【外刊选译】空腹脂肪组织胰岛素抵抗在2型糖尿病病程中进行性加重

文章来源： 中华内分泌代谢杂志, 2017,33(05): 438-442

作者：陈研(译者)  黄银琼(译者)  陈刚(审校者) 

摘要 

β细胞功能障碍及外周胰岛素抵抗(IR)在糖耐量正常(NGT)转变为2型糖尿病(T2DM)的过程中所发挥的作用已很明确，但脂肪组织功能紊乱所造成的影响却仍未得到充分阐释。2017年4月Diabetes杂志上发表了论文'脂肪组织胰岛素抵抗在2型糖尿病自然史中的作用——一项来自圣安东尼奥的代谢研究' [Diabetes, 2017，66(4)：815-822]，该研究评估了不同糖耐量人群的脂肪组织胰岛素抵抗，以探讨脂肪组织胰岛素抵抗在2型糖尿病自然史中的作用。本文对该论文进行了中文编译。对该文的编译获得Diabetes杂志的授权同意。该论文选取302名不同糖耐量受试者，行口服葡萄糖耐量试验(OGTT)及正葡萄糖钳夹术，评估其脂肪组织胰岛素抵抗(Adipo-IR)[空腹及OGTT平均血浆游离脂肪酸(FFA)×胰岛素]、外周胰岛素IR、β细胞功能。结果显示，NGT肥胖组、IGT组的空腹Adipo-IR比NGT消瘦组增加2倍(8.0±1.1和9.2±0.7对4.1±0.3)，T2DM组空腹Adipo-IR比NGT消瘦组增加3倍(11.9±0.6, P<0.001)。δi>

脂肪组织是影响葡萄糖及脂质代谢的内分泌器官，它通过分泌脂肪因子、促炎因子和血浆游离脂肪酸(FFA)以减弱葡萄糖代谢，减少肌肉中三磷酸腺苷(ATP)合成，促进有毒脂质代谢产物合成并改变胰岛素信号。胰岛素通过促进葡萄糖摄取，合成三酰甘油，抑制三酰甘油水解，并阻止FFA和甘油进入循环系统从而作用于脂肪细胞。例如脂肪组织胰岛素抵抗(Adipo-IR)即胰岛素抑制脂肪分解作用减弱与糖耐量受损有关，血浆FFA升高损害肌肉胰岛素信号通路，促进肝脏葡萄糖异生，减少葡萄糖刺激的胰岛素分泌。正常糖耐量(NGT)肥胖者与2型糖尿病(T2DM)患者皮下脂肪组织产生胰岛素抵抗。胰岛素亦是增加脂肪酸摄取，促进三酰甘油(TG)合成的生脂激素，可刺激皮下脂肪的堆积，促进肝脏、肌肉、胰腺、心脏及其他组织脂肪的异位聚集。虽然2型糖尿病发病过程中β细胞功能障碍及肌肉胰岛素抵抗(IR)的作用和自然史已明确，但从NGT发展为T2DM过程中Adipo-IR的作用仍未得到充分阐释。目前用以评估脂肪组织胰岛素抵抗的方式多样，体内评估Adipo-IR仍存在争议。其中一种方法是使用示踪剂量化棕榈酸酯转换和甘油释放率计算脂肪分解指数。我们研究组发现人体脂肪分解抑制及FFA释放与血浆胰岛素浓度呈曲线相关，若经对数转化，则变为线性相关。这一发现尚属首次。所有研究结果都表明，以对数形式表示，循环血浆胰岛素浓度与脂肪分解率及血浆FFA浓度呈线性相关。因此，血浆FFA与胰岛素浓度乘积可作为评估脂肪组织胰岛素抵抗的指标，此乘积可在各种代谢情况下评估脂肪组织胰岛素敏感性。然而，目前尚无大样本研究系统性地评估脂肪组织胰岛素敏感性在NGT发展为IGT甚至T2DM中的作用。

本研究旨在通过NGT、IGT及T2DM的大样本分析，评估脂肪组织胰岛素抵抗在2型糖尿病自然史中的作用。所有来自圣安东尼奥代谢研究(SAM)项目的受试者均检测了OGTT过程中FFA的水平，并且在隔天进行高胰岛素正葡萄糖钳夹试验评估胰岛素敏感性。

一、对象和方法

1．对象：

本研究包括302名受试者(NGT消瘦组35人和NGT肥胖组30例；IGT组44例；T2DM组193例)。所有受试者通过病史采集、体检以及血液检查判断具有良好的身体状况。试验前3个月体重稳定(±3磅)并且没有参加超负荷的运动。NGT组和IGT组的受试者没有服用任何会影响糖耐量的药物。T2DM组中服用磺脲类药物或二甲双胍的患者在研究开始前3天前停止口服降糖药物。参加研究的糖尿病患者不能服用噻唑烷二酮类、GLP-1受体激动剂、DPP4抑制剂、SGLT2抑制剂或胰岛素治疗。所有受试者不能参加任何运动项目。肥胖的定义是BMI>30 kg/m²或体脂%>35%。T2DM组根据餐后2 h血糖三分位分组，即第1组(GⅠ，2 h-PG<300><360 mg/dl)，第3组(gⅲ，2h-pg≥360="">

2．方法：

试验前晚禁食10 h，试验当天空腹，于上午8∶00所有的受试者进行2 h 75g OGTT，在－30、－15、0 min以及口服葡萄糖后每隔30 min检测血糖、胰岛素和FFA水平。禁食过夜后，所有受试者在隔天上午7∶00回到临床研究中心进行高胰岛素正常葡萄糖钳夹试验。在一侧肘正中静脉留置导管，以便于输注各种试验用液。在对侧手背的静脉抽血便于检测，同时将手在钳夹试验前2 h置于60℃恒温箱中(2型糖尿病受试者3 h)。3-[³H]-葡萄糖(DuPont-NEN, Boston, Mass., USA)初始剂量为非糖尿病受试者40 μCi，2型糖尿病受试者[FPG/5.6]×40 μCi，随后以0.4 μCi/min速率持续输注。

血浆葡萄糖水平采用葡萄糖氧化酶法(Beckman Glucose Analyzer, Fullerton, Calif., USA)。血浆胰岛素和C肽水平采用放射免疫法测定(DPC，DPC, Los Angeles, Calif., USA)，血浆FFA采用分光光度法测定(Wako, Neuss, Germany)。血浆3-[³H]-葡萄糖水平测定采用先前报道的Somogyi沉淀法。血浆脂联素水平采用放射免疫法测定(Linco Research, St Charles, MO, USA)。

3．数据分析：

根据OGTT时血浆葡萄糖和胰岛素水平计算Matsuda指数来评估胰岛素敏感性。胰岛素敏感性根据235位受试者(NGT消瘦组17/34，NGT肥胖组21/30、IGT组39/44，T2DM组GⅠ 53/65、GⅡ 54/64、GⅢ 51/64)进行的高胰岛素正常葡萄糖钳夹试验中的M/I比值来评估。胰岛素抵抗(IR)采用胰岛素敏感指数的倒数来计算。内源性葡萄糖的产生等于体内所有组织的葡萄糖摄取，采用氚标的葡萄糖输注率(DPM/min)除以氚标的血浆葡萄糖比活性(DPM/mg)计算。在胰岛素输注之后，在非稳态时的葡萄糖显现率(Ra)采用Steele公式计算。残存EGP采用葡萄糖显现率(Ra)减去外源性葡萄糖输注率来计算。钳夹试验最后30 min的残存EGP加上钳夹试验最后30 min维持正常葡萄糖时的外源性葡萄糖输注率，即为全身葡萄糖利用率(Rd)。Adipo-IR分别以空腹血浆FFA与空腹血浆胰岛素浓度的乘积，以及OGTT时的平均血浆FFA和胰岛素浓度乘积计算。

β细胞功能(胰岛素分泌/胰岛素抵抗指数或ΔI/ΔG/IR)采用OGTT时血浆胰岛素曲线下面积增值和血浆葡萄糖(ΔAUC-I/ΔAUC-G)曲线下面积增值的比值，除以胰岛素抵抗指数(Matsuda指数的倒数)来计算。

4．统计学处理：

数据采用±s表示，非正态分布数据在分析前采用自然对数(Ln)转换。采用ANOVA和Bonferroni-Dunn post hoc方法进行组间比较。单变量资料相关分析采用Spearman等级相关分析方法。多变量分析以ln(Adipo-IR)为因变量，以年龄、BMI、性别、是否糖尿病、胰岛素敏感性[ln(Matsuda指数)]、胰岛素分泌(ΔAUC-I/ΔAUC-G)和β细胞功能(ΔAUC-I/ΔAUC-G/IR)为自变量，分析它们之间的关系。

二、结果

研究对象的临床特征如表1所示。糖尿病组的年龄稍大于非糖尿病组，糖尿病组的BMI和体脂肪率与NGT肥胖组和IGT组没有差别。非糖尿病组(NGT组和IGT组)空腹血浆葡萄糖水平均在正常范围内，而在T2DM组中，GⅠ、GⅡ、GⅢ 3组的空腹血浆葡萄糖水平呈逐步上升趋势(表1)。同样，OGTT时平均血浆葡萄糖水平在T2DM组下GⅠ、GⅡ、GⅢ 3组中逐步上升(图1B和图2A)。

图1 受试者血糖和胰岛素变化

图2 受试者OGTT中血糖、FFA和胰岛素敏感性变化

NGT肥胖组和IGT组空腹血浆FFA水平均显著高于NGT消瘦组。空腹血浆FFA水平在NGT消瘦组中最低，从NGT肥胖组到IGT组呈显著线性增加，而在T2DM组中趋于稳定，并没有进一步增加(表1)。OGTT时，NGT肥胖组平均血浆FFA水平与NGT消瘦组相比显著增加，并且从NGT到IGT(图1A)到T2DM GⅠ、GⅡ、GⅢ组呈逐步增加趋势(图1B)且没有平台期(图2B)。这种变化与反映胰岛素敏感性的Matsuda指数和胰岛素分泌完全一致，反映出进行性下降的胰岛素敏感性(图2C)和β细胞功能(表1)。

空腹血浆胰岛素水平从NGT组到IGT组(图1C)到T2DM组(图1D)逐步增加，而OGTT时平均血浆胰岛素水平表现为典型倒U型曲线，从NGT组到IFG组呈增加趋势，后在T2DM组GⅠ、GⅡ、GⅢ组中呈进行性下降趋势(图2D)。

OGTT时FFA抑制程度的受损与β细胞功能进行性下降(ΔAUC-I/ΔAUC-G/IR)密切相关(r＝－0.52, P<0.000>图3)，与高胰岛素正葡萄糖钳夹试验时胰岛素敏感指数M值的进行性下降也密切相关(r＝－0.42, P<0.000>图1和图2)。

图3 指标间相关性分析

因此，随着消瘦型NGT人群变成肥胖人群(但仍维持正常糖耐量)或IGT或T2DM，空腹血浆FFA和OGTT时FFA(以及血浆葡萄糖)水平增加(表1，图2A和图2B)，这是由于胰岛素敏感性逐渐下降(图2C)，OGTT时胰岛素反应水平(图2D)以及β细胞功能的下降造成的(表1, 图3)。

脂肪组织IR指数：与NGT消瘦组相比，NGT肥胖组和IGT组空腹Adipo-IR增加了2倍(4.1±0.3对8.0±1.1和9.2±0.7，P<>P<>图2E)。T2DM肥胖组空腹Adipo-IR显著高于T2DM消瘦组(13.8±0.8对8.0±0.7，P<>图3)。高胰岛素正葡萄糖钳夹试验(表1)结束时的血浆FFA水平在所有研究组没有差异，也证实了这一点。

空腹Adipo-IR从NGT到IGT到T2DM呈持续上升趋势(图2E)，OGTT-Adipo-IR从NGT消瘦组到NGT肥胖组到IGT组逐渐增加，后在T2DM三个亚组中进行性降低(图2F)，与OGTT期间胰岛素反应的U型曲线一致(图2D)。因此，OGTT期间胰岛素分泌缺乏可导致OGTT时Adipo-IR在T2DM组呈反常下降(图2D和图2F)，提示OGTT-Adipo-IR在糖尿病受试者中非可靠指标。

在多变量回归分析中，以年龄、BMI、性别、是否糖尿病、胰岛素敏感性(ln[Matsuda指数])、胰岛素分泌(ΔAUC-I/ΔAUC-G)和β细胞功能(ΔAUC-I/ΔAUC-G/IR)作为自变量，以ln(Adipo-IR)作为因变量，发现ln(Adipo-IR)与BMI(P<0.000>P<0.000>P<0.000>r＝0.82，P<0.000>r＝0.80, P<0.000>P<0.000>P<0.000>r＝－0.49, P＝0.009)，并且独立于年龄、性别及BMI。

三、讨论

我们早先发现在从'正常'糖耐量发展为IGT最终转变为T2DM的过程中，β细胞功能逐步下降，外周胰岛素抵抗逐步增强。T2DM患者的脂肪组织胰岛素抵抗也增加，但目前在NGT到IGT再到T2DM过程中，对Adipo-IR变化的自然病程研究仍然较少。近期1篇文章综述了脂肪细胞胰岛素抵抗的各类指标，如在正常血糖高胰岛素钳夹或OGTT期间示踪剂(如将标记的棕榈酸酯或甘油作为示踪剂)的转换或游离脂肪酸的抑制。现阶段研究我们使用空腹血浆FFA与空腹血浆胰岛素浓度的乘积作为Adipo-IR的指标。由于血浆FFA浓度与外周脂解率紧密相关，因此Adipo-IR可作为脂肪组织胰岛素抗脂解效应抵抗的指标。血浆胰岛素和FFA浓度之间的双曲线关系最初是由Groop等提出的，他们通过5步法高胰岛素正葡萄糖钳夹术，研究胰岛素与血浆FFA浓度抑制及脂解率(以[¹⁴C]-棕榈酸酯标记)之间的关系。Bugianesi等也提出了类似的结论。他们通过2步法高胰岛素正葡萄糖钳夹术测量血浆FFA浓度及脂解率(以2H甘油转换为标记)。然而，这些研究的样本量都较小且未评估NGT到IGT再到T2DM过程中Adipo-IR的变化。

在这一横断面研究中，我们评估了空腹状态及OGTT中不同糖耐量水平和不同胰岛素抵抗水平受试者的血浆FFA浓度变化。将胰岛素抵抗受试者(包括NGT肥胖组、IGT组和T2DM组)与NGT消瘦组受试者进行比较，从NGT消瘦组到NGT肥胖组再到IGT组，空腹血浆FFA浓度呈显著线性增加，而在T2DM组达到平台，并没有进一步增加，反映出胰岛素敏感度逐步下降。从NGT到IGT，随着OGTT过程中血浆FFA浓度升高，全身胰岛素抵抗及OGTT过程中Adipo-IR愈发严重。从IGT到T2DM，OGTT期间血浆FFA浓度持续升高，但全身胰岛素抵抗达到平稳状态且OGTT时Adipo-IR呈下降趋势。正如我们早期研究显示的，IGT受试者对葡萄糖代谢的胰岛素抵抗达到最大程度上或接近最大程度，随着胰岛素抵抗增强，空腹血浆FFA浓度升高。从NGT进展到IGT，伴随着空腹血浆FFA升高及愈发严重的全身胰岛素抵抗和Adipo-IR。在IGT发展为T2DM的过程中，尽管Adipo-IR愈加严重，可空腹血浆FFA并没有进一步升高。这很可能是由于空腹血浆胰岛素浓度代偿性升高抵消了脂肪细胞胰岛素抵抗的恶化。各组在OGTT期间，FFA水平持续升高而不出现平台可能是由于T2DM受试者β细胞功能障碍和胰岛素分泌减少的缘故，这与胰腺的Starling曲线特征一致。男性和女性的BMI和胰岛素敏感性(Matsuda指数)皆与Adipo-IR紧密相关，但女性较男性Adipo-IR水平更高，此发现与早期Nielsen等人提出的女性血浆FFA浓度比男性更高的结论一致。值得注意的是我们的研究为横断面研究，但结果却与METSIM和ACT NOW两项前瞻性研究一致，即空腹血浆FFA浓度或Adipo-IR与新发T2DM之间存在显著相关性。

因此，我们的结果显示，空腹Adipo-IR指数在不同的糖耐量阶段包括NGT、IGT、T2DM，皆可作为一个可靠的脂肪细胞胰岛素抵抗指标。相比之下，OGTT试验中Adipo-IR变化则全然不同。OGTT受试者从IGT到T2DM(I-III组)过程中出现FFA抑制受损(血浆FFA水平升高)与Adipo-IR分离的现象，这是T2DM胰岛素分泌功能下降导致胰岛素水平极度降低的结果。因此，OGTT试验中的Adipo-IR不可作为T2DM受试者脂肪细胞胰岛素抵抗的可靠指标。对严重空腹高血糖患者使用Adipo-IR指标评估脂肪细胞胰岛素抵抗时，必须小心谨慎。与OGTT相反，逐步升级的高胰岛素钳夹术的研究一致显示T2DM受试者存在血浆FFA和甘油抑制受损和14C棕榈酸酯转换抑制受损，提示T2DM存在脂肪细胞胰岛素抵抗。

图2和图3突出了鉴别胰岛素分泌和β细胞葡萄糖敏感性(如β细胞敏感性-胰岛素分泌之间的关系)的重要性，以及β细胞葡萄糖敏感性在影响葡萄糖耐量和血浆FFA浓度上所起的重要作用。从NGT消瘦组到NGT肥胖组再到IGT组，胰岛素分泌/胰岛素抵抗指数下降且与OGTT血糖水平的升高有紧密联系，此结论与早期我们研究组及其他研究组的结论一致。如果将OGTT时所有受试者(NGT，IGT，T2DM)的胰岛素分泌/胰岛素抵抗指标的对数值与血糖浓度平均值与血浆FFA浓度平均值作图，可以清楚地看到这些变量之间存在密切的负相关关系。同样，β细胞胰岛素分泌降低与空腹Adipo-IR增加相关。

在本研究中，我们发现，与NGT消瘦组相比，NGT肥胖组、IGT组和T2DM组不仅出现了更严重的胰岛素抵抗且更加肥胖。T2DM组比NGT和IGT组年龄稍大。体重和年龄是FFA水平的影响因素。胰岛素抵抗患者的脂肪量越多，血浆FFA水平越高。年龄大也会影响身体组成成分。老年人的身体脂肪含量通常大于BMI相同的年轻人。然而，Ferrannini等人的研究显示年龄的增长对胰岛素作用的影响较小。

总之，本研究显示空腹脂肪细胞胰岛素抵抗指标(空腹FFA与空腹胰岛素的乘积)随着NGT到IGT再到T2DM的变化进行性上升，可以作为脂肪细胞胰岛素敏感性的有效指标。相比之下，OGTT中脂肪细胞胰岛素抵抗指标从NGT到IGT不断升高，但从IGT到T2DM不断下降。这是由于糖尿病组的胰岛素分泌急剧下降所造成的。因此，就糖尿病受试者而言，仅空腹脂肪细胞胰岛素抵抗指标(而非OGTT-Adipo-IR)可作为脂肪细胞胰岛素敏感性的可靠参考标准。我们可以得出以下结论：开始于'正常'糖耐量个体的β细胞功能降低与FFA和空腹Adipo-IR的进行性升高有关。

(本文参考文献从略)