精氨酸与胰岛_细胞功能.pdf

综述 精氨酸与胰岛 细胞功能 马晓静 吴松华 狭义的胰岛 细胞功能是指 细胞在葡萄糖刺激下分 泌胰岛素 Ins 以维持血糖稳定 而广义的功能是指其对葡 萄糖 精氨酸 arginine Arg 胰高糖素 Glg 等刺激物的刺激 所引起的Ins释放或分泌反应以及分泌其它多肽的能力 经典理论认为 只有 细胞功能低于正常15 以下才会发生 糖尿病 DM 非糖物质Arg对胰岛 及 细胞均具有较强 的兴奋作用 是较理想的促Glg和Ins分泌的物质 静脉滴 注Arg可诱发Ins的双相反应 而静脉快速推注Arg仅诱发 快速Ins分泌相 AIR 1 下面就 Arg与胰岛 细胞功能的 关系综述如下 一 Arg的生理作用 具有两个碱基的Arg是碱性最强的半必需氨基酸 主要 在肝脏通过尿素循环合成 2 参与核酸代谢以及嘧啶 胶原 蛋白质 氨基酸及其衍生物的合成 正常情况下人体每日需 摄入5 4 g Arg 某些病理情况下 对Arg的需要明显增加 缺乏Arg会造成机体高氨血症 生长迟缓和发育障碍 给予 药理剂量的Arg可促进伤口愈合 增强细胞免疫应答 抗感 染及抑制某些类型肿瘤生长 Arg可刺激若干内分泌腺分 泌Glg Ins 生长抑素等激素 近年研究发现 长期口服Arg 还可改善2型糖尿病 T2DM 患者的外周及肝脏Ins敏感 性 3 二 Arg的生成物NO及L2Arg2NO途径 L2精氨酸 L 2 Arg 是血管内皮细胞合成NO的前体 L2Arg经细胞膜上的载体转运至细胞内 在还原型辅酶 NADPH 四氢叶酸等辅助因子存在下 经NO合成酶 NOS 的作用与O2结合生成NO和L2胍氨酸 这一生化过 程称为L2Arg2NO途径 与此过程拮抗的是Arg酶途径 后 者催化Arg生成尿素和鸟氨酸 通过L2Arg2NO途径所产生的NO介导神经传导 血管 舒张 抑制血小板聚集及免疫防御等多种生理功能 NO是 主要的舒血管物质 抑制NO基础释放可引起外周血管明显 收缩 导致血压升高 L2Arg作为底物对维持NO的产生较 为重要 在衰老 DM 肺动脉高压等情况下 血浆L2Arg含量 减少 所以 补充L2Arg有一定治疗效果 另外 在L2Arg不 足时 NOS本身还具有产生氧自由基的功能 故NO与细胞 凋亡关系密切 它具有免疫与细胞毒性双重作用 正常人 L2Arg2NO通路障碍早在30岁后即开始出现 作者单位 200233 上海交通大学附属第六人民医院内分泌代 谢科上海市糖尿病研究所 高血糖可诱发内皮功能损伤 使NO合成和释放减少 糖化血红蛋白水平与NO诱导的血管舒张密切相关 有研 究证实 血中NO在糖尿病肾病 DN 时合成减少系糖基化 终末产物直接使之失活所致 此外 多元醇代谢物也抑制 NO合成 补充L2Arg可预防DN患者肾小球高滤过 减少尿 蛋白 L2Arg的对映异构体D2Arg亦能合成少量NO 但 NOS只对L2Arg有立体异构性 D2Arg不能发挥内皮依赖性 血管舒张作用 亦不能刺激Ins分泌 4 故人体研究中多应 用L2Arg 三 Arg与胰岛功能 1 Arg与Ins的相互作用 Ins分泌呈双相峰 即胰岛 细胞受到一定刺激后首先有一个快速释放Ins的过程 称为 第一时相或快速分泌相 反映胰岛 细胞储备的Ins对急性 刺激反应的能力 若血糖持续在较高水平 细胞将继续不 断合成和释放Ins 循环中Ins浓度将渐升高 并与高糖持 续一致 称为第二相Ins分泌 近来已证实Ins分泌还有第 三时相 即当分泌达到平台期后如果刺激超过3 4 h 分泌 量即渐下降 但 细胞内储存的Ins远没有被耗尽 Arg不能被 细胞充分代谢 因此 不能直接使K 2ATP 通道关闭 但它可通过本身携带的正电荷加强膜的去极化 使钙通道开放 胞浆钙浓度升高而加强Ins分泌 对体外培 养的胰岛细胞研究已证实Arg能增加Ins的释放 而且Arg 诱导的Ins分泌是由刺激前Ins水平决定的 1 Arg除直接 刺激Ins分泌外 也能通过增加葡萄糖和生长激素的分泌刺 激Ins释放 葡萄糖和Arg对Ins具有协同作用 也有研究 发现L2Arg是NO合成的底物 胰岛 细胞中有NOS存在 兴奋Ins分泌的作用亦可能与NO有关 L2Arg2NO途径可能 参与了Arg促进Ins分泌的过程 但过量的NO亦造成 细 胞的损伤 5 Giugiano等 6 研究表明 L2Arg刺激体内舒血 管效应虽与其作为NOS的底物无关 但至少部分由刺激内 源性Ins的分泌介导 Ins不仅具有降血糖的作用 它对于L2Arg通路也有促 进作用 表现为增加L2Arg的跨膜转运和NOS活性 在高 血糖状态下 这种作用受到抑制 而且T2DM常伴有Ins抵 抗 IR 使Ins的正常生理作用不能充分发挥 导致NO减 少 同时高血糖可使氧自由基及糖基化终端产物增加 致使 灭活增加 使NO进一步减少 NO减少可使内皮依赖的血 管舒张受损 增加血管张力 同时增加血小板活性 通过减少 可溶性鸟苷酸环化酶来增加血小板的黏附和聚集 7 加之 734 中国糖尿病杂志2003年第11卷第6期 Chin J Diabetes December 2003 Vol 11 No 6 T2DM往往伴有高脂血症 促使动脉粥样硬化和血栓形成 促进DM血管并发症的发生发展 2 Arg与Glg Glg是由胰岛 细胞所分泌 有促进糖原 分解和糖异生进而升高血糖的作用 Glg与Ins之间保持动 态平衡以维持体内正常血糖水平 8 氨基酸 除带侧链者 如Arg是刺激Ins和Glg分泌的重要物质 进食蛋白质或摄 入氨基酸混合物后两者均可升高 现已发现DM及糖调节 受损患者Arg负荷后Glg水平升高 病程较长的T1DM患 者Arg刺激后Ins反应消失但保持正常的Glg反应 9 提示 此时胰岛 细胞仍保留一定功能 可以对Arg刺激保持正常 的反应 3 Arg与胰岛素原 胰岛素原 PI 的生物学作用与Ins 基本相同 但活性不到Ins的10 正常情况下PI可占到 总免疫活性胰岛素 IRI 的12 18 PI与空腹血糖水 平呈正相关 它合成的最适血糖范围为2 8 16 7mmol L 在8 10mmol L范围 PI生物合成达到最大速率 人血中 PI水平升高可见于T2DM和T1DM的一级亲属 曾患妊娠 糖尿病的妇女 胰岛素瘤 糖耐量减退人群以及甲亢患者中 PI生物活性很低 故除胰岛素瘤等疾病以外 PI与IRI 的比值越高 如在T2DM中 提示 细胞功能越差 不成比 例升高的PI被认为是与 细胞功能失调有关的PI转换异 常的信号 10 所以 升高的PI可以视为高危人群发展为DM 的危险因子 同时 PI IRI的升高还与T2DM胰岛 细胞 功能失调的程度有关 早中期T2DM患者不论是基础状态 还是急剧刺激Ins分泌后 如Arg刺激后 PI IRI较正常人 都升高 11 但到了晚期则均低于后者 PI含量在正常人及 T2DM患者中还同心血管疾病风险因子密切相关 4 Arg与C肽 C肽是 细胞的正常分泌产物 对Arg 刺激的反应与Ins相似 对于用Ins治疗的DM患者 C肽 值不受外源性Ins的影响 可据此了解此类人群 细胞功能 而且C肽可激活细胞的NOS 使NO合成增加 从而改善 DM患者的血管内皮功能 但也有人认为 C肽被肝脏摄取 少 代谢清除率低 半衰期较Ins长 以其外周浓度计算会低 估胰岛 细胞的分泌情况 目前国际上对此尚存在争议 四 Arg在胰岛 细胞功能检测中的应用 Arg刺激 试验 1 Arg刺激试验 Arg刺激试验 静脉推注 主要了解胰 岛 细胞快速Ins分泌相 静脉注射盐酸Arg 5 g可达最大 刺激强度 Arg能同时刺激 细胞释放Glg 因此 能测定 细胞对葡萄糖水平的影响 通常用10 盐酸Arg溶液50 ml 30 60 s内静脉推注 于注射后2 4 6 min抽血 亦有延 长至10 min 既往研究发现每1 2 min取血一次不影响结 果 国外多于2 3 4 5 min取血 测定血Ins浓度 可同时测 定C肽 PI Glg等 快速Ins分泌即2 6 min Ins的均值 与空腹Ins的差值或胰岛素曲线下面积 12 被用来判断 细 胞功能 该方法安全 不刺激静脉 较常见的副作用是口内 金属感或舌头短暂麻刺感 对葡萄糖刺激反应很差的人 Arg刺激后仍有良好反应 表明机体尚存在一定对葡萄糖以 外的刺激能继续分泌Ins的能力 如果对Arg刺激也无反 应 则表明机体胰岛 细胞功能已严重丧失 不仅用药刺激 无济于事 甚至反而有害 因而不宜用磺脲类降糖药治疗 Arg的快速Ins反应受空腹血糖的调节 低血糖及高血糖毒 性均可抑制胰岛素分泌 故实验前需测定空腹血糖浓度 适 宜浓度为3 5 16 67mmol L 血糖水平较高者不宜进行该 试验 Arg刺激试验国外多与葡萄糖钳夹试验同时进行 这 种方法最早由Ward等 13 在1984年提出 近二十年已广泛 应用于评价正常人和T2DM的胰岛 细胞功能 正糖钳夹 时或 高 糖 钳 夹 在 空 腹 状 态 血 糖 14 mmol L 血 糖 25 mmol L时分别给予Arg 5 g 0 2 3 4 5 min时分别取 血测定AIR 血糖 25 mmol L时为其最大反应即 细胞最 大分泌能力 因技术要求高 国内单独进行Arg刺激试验 且简化为测定0 2 4 6 min时的血浆 Ins 注 Arg盐酸化后 皆为右旋 Arg刺激试验所用试剂为盐酸Arg 目前国内尚无 可用于人体注射的左旋Arg制剂 L2Arg中L代表构型 而 非左旋之意 注射Arg后 血Ins可迅速升高 2 4 min时 分泌达高峰 随即迅速下降 8 10 min恢复至正常水平 提 示Arg快速静脉注射主要为激发 细胞内已储存激素的释 放 T2DM注射Arg后Ins释放曲线与正常人相似 但平均 峰值水平明显低于正常人 其降低程度呈不均一性 与患者 空腹血糖水平呈负相关 2 胰岛 细胞功能检测方法的比较 目前国际上研究 及检测胰岛 细胞功能的主要方法分为葡萄糖 非葡萄糖物 质刺激及 细胞分泌的其它物质功能的检测 14 葡萄糖刺 激有高糖钳夹 静脉注射葡萄糖耐量试验 IVGTT 口服葡 萄糖耐量试验 OGTT 等 非糖物质目前常用的有Arg Glg 甲苯磺丁脲 D860 等 还可通过测定PI等了解 细胞功能 各种测定方法以检测的敏感性比较 高糖钳夹最敏感 精确性最高 能发现潜在的 细胞功能减退 但技术复杂 费 用昂贵 临床难以开展 胰岛 细胞的早期分泌相 主要为 第一相 对于调节正常人葡萄糖代谢有重要作用 早期分泌 相降低可使餐后血糖升高 从而使晚期DM病人Ins代偿性 分泌增加 并发生高胰岛素血症 1 故Ins早期分泌相迟钝 是 细胞破坏的敏感性指标 正常人 细胞对葡萄糖刺激 较Arg敏感 观察人体Ins早期分泌功能一般用IVGTT 但 当个 体 空 腹 血 糖 6 4 mmol L或 餐 后2 h血 糖 10 mmol L时 个体对葡萄糖刺激的第一相反应缺乏 IVGTT难以评估中晚期DM人群Ins分泌功能 此外 在葡 萄糖代谢异常的早期阶段即可有选择性胰岛 细胞对糖刺 激的反应性降低 OGTT只表明 细胞对葡萄糖有无反应 不能了解葡萄糖以外刺激的反应 常用于正常人及糖耐量减 退人群的筛选 对于已知为DM的病人多不进行此试验 由 于受肠激素 胃肠排空等影响 个体内及个体间差异较大 重 复性较差 834 中国糖尿病杂志2003年第11卷第6期 Chin J Diabetes December 2003 Vol 11 No 6 但非糖物质如Arg因作用于 细胞的不同位点 仍可保 留对它的反应性 研究发现胰腺部分切除的早期糖尿病小 鼠葡萄糖刺激下的Ins分泌选择性缺失 但对Arg的反应仍 存在甚至增加 D860刺激试验多用于诊断Ins瘤并协助诊 断早期T2DM 对于已接受磺脲类药物治疗的T2DM缺乏 急性Ins分泌相 故应用受限 Glg刺激试验常用于T1DM 患者 细胞功能评估 刺激后 Ins 或C肽 分泌明显增加的 病人可能对磺脲类药物仍无反应 因此 此试验不能用于准 确预测后者是否有效 Arg刺激试验简单 易行 经济 安全 耗时短 易于规 范 重复性好 可用于各种人群筛选 尤其是DM人群 细胞 功能的研究 可帮助判断其胰岛 细胞受损的程度 对于葡 萄糖刺激后双相Ins分泌缺乏的病人可了解其是否还存在 有功能的 细胞 对已表现为血糖异常的糖调节受损及DM 病人可提供诊断和指导临床治疗 Arg刺激试验亦可用于 T1DM病人胰腺移植后胰岛 细胞功能的监测 15 Arg刺 激试验同时还可了解受试者的血管扩张功能 但静脉推注 Arg刺激试验不能评估受损晚期的 细胞功能 此时需用静 脉滴注Arg刺激试验了解Ins双相分泌 近年对DM尤其是T2DM的诊治有很大的进展 目前 逐渐进入病因学诊断 如基因和免疫学诊断 以及病理生理 学的功能诊断 即确定胰岛 细胞功能状态和IR程度 以及 指导选择治疗方法和药物作个体化治疗 Arg刺激试验尽 管应用已久 但在目前新的T2DM诊治理念中 该试验结合 葡萄糖刺激试验等其它胰岛 细胞功能试验 必将发挥更大 作用 参考文献 1 Piatti PM Pontirol AE Andrea C et al HyperInsulinemia de2 crease second2phase but not first phase arginine2induced Insulin re2 lease Diabetes 1994 43 115721163 2 Sideney MM Regulation of enzymes of the urea cycle and arginine metabolism Annu Rev Nutr 2002 22 872105 3 Piatti PM Lucilla DM Fedirica M et al Long2term oral L2argi2 nine and ministration improves peripheral and hepatic Insulin sensi2 tivity in type 2 diabetic patients Diabetes Care 2001 25 8752 880 4 Paolisso G Tagliamonte MR Marfella R et al L2arginine but notD2argininestimuletesInsulin2mediatedglucoseuptake Metabolism 1997 46 106821073 5 Luc AC Pharm D Plasma amino acid levels with a note on mem2 brane transport characteristics reglulation and metabolic signifi2 cance Nutrition 2002 182 7612766 6 Giugliano D Marfella R Verrazzo G et al The vascular effects of L2Arginine in humans The role of endogenens in Insulin J Clin Invest 1997 99 4332438 7 Ziccardi P Nappo F Giugiano G et al Reduction of inflammato2 ry cytokine concentrations and improvement of endothelial functions in obese women after weight loss over one year Circulation 2002 105 8042809 8 Larsson H Ahren BO Islet dysfunction in Insulin resistance in2 volves impaired Insulin secretion and increased glucagon secretion in postmenopasal women with impaired glucose tolerance Diabetes Care 2000 23 6502656 9 Ahern BO Gerald J T Peter J H Differential impairment of glucagon responses to hypoglycemia neuroglycopenia arginine and carbachol in alloxan2diabetic mice Metabolism 2002 51 122 19 10 Marchetti P Lupi R Federici M et al Insulin secretory function is impaired in isoleted human islets carrying the Gly972 ArgIRS21 polymorphism Diabetes 2002 51 141921424 11 Kahn SE Halban PA Release of incompletely processed proInsulin is the cause of the disproportionate proInsulinemia of NIDDM Di2 abetes 1997 46 172521732 12 Lethagen AL Ericsson UB Hallengren B et al Glutami