胰島素阻抗

一、胰島素阻抗

胰島素阻抗即為胰島素之作用有缺陷，胰島素刺激細胞攝入葡萄糖的能力 降低。胰島素阻抗的人體，其體內胰臟蘭氏小島的 β 細胞得到訊息，而為了維 持正常的胰島素功能， β 細胞會分泌更多的胰島素進入循環當中，造成血液中 胰島素濃度增高，即為所謂高胰島素血症 ( hyperinsulinemia ) 。當此代償作用超 過 β 細胞之負荷能力，高胰島素血症漸漸不足以維持正常血糖時，則會產生葡 萄糖不耐症，血糖漸漸上升，也就是臨床上所稱的 「糖尿病前期」 ，進一步會 惡化成第 2 型糖尿病。

二、高果糖飲食與胰島素阻抗

於 1980 年， Zavaroni 等人觀察到以高果糖 ( 66% ) 餵食實驗大鼠會發生 高胰島素血症 ( hyperinsulinemia ) 及胰島素阻抗 ( insulin resistance ) ( Zavaroni et al.，1980 ) 。高果糖飲食造成動物產生胰島素阻抗的原因有四，分述如下：

(一) 血中三酸甘油酯濃度上升

果 糖 比 葡 萄 糖 更 快 速 進 入 糖 解 作 用 ， 是 因 為 其 繞 過 了 PFK ( phosphofructokinase，是糖解作用的主要速率調節酶 ) 的催化步驟，故果糖能 在肝臟中大量的代謝，故產生較多的乙醯輔酶 A ( Acetyl CoA ) ，刺激肝臟中 脂肪合成酵素之活性，促使脂肪酸合成增加；而 glycerol-3-phosphate 與游離脂 肪酸進行酯化，形成大量的三酸甘油酯 ( triglyceride，TG ) ， TG 與脂蛋白結 合 形 成 VLDL-TG 釋 放 至 血 液 中 ， 導 致 高 三 酸 甘 油 酯 血 症

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( hypertriglyceridemia ) ( Lẻ and Tappy，2006 ) 。而高三酸甘油酯血症會降低 胰島素受器數目，進而降低了胰島素的敏感性 ( Bieger et al.，1984 ) 。

(二) 胰島素訊息傳遞相關蛋白表現量下降或活性受損

於高果糖餵食之動物模式中，發現到胰島素訊息傳遞中的 IR 與 IRS-1 磷酸化程度降低的情況，因而導致胰島素受器對胰島素之敏感性降低 ( Qin et al.，2003 ) 。 2000 與 2003 年的兩個研究也指出，餵食果糖之動物，導致

胰島素接受器、胰島素接受器受質及葡萄糖轉運蛋白 4 等蛋白質表現量與活 性皆下降，因而造成胰島素阻抗之情形 ( Bezerra et al.，2000; Hyakukoku et al.，

2003 ) 。 ( 圖 2-5 )

(三) 發炎因子 TNF-α 增加

在餵食高果糖之動物模式中發現體內 TNF-α 有增加的情況( Kawamuta et al.，2002; Kelly et al.，2004 ) ，而研究也指出 TNF-α 於血液中濃度與胰

島素抗性呈現正相關 ( Le Roith and Zick，2001 ) 。在 TNF-α 刺激下會活化 JNK ( c-jun NH ( 2 ) -terminal kinase ) ，而 JNK 被活化後會使 IRS-1 進行絲 胺酸磷酸化，使得 PI3K 和 AKT 無法繼續被活化，抑制了胰島素訊息的傳 遞。

(四) 細胞內氧化壓力增加或產生活性氧屬自由基

細胞內氧化壓力增加或是產生活性氧屬自由基 ( Reactive oxygen species，

ROS ) 都會經由活化 IKKβ ( IκB kinase β )和 TNF-α 而導致胰島素阻抗之 情形 ( Togashi et al.，2000 ) 。

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圖 2-5、氧化壓力活化絲胺酸激酶誘導胰島素阻抗。

Figure 2-5. The role of serine kinase activation in oxidative stress-induced insulin resistance. ( Evans et al.，

2003 )

三、細胞內氧化壓力與胰島素阻抗

糖尿病所引發的心血管併發症被認為與氧化壓力 ( oxidative stress ) 有關 ( West，2000 ) 。無論第 1 型或第 2 型糖尿病病患，發現其血液中過氧化物質 濃度及 TBARS 都較正常人顯著增加，但若是血糖控制得宜，即可大幅降低其體 內之氧化壓力 ( Griesmacher et al.，1995；Nourooz-Zadeh et al.，1997 ) 。故氧化 壓力上升似乎與胰島素阻抗、高血糖與高胰島素血症息息相關 ( Ceriello， 2000 ) 。 也有研究指出，血糖控制不佳會增加體內活性氧物質 ( reactive oxygen species，

ROS ) 大量產生，相對地降低抗氧化防禦系統之作用，造成細胞與組織受到氧化

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傷害而導致併發症發生 (Jay et al.，2006；Son，2007；Yorek，2003 ) 。

血糖控制不佳的第 2 型糖尿病患，其血液中蛋白質 ( 如：脂蛋白 ) 會在 高血糖濃度之情況下進行糖化作用。其機制為：葡萄糖的醛基會與蛋白質中游離 的胺基形成 Schiff base ，然後進一步轉換為 Amadori 產物，並累積於蛋白質上。

Amadori 產物進而轉換為 3-deoxyglucosone ，而與細胞內及細胞外的蛋白質作用，

產生糖化終產物 ( advanced glycation end products，AGEs ) 。一旦 AGEs 與細胞 上的 AGEs 受器結合，便會促使活性氧屬自由基 ( reactive oxygen species，ROS ) 大量產生 ( Yan et al.，1994 ) 。

然而，高血糖除了會增加 ROS 的生成，亦會經由下列機制造成抗氧化酵素 的活性下降：

(一) Glucose 藉由 aldose reductase 的作用，轉變為 polyalcohol sorbitol ，並且同 時消耗了 NADPH 。而 NADPH 在麩胱甘肽 ( glutathione ) 氧化還原系統中 扮演相當重要角色，其可協助氧化態 GSSG 再度還原為 GSH ，便可再進行 下一循環的抗氧化作用。 Glutathione 是抗氧化重要物質之一，但若缺乏 NADPH 時，氧化型的 glutathione ( GSSG ) 則無法藉以還原為具有抗氧化活 性的還原態型的 glutathione ( GSH ) ，因而造成細胞對 ROS 的敏感度大大提 升 ， 因 而 增 加 了 細 胞 內 的 氧 化 壓 力 。 況 且 ， 當 sorbitol 經 由 sorbitol dehydrogenase 作用轉變為 frucotose 時，又會增加 NADH：NAD⁺ 的比值，

進而造成 oxidized triose phosphatase 合成為 diacylglycerol ( DAG )，並進一步 活化 PKC ，因而加速胰島素阻抗之惡化，因而引發更多併發症的產生 ( Brownlee et al.，2001 ) 。

(二) 高 血 糖 會誘 導 超 氧化物 陰 離 子的 大 量 生成， 會 抑 制 glucose-6-phosphate dehydrogenase ( G6PD ) 的活性，然而此酵素為磷酸五碳糖途徑 ( Pentose Phosphate Pathway，PPP ) 的速率限制酶，且 PPP 又為 NAPDH 最主要的生

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成途徑。因此當此酶活性降低，將會導致 glutathione 的抗氧化能力降低 ( Nishikawa et al.，2000 ) 。

四、發炎反應與胰島素阻抗

許多研究指出，當身體處於高血糖狀態下，會伴隨著產生大量的自由基，使 細 胞 內氧 化壓 力 上升； 且 會活 化一 系 列壓力 訊 息傳 遞路 徑 ，包括 ： nuclear factor-κB(NF-κB) 、 NH2-terminal Jun Kinases/ stress activated protein kinases ( JNK/SAPK ) 、p38 mitogen-activated protein ( MAP ) 和氨基己醣 ( Hexosamine ) ( Evans et al.，2003 ) ，並進一步導致胰島素阻抗、胰臟 β-cell 功能缺損。 Chan 等人 ( 2011 ) 指出，db/db 第二型糖尿病小鼠處於高血糖環境下，會導致身體內 活性氧屬自由基 ( ROS ) 濃度上升，造成脂質過氧化 ( Lipid peroxidation ) ，亦 會促使細胞核內 NF-κB 表現，進而活化下游一系列的蛋白質表現，引發一連串 發炎反應 ( 如圖 2-6 ) ，本論文將探討此 NF-κB pathway 與胰島素阻抗之關 係。

(一) NF-κB ( Nuclear factor-κB )

NF-κB 屬 Rel 家族的一種蛋白質，由兩個異構體組成：p50 與 p65 ( Marlor et al., 1992 ) 。一般情況下，NF-κB 不活化且留於細胞質中，因為 細胞質中有一種 NF-κB 抑制蛋白：inhibitor κB ( IκB ) ，會與 NF-κB 結合，使其滯留在細胞質中，並抑制其和 DNA 結合的活性。而當細胞受到 發炎介質的刺激， IκB 會受到其上游蛋白質 IκB kinase ( IKK ) 磷酸化其 N 端，接著 IκB 會被蛋白酶分解，而造成 NF-κB 活化，進入細胞核內與 DNA 結合 ( Madonna et al.，2009 ) 。

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(二) COX-2 ( Cyclooxygenase-2 )

COX-2 中文名 為環氧化酵素 -2 於 1993 年，COX 被發現有兩種 isoforms ， 分 別 為 COX-1 與 COX-2 。 COX-1 被 認 為 屬 結 構 性 酵 素 ( constitutively enzyme ) ，於各組織中表現並合成 prostaglandins 來調節細胞 正常功能，協助身體維持恆定狀態；例如： COX-1 可維持腸道完整性而具 保護胃黏膜之功用，也可合成 Thromboxane A₂ 來調節血小板凝集作用。而 COX-2 屬於誘導性酵素 ( inducible enzyme ) ，其會在發炎細胞中表現，例如 macrophages、monocytes 與 synoviocytdes，而在正常細胞中幾乎無法偵測其 存在，因此 COX-2 也被認為在急、慢性發炎反應中扮演重要的角色。( Feng et al.，1993；Turini et al.，2002 ) 。而之前已有研究指出，NF-κB 會誘導 COX-2 表現。 ( Garcίa-Mediavilla et al，2007 )

(三) MCP-1 ( Monocyte chemoattractant protein-1 )

MCP-1 中 文 名 為 單 核 球 趨 化 蛋 白 -1 ( Monocyte chemoattractant protein-1 )，是一醣化蛋白 ( Yoshimura et al.，1989 ) 。研究顯示 MCP-1 是 單核球中最主要的趨化素，具有極佳的趨化效果 ( Valente et al.，1988 ) ， 可使單核球穿過內皮細胞層進入到內皮下間隙 ( Navab et al.，1991 ) 。目前 已有研究指出，內皮細胞、單核球、帄滑肌細胞、纖維母細胞、巨噬細胞等 受到氧化態低密度脂蛋白 ( ox-LDL ) ( Cushing et al.，1990 ) 、PDGF、bFGF、

TNF-α、COX-2 等刺激後，會促使 MCP-1 之表現 ( Rollins et al.，1990；

Strieter et al，1989；Wang et al.，1991 ) 。

(四) ICAM-1 ( Intercellular adhesion molecule-1 )

ICAM-1 中文名為細胞間黏附分子-1 ( Intercellular adhesion molecule-1 )，

通常表現於白血球及內皮細胞表面。在正常情況下，ICAM-1 有很少的表現

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量，但當受到 pro-inflammatory cytokines 刺激時，內皮細胞與白血球便會 大量表現此項黏附因子 ( Montiel-Davalos et al.，2007 ) 。在培養的人類臍 靜脈內皮細胞 ( Human umbilical vein endothelia cells ) 中，以特定的 cytokines 刺激後，會促使 ICAM-1 表現，並增加白血球之黏附 ( Barry et al.，

1998 ) 。使用 ICAM-1 的抗體會抑制白血球黏附至內皮細胞上，由此可得 知發炎物質增加 ICAM-1 之表現是發炎反應中一個重要的步驟。 ( Galdiero et al.，1997 )

圖 2-6、肝臟組織中番木鱉甘抗氧化之機制。

Figure 2-6. Predictable mechanisms in hepatic tissues administered loganin against oxidative stress. ( Chan et al.，2011 )

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