共激活因子結合位點，是肝糖異生作用中重要的關鍵點。

1.3PTM調節(jié)肝糖異生 PTM是指蛋白質合成后進行可逆或不可逆的共價修飾，包括磷酸化、去甲基化、去乙?；?、ADP-核糖化和泛素化等，以細胞和組織特異的方式調節(jié)基因轉錄[26]。PTM在糖異生調節(jié)中的作用受到廣泛關注，磷酸化多種轉錄激活因子，是PTM調節(jié)糖異生的典型機制[27]。此外，賴氨酸乙?；途彼峒谆谔钱惿{節(jié)因子中被認為是進化上保守的PTM，在糖異生調節(jié)中起重要作用[28]。

2 藥物干預作用

2.1二甲雙胍與肝糖異生 二甲雙胍是T2DM的一線治療藥物，通過抑制肝糖異生降低血糖是二甲雙胍的主要作用機制，然而確切機制仍待探究。有研究表明，二甲雙胍可通過激活AMP活化蛋白激酶通路磷酸化CRTC2，從而調控肝糖異生[29]。同時二甲雙胍可通過抑制線粒體復合物的活性，減少腺苷三磷酸的生成，進而調控糖異生的關鍵基因。但有研究表示，二甲雙胍的關鍵作用可能與ATP濃度或AMP活化蛋白激酶激活無關，而是通過增加胞質的氧化還原狀態(tài)調節(jié)糖異生[30]。研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍誘導的AMP濃度增加被證明對果糖-1,6-二磷酸酶有變構抑制作用，進而調節(jié)肝糖異生[31]。雖然二甲雙胍作為治療T2DM的首選藥物，但還有許多深度機制有待挖掘。

2.2噻唑烷二酮藥物(thiazolinediones，TZDs)與肝糖異生 TZDs降糖藥在臨床中廣泛應用，雖然近年來TZDs在治療T2DM方面失去了優(yōu)勢，但仍是公認有效的胰島素增敏劑，已知TZDs是通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPARγ)發(fā)揮降糖效應,PPARγ是代謝、炎癥和其他途徑中基因表達的主要調節(jié)因子，主要作用于脂肪組織，通過調節(jié)葡萄糖和脂質的相互轉化來提高胰島素敏感性[32]。增加胰島素敏感性是抑制肝糖異生的重要條件，而PPARγ作用于PEPCK和G6Pase是其介導胰島素增敏作用的主要機制[33]。有研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ激動劑能減少地塞米松誘導細胞G6Pase、PEPCK、FOXO1、PGC-1α等基因表達[34]。國內有研究證明，TZDs可以增強AMP活化蛋白激酶的磷酸化，增強CRTC2的磷酸化，抑制CRTC2的轉錄共激活活性，從而調控肝糖異生，在整體上改善高血糖[35]。上述研究證明了TZDs具有調控肝糖異生的作用。

2.3磺脲類藥物(sulfonylureas，SU)與肝糖異生 SU是一種廣泛應用于T2DM的口服降糖藥，是一類胰島素促泌劑，通過刺激胰島β細胞分泌胰島素，增加體內胰島素水平發(fā)揮作用。急性期使用SU可刺激胰島素分泌來發(fā)揮降血糖作用，但有研究表明，SU在慢性治療中可能與胰腺外作用相關，可以通過改善胰島素抵抗來降低血糖[36]。進一步的研究表明，SU能夠在活化胰島素信號指標蛋白激酶B的同時抑制肝臟PEPCK和G6pase表達，增加肝糖原的合成并減少糖異生[37]。已經證明，無論是在大鼠肝臟還是分離的大鼠肝細胞中，SU均可抑制不同的糖異生前體葡萄糖生成，同時增加葡萄糖激酶活性，下調PEPCK活性，調控肝糖異生，表明SU在增加肝糖利用的同時抑制肝糖輸出[38]。

2.4胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)與肝糖異生 GLP-1是由腸黏膜L細胞分泌的一種腸降血糖素，具有顯著降糖、減重、肝保護等作用，已廣泛應用于臨床。GLP-1通過刺激胰島素分泌、抑制胰高血糖素分泌、減緩胃排空、減少食物攝入等作用發(fā)揮降糖作用。盡管關于GLP-1受體在肝細胞中的表達仍存在爭議，但通過觀察GLP-1及相關藥物在各種胰島素抵抗模型中的肝臟獲益，可以得出結論GLP-1具有胰島素非依賴性的肝保護作用[39]。有研究顯示，GLP-1類似物能夠單獨激活肝糖異生反應，并且不使用cAMP作為肝組織中的細胞內信使[40]。同樣在動物研究中發(fā)現(xiàn)GLP-1類似物可降低糖尿病db/db小鼠和Pax6m/+小鼠[41]、人原代肝細胞以及HepG2細胞[42]中G6Pase和PEPCK的水平和活性，表明GLP-1參與肝糖異生的調控，但無法確定GLP-1是單獨作用還是通過對激素作用而實現(xiàn)肝糖異生的調控，因此進一步的基因轉錄機制和通路有待研究。

2.5二肽酰肽酶4(dipeptidyl peptidase-4，DPP-4)抑制劑與肝糖異生 DPP-4抑制劑作為一種新型降糖藥物,在當前降糖領域占有重要地位。此類藥物通過抑制DPP-4活性抑制GLP-1的降解，延長GLP-1的促胰島素分泌作用，從而調控血糖水平[43]。但DPP-4抑制劑對內源性葡萄糖生成的抑制途徑研究較少，有研究認為降低糖異生前體(如甘油)的可用性是DPP-4抑制劑治療肥胖大鼠糖異生減少的機制[44]，表明長期應用DPP-4可抑制全身脂肪分解，減少肝糖異生和肝糖生成，從而降低空腹血糖。同樣有研究發(fā)現(xiàn)，DPP-4抑制劑可顯著減少高糖高脂小鼠肝臟中糖異生基因的表達，抑制CREB磷酸化并增加CRTC2的表達，同時上調FOXO1的磷酸化可使G6Pase和PEPCK的蛋白表達水平降低，機體血糖水平降低[45]，表明肝糖異生也是DPP-4抑制劑的降糖機制之一，DPP-4抑制劑可能被用來控制肥胖患者的空腹血糖，以延緩或預防T2DM。

3 小 結

機體需要穩(wěn)定的葡萄糖供應來維持各組織器官的正常生理功能，肝糖異生反應在維持機體葡萄糖代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。同時，肝糖異生反應在多種水平上受到調控，包括胰島素、胰高血糖素、糖皮質激素等激素的分泌調節(jié)以及多種轉錄因子參與的翻譯前調控和PTM，從而影響機體葡萄糖代謝水平。在現(xiàn)階段臨床常用的降糖藥物(二甲雙胍、噻唑烷二酮類、磺脲類、胰高血糖素樣肽和DPP-4抑制劑等)均被研究發(fā)現(xiàn)能夠通過調控肝糖異生反應發(fā)揮作用。未來，不斷發(fā)掘新的肝糖異生調控基因或通路、尋找肝糖異生的作用靶點將成為T2DM診治的新方向。