脂质运载蛋白2联系肥胖和心血管疾病的临床证据和分子机制

吴光雨(综述)，李华婷，贾伟平※(审校)

(1.苏州大学医学部，江苏 苏州215000； 2.上海交通大学附属第六人民医院内分泌代谢科 上海市糖尿病研究所 上海市糖尿病重点实验室 上海市糖尿病临床医学中心 上海市代谢病临床医学中心,上海 200233)

肥胖与心血管疾病发病率和病死率的升高密切相关。对57个前瞻性研究、合计约90万例成人的数据分析后发现，体质量指数(body mass index,BMI)为30～35 kg/m2的人群的中位生存期较BMI正常者减少2～4年；如果BMI达到40～45 kg/m2，中位生存期则减少8～10年，病死率的递增与心血管疾病的发生直接相关[1]。联系肥胖与心血管疾病分子机制的研究是目前代谢研究的热点。肥胖，尤其是腹型肥胖，是一种慢性炎性状态，腹内脂肪在此状态的形成和发展中起关键作用。在肥胖人群中，脂肪组织体积增大合并炎性细胞浸润，并分泌大量促炎脂肪因子，脂肪因子在肥胖与心血管疾病的发生、发展中起着重要的“桥梁”作用。脂质运载蛋白2(lipocain-2，LCN2)与代谢紊乱及心血管疾病高度相关[2]。

1 LCN2的来源和结构

LCN2，又名中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)或噬铁蛋白，主要由脂肪细胞分泌，其他还包括肝细胞、活化的淋巴细胞及多种上皮细胞，如气道上皮、肺上皮、胃黏膜上皮细胞等[3-4]。LCN2在活体内的存在形式有3种：单体、同源二聚体及与基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)结合的异源二聚体[5]。LCN2属于脂质运载蛋白家族，该家族能够结合疏水性小分子和某些特定的细胞膜受体，还能与可溶性大分子组成复合物。LCN2的蛋白折叠方式与家族内其他成员相同，但它具有一个独特的、较大的且具有极性的结合位点[6]。LCN2与脂质运载蛋白家族常见的配体，如白三烯B4、血小板活化因子的结合较弱，目前其高亲和力的内源性配体还未发现[7]。研究发现，LCN2通过调节铁代谢参与细菌感染的固有免疫[8]。此外，LCN2能够诱导多种细胞凋亡，提示其参与了肿瘤的发生过程[9]。

2 LCN2联系肥胖和心血管疾病的临床证据

2.1LCN2与肥胖 成人及青春期前的肥胖患者其血清LCN2水平升高[10-11]。LCN2的血清水平与腰围、体脂含量、收缩压、空腹血糖、胰岛素水平、空腹三酰甘油水平及炎性标志物呈正相关[12]。脂负荷后LCN2水平的急性升高也与空腹胰岛素水平、稳态模型胰岛素抵抗指数及负荷后三酰甘油的水平相关。肥胖者体质量下降后，LCN2的改变与饮食中饱和脂肪酸的比例改变相关[13]。

2.2LCN2与代谢性疾病 对2519例中国人进行横断面研究发现，糖耐量异常和新诊断的2型糖尿病患者血清LCN2水平显著高于糖代谢正常的人群[14]。用稳态模型胰岛素抵抗指数和稳态模型胰岛β细胞功能评价，2型糖尿病患者循环LCN2水平与胰岛素抵抗呈正相关，与β细胞功能呈负相关[14-15]。2型糖尿病患者体内LCN2的水平还与空腹三酰甘油和脂多糖结合蛋白水平呈正相关[13]。糖尿病患者经罗格列酮治疗后，血清LCN2的下降水平与胰岛素敏感性改善及高敏C反应蛋白水平下降显著相关[12]。

2.3LCN2与心血管疾病 在冠状动脉粥样硬化性心脏病患者中，血清LCN2水平的升高与动脉粥样硬化独立相关。LCN2与腹内脂肪面积、收缩压及胰岛素抵抗呈正相关，与高密度脂蛋白胆固醇的水平呈负相关[16]。更为重要的是，LCN2水平与冠状动脉粥样硬化性心脏病的严重程度相关，随病变血管数量的增加而上升[10]。采用颈动脉、股动脉及髂动脉血管超声测得的动脉内膜中层厚度诊断的亚临床动脉粥样硬化患者，其血清LCN2水平较正常人群升高，且与颈动脉及股动脉内膜中层厚度呈正相关[17]。在坏死区域及梗死组织周围，LCN2局部水平也升高，在高分辨率核磁成像中可以作为新型的高危斑块的成像目标[18]。此外，一项前瞻性试验表明，在老年慢性心力衰竭患者中，基线LCN2水平升高的患者2年后的病死率显著高于其他患者[19]。

3 LCN2联系肥胖和心血管疾病的分子机制

3.1LCN2与炎性反应 LCN2在炎性反应和炎症状态中升高。巨噬细胞培养液可激活肝细胞的炎性通路，并诱导LCN2水平升高17倍[20]。一系列的促炎因子能够促进LCN2分泌，如脂多糖、白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-17和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)[21-23]。在原代肾成纤维细胞中，脂多糖初期通过激活蛋白1 (activator protein 1，AP-1)途径诱导LCN2表达，后期通过CCAAT增强子结合蛋白δ(CCAAT/enhancer binding protein δ,C/EBPδ)途径诱导LCN2发生较为持久的表达，两种途径都依赖于IL-1受体相关激酶1[24]。IL-1β通过依赖核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)途径诱导LCN2 mRNA的表达。同样，在人类及大鼠的血管平滑肌细胞中，LCN2 mRNA及蛋白表达水平的上升也依赖于NF-κB途径[23]。

一项体外试验结果提示，LCN2具有抗炎作用。LCN2能对抗TNF-α对脂肪细胞和巨噬细胞的作用，降低脂多糖刺激下巨噬细胞中炎性因子的表达[3]。同时，LCN2在脂肪细胞中，通过上调过氧化物酶体增生物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR-γ)和其目标基因的水平，增加脂联素和瘦素分泌，增加脂肪酸合成和脂蛋白脂酶的表达及合成[3]。在其随后的体内实验中，LCN2剔除小鼠脂肪组织中的单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemoattractant protein1，MCP-1)和TNF-α表达上调[26]。但另外的一些动物实验的结果与此相反[27]：LCN2基因剔除小鼠的脂肪组织中炎性标志物和脂质过氧化产物显著降低。年龄增加或给予高脂饮食后，小鼠脂肪组织中12-脂氧合酶表达增加，而在LCN2剔除的小鼠中，12-脂氧合酶的表达降低，且TNF-α生成减少。还有研究结果表明，雌性LCN2剔除的小鼠的脂肪组织中IL-6的表达降低[28]。心脏移植术再灌注后浸润的粒细胞的数量在LCN2剔除小鼠中也降低，提示LCN2可能对炎性反应有始动作用[29]。

3.2LCN2与胰岛素抵抗 细胞及动物实验结果证明，LCN2在胰岛素抵抗的发生中起重要作用。在3T3-L1脂肪细胞系中，通过RNA干扰降低LCN2的表达水平可增强胰岛素刺激下葡萄糖的摄取，而给予外源性重组LCN2干预能增加肝细胞葡萄糖的产生[22]。这些现象表明，LCN2在胰岛素抵抗和高血糖的形成中可能起始动作用。在肥胖动物模型中，循环中LCN2的水平升高，且肝组织中LCN2 mRNA的表达增加[22]。衰老、高脂诱导肥胖及基因缺陷致肥胖等情况下，LCN2剔除小鼠的空腹血糖及循环中胰岛素水平较野生型小鼠显著降低，而胰岛素敏感性升高。LCN2剔除对胰岛素敏感性的保护作用与其对脂肪组织中12-脂氧合酶及TNF-α的调节有关[27]。但是，在另外两项给予高脂饮食的动物实验中，LCN2剔除小鼠有不同的糖代谢表型。其中一项研究发现，剔除LCN2后，给予高脂饮食的雄性小鼠的糖耐量改善，但无论是雌性还是雄性LCN2剔除小鼠的胰岛素敏感性均未上升[28]；另一项研究则发现，LCN2剔除加剧了高脂饮食所致的有害作用如血脂异常、脂肪肝、胰岛素抵抗及线粒体氧化能力降低[26]。研究者认为研究结果不同可能与以下2点有关：首先，不同实验LCN2剔除外显子的切除范围不同，这可能是导致表型不同的主要原因；其次，不同实验给予的高脂饮食的组分及饲养环境的温度和洁净程度不同，引起循环中脂多糖水平的差异，这可能也是矛盾结果的原因之一[28]。

总之，虽然LCN2与胰岛素抵抗有着直接联系，但是具体作用机制仍有待于进一步研究。现有的研究表明，翻译后修饰可能参与了LCN2的分泌调节及其在代谢应激中的作用。

3.3LCN2与脂代谢 LCN2是PPAR-γ激活的选择性调节剂。罗格列酮能够改善野生型和LCN2剔除小鼠胰岛素的敏感性，经25 d罗格列酮治疗后，LCN2剔除小鼠空腹血糖、空腹非酯化脂肪酸、空腹三酰甘油均降低，但罗格列酮引起的脂肪沉积及对脂肪酸稳态的调节作用如增加体质量、促进皮下脂肪组织和肝脏脂肪积聚以及脂肪合成等在LCN2剔除后均显著下降，其机制与LCN2剔除降低了罗格列酮对脂肪合成的促进作用、升高其诱导棕色脂肪组织内非酯化脂肪酸的摄取及氧化有关[30]。此研究结果表明，LCN2参与了肥胖发生过程中能量的消耗及脂代谢稳态的调节。

3.4局部LCN2与粥样斑块形成 载脂蛋白E剔除和低密度脂蛋白受体剔除小鼠会自发性产生动脉粥样硬化，在此过程中，动脉粥样斑块中LCN2的表达显著升高[31]。在大鼠颈动脉损伤模型中，血管成形术后大鼠颈动脉内膜通过激活NF-κB 途径高表达LCN2[23]。LCN2在心肌细胞中表达的升高与固有免疫系统的激活如Toll样受体2和4、IL-1β、X线和H2O2等的刺激有关[32-33]。IL-1β还能够刺激血管平滑肌细胞分泌LCN2[23]。

局部LCN2水平的升高参与了动脉粥样硬化的发展。LCN2与基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinases-9,MMP-9)共存于大鼠动脉粥样硬化斑块和损伤的血管内膜中[23]。人类颈动脉内膜剥离术标本的免疫组织化学证明，巨噬细胞与升高的LCN2和MMP-9共存[31]。在动脉粥样硬化斑块中，尤其是有内出血和中心性坏死的斑块中，中性粒细胞中LCN2和MMP-9的表达上调[18]。MMP-9是一种参与降解细胞外基质的酶，其对细胞外基质的降解作用存在于多种生理过程中，如胚胎发育、生殖生理及组织重构。同时，MMP-9也被认为是慢性炎症及动脉粥样硬化的关键酶[34]。在人类动脉粥样硬化斑块中，LCN2及LCN2/MMP-9复合物水平的升高与一系列改变相平行，包括IL-6、IL-8的升高，脂质成分的增多，巨噬细胞数量的上升及平滑肌细胞数量的下降等[18]。酶谱法还证明，斑块中富含LCN2和MMP-9的区域表现出高蛋白水解活性[31]。LCN2可与MMP-9结合，形成稳定的异二聚体，从而抑制了MMP-9的失活，导致MMP-9水解活性及所致胶原蛋白降解增强[35]。LCN2和MMP-9复合物调节细胞外基质重组，可能还介导了心肌纤维化和血管的损伤过程[23,36]。

3.5LCN2与内皮功能紊乱 野生小鼠在给予高脂饮食后收缩压升高，而LCN2剔除小鼠无此改变，其机制与LCN2剔除后改善了内皮功能紊乱有关，表现为给予LCN2剔除小鼠高脂饮食后，胰岛素刺激的内皮依赖性舒张增加及乙酰胆碱所致内皮依赖性收缩减少。向小鼠体内注入外源性LCN2后可导致动脉血管中内皮型一氧化氮合酶解偶联、环加氧酶表达升高，改善作用被中和。LCN2引起的内皮功能紊乱可能与调节细胞色素C450 2C9的活性有关[37]。最近的一项研究发现，LCN2可表达于脑血管的内皮细胞，脂多糖刺激后部分与环加氧酶2共表达，雌性LCN2敲除小鼠环加氧酶2 mRNA的表达下降[25]。

3.6LCN2与心肌损伤 研究发现，LCN2通过升高细胞内铁含量、增加促凋亡蛋白Bax的移位，直接诱导大鼠心肌细胞凋亡[32]。向小鼠注射重组LCN2 14 d后，心肌细胞凋亡增多，并引起急性炎性反应，进一步导致代偿性心脏功能参数改变[38]。在梗死后心力衰竭的大鼠心肌细胞中，LCN2的表达水平同样上升，且非缺血区域心肌的LCN2表达随着梗死后时间的增加而上升，提示LCN2参与慢性心力衰竭的发展过程。心肌细胞中，盐皮质激素受体过表达能够强烈诱导小鼠心肌中LCN2基因的表达，向小鼠体内注射醛固酮也可使LCN2的表达升高，提示LCN2可能成为盐皮质激素依赖性心血管系统损伤的标志物[39]。

4 小 结

流行病学研究提示，肥胖、代谢综合征及心血管疾病密切相关[1]。LCN2在肥胖及代谢性疾病中的表达升高，与冠状动脉硬化性心脏病、动脉粥样硬化的严重程度、心力衰竭患者的病死率相关，提示其作为代谢相关性心血管疾病诊断与预后标志物的可能，但还需大规模的前瞻性研究证实。细胞和动物实验提示，LCN2可能通过参与炎性反应、糖脂代谢及作用于心肌及血管内皮等多种途径影响心血管功能，其可能是联系肥胖与心血管疾病发病的重要组成部分。现有的研究对LCN2在炎性反应和胰岛素抵抗中所起的作用部分有矛盾之处，且LCN2与其他脂肪因子及炎性因子的相互作用还不甚清晰，这些都有待于进一步的研究。

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