富亮氨酸α-2糖蛋白-1与糖尿病血管并发症

于菁 王秋月

1内蒙古医科大学附属医院血液科，呼和浩特 010050; 2中国医科大学附属第一医院内分泌科，沈阳 110001

糖尿病的各种血管并发症是糖尿病常见的慢性并发症，可累及全身多个器官系统，随着糖尿病发病率的上升，其相关的血管并发症给社会造成了巨大的经济负担，也是糖尿病患者致残、致死的主要原因。然而糖尿病血管并发症的发病机制极其复杂，至今尚未完全阐明。深入研究糖尿病血管并发症的发病机制对于其早期防治具有重要意义。研究发现，富亮氨酸α-2糖蛋白(LRG)1可以在某些免疫炎性疾病及肿瘤患者的血及组织中被检测出来，其可作为某些炎性疾病的生物学标志甚至有代替C反应蛋白的潜力，而近年来越来越多的学者发现，LRG1与糖尿病血管并发症的发生过程有关，现就LRG1及其通路与糖尿病血管并发症的关系作一综述。

1 LRG1的结构与生物学效应

人LRG基因定位在19p13.3，其编码的LRG是一种富含亮氨酸的α-2-糖蛋白，简称富亮氨酸糖蛋白，由Haupt等[1]在1977年从人的血清中分离出来。其氨基酸序列于1985年被确定[2]。该蛋白中的312个氨基酸残基中包含66个亮氨酸残基。LRG1为富含亮氨酸重复序列家族中最早发现的成员，其相对分子量为 45 000，等电位点4.52～4.72。LRG1共包含 8 个富亮氨酸重复序列，每个长度多为20～30个氨基酸，其首要功能是在蛋白质的相互作用中提供一个多用的结构框架[3]。

LRG1蛋白可以通过促进转化生长因子(TGF)-β信号通路，进而通过依赖Smads和非依赖Smads途径，影响TGF-β下游生物学效应，参与异常血管生成、炎性介质表达及释放、肿瘤细胞凋亡、上皮细胞间质细胞化等病理过程，进而促进了肿瘤、自身免疫性疾病、炎性反应等的发生、发展[4]。TGF-β1与其受体TGF-βRⅡ结合后，募集间变性淋巴瘤激酶(ALK)家族受体，形成TGF-βRⅡ/ALK复合体，激活Smads蛋白。该过程中辅助性受体内皮素有着重要作用：(1)在辅助性受体内皮素存在的情况下，LRG1与TGF-βRⅡ/ALK1形成LRG1-ALK1-TGF-βRⅡ-内皮糖蛋白复合物，该复合物会激活下游Smad1/5/8通路，发挥促进内皮细胞的迁移及血管生成的作用。(2)如果缺少辅助性受体内皮素的介导，LRG1会与TGF-βRⅡ/ALK5结合形成LRG1-ALK5-TGF-βRⅡ复合体，该复合物会激活下游Smad2/3通路，促进细胞外基质沉积，调节辅助性T细胞的分化，促进体内重要炎性介质白细胞介素-6受体(IL-6R)及内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表达[5]。

2 LRG1与糖尿病微血管病变

2.1 LRG1与糖尿病肾病 糖尿病肾病的病理改变包括肾小球硬化、肾血管病变及肾小管间质纤维化。而LRG1作为炎性因子在糖尿病肾病中的作用越来越为学者所熟知[6]。在糖尿病肾病中LRG1被认为是一种危险因素，其可通过直接与TGF-β配体结合，激活并增强促血管生成的Smad1/5/8信号通路，引起肾小球毛细血管网内皮细胞的丧失及局部缺氧，促进内皮细胞增殖和迁移、病理性血管生成及肾小球基底膜增厚，导致肾脏有效滤过率降低、尿蛋白和滤过障碍，促进糖尿病肾病的进展[7-9]。高糖产生的晚期糖基化终末产物(AGEs)可通过AGEs/TGF-β/Smads途径，调节肾脏重要纤维化因子结缔组织生长因子(CTGF)的表达，该过程可以被过氧化物酶体增殖物活化受体(PPARs)的抑制剂所阻断，PPARs激活可促进糖尿病肾病病理过程。研究发现，LRG1作为PPARs下游靶点，通过调节成纤维细胞的纤维化表型，参与糖尿病肾脏疾病的发生、发展[10-11]。血管内皮生长因子(VEGF)是异常血管生成的重要调节因子，其主要在肾小球足细胞表达，其配体血管内皮生长因子受体-2(VEGFR-2)在肾小球内皮细胞中表达[12]。糖尿病患者肾小球中VEGF-VEGFR-2信号上调，导致血管生成异常和内皮细胞增殖，这是早期糖尿病肾病发病的重要机制[13-15]。LRG1是肾小球内皮细胞中重要的血管生成因子，可通过促进VEGF-VEGFR-2信号通路，参与糖尿病肾病早期异常血管生成[4,16]。Haku等[9]通过免疫组化分析检测了16周龄糖尿病小鼠和非糖尿病小鼠模型肾皮质中LRG1、VEGF、TGF-β、Ⅳ型胶原蛋白、纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1)的蛋白及mRNA的表达情况发现，糖尿病小鼠较非糖尿病小鼠肾小球内皮细胞LRG1蛋白及mRNA表达明显增加，而VEGF、TGF-β、Ⅳ型胶原蛋白、PAI-1的蛋白及mRNA的表达在二者之间并无明显差异。而在24周龄时糖尿病小鼠LRG1、VEGF、TGF-β、Ⅳ型胶原蛋白、PAI-1的蛋白及mRNA都显著增加。这些结果表明，LRG1表达增加较纤维化相关基因如VEGF、TGF-β、Ⅳ型胶原蛋白、PAI-1等因子出现更早，提示LRG1参与了更为早期的糖尿病肾病发病机制。糖尿病肾小管管腔中高浓度的葡萄糖和次级代谢产物诱导肾小管上皮细胞损伤，近端肾小管上皮细胞在摄入超量葡萄糖后，可诱导多种细胞因子的表达和释放，继而引起肾小管上皮细胞增殖和肥大，导致尿白蛋白的增加[17]。常用的生化指标如肾小球滤过率、血清肌酐、血尿素氮和肌酐清除率不适合检测肾小管的改变。Lee等[18]研究发现，蛋白尿引起的肾小管损伤的小鼠肾脏模型肾脏小管上皮细胞中含NLR家族Pyrin域蛋白3(NLRP3)、白细胞介素-1β(IL-1β)、LRG1的mRNA表达显著上调，同时尿液LRG1、IL-1β蛋白明显增加，说明蛋白超负荷小鼠近端肾小管、远端肾小管和集合管损伤后均存在LRG1，提示LRG1是早期反映肾小管损伤的生物标志物。以上研究表示LRG1能够更早的反应糖尿病肾病的病理过程。

2.2 LRG1与糖尿病视网膜病变 糖尿病视网膜病变增殖期的主要病理改变为异常血管增生，LRG1是促进血管生成的重要因子，主要参与了增殖性糖尿病视网膜病变的发生、发展。高糖引起的氧化应激导致毛细血管壁和视网膜细胞长期处于高渗状态，刺激血管基底膜增厚、内皮细胞增生，进而导致视网膜毛细血管血栓形成造成的缺氧环境，通过促进低氧诱导因子-α(HIF-α)的表达，诱导VEGF基因而促进血管新生，而研究发现该病理过程中LRG1是HIF-α重要的上游因子，可通过HIF-α促进VEGF表达，最终致使糖尿病视网膜微血管瘤、新生血管的形成[19]。此外，LRG1在病理性视网膜和脉络膜血管增生的小鼠模型表达上调，抗体阻断LRG1可减轻脉络膜新生血管病变的程度，证实LRG1可能是新生血管眼底疾病的潜在治疗靶点[4]。Hase等[20]研究发现，增殖性糖尿病视网膜病变患者的玻璃体中可溶性肾素受体、LRG1、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、补体因子D与血管黏附蛋白-1水平均高于非糖尿病特发性黄斑病患者。Chen等[21]通过对119例患者的血清分析发现，增殖性糖尿病视网膜病变患者的血浆LRG1值显著高于正常对照组、2型糖尿病非视网膜病变组、2型糖尿病非增殖性视网膜病变组，而利用受试者工作特性曲线(ROC)检测血浆LRG1的诊断价值发现，血浆LRG1的ROC曲线下面积为0.786，尤登指数最大值为0.437 2，最适截止值为7 357.043 pg/ml，敏感性为81.82%，特异性为61.90%，提示LRG1有望成为增殖性糖尿病视网膜病变的风险警示标志。LRG1主要参与了增殖性糖尿病视网膜病变的发生、发展，而在非增殖性糖尿病视网膜病变中尚未有相关研究。

3 LRG1与糖尿病大血管病变

3.1 LRG1与糖尿病周围血管疾病 在一项对2 058例2型糖尿病患者的横断面研究中，Pek等[22]检测了血浆LRG1与动脉硬度、内皮功能和糖尿病外周动脉疾病的关系，发现在对传统危险因素(年龄、性别、种族、肾小球滤过率、尿微量蛋白、内皮依赖性血管扩张、体重指数、高血压)进行校正后，较高的LRG1仍然是糖尿病外周动脉疾病显著的危险因子。此外，研究发现LRG1与内皮依赖性血管扩张呈显著负相关，这与LRG1调节内皮细胞表达eNOS及一氧化氮相关，而与血管平滑肌细胞无关，增强血管舒张功能的血管内皮生长因子通过TGF-βRⅡ-ALK5-Smad2/3通路信号在调节eNOS及一氧化氮合成调节中起重要作用，LRG1及其对内皮素的结合作用可能抑制TGF-βRⅡ-ALK5-Smad2/3信号转导，从而降低血管舒张因子一氧化氮合酶及一氧化氮的产生，进而抑制内皮素依赖性血管舒张，而内皮素基因敲除后动脉表现出明显的eNOS表达降低，而平滑肌收缩和舒张功能与内皮素无关，解释了LRG1与内皮依赖性而非独立性血管扩张的负相关[5]。而LRG1与血管活性物质如内皮素、eNOS、一氧化氮的关系仍需进一步前瞻性研究[22]。研究发现，超敏C反应蛋白及IL-6与糖尿病外周动脉粥样硬化和内皮细胞炎性反应过程有关，且由脂肪细胞产生的前炎性因子TNF-α及IL-6在2型糖尿病患者体内明显升高并参与糖尿病周围血管病变的发生。Shinzaki等[23]研究发现，通过以剂量依赖性的方式给小鼠注射脂多糖可诱发急性炎性反应，在TNF-α的刺激下，LRG1 mRNA的表达量在12～24 h内逐渐增加，而在IL-6刺激后，LRG1 mRNA的表达量迅速增加了5倍，6 h达到最大值，同时发现TNF-α和IL-6对LRG1 mRNA的表达有协同作用，利用IL-6和TNF-α共同促进的LRG1 mRNA的表达量比IL-6或TNF-α单独诱导表达的LRG1 mRNA总和还高出1.5倍[19]。提示TNF-α和IL-6可通过刺激LRG1，参与糖尿病外周血管疾病的病理过程。

3.2 LRG1与糖尿病心、脑血管病变 糖尿病心、脑血管并发症是糖尿病患者最主要的死亡原因。研究发现，LRG1与糖尿病患者动脉粥样硬化疾病及冠状动脉事件密切相关，且是一种新的心室功能障碍和心力衰竭的生物标志物[24-25]。Kumagai等[26]在心力衰竭和心肌梗死后心肌重塑的相关研究中发现，梗死后的心肌中LRG1 mRNA和蛋白质的表达均上调，而在急性期LRG1的表达在24 h内达到峰值，并与脑钠肽具有很好的预测心力衰竭的潜能，在心肌梗死后的心肌重塑过程中，LRG1也通过TGF-β-Smad1/5/8信号通路，增加血管生成和微血管密度，在心肌梗死后的亚急性期促进心肌重塑。同样Song和Wang[27]发现，LRG1的高表达通过LRG1-ALK1-TGF-βRⅡ激活Smad 1/5/8，从而增加了内皮细胞的迁移和血管管腔的形成，参与心室重构，促进心肌梗死发生、发展，而通过基因敲除、siRNA干扰或中和抗体抑制LRG1的表达可抑制上述病理过程的发生、发展，表明LRG1在糖尿病心血管疾病的发生中有重要作用。Meng等[28]研究发现，糖尿病患者脑卒中后LRG1蛋白表达增多可通过招募淋巴细胞、巨噬细胞炎性细胞，进一步促进炎性因子如TNF-α、VEGF、成纤维细胞生长因子和血小板衍生生长因子亚基B的释放，且TNF-α通过p38和核因子-κB信号使LRG1的表达增加，促进了糖尿病患者脑卒中后血管生成和间充质干细胞的迁移。此外，研究发现，糖尿病中枢神经系统高糖神经胶质细胞和神经元中的LRG1过度表达，导致早期神经元衰退和神经退行性变[29]。以上研究表明，LRG1在糖尿病心、脑血管疾病的发生中有重要作用。

综上所述，糖尿病及糖尿病血管并发症对人类健康的威胁是医疗工作者始终关注的问题，探究新的治疗药物及方案，减轻患者的经济负担及疾病发展尤为重要。LRG1是新发现的重要炎性因子，在糖尿病血管并发症的发生、发展过程有重要作用，故抑制LRG1活性在未来糖尿病血管病变治疗过程中有十分重要的意义。目前专门针对LRG1的单克隆抗体magacizumab已处于Ⅰ、Ⅱ期临床试验阶段[30]。相信随着LRG1及其在糖尿病血管并发症中机制研究的不断深入，LRG1可以为治疗糖尿病血管并发症提供新的方向及策略。