脂联素及其受体在心血管疾病作用的研究进展

韦传东 王迪 向晓华

【关键词】 脂联素;脂联素受体;心血管疾病

中图分类号：R541   文献标志码：A   DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.05.015

近20年的研究表明脂肪组织不仅是一个存储能量的器官，也是一个重要的内分泌器官，其分泌的大量脂肪因子在各种生理功能调节上起着重要的作用。脂联素就是脂肪组织分泌的一种脂肪因子，由于其具有多效性的生理功能而受到广泛关注，其含量占总血浆蛋白的0.01%到0.05%[1]。脂联素不仅是代謝性疾病的一个很好的生物标志物，也是一种抗炎、抗动脉粥样硬化、抗凋亡、促血管生成等生物学效应的脂肪因子。鉴于脂联素的这些特性，目前脂联素及其受体已被作为治疗药物进行研发[2]。本文将从脂联素结构、脂联素受体、脂联素生理学效应及其在心血管疾病中的作用等进行综述。

1 脂联素结构及分泌表达

1.1 脂联素结构 Scherer等人在1995年首次对脂联素进行相关报道[3]，其又称为Acrp30，apml，AdipoQ及Gbp28，是脂肪细胞特异性分泌的一种多肽，其单体蛋白的分子量为30kDa。脂联素单体结构由氨基端的信号序列、胶原结构域、高变非同源序列以及羧基端球状域四个部分组成。球状域与其他蛋白质包括补体因子C1q、Ⅷ因子、X因子以及TNF-α的结构相似。根据分子量大小可将脂联素分为低分子量三聚体（LMW）、中分子量六聚体（MMW）、高分子量12～18多聚体（HMW），这些多聚体是由单体蛋白翻译后修饰而成。单体脂联素通过与球状头部疏水相互作用形成三聚体，而三聚体与伴侣蛋白Erp44巯基介导Cys-39二硫键形成更高分子量的多聚体形式。生理和药理均会对内质网环境产生巨大的影响，进而影响脂联素多聚体的形成。噻唑烷二酮类药物（PPARγr激动剂）可增加内质网伴侣蛋白的合成，改善内质网环境促进脂联素折叠[4];而TNF-α可通过抑制内质网伴侣蛋白Ero1、ERp44和DsbA-L的表达进而抑制脂联素多聚体的形成和分泌[5]。可见，线粒体功能紊乱造成内质网内环境受损将影响脂联素多聚体的生成。

1.2 脂联素的分泌表达 人体循环脂联素比胰岛素和瘦素等激素高出1000倍以上，占总血浆蛋白的0.01%到0.05%。循环脂联素浓度存在性别差异，这些差异可能由于雄性体内睾丸激素抑制了HMW脂联素的合成。脂联素在血液循环的半衰期相对较长（2.5～6 h），其分泌存在昼夜变化，白天含量较高。脂联素基因表达受到许多转录因子的严格调控，包括过氧化物酶激活受体（PPAR）反应元件、CCAAT/增强子结合蛋白位点、甾醇调控元件等。脂联素分泌与内脏脂肪组织量及肥胖成反比，但与皮下脂肪组织的脂肪量呈正相关[6]。可见，脂联素的分泌受多种调控元件的精致调控，机体能量稳态也影响脂联素血液循环中的浓度。

2 脂联素受体及其信号转导

脂联素受体1（AdipoR1）和脂联素受体2（AdipoR2）在2003年被鉴定为脂联素结合的相关受体[7]。AdipoR1/R2是在不同组织中都有表达，AdipoR1在骨骼肌高表达，而AdipoR2主要局限于肝脏。AdipoR1和球状脂联素具有高亲和力，AdipoR2则和球状脂联素、全长脂联素亲和力相当。AdipoR1/R2氨基酸序列有67%的同源性，结构与G蛋白偶联受体类似，都具有7个跨膜结构域，然而在结构和功能上都与现已知的G蛋白偶联受体相反，N-端定位于细胞内，C-端位于细胞外[8]。脂联素与AdipoR1/R2结合可激发不同器官或组织的一系列下游信号活动，包括骨骼肌、肝脏、心脏、肾脏和胰腺等器官。

在2006年亮氨酸拉链基序1（APPL1）被鉴定为脂联素的衔接蛋白，其通过C端直接与AdipoR1/R2的胞内区域结合激活一系列信号转导作用[9]。研究发现，一种类似APPL1的亮氨酸拉链基序2（APPL2）可通过结合AdipoR1/R2竞争性阻止APPL1与AdipoR1/R2结合阻断脂联素激活信号通路[10]。APPL1和APPL2也可形成异质二聚体减弱脂联素激活的信号活性，APPL1和APPL2的相反作用被认为是脂联素信号的“阴阳”调节概念。最近研究发现，AdipoR2结构上有一个内通道，在AdipoR2受体被激活时神经酰胺可从细胞内进入受体通道被水解为鞘氨醇并释放出细胞外[11]。AdipoR1似乎没有类似的内部跨度通道，但确实也有脂联素浓度依赖的内在的神经酰胺酶活性[11～12]。T-钙黏蛋白受体在脂联素促进细胞迁移和增殖而介导慢性缺血后血管再生中也起到重要作用[13]。在心肌细胞上T-钙黏蛋白受体也可通过结合脂联素和活化心脏保护功能介导脂联素抗心肌肥厚的作用[14]。

3 脂联素的抗炎特性

脂联素是一种具有抗炎特性的脂肪因子，其对心血管疾病、2型糖尿病和非酒精性脂肪肝等具有很好的抗炎作用。有研究显示脂联素可抑制促炎M1型巨噬细胞的活性，促进抗炎M2型巨噬细胞增殖和活化[15];也有报道称其并没有直接促进巨噬细胞分化[16]。脂联素抑制M1巨噬细胞活化和促进M2巨噬细胞活化的机制尚不清楚，且存在争议。全长脂联素通过依赖AdipoR2→IL-4→STAT-6信号途径直接促进巨噬细胞从M1型转变成M2型[17]。球状脂联素主要与巨噬细胞中的AdipoR1结合，通过AdipoR1→IL-10→血红素氧化酶1依赖途径抑制NF-kB的活化而降低促炎因子的表达[17]。

脂联素在内皮细胞、心肌细胞和成纤维细胞等也具有抗炎效应。脂联素通过激活AdipoR1和R2，活化神经酰胺酶活性而发挥抗心肌和成纤维细胞凋亡效应[11]。球状和全长脂联素都可激活NF-kB促进炎性因子的释放，然而这种促炎作用是急性和瞬时的，即在某些条件下脂联素诱导限制性的炎症激活，使细胞对再次促炎不再敏感[18]。

可见，脂联素对巨噬细胞、内皮细胞、心肌细胞和成纤维细胞等的抗炎作用能对血管、心脏和肺脏等损伤进行保护。

4 脂联素对心血管保护的生物学效应

4.1 脂联素的血管保护及抗动脉粥样硬化作用 脂联素在血管内皮屏障受损时向血管壁聚集进而抑制内皮细胞的炎症反应、巨噬细胞向泡沫细胞转化以及血管平滑肌的增殖。在ApoE基因敲除的动脉粥样硬化模型小鼠中，脂聯素可降低血管炎症、减少病变形成而抑制动脉粥样硬化的进展[19]。脂联素与肥胖相关的动脉粥样硬化和冠心病的发生、发展密切相关，具体来说，相对于糖尿病、高血压和吸烟等相关的冠心病风险，脂联素浓度<4 μg/mL患冠心病的风险比其高两倍。在男性中高浓度血浆脂联素与低心肌梗死的风险有关[20]。脂联素水平与心血管疾病风险独立于血糖和脂质状态，表明脂联素可直接介导血管保护作用，而不是通过胰岛素敏感性和糖尿病的间接作用。动脉粥样硬化主要由于炎症细胞黏附于受损血管内皮产生炎症浸润后造成血管炎症损伤，脂联素可通过减少血管内皮炎症细胞的黏附直接抗动脉粥样硬化作用。脂联素抗血管炎症主要通过与活化的单核细胞、巨噬细胞和内皮细胞上的AdipoR1和R2结合，从而减弱炎性细胞在血管损伤部位的浸润及分泌促炎因子。脂联素抗动脉粥样硬化可能通过调节巨噬细胞促炎M2型转变成抗炎M1型，M1型细胞旁分泌抗炎因子抑制炎症斑块的形成，同时稳定已形成的斑块[16，21]。AdipoR1、AdipoR2和APPL1在脂联素减少巨噬细胞向泡沫细胞转化而抗动脉粥样硬化作用中发挥着关键作用。AdipoR1参与脂联素抑制TNF-α和MCP-1炎症因子的表达，而AdipoR2参与脂联素抑制IL-1Ra的表达，APPL1参与脂联素抑制巨噬细胞脂质堆积、NF-kB信号活化等的抗动脉粥样硬化的作用[22]。氧化低密度脂蛋白（OxLDL）可促进血管炎症损伤过程基质金属蛋白酶9（MMP-9）的表达，脂联素可减少OxLDL诱导人动脉血管平滑肌细胞MMP-9的表达，从而稳定病灶、减少动脉粥样硬化斑块的破裂[23]。脂联素除了保护血管免受损伤外，其还可通过刺激新生血管的形式对损伤血管进行修复。脂联素通过促进AMPK和Akt信号通路的相互作用而激活eNOS活性，进而刺激新血管的生成[24]。内皮祖细胞（EPCs）是一种参与血管修复和新生血管形成的非均质循环的细胞群，EPCs与动脉粥样硬化的严重程度呈负相关。脂联素通过PI3-激酶/Cdc42/Rac1途径促进EPCs从骨髓和脾脏向血液循环调动和迁移，促进EPCs对受损血管处募集和黏附及向毛细血管分化[25]。研究显示脂联素通过T-钙黏蛋白受体结合，再与新生内膜和动脉粥样硬化斑块损伤部位连接而起到保护作用[26]。总之，脂联素通过抗炎、减少内皮炎症、抗细胞凋亡、抑制平滑肌迁移和增殖、调节斑块易损性、促进血管内皮修复和重建等作用改善内皮功能和血管保护。

4.2 脂联素的心脏保护作用 血液循环脂联素浓度与冠心病、心肌梗死、高血压、心室肥厚及其他心血管功能障碍的发生明显相关。在健康老龄人群中，脂联素水平与心血管疾病风险成反比，血浆脂联素浓度低者心肌梗死的风险更高[20]。个体基因单核苷酸多态性引起的血浆脂联素浓度降低对高血压和冠心病发病具有高度敏感性。然而，血浆脂联素浓度与CVD之间的关系仍存在一定的争议。来自男性和女性的类似研究结果表明，脂联素水平与CVD之间没有关联或者关联不强[1]。这些不同研究结果可能是由于对相关生物标志物的过度调整或由于多聚体脂联素对检测分析的影响造成。脂联素对冠心病具有广泛的抗炎特性，这种抗炎可抑制或减缓冠心病的发生和进展。脂联素基因敲除小鼠心肌缺血再灌注损伤时导致TNF-α表达增加，而补充脂联素后可减弱这种炎症反应[27]。球状脂联素可通过激活Akt信号/抑制MAPK-ERK信号而降低游离脂肪酸诱导大鼠心肌细胞的损伤及细胞凋亡[28]。脂联素除了减少心血管炎症的浸润，还可以在心脏受到应力和损伤时直接起到保护作用，在心脏负荷过重诸如高血压、肥厚性心肌病和缺血性心脏病的情况下起到保护作用。研究显示，脂联素基因敲除小鼠会导致心肌肥厚加重，并增加心脏应力过载时的死亡率[29]。心脏的这种应力与心肌细胞外信号相关激酶（ERK）活性的增加和AMPK信号通路活性的减弱有关，补充脂联素可增加AMPK磷酸化，抑制ERK信号并减轻心脏过载应力介导的心肌肥厚[29]。最近研究显示，脂联素介导大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用需要AMPK/SIRT1信号轴的活化[30]。脂联素基因敲除小鼠实施心肌缺血-再灌注损伤出现更大的梗死面积，而腺病毒介导恢复脂联素表达后梗死面积减小，其保护机制主要通过提高AMPK磷酸化、增加环氧合酶-2（COX-2）活性，进而抑制炎症因子的表达及浸润[31]。脂联素可不依赖AMPK和COX-2信号激活而直接抑制ROS和氧化/硝化应激来保护心脏免受缺血-再灌注损伤[32]。AdipoR1与小窝蛋白-3（Cav-3）结合是脂联素引发AMPK依赖和AMPK非依赖信号对缺血-再灌注心肌保护所必需的信号通路;而APPL1和腺苷酸环化酶-2分别是AMPK依赖性和AMPK非依赖性信号通路所需的下游信号分子，与AdipoR1形成一种依赖于Cav-3的蛋白复合物[33]。AdipoR1/Cav3信号可激活STAT3，使STAT3转移到线粒体，进而提高eNOS活性和减少ROS的合成[34～35]。研究表明，脂联素还可通过钙网介导的抗氧化和抗凋亡作用来保护缺血-再灌注损伤[36]。心肌细胞的旁分泌/自分泌合成脂联素直接激活AdipoR1和R2，进而保护心脏不受缺血-再灌注损伤[37]。脂联素也可不依赖AMPK信号而通过AdipoR1和R2结合，增加神经酰胺酶活性抵抗脂毒性和缺氧对心脏的损伤[38]。在实验性小鼠自身免疫性心肌炎研究中，脂联素通过减弱TLR4信号活性而保护小鼠免受炎症浸润和炎症损伤[39]。总的来说，脂联素通过抗动脉粥样硬化、抗炎和抗心肌细胞凋亡等特性起到心脏保护剂的作用。AMPK、STAT3和COX-2等是介导脂联素心血管保护作用的主要信号通路，ERK、NF-kB、iNOS和神经酰胺是脂联素作用的重要靶点。

5 總结与展望

脂联素是一种多效性因子，通过与受体AdipoR1/R2结合促进下游分子的活化产生广泛的生理效应。脂联素在肥胖、动脉粥样硬化、糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎等疾病下显示低浓度水平。目前对疾病下导致这种浓度变化的确切生理机制仍未完全了解。脂联素在抗炎、抗凋亡、抗纤维化和促血管生成等方面起到重要的作用，然而，脂联素抵抗疾病的机制还不完全清楚。随着脂联素生理功能研究的不断深入，脂联素有作为动脉粥样硬化、心肌炎、2型糖尿病等疾病治疗药物的可能。但由于脂联素多聚体结构和高浓度循环，要实现有效的治疗浓度还存在困难。这也促使研究者对脂联素受体下游信号通路的研究和尝试。目前，已有模拟脂联素在各种器官或组织中的生理功能的药物正在研发。

参 考 文 献

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