何騰飛 閆婉玉 張小用 劉凱歌

(西安醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，陜西省西安市 710004，電子郵箱：htf927927@163.com)

【提要】 鈣黏蛋白作為介導細胞間黏附連接的鈣依賴性黏附分子，與腫瘤的分化、細胞黏附、凋亡、血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移等方面密切相關(guān)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，鈣黏蛋白與糖尿病患者的胰島功能維持及糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生有密不可分的關(guān)系，可能是糖尿病微血管病變的預警因子。本文對鈣黏蛋白的分子結(jié)構(gòu)、生物學功能及其與胰島功能維持、糖尿病視網(wǎng)膜病變之間的關(guān)系的研究進展進行綜述。

2型糖尿病是一種慢性、非傳染性、累及多個系統(tǒng)的疾病，長期高血糖可導致微血管系統(tǒng)功能受損，最終誘發(fā)糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)和糖尿病神經(jīng)病變等并發(fā)癥，影響患者的生活質(zhì)量和總體預期壽命。DR的發(fā)病機制目前尚未完全清楚，普遍認為由高血糖、血流動力學障礙、蛋白質(zhì)的非酶促糖基化、凝血機制異常、氧自由基形成異常及多種血管增殖因子異常表達等多種因素協(xié)同作用所致[1]。DR是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥之一，也是成人致盲的主要眼病，其早期病理特征是視網(wǎng)膜微血管周細胞凋亡、血管滲透性增加、進行性血管閉塞。DR的發(fā)病率較高，我國約33%的糖尿病患者并發(fā)DR，其中約8%的DR患者最終喪失視力[2]。近年來，越來越多的研究表明，鈣黏蛋白與糖尿病患者的胰島功能維持及DR的發(fā)生有密不可分的關(guān)系，特別是N-鈣黏蛋白、E-鈣黏蛋白、VE-鈣黏蛋白可能是DR患者微血管病變的預警因子。故本文就鈣黏蛋白的特點，以及其在胰島功能維持和視網(wǎng)膜病變發(fā)生中的作用進行綜述。

1 鈣黏蛋白的概述

1.1 鈣黏蛋白的分類 鈣黏蛋白是一組介導同型細胞之間黏附連接的鈣依賴性Ⅰ型跨膜糖蛋白，是由114個鈣依賴性黏附蛋白組成的超家族，是細胞黏附分子之一[3]，參與形成及維持正常細胞間的連接和極性，對細胞分化、發(fā)育及腫瘤細胞侵襲、轉(zhuǎn)移具有重要作用。鈣黏蛋白根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為經(jīng)典型鈣黏蛋白、橋粒、原始鈣黏蛋白、非經(jīng)典型鈣黏蛋白，在大多數(shù)高等生物中，經(jīng)典型鈣黏蛋白是鈣黏蛋白家族的一個主要亞類，可進一步細分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型經(jīng)典型鈣黏蛋白。Ⅰ型經(jīng)典型鈣黏蛋白有5個主要成員，包括上皮細胞鈣黏蛋白1(E-鈣黏蛋白)、神經(jīng)元細胞鈣黏蛋白2(N-鈣黏蛋白)、胎盤鈣黏蛋白3(P-鈣黏蛋白)、視網(wǎng)膜鈣黏蛋白4(R-鈣黏蛋白)和鈣黏蛋白15(M-鈣黏蛋白)；Ⅱ型經(jīng)典型鈣黏蛋白由血管內(nèi)皮細胞鈣黏蛋白5(VE -鈣黏蛋白)和腎鈣黏蛋白6(K-鈣黏蛋白)等蛋白質(zhì)組成；Ⅲ型經(jīng)典型鈣黏蛋白的胞外結(jié)構(gòu)域具有一個保守的重復區(qū)域，稱為原始經(jīng)典鈣黏蛋白結(jié)構(gòu)域，位于鈣黏蛋白重復序列和跨膜螺旋之間；Ⅳ型經(jīng)典型鈣黏蛋白有7個胞外結(jié)構(gòu)域[4]。

1.2 鈣黏蛋白的結(jié)構(gòu) 鈣黏蛋白含有5個鈣黏蛋白結(jié)構(gòu)域，自N端開始分別被稱為EC1、EC2、EC3、EC4和EC5。鈣黏蛋白由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)組成，其中胞內(nèi)區(qū)由一個折疊區(qū)域組成，它直接與p120連環(huán)蛋白和β-連環(huán)蛋白相互作用，間接與α-連環(huán)蛋白相互作用，調(diào)節(jié)細胞間的黏附，參與各種細胞生理過程的信號通路[4]。p120連環(huán)蛋白、β-連環(huán)蛋白與鈣黏蛋白形成復合物，參與調(diào)節(jié)胰島素囊泡轉(zhuǎn)運[4]。

1.3 鈣黏蛋白的生物學功能

1.3.1 N-鈣黏蛋白及E-鈣黏蛋白的生物學功能：20世紀80年代初，幾個研究小組于雞胚神經(jīng)管中發(fā)現(xiàn)了一種相對分子質(zhì)量為135 000的細胞表面蛋白，即N-鈣黏蛋白，是鈣黏蛋白家族中最早發(fā)現(xiàn)的成員。既往研究顯示，N-鈣黏蛋白與E-鈣黏蛋白在多種人類惡性腫瘤中異常表達，與腫瘤的分化、細胞黏附、凋亡、血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移等方面密切相關(guān)[5]，通常在神經(jīng)元、內(nèi)皮細胞、心肌細胞、周細胞、上皮細胞(胰腺細胞)等多種細胞中表達。N-鈣黏蛋白最初發(fā)現(xiàn)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可以促進神經(jīng)元生長、調(diào)節(jié)軸突和樹突生長，誘導軸突的生長錐沿著先驅(qū)纖維生長[6]。N-鈣黏蛋白和E-鈣黏蛋白除了具有黏附功能，還參與多種信號通路的轉(zhuǎn)導，最為經(jīng)典的是與β-連環(huán)蛋白結(jié)合后參與經(jīng)典Wnt信號通路的轉(zhuǎn)導[7]。此外，N-鈣黏蛋白和E-鈣黏蛋白還可以增加細胞間的黏附性，從而抑制細胞侵襲和轉(zhuǎn)移[8]。在心肌細胞中，N-鈣黏蛋白的表達異常與縫隙連接蛋白的表達降低有關(guān)，易誘發(fā)心律失常[9]。在胰腺細胞中，N-鈣黏蛋白和E-鈣黏蛋白對于胰島的形成和胰島素的分泌均具有重要意義[10]。N-鈣黏蛋白還可以在內(nèi)皮細胞及周細胞中表達，促進內(nèi)皮細胞與周細胞的相互作用，在微血管的成熟和穩(wěn)定中起到至關(guān)重要的作用[11]。

1.3.2 VE-鈣黏蛋白的生物學功能：VE-鈣黏蛋白是內(nèi)皮細胞的特異性鈣黏蛋白，由Suzuki等[12]最先在腦組織中發(fā)現(xiàn)，其是定位于血管內(nèi)皮細胞上的一個跨膜蛋白，相對分子質(zhì)量約為140 000，由784個氨基酸組成，在維持血管內(nèi)皮細胞的生理功能、完整性及血管形成等方面均發(fā)揮重要作用。目前認為，VE-鈣黏蛋白/聯(lián)蛋白復合體酪氨酸磷酸化及去磷酸化是調(diào)節(jié)VE-鈣黏蛋白功能的主要方式。多種物質(zhì)均可誘導VE-鈣黏蛋白發(fā)生酪氨酸磷酸化，導致血管通透性增加。VE-鈣黏蛋白還與動脈粥樣硬化、高血壓、糖尿病、腫瘤、自身免疫性疾病等的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[13]。

2 鈣黏蛋白與胰島功能維持的關(guān)系

胰島是胰腺內(nèi)的異質(zhì)細胞群，主要由分泌胰島素的β細胞、分泌胰高血糖素的α細胞和分泌生長抑素的δ細胞組成，這些細胞排列成緊密的三維群集，它們同步工作以維持正常的血糖水平。有學者發(fā)現(xiàn)，從胰島中分離出的單個β細胞所分泌的胰島素比完整胰島內(nèi)的β細胞所分泌的胰島素更少，表明鈣黏蛋白在胰島細胞間的接觸和胰島分泌胰島素中具有重要作用[14]。

在健康人群中，血糖升高會被胰腺β細胞釋放的胰島素迅速抵消，并促進周圍組織對葡萄糖的吸收和儲存。2型糖尿病發(fā)生機制之一是β細胞功能的緩慢喪失[15]。研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者的胰島β細胞功能指數(shù)較正常人明顯降低，提示2型糖尿病患者的胰島功能較差[16]。研究表明，在胰島β細胞之間存在鈣黏蛋白介導的黏附連接，這已被證實與調(diào)節(jié)胰島素分泌有關(guān)[17]。鈣黏蛋白除了可通過黏附作用維持胰島結(jié)構(gòu)，對促進胰島細胞的存活、增殖和分泌功能也同樣重要。

已有研究報告，經(jīng)典型鈣黏蛋白家族的一些成員，如E-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白在人類胰島中表達，N-鈣黏蛋白在β細胞中優(yōu)先表達，而E-鈣黏蛋白在α細胞和β細胞中的表達水平相近[14]。E-鈣黏蛋白對于胰島的正常空間結(jié)構(gòu)和β細胞的聚集形成假性胰島是必需的[18]。假性胰島類似于天然胰島的細胞團，較分散的細胞具有更好的胰島素分泌功能，并可影響胰島其他功能，胰島細胞中E-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白的減少會促進β細胞的凋亡[10]。有學者將胰島β細胞與E-鈣黏蛋白、N-鈣黏蛋白融合，證實了這兩種蛋白參與促進人胰島β細胞的胰島素分泌[14]。Falc?o等[19]給予小鼠高脂肪飲食構(gòu)建糖尿病模型，發(fā)現(xiàn)小鼠胰島β細胞數(shù)量增加，葡萄糖刺激的胰島素分泌水平降低，胰島細胞間連接處的 E-鈣黏蛋白、N-鈣黏蛋白水平也顯著降低，同時觀察到糖尿病小鼠胰島中VE-鈣黏蛋白水平顯著增加。以上研究結(jié)果說明鈣黏蛋白在胰島的細胞結(jié)構(gòu)維持、細胞間黏附和胰島素分泌方面均具有重要的調(diào)控作用。

3 鈣黏蛋白與DR的關(guān)系

DR是糖尿病微血管病變中嚴重的并發(fā)癥之一，其發(fā)生與血管相關(guān)細胞的凋亡有關(guān)，包括Müller細胞、周細胞和內(nèi)皮細胞。這些細胞的丟失與氧化應激和炎癥反應有關(guān)，可導致血-視網(wǎng)膜屏障破壞，從而引起視網(wǎng)膜水腫、視網(wǎng)膜新生血管、視網(wǎng)膜功能障礙及失明。研究表明，在DR患者中，周細胞是最早被影響的血管細胞，周細胞的凋亡可引發(fā)內(nèi)皮細胞的改變，存在于內(nèi)皮細胞之間的鈣黏蛋白主要是VE-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白，這些蛋白在維持血-腦屏障和內(nèi)皮細胞成熟中發(fā)揮重要作用[20]。這說明N-鈣黏蛋白、VE-鈣黏蛋白在糖尿病微血管病變中可能發(fā)揮預警的作用，有可能成為篩查及治療糖尿病微血管病變的靶向目標。

3.1 VE-鈣黏蛋白與DR的關(guān)系 周細胞與內(nèi)皮細胞的黏附由VE-鈣黏蛋白完成，且VE-鈣黏蛋白主要控制視網(wǎng)膜血管通透性。Deng等[21]研究發(fā)現(xiàn)，DR患者血清VE-鈣黏蛋白水平明顯高于健康人群，給予雷珠單抗治療后患者血清VE-鈣黏蛋白水平明顯降低，說明VE-鈣黏蛋白參與DR的發(fā)生。Yoon等[22]在小鼠中使用化學抑制劑調(diào)節(jié)內(nèi)皮Notch信號，敲除小鼠內(nèi)皮特異性Jagged1基因，發(fā)現(xiàn) VE-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白的表達水平降低。研究表明，N-鈣黏蛋白調(diào)控VE-鈣黏蛋白上游的血管生成相關(guān)因子，敲除N-鈣黏蛋白基因后，VE-鈣黏蛋白表達水平顯著降低，反之則沒有影響，表明VE-鈣黏蛋白表達水平下調(diào)可能與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控有關(guān)[23]?？傊?，DR發(fā)生后，機體內(nèi)VE-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白水平會明顯升高。VE-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白是保護血管內(nèi)皮細胞完整性的重要鈣黏蛋白，在一定程度上兩者均可間接反映微血管內(nèi)皮細胞功能損傷和血管通透性增加的程度。Abu El-Asrar等[24]研究發(fā)現(xiàn)，增殖性DR患者的玻璃體液中VE-鈣黏蛋白水平顯著高于非糖尿病患者。血管內(nèi)皮生長因子是一種血管生成因子，隨著糖尿病的進展，其在視網(wǎng)膜中表達上調(diào)。血管內(nèi)皮生長因子通過血管內(nèi)皮生長因子/血管內(nèi)皮生長因子受體2/Src/VE-鈣黏蛋白信號通路，介導VE-鈣黏蛋白的磷酸化，導致血-視網(wǎng)膜屏障的破壞[25]。動物及細胞實驗均已證實了N-鈣黏蛋白和VE-鈣黏蛋白與DR的發(fā)生有關(guān)，并呈現(xiàn)時間依賴性[26]。

3.2 N-鈣黏蛋白和 E-鈣黏蛋白與DR的關(guān)系 上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)的重要特征是N-鈣黏蛋白上調(diào)及E-鈣黏蛋白下調(diào)，這已在纖維化疾病、肺動脈高壓和腫瘤疾病中得到證實[27]。研究顯示，EMT在DR的發(fā)展中起著重要作用，而鈣黏蛋白在上皮細胞(如晶狀體上皮細胞、視網(wǎng)膜色素上皮細胞、Müller細胞)的EMT中起著關(guān)鍵作用[28]。研究表明，在增殖性玻璃體視網(wǎng)膜病變、DR和老年性黃斑變性患者的玻璃體中，細胞因子(如轉(zhuǎn)化生長因子β)升高，可誘導視網(wǎng)膜色素上皮細胞N-鈣黏蛋白高表達、E-鈣黏蛋白低表達，并促使EMT發(fā)生[28]。Zhou等[29]研究表明，高葡萄糖條件可以增加Müller細胞中N-鈣黏蛋白、E-鈣黏蛋白的表達。以上研究表明，N-鈣黏蛋白、E-鈣黏蛋白可能通過介導EMT，參與DR的發(fā)生和發(fā)展。

4 展 望

鈣黏蛋白是一組介導同型細胞之間黏附連接的黏附蛋白，與腫瘤的血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移等方面密切相關(guān)。在糖尿病患者中，長期的高血糖狀態(tài)會逐漸使鈣黏蛋白在細胞間的黏附作用降低，除了不能維持胰島結(jié)構(gòu)，還會促進胰島細胞的凋亡、減少和胰島素分泌障礙。DR是糖尿病常見且嚴重的微血管病變并發(fā)癥之一，鈣黏蛋白與DR的發(fā)生密切相關(guān)，并與視網(wǎng)膜病變的嚴重程度相關(guān)。鈣黏蛋白參與胰島細胞的功能維持、胰島素分泌、糖尿病微血管內(nèi)皮損傷等，這可為糖尿病及糖尿病并發(fā)癥的治療提供新思路。VE-鈣黏蛋白作為評估血管內(nèi)皮功能的可靠生物標記物,在糖尿病慢性微血管并發(fā)癥中起重要作用，其已應用于糖尿病的臨床篩查和治療[30]。但目前大部分有關(guān)E-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白在內(nèi)皮細胞、胰島功能中的作用研究，局限于細胞實驗及動物實驗，在臨床上篩查及治療2型糖尿病的效果還需要進一步明確?？傊}黏蛋白或可成為糖尿病慢性微血管并發(fā)癥的預警指標，用于篩查、預防糖尿病及糖尿病微血管并發(fā)癥，將體內(nèi)鈣黏蛋白水平調(diào)節(jié)至正常水平或可成為治療糖尿病及DR的新方法。