可卡因-苯丙胺转录调节肽与糖尿病关系研究进展

隆 敏，周世文

(第三军医大学附属新桥医院1.内分泌科、2.国家药品临床研究基地，重庆 400037)

上世纪90年代研究发现可卡因和安非他明可使大鼠纹状体中某种特异蛋白mRNA水平明显增高，此后在脑中找到该蛋白片段，遂将此蛋白命名为可卡因-苯丙胺转录调节肽(cocaine and amphetamine regulated transcript，CART)［1］。既往有关CART的研究主要集中于镇痛、声惊吓反应、药物依赖、奖赏与强化及对神经元的保护作用等，近年研究发现CART可能参与糖尿病发生发展，然而也有学者对此提出了质疑［2-3］。本文就CART与糖尿病关系研究综述如下:

1 CART的表达与修饰

研究证实CART分布十分广泛，在中枢，CART分布于下丘脑腹内侧核(ventromedial nucleus，VMN)、背内侧核(dorsomedialnucleus，DMN)、外侧下丘脑(lateral hypothalamus，LH)、弓状核(arcuate nucleus，ARC)、室旁核(paraventricular nucleus，PVN)等核团神经元轴突末端和致密小泡中。在外周，CART分布于肠肌丛神经元、胰岛生长抑素细胞、胃窦G细胞、交感节前神经纤维等。现已知CART有两种长度的前体，分别是长型(129个氨基酸)和短型(116个氨基酸)。大鼠和小鼠体内都有长、短两型，而人体内只有短型。长型和短型CART前体都有一个长度为27个氨基酸的前导序列，这两种前体经过加工处理分别形成102和89个氨基酸残基，再经转化酶切割分别产生两种活性片段，长型CART55-102和 CART62-102分别与短型 CART42-49和 CART49-89相对应［1］。

2 CART与糖尿病

2.1CART基因表达与糖尿病基因测定发现CART基因与人类肥胖基因共存于染色体5q13-14，这种在染色体上位置的接近，使得CART参与能量调节提供了可能性。基因多肽性研究发现肥胖人群CART启动子的3个SNP位点与血浆LDL-C水平和LDL/HDL相关，男性CART基因3'端的A1475G突变与腰臀围比之间存在明显相关性［4］。Giudice等［5］揭示CART基因突变可使得人类发生2型糖尿病的易感性增强。进一步对CART基因敲除小鼠的研究发现，随着年龄增大，胰腺、十二指肠同源性基因及葡萄糖转运子2免疫活性下降、β-细胞形态改变、高糖刺激胰岛素分泌功能减弱、葡萄糖耐量减低、基础胰岛素水平较高，但基础血糖水平无明显变化，体重明显增加，提示CART有可能参与胰岛素抵抗环节，而非直接影响血糖水平［3］。TCF7L2是与2型糖尿病关系十分密切的基因，该基因缺失与2型糖尿病发病及胰腺功能损伤密切相关，Prokunina等［6］通过对34种人类组织以及80种细胞株分析发现TCF7L2基因转录产物与CART表达位置高度一致，并且该转录产物表达仅与CART有关，与同是葡萄糖激活神经元表达的前阿黑皮素(proopiomelanocorti，POMC)无关，与葡萄糖抑制神经元表达的神经肽Y(neuropeptide，NPY)及刺鼠色蛋白相关蛋白也无关。

2.2下丘脑CART与糖尿病早期研究认为CART是一种内源性厌食肽。在禁食动物、肥胖Zucker大鼠及糖尿病ob/ob小鼠弓状核CART mRNA表达下调，甚至几乎不表达［7］，脑室或PVN内直接注射CART55-102或CART62-102肽不但可以抑制正常进食及饥饿动物的进食，也可抑制肥胖Zucker大鼠进食及脑室内灌注NPY诱导的进食反应［8-9］，但只影响进食量而不影响进食次数［10］。Larsen等［11］也发现连续注射CART 7 d可以抑制正常SD及肥胖Zucker大鼠摄食，引起体重下降，当停止使用后原有的体重下降可得以恢复。CART的抑制食欲作用依赖于其空间结构，利用大肠埃希菌构制CART重组体，并在脑内慢性表达，发现空间折叠的CART55-102能明显减少正常大鼠及饮食诱导肥胖大鼠对能量的摄取，但未折叠片断没有抑制食欲的作用［12］。然而，并非所有研究均证实CART具有抑制食欲作用，随后的体外实验发现100 nmol·L-1CART能明显刺激体外培养的下丘脑组织块 NPY释放［13］，而后者具有明显的促进食欲作用。Smith等［14］将装载有CART基因的腺病毒定位注射于大鼠PVN，使其在核团内局部过表达，结果发现无论是普食喂养还是高脂喂养CART过表达的大鼠进食及体重均较对照组增加，尤其是在注射后d 65及d 79。我们的前期研究也发现高脂喂养两周可使得大鼠下丘脑CART mRNA表达上调，在DMN或ARC内注射0.2 nmol CART可明显增加空腹或饱食糖尿病大鼠的进食量，同时也使得下丘脑促进食欲的相关多肽，如NPY及刺鼠色蛋白相关蛋白免疫活性增加［15］。CART对进食调节研究结果的不一致是否是由于CART神经元存在不同类型［16］，或是不同解剖部位受体亚型功能差异，亦或高脂饮食诱导差异性反应值得进一步研究。

2.3胰腺CART与糖尿病免疫组化证实接近53.7%的羊胰内神经元存在CART免疫阳性，胰腺外分泌组织、神经节及血管广泛分布着CART阳性神经纤维，在结缔组织分布着中等数量的CART阳性神经纤维，而导管系统及胰岛CART免疫阳性神经纤维分布稀少，未能发现CART阳性神经纤维深入胰岛内部［17］。CART阳性神经纤维或神经元存在不同程度的P物质表达，部分有舒血管肠肽(vasoactive intestinal polypeptide，VIP)表达，极少量有 NPY表达，提示CART与其它调节肽共存，参与激素及酶分泌及胰腺血供的调节［17］。进一步研究发现，CART除表达于神经细胞外，在胰岛组织中也有表达，且随着胚胎发育，大鼠几乎所有类型的胰岛内分泌细胞(包括α细胞和β细胞)及小鼠的α细胞均表达CART，并在出生左右达到高峰［18］，发育期大鼠β细胞和成年大鼠δ细胞亦有CART表达［19］。在人类，CART同样也表达于胰腺神经纤维和胰岛细胞瘤，且CART表达水平与胰岛肿瘤分化程度相关［18］。Wierup等［2］发现2型糖尿病大鼠模型β细胞不仅表达CART，而且cAMP足够时，CART可调节胰岛素分泌，使得高糖情况下胰岛素分泌增加;当cAMP缺乏时，CART对胰岛素瘤细胞无明显作用，但能在一定程度上抑制离体胰岛胰岛素、胰高血糖素及生长抑素的分泌。该小组还发现激素诱导的糖尿病大鼠模型CART阳性胰岛β细胞免疫活性较对照组增加10倍，自发性糖尿病Goto-Kakizaki大鼠CART阳性胰岛β细胞免疫活性较对照组增加30倍［2］。此外，采用基因敲除技术证实了CART参与葡萄糖诱导胰岛素分泌功能及体内葡萄糖代谢的调节作用［3］。这些研究结果显示CART在维持胰岛正常生理功能及2型糖尿病的发生发展中具有重要作用。

3 CART的作用调控

3.1CART表达的网络调控双标免疫组化证实，CART与NPY、前阿片黑素细胞皮质激素(proopiomelanocortin，POMC)、胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)等神经递质共存于某些神经元或与相应的免疫活性神经元形成联系，提示CART可能与其它神经肽形成相互交错的网络结构［20］，其中CART与 NPY 及瘦素关系最为密切［7，17］。研究发现，CART在NPY下游目标细胞群表达明显，然而CART不但可抑制脑室内灌注NPY诱导的进食反应［8］，CART亦能在离体实验中明显刺激下丘脑组织块NPY释放［13］。CART与瘦素也具有相互调节作用，脑室内注射0.5 μg CART后120 min血清瘦素浓度明显升高［21］。而瘦素受体在弓状核CART神经元存在表达，采食大鼠持续灌注瘦素对下丘脑神经肽CART mRNA表达无影响，当动物处于绝食状态时脑内瘦素水平下降，导致弓状核内的CART mRNA表达下降约25%，此时再向脑内灌注瘦素后可明显抑制CART mRNA表达的下降。此外，CART对垂体前叶内分泌激素调控举足轻重，脑室内注射CART可明显增加生长激素、催乳素的释放，提高外周皮质醇水平［21］。

3.2CART受体及其信号通路采用绿色荧光蛋白标记CART55-102，在HepG2细胞株以及下丘脑分离的细胞中找到了CART特异性结合位点，在大脑切片中，CART结合位点主要表达于下丘脑室旁核区域的神经细胞胞体［22］。为进一步研究CART细胞内信号机制，研究人员试图通过检测CART55-102阻断或改变现已知配体与受体的结合找到CART受体，这些受体包括大量的神经肽类受体和其它结合位点，比如表皮生长因子、甲状腺释放激素、胆囊收缩素1、γ-氨基丁胺、促肾上腺皮质素释放因子、NPY等，但事与愿违，这些研究结果提示CART受体是迄今为止尚未得以证实的独立位点［23］。Yermolaieva等［24］发现 CART55-102可抑制海马原始神经细胞电压依赖的钙离子内流信号，这一作用极有可能是通过Gi/Go的G蛋白偶联受体，呈剂量及时间依赖性地激活胞外信号调节激酶(extracelluar signal related kinase，ERK1，2)活性，增加磷酸化 ERK1、ERK2的水平，然而这一细胞信号变化并不是在所有细胞株均得以证实［25］。此外，亦有研究发现［7］，向脑室内注射CART可引起某些包含有内源性CART的脑区c-fos水平升高;在胰腺组织，CART通过cAMP/PKA信号通路使得高糖刺激胰岛素分泌增加［2］。分析认为，多项研究显示CART不同片段有着不同生物学效能，这种效能上的差别可能是由于CART与不同亚型受体结合，激活不同信号转导机制所致。

4 展望

近20年的研究初步证实CART与糖尿病密切相关，尽管如此，仍有许多问题还有待阐明。比如，(1)CART是否直接参与糖尿病的发病机制:虽然糖尿病动物模型中枢及胰岛细胞CART表达存在变化且基因敲出小鼠存在糖耐量异常，但直接注射CART于脑室或局部核团并未导致血糖及胰岛素水平明显改变且敲除CART基因亦未能影响基础血糖水平，CART与胰岛素抵抗的因果关系如何?(2)CART与其它调节进食及能量代谢相关肽，如NPY、POMC、神经介素U等的网络关系有待理清［20］。(3)CART在中枢及外周均显示出多种生物学活性，然而目前对CART受体的研究较为局限，对其受体亚型及受体后信号通路的认识尚无定论，等等。总之，有关CART在糖尿病中的作用亟待深入研究，并有望为糖尿病治疗提供新的思路。

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