大鼠腎臟葡萄糖轉運蛋白表達變化的研究進展

劉 睿，高 原

大鼠腎臟葡萄糖轉運蛋白表達變化的研究進展

Research Progress of Rat Kidney Glucose Transporter Expression Changes

劉 睿，高 原

目的 介紹大鼠腎臟葡萄糖轉運蛋白表達的相關研究狀況。方法 查閱國內外發表的相關文獻，綜述相關因素對大鼠腎臟葡萄糖轉運蛋白表達變化的影響。結果 腎臟細胞上葡萄糖轉運蛋白數量多，種類各異，對體內葡萄糖、氨基酸、維生素、電解質等物質的跨細胞運輸、排泄等作用關系密切。結論 研究大鼠腎臟葡萄糖轉運蛋白表達變化規律并探討其在腎臟作用變化中的意義，能為疾病預防和治療、人類抗衰等提供科學依據。

大鼠腎臟；葡萄糖轉運蛋白；蛋白表達

糖尿病是發達國家繼心血管病、腫瘤之后的第3大疾病，隨著人們生活水平的提高、生活方式的改變其發病率呈逐漸增長的流行病學方式，特別是2型糖尿病的發病正趨向低齡化病人發展[1]。研究發現，糖尿病很多發生機制與腎臟上一種細微結構—葡萄糖轉運蛋白關系密切。腎臟葡萄糖轉運蛋白種類多，作用機制相對復雜，準確掌握各轉運蛋白的種類、數量、構型和蛋白相互作用機制等，對于闡明腎臟相關疾病發病機制關系密切?，F將大鼠腎臟轉運蛋白表達變化的研究進行如下綜述。

葡萄糖轉運蛋白廣泛分布于體內各種組織細胞[2]，是介導組織細胞攝取葡萄糖的主要轉運體，其表達及活性的調節對于細胞糖攝入具有重要影響。因而葡萄糖轉運蛋白(glucose transporter，GLUT)是目前研究較多的一類[3]。哺乳動物細胞膜上葡萄糖轉運載體主要有兩大類：一是以偶聯葡萄糖沿Na+電化學梯度進入細胞，需同時消耗能量的鈉依賴葡萄糖轉運蛋白(Sodium dependent glucose protein SGLT)；二是順濃度梯度將細胞內葡萄糖轉運至組織液，不耗能易化擴散的葡萄糖轉運體(Facilitated glucose protein，GLUT)。兩類葡萄糖轉運蛋白在腎臟不同區域都有分布，在腎小球、腎小管的不同節段以及髓袢和集合管都有不同的葡萄糖轉運蛋白的表達，而且其具有不同的生理特征。迄今為止，GLUT家族共確認有13個成員，包括GLUT l～12和HMIT。

1 葡萄糖轉運蛋白分布、功能、影響因素

1.1 葡萄糖轉運蛋白-1(GLUT-l) 已知分布最廣，高效表達于人類紅細胞、腦、眼、周圍神經及胎盤等組織中，維持基礎狀態下組織的葡萄糖攝入[4]。其功能主要是促進細胞代謝，阻止細胞膜內其他物質通過，維持細胞內外成分平衡，參與組織和血液間葡萄糖轉運。多種因素可調控其表達[5]，羅萍[6]等的研究發現細胞外高糖可刺激腎小球系膜細胞(GMC)的GLUT l表達，GLUT l是腎小球系膜細胞的主要表達方式，并通過細胞內信號傳導因子—細胞外調節蛋白激酶(ERK1/2)進行信號傳遞，糖尿病腎病(DN)時，ERK1/2的活性明顯增加，且其激活和GLUT l的表達增加在時間上保持一致。相反，抑制細胞外調節蛋白激酶(ERK1/2)的活性可大大降低GLUT l表達。丁紅[7]等研究發現白介素1β對大鼠腹膜間皮細胞(PMCs)的葡萄糖轉運蛋白1的表達明顯增加，不同濃度的白介素1β對其GLUT l的表達也明顯增加，同時兩組實驗均發現GLUT l使葡萄糖向細胞內的轉運量增加。有學者[8]發現該蛋白是介導大鼠腹膜間皮細胞攝取葡萄糖的主要載體，高糖可激活其對葡萄糖的攝取量。Galardo[9]等研究表明白介素-1可刺激大鼠睪丸中精子支持細胞上該轉運蛋白的表達，同時增加糖的攝取，加速細胞內糖代謝量，而影響精子活動。有學者[10]也發現一些癌基因和抑癌基因也可導致糖吸收和糖轉運蛋白的增加。

1.2 葡萄糖轉運蛋白-2(GLUT-2)[11]主要分布于肝、腎小管上皮、腸上皮細胞基底外側膜、胰島β細胞上最主要的葡萄糖轉運體，是胰島β細胞上一種特異性跨膜轉運蛋白，腎小管上皮細胞基底外側膜的該蛋白和鈉葡萄糖共轉運體共同參與上皮細胞內葡萄糖的轉運，具有高轉運能力和低親和力，且不受胰島素的調控。GLUT2作為介導細胞內糖代謝紊亂過程中獨立于血糖濃度的重要因素，在DN調控機制中的作用日益受到人們的關注[12]。正是由于該蛋白這一特性，國內外大量的研究發現[13-14]，葡萄糖轉運蛋白2不僅在葡萄糖代謝中具有重要作用，其代謝調節和表達與糖尿病關系密切。有研究[15]用Western blot方法在STZ誘導的成年糖尿病大鼠的腎小管刷狀緣細胞內檢測到GLUT2的蛋白表達較非糖尿病大鼠的腎小管刷狀緣細胞內高，病理檢查發現糖尿病大鼠腎臟較非糖尿病大鼠腎臟明顯增大，腎小球基底膜增厚。有學者[16]通過對24只糖尿病腎病大鼠模型研究發現，腎皮質部的GLUT2高表達，結合腎臟病理組織和免疫組織化學方法觀察印證，并且通過攝取實驗證實腎近曲小管上皮細胞攝取糖的能力也顯著增強。該蛋白表達的影響因素有：黃林晶[13]等研究發現，血漿游離脂肪酸相關的脂毒性對葡萄糖激酶和GLUT2的表達下降相關。葡萄糖激酶(glucokinase,GK)和GLUT2是在Glucose刺激下胰島素分泌的葡萄糖傳感器，兩者共同作用使胰島素分泌反應的強度受血中葡萄糖濃度的調節。

1.3 葡萄糖轉運蛋白-3(GLUT-3) 主要分布于[17]腦神經元細胞并負責葡糖糖轉運的高活性結合蛋白，也存在其他組織。葡萄糖是腦細胞的主要能量源，機體葡萄糖從血循環進入腦細胞內代謝主要經過兩個過程：先通過GLUT l進入血腦屏障(BBB)后通過葡萄糖轉運蛋白-3進入神經元細胞膜內，因此GLUT l又被稱為“BBB葡萄糖轉運子”，GLUT3又被稱為“神經元葡萄糖轉運子”。已有研究證實[18]慢性低血糖可以引起GLUT l和GLUT3mRNA及蛋白表達代償性增高，即出現升調節。在糖尿病狀態，即機體長期處于慢性高血糖狀態時，GLUT l及GLUT3表達是否表現為降調節尚有爭議。侯為開[19]等在此基礎上進行研究發現慢性高血糖引起大鼠大腦中GLUT l和GLUT3蛋白表達降調節，應用胰島素將血糖控制好后，GLUTl和GLUT3mRNA及蛋白表達均有所增加，其表達與血糖水平呈負相關。

1.4 葡萄糖轉運蛋白-4(GLUT-4) 因為是胰島素最敏感蛋白而引起人們普遍關注和研究[20]，主要分布于脂肪、肌肉等，腎臟組織主要分布于血管平滑肌細胞、腎小球系膜細胞、腎小管髓袢升支粗段等，是脂肪細胞和骨骼肌細胞協助葡萄糖轉運的主要蛋白質，對全身葡萄糖平衡調節作用至關重要[21]，在體內也會出現轉位，其表達和轉位調節與多因素、多信號通路有關。研究表明[22]主要有：①PDK/Akt；②CAP/Cb1途徑；③AMPK激活途徑；④運動和胰島素濃度是兩個重要的聯合調節因素；⑤機體內一些高活性分子，如：活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)產生過多，抗氧化防御系統作用失衡也會導致組織損傷，導致GLUT-4的轉位和表達下降。2型糖尿病的腎小球系膜細胞中，該蛋白的表達受抑或易位障礙可能加重了葡萄糖攝取[23]，導致高血糖。高糖引起系膜細胞肥大，細胞外基質增多，腎小球基底膜增厚，出現蛋白尿，使DN病程進入不可逆階段。胰島素顯著增加系膜細胞GLUT4的表達，高糖則顯著抑制其表達。

1.5 葡萄糖轉運蛋白-5(GLUT-5) 是存在于小腸空腸段[24]游離面具有高表達的一種果糖轉運載體，在葡萄糖轉運蛋白家族同源性最小，對葡糖糖的轉運活性較其他葡萄糖轉運蛋白低。果糖是一種簡單的單糖，極易溶于水，果糖也是蔗糖分解的產物，蔗糖是一種雙糖，在消化過程中，由于酶的催化特性而分解為一個葡萄糖和一個果糖。由于其不易透過大腦、肌肉組織，盡管有文獻報道其在這些組織表達，不受胰島素調節，具體機制不詳，有待進一步研究。

1.6 葡萄糖轉運蛋白-6(GLUT-6) 是一個表達的假基因產物[25]，具有廣泛的組織分布。假基因即龐大的基因組中存在絕對數量的不編碼蛋白質或RNA產物的基因組序列，在結構和DNA序列上與相應活性基因存在相似性，形成機制有兩種[26]：①正?；虻膹椭苹蚧蜷g的不平衡交換；②轉錄過程中mRNA反轉錄成cDNA，以后者進行重新整合進入基因組過程出現隨機突變導致，此種方式可能多發生于生殖細胞中。

1.7 葡萄糖轉運蛋白-7(GLUT-7) 在肝臟細胞克隆[19]，實際上不存在于人體及其他哺乳動物，作用與GLUT-5相似，是一種果糖轉運蛋白。具體研究報道較少。

1.8 葡萄糖轉運蛋白-8(GLUT-8) 研究發現在胰島素敏感組織[27]如心臟、腎臟組織有少量表達，但在大鼠睪丸組織，特別是睪丸間質細胞和精子細胞中有大量表達，說明該蛋白和生殖細胞的能量供應有關。因此高血糖應該與GLUT-8的表達呈負相關。

1.9 葡萄糖轉運蛋白-9(GLUT-9) 曾經發現是果糖的轉運體[28]，分布于廣泛的組織中，包括肝、腎、小腸、白細胞和軟骨細胞，近來發現在在人腎臟近曲小管細胞、基底膜細胞都有表達。人類GLUT-9被認為是一種高容量、低親和力的尿酸轉運蛋白，其轉運不需要鈉離子，當細胞外鉀離子濃度升高時，其轉運能量提高。苯溴馬隆和丙磺舒是抑制URATI表達而促尿酸排泄的藥物，同時對該蛋白表達產生抑制。

1.10 其他葡萄糖轉運蛋白-10、11、12[19]在骨骼肌、肺臟、氣管、心臟、腦、小腸、前列腺及胰島素敏感組織可見表達，其上的糖尿病易感基因一直引起研究者們關注。

2 Na+-葡萄糖協同轉運蛋白 (SGLT)

不需耗能而順濃度梯度被動轉運葡萄糖，是人體葡萄糖轉運的主要載體。SGLT包括 SGLT1及 SGLT2，主要分布于腸上皮細胞和腎小管近端上皮細胞。根據其作用機制，研制的可以抑制腎近端小管的葡萄糖重吸收的SGLT2抑制劑[29]，能較好控制血糖，減少糖代謝異常對機體的毒害作用，也可以引起能量負平衡，從而減輕體質量，進一步減少胰島素的抵抗作用。如果該藥物的安全性和有效性得到證實，將會為糖尿病病人提供更多的治療選擇。

3 討論

腎臟是動物的重要組織器官，研究證實，很多疾病的發生發展，機體很多物質的分泌、代謝、排泄等都與之密切相關。作為腎臟上轉運葡萄糖重要載體的葡萄糖轉運蛋白，其表達及活性的調節對于細胞糖攝取具有重要影響[30]。組織細胞對葡萄糖的過度攝入可誘導細胞內糖代謝異常，進而導致組織細胞損傷。糖尿病作為一種代謝性疾病，糖代謝紊亂是其主要的臨床表現，糖代謝紊亂是糖尿病慢性并發癥之一的糖尿病腎病發生發展中的始動因素和根本原因，作為調節糖代謝的載體——葡萄糖轉運蛋白也與其關系密切。因此，對其發病機制的研究和延緩其并發癥發生的預防已引起全世界的廣泛關注。

目前研究證實，糖尿病動物模型及病人的腎小管中，不管是主動方式逆濃度梯度的SGLT還是易化擴散方式GLUT的表達都是增高的，腎臟對保持全身血糖濃度的平衡和穩定的作用意義不可忽視，作為全部重吸收原尿中葡萄糖的近曲小管，SLGT2在近曲小管高表達被證實。有學者[31]在糖尿病合并高血壓病的大鼠腎臟組織中，發現SLGT2和GLUT2都較對照組增強表達，通過長時間的實驗觀察，發現應用鈉依賴的葡萄糖轉運蛋白2(SLGT2)的抑制劑可以明顯降低糖尿病腎病的腎小球過濾率，延緩糖尿病腎病的進展時間。通過抑制腎葡萄糖轉運蛋白[32]對葡萄糖的主動轉運來調控血糖水平延緩糖尿病腎病并發癥發生率的治療方式正越來越被廣大學者、臨床醫生所接受。特別是通過對葡萄糖轉運蛋白2的深入研究，發現 SLGT2抑制劑安全、有效、不良反應少，較好地糾正糖尿病病人的糖代謝紊亂，控制癥狀、防止或延緩并發癥的發生。但是對于SLGT2基因的表達、基因突變后對蛋白表達的方式尚不清楚，這些功能的改變還需廣大科研工作者進一步確證。

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2014-08-11

遵義醫學院珠海校區，廣東珠海 519041

劉睿(1974-)，男，河南南陽人，遵義醫學院珠海校區2012級在讀研究生，從事生理學研究工作。

高原，男，教授，碩士研究生導師，Email：gy60211@yahoo.com.cn

R587.1

A

1672-688X(2015)01-0077-04