大鼠肾脏葡萄糖转运蛋白表达变化的研究进展

刘 睿，高 原

大鼠肾脏葡萄糖转运蛋白表达变化的研究进展

Research Progress of Rat Kidney Glucose Transporter Expression Changes

刘 睿，高 原

目的 介绍大鼠肾脏葡萄糖转运蛋白表达的相关研究状况。方法 查阅国内外发表的相关文献，综述相关因素对大鼠肾脏葡萄糖转运蛋白表达变化的影响。结果 肾脏细胞上葡萄糖转运蛋白数量多，种类各异，对体内葡萄糖、氨基酸、维生素、电解质等物质的跨细胞运输、排泄等作用关系密切。结论 研究大鼠肾脏葡萄糖转运蛋白表达变化规律并探讨其在肾脏作用变化中的意义，能为疾病预防和治疗、人类抗衰等提供科学依据。

大鼠肾脏；葡萄糖转运蛋白；蛋白表达

糖尿病是发达国家继心血管病、肿瘤之后的第3大疾病，随着人们生活水平的提高、生活方式的改变其发病率呈逐渐增长的流行病学方式，特别是2型糖尿病的发病正趋向低龄化病人发展[1]。研究发现，糖尿病很多发生机制与肾脏上一种细微结构—葡萄糖转运蛋白关系密切。肾脏葡萄糖转运蛋白种类多，作用机制相对复杂，准确掌握各转运蛋白的种类、数量、构型和蛋白相互作用机制等，对于阐明肾脏相关疾病发病机制关系密切。现将大鼠肾脏转运蛋白表达变化的研究进行如下综述。

葡萄糖转运蛋白广泛分布于体内各种组织细胞[2]，是介导组织细胞摄取葡萄糖的主要转运体，其表达及活性的调节对于细胞糖摄入具有重要影响。因而葡萄糖转运蛋白(glucose transporter，GLUT)是目前研究较多的一类[3]。哺乳动物细胞膜上葡萄糖转运载体主要有两大类：一是以偶联葡萄糖沿Na+电化学梯度进入细胞，需同时消耗能量的钠依赖葡萄糖转运蛋白(Sodium dependent glucose protein SGLT)；二是顺浓度梯度将细胞内葡萄糖转运至组织液，不耗能易化扩散的葡萄糖转运体(Facilitated glucose protein，GLUT)。两类葡萄糖转运蛋白在肾脏不同区域都有分布，在肾小球、肾小管的不同节段以及髓袢和集合管都有不同的葡萄糖转运蛋白的表达，而且其具有不同的生理特征。迄今为止，GLUT家族共确认有13个成员，包括GLUT l～12和HMIT。

1 葡萄糖转运蛋白分布、功能、影响因素

1.1 葡萄糖转运蛋白-1(GLUT-l) 已知分布最广，高效表达于人类红细胞、脑、眼、周围神经及胎盘等组织中，维持基础状态下组织的葡萄糖摄入[4]。其功能主要是促进细胞代谢，阻止细胞膜内其他物质通过，维持细胞内外成分平衡，参与组织和血液间葡萄糖转运。多种因素可调控其表达[5]，罗萍[6]等的研究发现细胞外高糖可刺激肾小球系膜细胞(GMC)的GLUT l表达，GLUT l是肾小球系膜细胞的主要表达方式，并通过细胞内信号传导因子—细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)进行信号传递，糖尿病肾病(DN)时，ERK1/2的活性明显增加，且其激活和GLUT l的表达增加在时间上保持一致。相反，抑制细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)的活性可大大降低GLUT l表达。丁红[7]等研究发现白介素1β对大鼠腹膜间皮细胞(PMCs)的葡萄糖转运蛋白1的表达明显增加，不同浓度的白介素1β对其GLUT l的表达也明显增加，同时两组实验均发现GLUT l使葡萄糖向细胞内的转运量增加。有学者[8]发现该蛋白是介导大鼠腹膜间皮细胞摄取葡萄糖的主要载体，高糖可激活其对葡萄糖的摄取量。Galardo[9]等研究表明白介素-1可刺激大鼠睾丸中精子支持细胞上该转运蛋白的表达，同时增加糖的摄取，加速细胞内糖代谢量，而影响精子活动。有学者[10]也发现一些癌基因和抑癌基因也可导致糖吸收和糖转运蛋白的增加。

1.2 葡萄糖转运蛋白-2(GLUT-2)[11]主要分布于肝、肾小管上皮、肠上皮细胞基底外侧膜、胰岛β细胞上最主要的葡萄糖转运体，是胰岛β细胞上一种特异性跨膜转运蛋白，肾小管上皮细胞基底外侧膜的该蛋白和钠葡萄糖共转运体共同参与上皮细胞内葡萄糖的转运，具有高转运能力和低亲和力，且不受胰岛素的调控。GLUT2作为介导细胞内糖代谢紊乱过程中独立于血糖浓度的重要因素，在DN调控机制中的作用日益受到人们的关注[12]。正是由于该蛋白这一特性，国内外大量的研究发现[13-14]，葡萄糖转运蛋白2不仅在葡萄糖代谢中具有重要作用，其代谢调节和表达与糖尿病关系密切。有研究[15]用Western blot方法在STZ诱导的成年糖尿病大鼠的肾小管刷状缘细胞内检测到GLUT2的蛋白表达较非糖尿病大鼠的肾小管刷状缘细胞内高，病理检查发现糖尿病大鼠肾脏较非糖尿病大鼠肾脏明显增大，肾小球基底膜增厚。有学者[16]通过对24只糖尿病肾病大鼠模型研究发现，肾皮质部的GLUT2高表达，结合肾脏病理组织和免疫组织化学方法观察印证，并且通过摄取实验证实肾近曲小管上皮细胞摄取糖的能力也显著增强。该蛋白表达的影响因素有：黄林晶[13]等研究发现，血浆游离脂肪酸相关的脂毒性对葡萄糖激酶和GLUT2的表达下降相关。葡萄糖激酶(glucokinase,GK)和GLUT2是在Glucose刺激下胰岛素分泌的葡萄糖传感器，两者共同作用使胰岛素分泌反应的强度受血中葡萄糖浓度的调节。

1.3 葡萄糖转运蛋白-3(GLUT-3) 主要分布于[17]脑神经元细胞并负责葡糖糖转运的高活性结合蛋白，也存在其他组织。葡萄糖是脑细胞的主要能量源，机体葡萄糖从血循环进入脑细胞内代谢主要经过两个过程：先通过GLUT l进入血脑屏障(BBB)后通过葡萄糖转运蛋白-3进入神经元细胞膜内，因此GLUT l又被称为“BBB葡萄糖转运子”，GLUT3又被称为“神经元葡萄糖转运子”。已有研究证实[18]慢性低血糖可以引起GLUT l和GLUT3mRNA及蛋白表达代偿性增高，即出现升调节。在糖尿病状态，即机体长期处于慢性高血糖状态时，GLUT l及GLUT3表达是否表现为降调节尚有争议。侯为开[19]等在此基础上进行研究发现慢性高血糖引起大鼠大脑中GLUT l和GLUT3蛋白表达降调节，应用胰岛素将血糖控制好后，GLUTl和GLUT3mRNA及蛋白表达均有所增加，其表达与血糖水平呈负相关。

1.4 葡萄糖转运蛋白-4(GLUT-4) 因为是胰岛素最敏感蛋白而引起人们普遍关注和研究[20]，主要分布于脂肪、肌肉等，肾脏组织主要分布于血管平滑肌细胞、肾小球系膜细胞、肾小管髓袢升支粗段等，是脂肪细胞和骨骼肌细胞协助葡萄糖转运的主要蛋白质，对全身葡萄糖平衡调节作用至关重要[21]，在体内也会出现转位，其表达和转位调节与多因素、多信号通路有关。研究表明[22]主要有：①PDK/Akt；②CAP/Cb1途径；③AMPK激活途径；④运动和胰岛素浓度是两个重要的联合调节因素；⑤机体内一些高活性分子，如：活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)产生过多，抗氧化防御系统作用失衡也会导致组织损伤，导致GLUT-4的转位和表达下降。2型糖尿病的肾小球系膜细胞中，该蛋白的表达受抑或易位障碍可能加重了葡萄糖摄取[23]，导致高血糖。高糖引起系膜细胞肥大，细胞外基质增多，肾小球基底膜增厚，出现蛋白尿，使DN病程进入不可逆阶段。胰岛素显著增加系膜细胞GLUT4的表达，高糖则显著抑制其表达。

1.5 葡萄糖转运蛋白-5(GLUT-5) 是存在于小肠空肠段[24]游离面具有高表达的一种果糖转运载体，在葡萄糖转运蛋白家族同源性最小，对葡糖糖的转运活性较其他葡萄糖转运蛋白低。果糖是一种简单的单糖，极易溶于水，果糖也是蔗糖分解的产物，蔗糖是一种双糖，在消化过程中，由于酶的催化特性而分解为一个葡萄糖和一个果糖。由于其不易透过大脑、肌肉组织，尽管有文献报道其在这些组织表达，不受胰岛素调节，具体机制不详，有待进一步研究。

1.6 葡萄糖转运蛋白-6(GLUT-6) 是一个表达的假基因产物[25]，具有广泛的组织分布。假基因即庞大的基因组中存在绝对数量的不编码蛋白质或RNA产物的基因组序列，在结构和DNA序列上与相应活性基因存在相似性，形成机制有两种[26]：①正常基因的复制或基因间的不平衡交换；②转录过程中mRNA反转录成cDNA，以后者进行重新整合进入基因组过程出现随机突变导致，此种方式可能多发生于生殖细胞中。

1.7 葡萄糖转运蛋白-7(GLUT-7) 在肝脏细胞克隆[19]，实际上不存在于人体及其他哺乳动物，作用与GLUT-5相似，是一种果糖转运蛋白。具体研究报道较少。

1.8 葡萄糖转运蛋白-8(GLUT-8) 研究发现在胰岛素敏感组织[27]如心脏、肾脏组织有少量表达，但在大鼠睾丸组织，特别是睾丸间质细胞和精子细胞中有大量表达，说明该蛋白和生殖细胞的能量供应有关。因此高血糖应该与GLUT-8的表达呈负相关。

1.9 葡萄糖转运蛋白-9(GLUT-9) 曾经发现是果糖的转运体[28]，分布于广泛的组织中，包括肝、肾、小肠、白细胞和软骨细胞，近来发现在在人肾脏近曲小管细胞、基底膜细胞都有表达。人类GLUT-9被认为是一种高容量、低亲和力的尿酸转运蛋白，其转运不需要钠离子，当细胞外钾离子浓度升高时，其转运能量提高。苯溴马隆和丙磺舒是抑制URATI表达而促尿酸排泄的药物，同时对该蛋白表达产生抑制。

1.10 其他葡萄糖转运蛋白-10、11、12[19]在骨骼肌、肺脏、气管、心脏、脑、小肠、前列腺及胰岛素敏感组织可见表达，其上的糖尿病易感基因一直引起研究者们关注。

2 Na+-葡萄糖协同转运蛋白 (SGLT)

不需耗能而顺浓度梯度被动转运葡萄糖，是人体葡萄糖转运的主要载体。SGLT包括 SGLT1及 SGLT2，主要分布于肠上皮细胞和肾小管近端上皮细胞。根据其作用机制，研制的可以抑制肾近端小管的葡萄糖重吸收的SGLT2抑制剂[29]，能较好控制血糖，减少糖代谢异常对机体的毒害作用，也可以引起能量负平衡，从而减轻体质量，进一步减少胰岛素的抵抗作用。如果该药物的安全性和有效性得到证实，将会为糖尿病病人提供更多的治疗选择。

3 讨论

肾脏是动物的重要组织器官，研究证实，很多疾病的发生发展，机体很多物质的分泌、代谢、排泄等都与之密切相关。作为肾脏上转运葡萄糖重要载体的葡萄糖转运蛋白，其表达及活性的调节对于细胞糖摄取具有重要影响[30]。组织细胞对葡萄糖的过度摄入可诱导细胞内糖代谢异常，进而导致组织细胞损伤。糖尿病作为一种代谢性疾病，糖代谢紊乱是其主要的临床表现，糖代谢紊乱是糖尿病慢性并发症之一的糖尿病肾病发生发展中的始动因素和根本原因，作为调节糖代谢的载体——葡萄糖转运蛋白也与其关系密切。因此，对其发病机制的研究和延缓其并发症发生的预防已引起全世界的广泛关注。

目前研究证实，糖尿病动物模型及病人的肾小管中，不管是主动方式逆浓度梯度的SGLT还是易化扩散方式GLUT的表达都是增高的，肾脏对保持全身血糖浓度的平衡和稳定的作用意义不可忽视，作为全部重吸收原尿中葡萄糖的近曲小管，SLGT2在近曲小管高表达被证实。有学者[31]在糖尿病合并高血压病的大鼠肾脏组织中，发现SLGT2和GLUT2都较对照组增强表达，通过长时间的实验观察，发现应用钠依赖的葡萄糖转运蛋白2(SLGT2)的抑制剂可以明显降低糖尿病肾病的肾小球过滤率，延缓糖尿病肾病的进展时间。通过抑制肾葡萄糖转运蛋白[32]对葡萄糖的主动转运来调控血糖水平延缓糖尿病肾病并发症发生率的治疗方式正越来越被广大学者、临床医生所接受。特别是通过对葡萄糖转运蛋白2的深入研究，发现 SLGT2抑制剂安全、有效、不良反应少，较好地纠正糖尿病病人的糖代谢紊乱，控制症状、防止或延缓并发症的发生。但是对于SLGT2基因的表达、基因突变后对蛋白表达的方式尚不清楚，这些功能的改变还需广大科研工作者进一步确证。

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2014-08-11

遵义医学院珠海校区，广东珠海 519041

刘睿(1974-)，男，河南南阳人，遵义医学院珠海校区2012级在读研究生，从事生理学研究工作。

高原，男，教授，硕士研究生导师，Email：gy60211@yahoo.com.cn

R587.1

A

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