蛋白酪氨酸磷酸酶-1B与2型糖尿病相关性的研究现状

作者：冯秋霞(综述)， 高政南(审校)
作者单位：辽宁省大连市中心医院内分泌科， 辽宁 大连 116011
《河北医学》2008年2月11卷2期 文献综述
【关键词】  蛋白酪氨酸磷酸酶-1B； 2型糖尿病； 相关性
　　蛋白酪氨酸磷酸酶（Protein tyrosine phosphatase, PTP）是蛋白质的酪氨酸磷酸化的重要参与因子。而蛋白质的酪氨酸磷酸化是翻译后修饰的主要方式之一，此反应受作用相反的一对酶调节，即蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase, PTK）使酪氨酸磷酸化和蛋白酪氨酸磷酸酶使其脱磷酸。其中蛋白酪氨酸磷酸酶-1B（PTP-1B）由于分子量小，易于获得，倍受研究者的关注。近十年来研究发现， PTP-1B与2型糖尿病的胰岛素信号传导、高血脂、肥胖密切相关。

　　1  PTPs家族及其功能
 
　　研究发现，人类共有112种PTPs。PTPs超家族分为酪氨酸特异性、双特异性和低分子量磷酸酶三大类。酪氨酸特异性磷酸酶和低分子量磷酸酶主要作用于含磷酸化酪氨酸的蛋白质，双特异性磷酸酶作用于含磷酸化丝氨酸或含磷酸化苏氨酸的蛋白质。PTPs家族还可以分为8个亚族：①酪氨酸特异性PTPs。②双特异性PTPs。③细胞分裂周期蛋白25（cdc25）亚族。④第10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源基因（PTEN）亚族。⑤ myotubularins。⑥再生肝磷酸酶（PRL）亚族。⑦低分子量PTPs。⑧新发现的cdc14亚族。
         
　　与胰岛素信号调节紧密相关的是酪氨酸特异性PTPs，它又可以分为受体型和非受体型两类。受体型酶位于细胞膜上，可以把细胞外基质信号向胞内传导；非受体型酶主要位于胞内，结构上包括一个单独的催化区和包含肉瘤同源区段2在内的氨基端或羧基端延伸区，延伸区可能具有靶向调控功能。PTP-1B是胞内PTPs的代表，是第一个被鉴定并纯化的哺乳动物PTP，由435个氨基酸残基组成，分子量约50kD。人类的PTP-1B基因全长约74kb，共10个外显子，位于20q13.1-13.2，［1-3］。PTP-1B广泛表达于肌肉、心、肝、肾、脑等各种组织中，其C端有一富含脯氨酸残基的片段，PTP-1B通过该片段与内质网相连，此片段可水解断裂，从而释放出有活性的PTP-1B［4］。
         
　　PTP-1B生理功能有：①与胰岛素受体及其底物作用，可以减弱胰岛素信号传导［5］。胰岛素的信号传导也能反馈地影响PTP-1B的活性［6］。②使瘦素相关的Janus激酶去磷酸化，阻止瘦素信号传导1～13.2［7］。与多种生长因子及底物相互作用，调控细胞的生长、分化。此外，PTP-1B还与催乳素信号传导、整合素信号传导和血小板凝集等关系密切。

　　2  PTP-1B的生理调节
         
　　PTP-1B的活性和基因表达在体内受多种因素调节。生长因子、蛋白激酶Galpha(i2)、蛋白激酶B、Cu2+等均可不同程度地降低PTP-1B的活性。蛋白激酶Galpha(i2)还可在胰岛素敏感组织内抑制PTP-1B的表达。李建辉等［8］发现运动可以降低胰岛素抵抗大鼠肝脏组织中PTP-1B的表达。另外，PTP-1B也受其自身底物的调节。

　　3  PTP-1B与2型糖尿病

　　3.1  PTP-1B与胰岛素信号传导：胰岛素信号传导首先需要胰岛素与胰岛素受体结合。胰岛素受体是由α2β2亚单位组成的四聚体，α亚单位与胰岛素结合后β亚单位的酪氨酸及胰岛素受体底物发生磷酸化而被激活。磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kianse, PI3K）等下游蛋白也被活化，葡萄糖转运蛋白4由细胞内转至细胞膜，最终葡萄糖进入细胞。在上述过程中的磷酸化反应可以被PTP-1B等因子逆转，从而阻止胰岛素信号的传导。因此，PTP-1B是胰岛素信号传导的一个重要负性调节物质。         

　  如果PTP-1B结构或活性改变，将改变其对胰岛素信号传导的抑制作用。外周组织胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能受损是2型糖尿病发病机制的两个基本条件，而胰岛素信号传导被抑制是胰岛素抵抗的重要环节。PTP-1B升高表达可引起胰岛素抵抗，从而引发2型糖尿病。资料表明，PTP-1B的表达水平在糖尿病或发生胰岛素抵抗时明显升高。Zabolotny等［9］使转基因鼠表达人PTP-1B时发现，与对照组相比，实验组鼠肌肉中胰岛素刺激引起的胰岛素受体酪氨酸磷酸化水平降低35%， PI3K活性降低40%～60%，葡萄糖转运所需的蛋白激酶c活性也减弱；表达PTP-1B的小鼠全身葡萄糖清除和肌肉的葡萄糖摄取减少了40%～50%。王淼等［10］的研究表明体重指数正常的初诊2型糖尿病较正常对照者存在明显的胰岛素抵抗，而PTP-1B在前者内脏脂肪组织中的表达较后者显著增高，几乎是后者的4倍。可见内脏脂肪组织PTP-1B的表达升高在胰岛素抵抗中也有重要作用。Gum等［11,12］采用PTP-1B反义寡核苷酸处理糖尿病模型小鼠（ob/ob小鼠），抑制其PTP-1B表达，发现在肝、脂肪和骨骼肌内PTP-1B的表达下调时，ob/ob小鼠血糖恢复正常，与糖代谢有关的各个指标也都趋于正常。以上结果说明，PTP-1B在拮抗胰岛素信号传导中具有重要作用。
         
　　糖尿病患者体内PTP（尤其是PTP-1B）含量及活性的异常可能存在多方面的原因，但基因变异被认为是主要因素。PTP-1B的基因变异与糖尿病有密切关系。在对653个样本的研究中，Mok等［13］先用限速酶AVA I对样本的一种单核苷酸多肽链消化后，再利用外显子PCR放大技术对其编码发现，带有PTP981T/981C基因型的人群患葡萄糖耐量减低和糖尿病的风险较小，提示PTP-1B基因组的变化与降低患糖尿病的风险有关。丹麦研究者Echwald等［14］证实2型糖尿病患者P387L突变频率高于正常对照。他们对人类PTP-1B基因进行序列分析发现9个基因突变位点，但只有387位密码子脯氨酸—亮氨酸（P387L）突变与2型糖尿病有关，该突变能明显减少丝氨酸磷酸化，从而影响PTP-1B的功能。Di Paola 等［15］研究发现PTP-1B的3′UTR区域的1484insG位点和胰岛素抵抗相关。陶  等［16］在上海地区中国人的研究中亦发现PTP-1B基因1484insG突变与中国人肥胖2型糖尿病有相关性，可能是中国人肥胖人群发生2型糖尿病的遗传因素之一。张宏利等［17］人将PTP-1B基因作为一个重要候选基因，对其进行单核苷酸多态性（SNP）筛查，发现外显子区存在3个SNP，其中位于第9 外显子第35位碱基G→A，E9/35G→A或Val375Met为新发现的突变位点，其余外显子位点1个为同义突变E8/45（C→T），1个3′-UTR（E10/372G→A）。内含子3个SNP分别为I5/37C→A，I6/82A→G，I7/301C→T。通过对所发现的SNP位点以华东地区90对2型糖尿病和血糖正常的配偶做病例-配偶分析，结果发现I5/37C→A位点A等位基因频率，I6/82A→G位点G等位基因频率和I7/301C→T位点C等位基因频率在糖尿病患者和正常人配偶中有显著性差异，3种SNPs中A、G、C等位基因与2型糖尿病的发生相关。然而中国的Weng J［18］和德国的Gouni-Berthold I［19］研究结果却表明P387L 突变的基因并不是2型糖尿病的易感基因，张宏利等［17］的研究亦未找到P387L和1484insG位点，这可能由于遗传背景不同造成的，说明PTP-1B基因突变有种族和地区差异性，这些突变需要在不同种族和地区之间进行研究确证。

　　3.2  PTP-1B与血脂代谢：PTP-1B调节血脂是通过调节与血脂代谢相关的基因表达而完成的。动物实验证实果糖喂养的小鼠肝细胞中，PTP-1B活性明显升高，载脂蛋白B和极低密度脂蛋白微粒合成分泌增加；加入磷酸酯酶抑制剂可显著减少载脂蛋白B的分泌［20］。而且果糖喂养PTPN1基因敲除小鼠也未见极低密度脂蛋白升高，提示PTP-1B有促进极低密度脂蛋白分泌的作用［21］。对PTPN1基因敲除小鼠脂蛋白谱进行分析，结果显示血浆中载脂蛋白B100的含量下降，其极低密度脂蛋白含量下调［22］。高血糖肥胖小鼠用PTP-1B抗体处理后，脂肪中的PTP-1B水平下降，肥胖程度下降，脂肪细胞中甘油三酯水平也受到影响，后者与脂肪生成相关编码基因的降调节有关 ［23］。超重或肥胖的初诊2型糖尿病组与BMI正常的初诊2型糖尿病组ISI 及Homa-IR无明显统计学差异;但是前者内脏脂肪组织PTP-1B的表达水平几乎是后者的3倍，并且在校正年龄和性别后PTP-1B的表达水平与BMI呈正相关［10］。

      3.3  PTP-1B与肥胖：目前认为PTP-1B能在分子水平抑制瘦素信号传导而引起肥胖。瘦素是ob基因的编码产物，是一种由脂肪细胞合成、分泌的“脂肪调节激素”。肥胖表现为对瘦素作用的抵抗。PTP-1B使Janus激酶2脱磷酸，瘦素受体不能对瘦素产生应答，从而引起瘦素抵抗。Cheung A等［24］研究表明体重指数与PTP-1B水平呈正相关，而每单位PTP-1B活性与体重指数呈负相关。Cheng A等［7］研究发现PTP-1B基因敲除鼠不仅胰岛素敏感性增强，而且由于去除了PTP-1B对胰岛素和瘦素信号传导的抑制，使小鼠在高脂饮食条件下也不发生肥胖。

　　4  PTP-1B抑制剂
   
　　国外有许多研究者已把目光集中于开发特异性的PTP-1B抑制剂上。比如PTP-1B在细胞内的表达如何进行调控。如：钒化合物，钒酸盐是PTP-1B的竞争性抑制剂，可以与PTP-1B活性中心的半胱氨酸残基结合从而影响酶的催化活性。甲基磷酸盐类抑制剂，中药丹参的甲醇提取物也有抑制PTP-1B的作用。
         
　　总之，由于对PTP具体的作用机制及其基因表达的关键因素还不甚清晰，PTP结构本身存在特殊性，且胰岛素信号传导涉及到多种PTP，而一种PTP又参与多种信号系统转导，因而将PTP作为治疗DM的药物靶点进行还存在着众多困难。但是，现有的研究成果显示，将PTP作为靶点治疗糖尿病及胰岛素抵抗尚有巨大的潜力。因此进一步研究PTP结构和底物特异性，为PTP抑制剂及其它以PTP为靶点的药物做出更合理的设计是将来研究的方向。

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