四氢生物蝶呤在糖尿病性受损内皮细胞糖代谢中的作用

卢晓云

（华侨大学生物医学学院，福建 泉州 362021）

四氢生物蝶呤（BH4）是治疗高苯丙氨酸血症的有效药物[1]。近年来发现BH4也是高等生物体内一氧化氮合酶发挥生物活性的关键辅助因子，在调控血管内皮细胞一氧化氮（NO）的合成、维持机体血管健康方面具有重要作用。BH4充足时，eNOS耦联成活化二聚体，催化底物L-精氨酸生成NO和L-瓜氨酸；当BH4缺乏时，eNOS脱耦联，催化底物生成过氧化物[2]。有研究显示，糖尿病性的动脉血管硬化及其他血管疾病有着一个共同特点：NO的生物活性降低及过氧化物生成增加，导致内皮细胞功能性受损[3]。在高糖环境，BH4合成减少及氧化缺失是血管内皮细胞功能性受损的一个重要因素。因此，BH4可作为修复糖尿病性内皮细胞受损的一个治疗靶点，并在糖代谢方面具有重要作用。

1 BH4是糖尿病性内皮细胞受损的治疗靶点

血管内皮不只是血液与机体组织的简单屏障，还在调控血管张力及结构上发挥着关键作用。血管内皮细胞来源的NO，是维持血管稳态的一个重要调控因子。BH4作为eNOS功能的重要调控者，最近被认为是治疗血管内皮受损的合理靶点。

在糖尿病患者中，高血糖引发的氧化应激及NO生物活性的降低是内皮细胞功能性受损的主要诱发因子。高血糖通过两种途径减弱内皮细胞NO生物活性：一是NO迅速与活性氧族分子发生氧化作用，生成过氧亚硝酸盐（ONOO-）失活；二是由于胰岛素耐受，PI3K/Akt信号下调，eNOS磷酸化下调及eNOS的脱耦联，导致NO的合成受损。

BH4不足，是糖尿病环境下内皮细胞NO生物活性降低的重要原因。研究显示，高血糖可诱导鸟苷三磷酸环化水解酶（GTPCH）蛋白酶体依赖性的降解。GTPCH是BH4从头合成途径中的第一个限速酶，其降解引起BH4合成减少，和（或）BH4发生氧化应激，而导致内皮细胞内BH4供应不足，eNOS不能耦联形成活化的二聚体结构，NO合成量下降，最终内皮功能受损。在人动脉内皮细胞内高表达GTPCH基因，可有效提高细胞内BH4及NO水平，减少过氧化物的产生，改善受损内皮功能[4]。db/db小鼠长期口服BH4补充合成途径的底物墨蝶呤，可预防内皮受损及氧化应激[5]。长期口服BH4治疗的高胆固醇血症患者，其耐受内皮受损及氧化应激的能力明显增强[6]。

2 BH4影响糖代谢的作用机制

有文献显示，BH4能提高2型糖尿病患者的葡萄糖处理。在调控并维持机体葡萄糖的稳态平衡方面，PI3K/Akt、MAPK及AMPK信号通路，均发挥着重要作用；它们的失调可导致肥胖和糖尿病的发生[7]。以下，将主要通过BH4介导的NO通路与三者之间的交叉谈话，来阐述BH4在调控内皮细胞糖代谢的可能机制。

2.1 PI3K/Akt：在哺乳动物体内，PI3K/Akt信号通路被认为是胰岛素作用细胞代谢的主要效应器。PI3K/Akt下游与糖代谢相关的效应器有：①AS160：GAP上的多个丝氨酸/苏氨酸位点磷酸化失活，GTP代替GDP结合Rab形成活化结构，推动GLUT4囊泡向细胞膜上运送[8]；②mTORC1：加强依赖于缺氧诱导因子1α作用的GLUT1/3、磷酸甘油酸激酶1、乳酸脱氢酶A和丙酮酸脱氢酶激酶基因的转录翻译[9]，上调糖酵解过程；③GSK-3β：磷酸化失活，恢复糖原合酶活性，促进糖原合成[10]；④FOXO1：磷酸化失活，下调6-磷酸-葡萄糖激酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶转录表达，抑制内源性葡萄糖的增加[11]。

在2型糖尿病中，由于胰岛素分泌不足，导致PI3K/Akt-eNOS的下调，是导致内皮细胞功能损伤的主要原因。PI3K/Akt可活化GTPCH来加强BH4合成，促进NO生成[7]，调控内皮功能。通过添加墨蝶呤及增强转基因GTPCH的表达，发现，BH4的合成可通过活化eNOS提高NO的合成，正反馈调节PI3K/Akt通路[12]。另在人血管平滑肌细胞（hVSMC）中发现，NO可介导cGMP/PKG通路促进胰岛素刺激下葡萄糖的转运；加入NOS抑制剂，则能完全抑制胰岛素介导的葡萄糖运送及GLUT4转位[13]；这过程可能依赖PI3K/Akt信号通路的活化[14]。这些间接提示，BH4的合成，可介导NO调控PI3K/Akt，来调节内皮细胞的糖代谢。

2.2 MAPK：MAPK是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，主要包括三个亚族：ERK1/2，JNK1/2和p38 MAPK。典型的MAPK/ERK通路的活化，能上调GLUT1的表达，加强葡萄糖的转运[15]。MAPK/ERK与胰岛素信号途径存在着交叉会谈：MAPK/ERK作用于特定的转录因子，上调胰岛素样受体基因的转录表达，提高胰岛素敏感性[16]。而JNKs、p38 MAPK具有相反的作用，它们的活化会导致IRS丝氨酸/苏氨酸磷酸化，产生胰岛素抵抗效应[17]。

NO对ERK1/2的活化作用，研究发现：在人骨髓微血管内皮细胞的培养液中加入NONOate，能促进ERK1/2的磷酸化[18]；在hVSMC中，NO通路可剂量及时间依赖性地激活ERK1/2通路[13]。这显示，BH4具有活化ERK1/2通路，调控其下游葡萄糖代谢信号的可能。对于p38MAPK和JNK通路，BH4可通过本身具有的强还原性，及通过促进NOS耦联，减少NOS解耦联状态下产生的大量过氧化物，来避免氧化应激引起的p38 MAPK和JNK活化。

2.3 AMPK：AMPK是种能量应激传感器，由催化功能亚单位α和两个调控亚单位β、γ组成异源三聚体结构。当胞内AMP/ATP上升和（或）α亚单位Thr172磷酸化，AMPK活化：促进GLUT4向细胞膜转位，上调葡萄糖的摄入[19]；活化6-磷酸果糖激酶2，加速2，6-二磷酸果糖的合成[20]，增强糖酵解过程、。LKB1/AMPK信号通路磷酸化TORC2，使其核输出[21]，抑制葡萄糖内源性再生。

精胺氮氧化加合物可促进人骨骼肌细胞葡萄糖的转运，并伴随AMPK-α1活性的加强[22]。内皮细胞中，LKB1和CaMKKβ是AMPK活化的两种蛋白激酶。研究发现，NO可通过上调内皮细胞胞内Ca2+浓度，激活CaMKKβ，活化AMPK；而ONOO-亦可依赖于磷酸化LKB1，增强LKB1-AMPK间的作用，激活AMPK[23]。这显示，AMPK可能具有调控内皮细胞功能的作用。AMPK也被认为是NOS的上游调控激酶。metformin和AICAR的添加，能有效抑制GTPCH Ⅰ的降解，增加BH4与NO水平[24]。

3 结 语

综上所述，BH4已成为治疗修复糖尿病性内皮功能紊乱的重要靶点。BH4主要是通过维持eNOS的耦联状态，促使NO的合成及减少O2-的产生，来调节内皮细胞正常的生理功能。在糖尿病机体中，由于胰岛素分泌不足或细胞胰岛素抵抗，糖代谢功能是紊乱的。BH4或可通过介导上调NO合成，与糖代谢信号相关的PI3K/Akt、MAPK及AMPK通路发生交叉会谈（图1），来调控内皮细胞的糖代谢。这可能是BH4修复糖尿病性的内皮细胞功能受损的进一步可能机制。

图1 BH4介导NO信号调控内皮细胞糖代谢的可能机制

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