Apelin在能量平衡中的作用

吕双瑜，秦耀军，杨艳杰，姚文亮，陈 强

(兰州大学生命科学学院生物化学与分子生物学研究所，甘肃兰州 730000)

1998年，Tatemoto等［1］从牛胃中提取到一种多肽，并证明该肽是APJ受体的内源性配体，命名为apelin(APJ endogenous ligand)。APJ，即血管紧张素受体AT1相关的受体蛋白，是一种G蛋白偶联受体(GPCR)。Apelin以77个氨基酸的前蛋白原(preproapelin)形式分泌，其N端有一个信号肽序列，C端区域是编码区，并且富含碱性氨基酸，可能是翻译后加工的酶切位点;该前蛋白原在不同的组织中被加工生成分别含36、19、17、13、12 个氨基酸的多肽，即 apelin-36、apelin-19、apelin-17、apelin-13、apelin-12［1-2］。

Apelin及其受体广泛存在于中枢神经系统和外周组织，在不同器官或组织发挥相应的生理作用［3］。在啮齿类动物的大脑中，APJ下丘脑室上核和室旁核有很丰富的表达量［2-3］。另外，apelin在脂肪组织有较高表达水平，并且对摄食和饮水具有调节作用［4-6］，这些提示apelin在能量代谢中可能发挥着重要的作用。目前研究发现apelin对心血管活动、免疫反应、内分泌等多项生理功能都发挥着调节作用［3］。近年来，apelin在能量平衡中的作用日益受到关注，因而本文对apelin在摄食、消化、体液平衡、肥胖和糖代谢方面的作用做一综述，以期为代谢疾病的研究和治疗提供新的思路。

1 Apelin对摄食和消化功能的调节

Apelin及其受体mRNA在下丘脑区域外侧区的高丰度表达提示了apelin在食欲调节中可能发挥着重要的作用。关于apelin对摄食调节作用的报道也比较多，但是目前观点并不一致。Sunter等［5］发现中枢注射1 nmol和3 nmol apelin-13减少了非禁食和禁食大鼠的摄食量，而外周注射10 nmol apelin-13不影响摄食。侧脑室注射apelin-12(10 nmol)减少正常摄食大鼠夜间的摄食量，但刺激白天摄食［7］。Taheri等［6］报道第三脑室注射apelin-13(30 nmol)仅增加了大鼠给药后2～4 h内的摄食量，而不影响其它时间段的摄食及24 h累积摄食;并且对饱食大鼠的摄食也没有影响 。Clarke等［8］发现急性中枢注射2 μg apelin-13抑制营养性肥胖(DIO)大鼠夜间对正常食物的摄取，而不影响其对高脂肪食物的摄取。Valle等［9］连续10 d给C57BL/6小鼠第三脑室内注射apelin-13(1 μg·d-1)，发现小鼠的摄食量在d 3～7明显增加;同时体重、活动能力及体温均增加。而Higuchi等［10］却发现给予小鼠长期腹腔注射apelin-13并不影响小鼠的摄食。最近在金鱼中研究发现，腹腔(100 ng)或侧脑室(10 ng)注射apelin-13都导致其1 h内摄食量的增加［11］。最近，Lü 等［12］发现侧脑室注射 apelin-13(3 μg)抑制饱食小鼠和禁食小鼠夜间0～4 h的累积摄食，这种抑制作用是通过APJ受体和促肾上腺皮质激素释放因子(corticotropin-releasing factor，CRF)受体介导的;而对饱食小鼠白天的摄食没有影响。这些不同的实验结果可能是由于实验动物种类、apelin片段、剂量、注射时间和注射方式的不同造成的。Apelin对摄食的作用及其调节机制，仍需进一步验证和探究。

Apelin对食欲的调节作用及其在胃肠道的分布提示apelin可在消化系统中发挥作用。Wang等［13］研究发现，apelin-13和apelin-36均可以刺激体外培养的胃内皮细胞的增殖，且apelin-13的效能明显高于 apelin-36。除 apelin-36外，apelin-12、apelin-13和apelin-19均可以剂量依赖的刺激小鼠肠内分泌细胞系(secretin tumor cell line，STC-1)细胞分泌胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)，并且它们的效能相同，这种效应是通过细胞分裂素活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)介导的。这些研究表明［14］，apelin 是一种新的胃肠肽。免疫组织化学结果显示，apelin阳性细胞主要集中在大鼠胃壁细胞、主细胞、颈粘液细胞和胃黏膜上皮细胞 。最近Ohno等［15］研究发现apelin-12通过胃粘膜释放组胺刺激胃酸的分泌，该机制不是通过迷走神经起作用的。Flemström等［16］通过体内实验发现，在大鼠十二指肠黏膜apelin-13作用于APJ受体从而刺激HCO-3的分泌，但是这种刺激作用仅发生在正常摄食的动物;经过短时间禁食后，APJ受体的表达量明显减少，HCO-3的分泌反应也受到阻碍。体外实验发现，CCKA受体拮抗剂devazepide阻断了apelin-13引起HCO-3分泌反应。故认为apelin引起的刺激是由于肠释放CCK引起的。

摄食和消化都与胃肠运动有密切的关系，这提示apelin可能在胃肠运动方面发挥调节作用。Yang等［17］发现侧脑室注射apelin-13抑制小鼠远端结肠通过时间和排便，该作用是通过APJ受体和阿片受体介导的，而在体外实验发现apelin-13对小鼠离体远端结肠的收缩没有影响。此外，Lü等［18］发现侧脑室注射apelin-13通过阿片受体抑制小鼠胃排空和小肠通过率，而腹腔注射apelin-13对胃排空没有影响。中枢apelin-13能够增强清醒大鼠消化间期胃窦移行性复合运动(migrating motility complex，MMC)［19］。这表明 apelin 具有调节胃肠运动的作用，该作用主要是通过中枢来完成的。

2 Apelin与体液平衡

脑室注射apelin-17抑制大鼠精氨酸加压素(arginine vasopressin，AVP)神经元的电活动，使小鼠血浆AVP的水平下降，排尿量增加，而且明显地降低了脱水小鼠30 min的饮水量［20］。最近的研究发现apelin-13抑制小鼠夜间摄食的同时也抑制了小鼠4 h的累积饮水量［12］。然而，Lee等［2］发现腹腔注射apelin-13引起大鼠60 min的饮水量增加。Taheri等［6］也观察到脑室注射apelin-13增加了大鼠60 min的饮水量。

脑室内注入apelin-13增加了30 min血浆中的促肾上腺皮质激素(adrenocorticotropic hormone，ACTH)和皮质酮的水平，而降低促黄体素(luteinizing hormone，LH)和卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH);将下丘脑在 100 nmol·L-1apelin-13溶液中体外培养45 min，并用放射免疫分析法测定CRF和AVP的含量，结果发现apelin促进了下丘脑CRF和AVP的释放［6］。脱水直接导致大鼠apelin及其受体表达的增加，下丘脑大神经元细胞AVP表达水平降低［3］。除了中枢作用之外，apelin可以直接作用于肾微脉管系统。渗透压刺激对人血浆中的apelin和AVP的作用相反，增加血浆渗透压引起血浆AVP水平升高，血浆apelin下降，降低血浆渗透压引起血浆 AVP水平下降，血浆 apelin升高［3］。APLNR(-/-)基因敲除小鼠的体液平衡失调，饮水量明显减少，尿液的收集量达不到正常野生型小鼠的水平，渗透压也随之改变［3］，这表明apelin受体在体液平衡中发挥着重要的作用。

3 Apelin与肥胖

肥胖通常是由于能量代谢不平衡造成的，而能量调节的高级中枢在下丘脑，它受到体内如胰岛素，瘦素(leptin)等因子的调节。Apelin在培养的脂肪组织中表达和释放，被认为是一种脂肪因子。Apelin在白色脂肪组织的表达量明显高于褐色脂肪组织，并随着脂肪细胞的分化和成熟而不断增加。研究发现，apelin在脂肪组织中的表达受到营养状况的影响，与正常摄食小鼠比较，禁食状态下脂肪细胞 apelin mRNA的表达水平明显减少，恢复摄食24 h后apelin mRNA的表达又恢复到正常摄食小鼠的水平［4］。TNF-α、生长激素、胰岛素和葡萄糖都能够上调apelin在脂肪组织中的表达。在肥胖和胰岛素抵抗的病人中，apelin的表达比正常体重的受试者高。Masaki等［21］研究发现，大鼠第三脑室注射apelin-13引起下丘脑室旁核(PVN)c-fos样免疫反应;在PVN区微注射apelin-13不仅使白色脂肪组织的温度明显升高，而且增加了白色脂肪组织交感神经的活动。

临床研究表明，肥胖患者的血浆apelin水平明显高于体重正常对照组，并与体质量指数(BMI)明显正相关;此外，还发现血浆apelin和 leptin水平均与 BMI正相关［22］。Apelin在肥胖症妇女的血浆中含量升高，而通过低热量饮食减轻体重后，脂肪组织和血浆中apelin的含量下降，这可能是由于apelin在脂肪组织中表达量的减少导致了其在循环系统中的下降［23］。可见，apelin与肥胖有密切的关系。Higuchi等［10］在研究apelin与肥胖治疗时发现，连续给小鼠腹腔注射 apelin-13(0.1 nmol·g-1)14 d，小鼠白色脂肪组织、血清胰岛素和甘油三酯的水平下降;apelin-13也同样能够降低高脂肪摄食诱导的肥胖小鼠的体内脂肪、血清胰岛素水平和甘油三酯的水平，同时还发现apelin-13增加血清脂联素、降低leptin水平。腹腔注射apelin-13后增加了棕色脂肪组织解偶联蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1，外周能量消耗的标志分子)mRNA的表达和骨骼肌解偶联蛋白3(uncoupling protein 3，UCP3，脂肪酸输出的调节因子)mRNA的表达。由此可见，apelin对瘦鼠和肥胖小鼠的脂肪和脂代谢都具有调节功能。还发现apelin-13能够增加体温，增加耗氧量，降低呼吸熵。

4 Apelin与糖代谢

机体维持血糖稳态的最重要的调节因子是胰岛素，apelin与胰岛素相互影响，共同调节血糖代谢［24-26］。Boucher等［24］在研究由于肥胖导致的血液高胰岛素患者时，发现他们的脂肪细胞apelin的表达水平和血浆中不同片段的apelin的数量比正常人高。对肥胖合并有高胰岛素症的小鼠的研究结果也证实了同样的结论。一方面，胰岛素可以直接上调人和小鼠脂肪细胞apelin的表达水平［24］。在用高糖饲养诱导的糖尿病大鼠模型中发现血浆apelin的含量会在饥饿时升高，并且变化幅度受到血糖、胰岛素水平以及胰岛素抵抗指数等多种因素的影响［25］。另一方面，apelin也影响胰岛素的分泌。Sörhede等［26］发现给予小鼠静脉注射 apelin-36能够抑制高血糖刺激引起的胰岛素的水平的升高，胰岛分离体外实验也发现apelin-36抑制由于高剂量血糖刺激引起的胰岛素的分泌，而对低剂量血糖刺激引起的胰岛素的分泌没有影响。Apelin与胰岛素的这种相互作用，说明其参与了胰岛素抵抗反应。胰岛素抵抗贯穿于Ⅱ型糖尿病的整个发病过程，所以认为apelin对Ⅱ型糖尿病具有调控作用。

研究还发现apelin能够不依赖胰岛素而降低血糖浓度。Dray等［27］研究发现急性注射apelin-13到健康小鼠的静脉中，会促进脂肪组织和骨骼肌吸收利用葡萄糖从而达到降糖的目的;在肥胖和胰岛素抵抗小鼠中，apelin能够使机体对葡萄糖耐受能力恢复，增加葡萄糖的利用。通过体内外实验及药理学实验方法发现，内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)、AMP激活的蛋白激酶(AMP-ac-tivated protein kinase，AMPK)以及丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(serine/threonine protein kinase，Akt)信号分子参与了小鼠比目鱼肌组织中apelin对葡萄糖的吸收过程。因此，apelin可作为治疗胰岛素抵抗的很有前景的药物靶位点。

5 其他生理功能

近年还发现，apelin在心血管的生理和病理中也发挥着重要的调节作用［3］。Apelin是一种很强的血管生长因子，不仅调节血压，而且也调节心脏功能，具有正性变力作用。Najafipour等［28］研究发现长期两肾一夹(2K1C)大鼠呈现出明显的高血压和心力衰竭，中剂量apelin-13能够使血压降低，发挥正性心肌收缩力的作用。Aydin等［29］通过检测冠状动脉旁路移植术病人的主动脉、隐静脉和动脉组织apelin的表达，发现apelin-36的表达水平在心肺分流术的过程中发生了明显变化，先降低然后升高到初始水平;apelin-36在动脉和静脉的局部合成，因此认为apelin-13可能是心肺分流术过程中的标志性分子。Apelin抑制HIV病毒的入侵，参与免疫调节和炎症反应。Apelin对呼吸、体温都有调节作用，对缺血/缺氧引起的脑组织损伤能起到保护作用。潘伟男等［30］发现apelin-13促进血管平滑肌细胞的增殖，其机制可能与apelin-APJ-PKC-ERK1/2-Cyclins信号通路有关。陈彦凡等［31］还发现葛根素防治低O2高CO2引起大鼠肺动脉高压的机制可能部分与调节肺组织apelin-APJ相关。Apelin参与痛觉调节，在热甩尾小鼠痛觉模型中，中枢注射apelin-13明显的增加了甩尾潜伏期，其镇痛作用机制与APJ受体和阿片受体(尤其是mu型受体)有关［32］。在乙酸引起的小鼠内脏痛模型中，侧脑室和蛛网膜下腔注射apelin-13均引起镇痛效应［33］。然而，最近研究发现脑室注射apelin-13导致小鼠抑郁样行为，该作用机制是通过kappa阿片受体介导的［34］。

6 结语

综上所述，apelin是一种在体内分布广泛的多肽，它在摄食、消化、体液平衡、肥胖和糖代谢等方面都发挥着重要的生理调节功能，但其很多作用机制尚不清楚。Apelin在摄食障碍(如神经性贪食症)和消化疾病(如肠易激综合症、功能性消化不良)中的作用，以及在代谢综合症和糖尿病中的作用路径仍不清楚;另外，apelin/APJ系统引起的第二信使受体系统以及它与胰岛素、leptin、下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴等的相互关系仍需要进一步探究，这些都是我们今后的研究方向。Apelin/APJ系统已成为治疗肥胖和代谢相关疾病的靶点，引起了很多学者的关注，目前对它的研究正呈上升趋势。因此，进一步弄清apelin在能量平衡中的作用机制，筛选活性更强的apelin片段，设计抗体内降解、活性更强的apelin类似物以及其它们在体内安全性评价将成为今后的研究热点。

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