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随着人口老龄化、人们生活水平的提高及生活方式的改变，糖尿病发病率日趋升高， 据世界卫生组织预计，到2025年，全球成人糖尿病患者人数将增至3 亿， 中国糖尿病患者人数将达到4 000万，其中2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）在国外约占90%，在国内则更高。T2DM的病因、发病机制复杂，至今还没有完全阐明，但总的来说胰岛素抵抗( insulin resistance,IR) 和胰岛β-细胞分泌缺陷是T2DM发病机制的两个主要环节。随着对肥胖、IR和T2DM 3者之间联系研究的深入，已有充分的证据表明，血浆中脂类水平的升高，主要是游离脂肪酸(free fatty acid， FFA)和甘油三酯（triglyceride, TG）,是导致IR的重要原因[1]。自2001年由哈佛大学医学院的Jeffrey S. Flier教授在美国ADA大会提出脂毒性并获班廷奖，近年来脂毒学说在IR中的作用倍受关注。指血中FFA增多超过脂肪组织的储存能力及各组织对FFA的氧化能力，过多的FFA以TG形式在非脂肪组织过度沉积而造成该组织损伤的过程和结果。最新研究表明FFA的升高与IR之间有很强的相关性,是导致IR的重要原因。另外，FFA对胰岛β细胞结构和功能也有影响，因此本文对近年来这方面的研究进展作一简要综述。
1 正常人、肥胖及T2DM人群的脂溶解
在健康人群中脂解作用得到严格的调控以致能以葡萄糖与FFA作为能源按照不同组织器官的需要提供适当的能量[2]。在空腹10~12 h肝脏、心脏和骨骼肌主要靠FFA氧化供能。在过度饥饿状态下脂解作用增强,使肝脏FFA增加,转化为酮体代替葡萄糖作为大脑主要供能物质[3]。在运动状态下机体需要大量的能量,机体通过增加FFA氧化供能防止组织糖原的过度消耗。因此在这些代谢状态下非葡萄糖依赖组织中脂解作用会增强,使FFA的量增加。
相反在疾病中如T2DM及肥胖,认为FFA缓慢、持续性增加能诱导和/或加重肝脏及骨骼肌的IR。在肥胖人群及T2DM患者当中,由于脂肪组织对IR引起脂解增强。脂肪组织FFA的释放至全身FFA量增加起到重要作用[4]。由于内脏脂肪组织有比较高的脂解活性,所以人们认为内脏脂肪组织的FFA是导致机体IR的重要因素。
2 脂毒性与胰岛素抵抗
2．1 脂毒性对骨骼肌的影响 1963年，Randle等人[5]通过对小鼠离体心肌进行葡萄糖与脂肪酸氧化关系研究发现，当体内有充足葡萄糖供应时，机体主要进行葡萄糖氧化，同时抑制脂肪酸的氧化;相反，脂肪酸的增加将促进脂肪酸的氧化与储存，抑制葡萄糖氧化。这就是所谓的葡萄糖-脂肪酸循环，也称为Randle"s循环。然而，Wolfe等[6]提出了一个与Randle等人相反的观点，FFA增加时葡萄糖的摄取减少并不只是由于脂肪酸氧化的增加，相反，是由于葡萄糖的吸收缺陷导致的氧化障碍。另外，Shulman[7]采用高糖钳夹技术对灌注三酰甘油/肝磷脂和甘油/肝磷脂5 h的机体进行研究。采用13C-NMR与13P-NMR技术对肌糖原、6－磷酸葡萄糖、细胞内葡萄糖进行测定,这个研究的结果显示在脂肪灌注组织中只是糖原合成障碍，而没有6－磷酸葡萄糖浓度的增加。另外，这些研究也显示脂肪酸在糖元合成中的抑制作用被葡萄糖转运体4转运和/或己糖激酶激活障碍调节的，这得出了一种新的机制，即FA在T2DM的IR中起到重要的作用。
近来，国外学者应用核磁共振与肌肉活检得到相关的数据提示肌肉脂肪代谢障碍在FFA诱导的IR中起到重要作用。三酰甘油在肌肉中的沉积将导致胰岛素抵抗。同时，在对肥胖患者的研究中发现，如果患者仅仅是FFA升高而血浆中的IMTG水平并不升高，不会引起IR[8]。在肥胖人群中FFA在体内的积累更倾向于引起脂肪酸的氧化障碍而不是数量增加。这种脂肪酸的氧化能力下降可能是由于线粒体的氧化能力下降引起[9]，而线粒体氧化能力下降则是由于基因背景或其它机制引起。目前研究显示IMTGs除了导致脂肪酸氧化障碍之外，本身并不存在毒性，而是因为脂肪酸氧化障碍引起TG堆积及代谢产物如乙酰CoA的堆积改变了胰岛素信号传导所致，最终引起肌肉葡萄糖转运降低,即为T2DM患者与肥胖人群的IR的特点。
正如（图1）所示，细胞内脂肪代谢物的堆积是引起细胞质acetyl-CoA水平上升的关键因素⑽。而acetyl-CoA的上升将激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶⑾,胰岛素受体本身就是这些激酶的作用物，而胰岛素信息传递蛋白的磷酸化也受丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶调节。总之,FFA通过抑制肝糖原合成、改变胰岛素信号传导等机制引起周围性IR,即骨骼肌IR。
2．2 脂毒性对肝脏的影响 正如脂肪酸对骨骼肌糖代谢影响机制相仿，大量的证据表明脂肪酸的氧化在肝脏也抑制了葡萄糖的氧化与刺激葡萄糖的生成。肝脏产生的IR导致肝脏葡萄糖的生产增加，这也是引起空腹血糖升高的重要机制[12]。FFA对肝糖代谢主要是通过影响糖异生途径实现的。其根本是由于acetyl-CoA生成可以增加丙酮酸羧化酶的激活，同时与NADH与ATP一起参与3－磷酸甘油醛的合成。
在健康人群基础状态下,FFA增加会刺激糖异生的加强而不会使肝糖原合成（hepatic glucose production, HGP）增加。即肝脏的自身调节作用。也曾在糖异生底物增加时也发现肝脏的自身调节。在FFA增加的情况下,肝脏的自身调节被认为一方面通过限制肝糖原分解继发FFA轻微诱导刺激胰岛素的分泌作用,另一方面被看成肝内的自动调节机制。在T2DM患者中,肝脏的这种自身调节是缺失的,导致在机体FFA增加时HGP增加,尼克酸减少而抑制脂解作用降低血浆FFA浓度,糖异生和HGP。由于糖异生的减少并没有引起肝糖原分解所导致的HGP的降低,证明肝脏的自身调节衰退。另外,在T2DM患者中,FFA增加引起胰岛素的分泌改变,肝糖原储存减少（这也能解释为什么在糖异生受限制阶段肝糖原分解不足）和6－磷酸葡萄糖表达与激活增加。
在胰岛素钳夹实验中发现,进行三酰甘油与肝糖原灌注时，血浆FFA聚集增加,HGP增加同时改变胰岛素降低HGP的能力。换句话说,诱导了肝脏的IR。最后,FFA引起HGP增加也与胰岛素诱导肝糖原分解受限缺乏相关[13-14]。正如FFA在骨骼肌的作用相同,FFA能直接限制胰岛素信号传递途径,而不依靠酶学机制。
FFA引起胰岛素信号传递失调的机制,与其在骨骼肌内的作用机制十分相似。正如在骨骼肌里的描述一样,脂肪代谢物异常堆积,如脂肪酸、神经酰胺和乙酰CoA,最终导致胰岛素敏感性下降。因此PKC通过丝氨酸磷酸化机制限制了胰岛素受体和胰岛素受体底物（IRS）。最后,氧化应激也可通过PKC的激活引起肝脏胰岛素的抵抗。
3 脂毒性对β细胞胰岛素分泌功能的影响
研究表明血浆胰岛素浓度的升高与FFA浓度有着密切的关系。正常情况下， 生理性范围浓度的FFA对葡萄糖诱导的胰岛素分泌有加强作用，可以刺激胰岛β细胞分泌胰岛素，但长期暴露于高浓度血浆FFA情况下，可以损伤胰岛β细胞功能，脂化异位沉积于非脂肪组织，诱导胰岛β细胞凋亡和β细胞坏死，使葡萄糖刺激的胰岛素分泌减少，从而使糖异生增加，其中以诱导β细胞调亡为主， 又称为脂性凋亡。体外实验表明，将人胰岛细胞在高血浆FFA环境下培养48 h，原位末端标记技术（TYBEL法）检测胰岛细胞凋亡，结果发现胰岛细胞凋亡率比对照组增高2倍[15]。
为什么异常FFA能引起β细胞凋亡？研究显示胰岛是所有组织中对氧化应激最敏感的组织，胰岛具有最弱的抗氧化屏障，胰岛中抗氧化酶的含量在所有组织中是最低的。目前已经比较公认的是，线粒体内的氧化应激毒性是β细胞凋亡的直接原因[16]。Rao等[17]发现将大鼠胰腺β细胞放入H2O2浓度为5~250 umol/L的环境中培养后,胰腺β细胞凋亡数量较正常对照组明显增加, H2O2浓度越高,凋亡数量越多。用不同浓度的自由基清除剂MCI-186处理后,其抗胰腺β细胞凋亡的作用呈剂量效应关系,提示抗氧化剂MCI-186对胰腺β细胞有保护作用。FFA诱导的β细胞凋亡可发生在内质网水平。内质网是酯化的场所,用电镜可以观察到暴露在FFA的β细胞的内质网是膨胀的。高的FFA负荷超过了β细胞的酯化能力,造成内质网功能受损和内质网应激反应的触发,因而造成对β细胞的毒性作用。内质网应激近期被认为是肥胖,IR的细胞、分子机制[18]。内质网应激可能是T2DMIR和β细胞功能丧失的共同分子通路。
近几年发现PPARa, PPARr蛋白及mRNA在人类胰岛中特异性高表达,提示PPARa,PPARr可能对胰岛细胞的功能具有直接调控作用。PPARr激动剂是潜在的抗炎因子,可抑制炎症因子NF-kB及细胞因子诱导的iNOS表达,并促进β细胞生长,抑制其凋亡,减少淀粉样聚积作用。最近Lalloyer等[19]发现PPARa基因缺陷的肥胖(ob/ob)小鼠外周的IR并不加重,无论是活体还是离体实验都发现PPARa基因缺陷的肥胖(ob/ob)小鼠的胰岛β细胞功能明显受损,对葡萄糖刺激后的胰岛素分泌功能下降,平均胰岛面积减少;而用PPARa激动剂干预组的胰岛素分泌功能、平均胰岛面积等指标明显改善,提示PPARa能提高胰岛β细胞对病理状态下的适应能力。同时他们还将人的原代胰岛细胞分为2组培养,一组在高FFA浓度条件下,另一组高FFA浓度条件同时用PPARa激动剂培养,结果发现PPARa激动剂可对高诱导的β细胞凋亡及沉积有明显的改善作用。
5 结论
综上所述, FFA在DM的发病机理中IR及β细胞胰岛素分泌缺陷占有重要的地位。但对脂肪酸和IR及β细胞间关系的研究多属短期的动物的研究,缺乏长期的和临床的研究。目前FFA升高,为什么会出现在不同糖代谢状态仍未完全明了，今后需要研究的问题有：①FFA在DM及其它不同糖代谢状态下的影响机制。②FFA亚成分与不同糖代谢状态关系。总之, 随着我们深入研究FFA对糖代谢的影响，将为寻求合理饮食配方，预防和控制2型糖尿病提供科学依据。
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