补体C1q肿瘤坏死因子相关蛋白9与冠心病关系的研究进展

郭丽男,高凤敏,郭继芳,杜 莹

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院附属红旗医院心内科,黑龙江 牡丹江 157011)

冠心病(CHD)是心血管疾病中高患病率和高死亡率的主要原因,除了年龄、吸烟、高血压及糖尿病等我们已知的冠心病的危险因素,在近年研究中,人们发现了关于冠心病的新的发病机制,即基因多态性、代谢相关因子、炎性相关因子和血脂有关成分等[1]。而CTRP9的水平在影响炎性相关因子、代谢相关因子及血脂有关成分中有着显著的作用,随着研究的深入,发现CTRP9或许可作为冠心病独立的预测因子,并且可能在未来临床中成为一种新的治疗靶点。

1 CTRP9的起源

CTRP是与脂联素(adiponectin,APN)同源的一类新的分泌蛋白家族,由Harvey等人是最先提出[2],其主要在脂肪组织中分泌,在人和鼠的多种组织中有着广泛的表达。CTRP9属于该家族成员之一,其最早是由Wong[3]等在2009年发现,在人类和鼠中的脂肪组织中有着大量表达。CTRP9和脂联素具有相似的模组化结构,由4个不同的结构域组成:一个信号肽(1-19位)、一个短N端可变区(20-28位)、一个胶原蛋白结构域(29-196位)(其中有56个Gly(甘氨酸)-X-Y重复序列)和一个与免疫补体蛋白C1q同源的C端球形蛋白结构域(是CTRP9发挥生物学功能的重要结构域)。CTRP9在整个进化过程中高度保守,小鼠CTRP9及其对应的人类同源基因在其短的N端可变区、胶原结构域和C端球蛋白结构域分别具有100、85和89%的氨基酸同源性。CTRP9在脂肪细胞中表达比脂联素少,但在心脏组织高度表达[4]。人类分为CTRP9A和CTRP9B,二者有98%的氨基酸同源性,但由于它们是不同的基因编码的,所以在生物化学上是不同的。CTRP9A是一种多聚体蛋白,CTRP9B的分泌需要与CTRP9A或脂联素的结合[5]。

2 CTRP9的生物学功能

2.1 CTRP9对的血管舒张作用研究显示CTRP9是一潜在的血管舒张剂[6],给予CTRP9给药后有着显著的血管舒张功能。为明确CTRP9是直接作用于平滑肌细胞还是通过刺激内皮细胞产生的血管舒张,实验中将主动脉血管内皮层轻轻剥脱,结果显示内皮剥脱后的血管在CTRP9给药后未能引起血管舒张,所以CTRP9在舒张血管作用中是内皮依赖性的,并且是通过NO介导的方式。内皮型一氧化氮合酶(eNOS)是负责生理血管中NO产生的酶,CTRP9诱导NO的产生是以一种时间依赖和剂量依赖的方式。在15 min内,CTRP9给药(剂量为3 g/mL)观察到NO产量显著增加,而随着时间的推移,NO量只有轻微增加。在eNOS上游调控中,AMP激活的蛋白质激酶-蛋白激酶B(AMP-activated protein kinase-Akt,AMPK-Akt)是主要的上游调控因子,CTRP9不会改变AMPK,Akt,eNOS的量,只是通过提高其磷酸化从而发挥生物学功能。用腺病毒介导CTRP9给药的小鼠中,CTRP9可明显减轻机械性血管损伤后新生内膜的增生。cAMP是血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMC)表型的重要调节因子,细胞内cAMP积累的增加有助于维持VSMC增生的静止状态,以致减少内膜增生。CTRP9给药后可使cAMP表达水平的提高,使其调控下游PKA,发挥抑制内膜增生的作用。

2.2 CTRP9的抗炎作用炎症是动脉斑块形成的原因之一,CTRP9给药后可抑制TNF-a诱导的THP-1细胞对内皮细胞的粘附作用以及对TNF-a引起的核因子-ΚB(nuclear factor-ΚB,NF-ΚB)的激活,从而减少内皮细胞炎性粘附因子的表达[7]。同时CTRP9也可发挥IL-1b和IL-6炎症因子上调的抑制作用来减少炎症的形成。研究显示,腺病毒介导CTRP9补充剂促进心肌梗死后第3天巨噬细胞极化,并改善心肌梗死后第7天的心功能。巨噬细胞M1型的标志物为iNOS+/CD68+,M2型为CD163+/CD68+,在实验中观察到,对照组中心肌梗死后的小鼠,iNOS+/CD68+有明显的升高,而CD163+/CD68+无明显变化,且CTRP9会减少CD68+的积累及M1巨噬细胞的转化,在心肌梗死后通过上调CD163+/CD68+促进M2巨噬细胞的极化。通过促进M1到M2巨噬细胞极化,CTRP9部分地抑制心房促炎反应。炎症性M1巨噬细胞向再生M2巨噬细胞极化的及时调控提示心肌梗死(MI)后免疫治疗的可能性[8]。CTRP9具有抗炎作用,可改善长期心肌梗死小鼠的心功能,其中CAMP/PKA是一种经典的信号通路,具有物理和病理效应。氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL)诱导的THP-1巨噬细胞中,CTRP9可以通过促进胆固醇分泌来降低胆固醇酯(cholesterylester,CE),从而减少泡沫细胞的形成,进而保护动脉粥样硬化[9]。在动物实验中,给予外源性CTRP9可以通过激活AMPK通路减少小鼠心肌缺血再灌注后心肌梗死的范围和心肌凋亡。

2.3 CTRP9降低血糖水平CTRP9敲除的小鼠相较于对照组小鼠,其食物摄取量有明显增加,同时外周血糖清除率在胰岛素的作用下有所下降,说明CTRP9敲除的小鼠产生了胰岛素抵抗,且调节血糖的AMPK信号通路激活降低,细胞内线粒体含量也明显减少。CTRP9的过表达可以增强胰岛素敏感性,使线粒体的表达含量增多从而调节血糖水平[10]。

2.4 CTRP9逆转了β1-AA诱导的心室重塑已有研究表明[11],β1-AA(Antoantibodies against the second extracellular loop ofβ1-adtrenergic receptor)通过cAMP/PKA信号通路促进T淋巴细胞和心肌成纤维细胞增殖,诱导心肌细胞凋亡。cAMP/PKA/GRK/AdipoR1/AMPK信号通路均针对β1-AA被激活。CTRP9过表达于小鼠PKA磷酸化水平和PKA活性无明显变化,但CTRP9抑制了GRK2磷酸化和表达水平,AMPK磷酸化增加。实验结果表明,CTRP9通过GRK2/AdipoR1/AMPK逆转了β1-AA诱导的心室重塑。同时,动物实验表明β1-AA长期存在主要导致心功能不全,而不是心力衰竭。β1-AA可直接降低CTRP9的表达,而心肌特异性过表达CTRP9可改善β1-AA诱导的心室重塑作用。CTRP9的降低是β1-AA直接作用,而不是由于充血性心衰和心室重塑。但β1-AA诱导CTRP9降低的机制尚不清楚。在一些实验中提出了CTRP9与之前实验不同的负性作用[12]。腺病毒相关病毒9(adeno-associated virus 9,AAV9)介导的CTRP9在心肌肥厚性重构和纤维化中的过表达,增加了心室扩张,降低了主动脉弓缩窄后的心功能；在心脏压力超载时,CTRP9产生了不适应作用,即CTRP9在心脏和血清中上调,并通过以前未被识别的细胞外信号调节激酶5-GATA4(extracellular signal-regulated kinase-GATA4,ERK5-GATA4)信号轴驱动心肌肥厚。内源性CTRP9病理性的升高促进了心肌细胞的肥大,促使心脏不良重构的加重。这与之前研究不同的结果,提示关于CTRP9分子机制的仍需要进一步研究。

3 CTRP9与冠心病

3.1 CTRP9增强内皮功能在CTRPs的3个血管活性成员中,CTRP3和5表现出与APN相当的血管舒张作用,而CTRP9显示出最大的血管舒张功能,超过APN。具体来说,CTRP9(3 g/mL)给药引起的血管舒张作用与10 g/mLAPN引起的血管舒张作用相当。在最大浓度(10 g/mL)下,CTRP诱导60%的血管舒张,而相同浓度的APN只引起40%的血管舒张。CTRP9通过AdipoR1/AMPK/Akt/eNOS信号路径增加内皮NO的产生。CTRP9其信号通路的下游效应激活eNOS活性和NO的产生,导致毛细管样血管形成加速,CTRP9的治疗促进毛细管样血管的形成,这些结果表明CTRP9增强内皮细胞的保护作用。该实验证明在体内进行CTRP9治疗1周,会明显增强内皮功能[6]。

3.2 CTRP9抗动脉粥样硬化动脉斑块的形成过程中,自噬有着负性作用。在动脉粥样硬化的小鼠模型中,自噬基因5敲除后形成的自噬缺陷可通过诱导炎症小体激活和凋亡,巨噬细胞的胆固醇积聚和胆固醇外流,发挥有效的促动脉粥样硬化作用[13]。CTRP9可通过AMPK/mTOR信号通路来调控自噬,使其发挥抗动脉粥样硬化作用[14]。其中,腺苷单磷酸活化蛋白激酶(AMPK)作为细胞能量稳态的能量传感器,负调控mTORC1活性,使自噬增加,即CTRP9通过AMPK/mTOR信号通路中抑制mTORC1,继而引起一系列抗动脉粥样硬化功能,包括减少内皮功能紊乱、单核细胞粘附和转移、泡沫细胞形成、巨噬细胞炎症反应和平滑肌细胞增殖[15]。在血管平滑肌细胞中,胆固醇负荷显著增加了血管细胞间粘附因子-1(vascular cellular adhesion molecule-1,VCAM-1)和细胞间粘附因子-1(incellular adhesion molecule-1,ICAM-1)的表达,而在CTRP9的预处理中完全阻止了这一作用。通过CTRP9预处理,含胆固醇的血管平滑肌细胞中的血管平滑肌细胞胆固醇水平也以剂量依赖性方式降低,用10 μg/mL CTRP9预处理几乎完全逆转。CTRP9降低了细胞内总胆固醇含量,表明CTRP9可防止VSMCs衍生巨噬细胞样泡沫细胞的形成及随后的生物学功能改变[16]。

3.3 CTRP9独立保护CAD及糖尿病心血管损伤CTRP9和APN是冠心病的保护因子,与BMI、HOMA-IR、TNF-a、IL-6和瘦素呈负相关,与HDL-C呈正相关。其提示了CTRP9样APN可能发挥抗糖尿病和抗炎作用,并主要通过改善胰岛素敏感性来调节葡萄糖稳态。尽管APN和CTRP9具有一定的相关性,但CTRP9抗炎、稳定血糖水平和心肌保护作用与APN无关,即其可独立发挥相关作用[17]。在导致冠心病风险显著增加的原因中,血小板高反应性发挥了较强作用,特别是在糖尿病患者加速动脉粥样硬化和增加血栓过程中。通过使内源性CTRP9产生的增多和(或)进行CTRP9的外源性补充,CTRP9可以通过显著抑制血小板活性异常来保护糖尿病心血管损伤[18]。

3.4 CTRP9为MSC治疗提供良好的微环境因为成年哺乳动物心脏再生能力有限,干细胞治疗是再生心肌的一种潜在策略。大量临床前研究表明,对缺血性和非缺血性心肌病进行MSC (Mesenchymal stem cells)的治疗方法可以减少纤维化,刺激血管生成和心肌生成,使得心室重构的结构和功能得到改善。脂肪源性干细胞(Adipose-derived stem cells,ADSCs)是修复组织的重要因素,在组织再生的翻译研究中有着潜在的治疗作用。急性心肌梗死后经冠状动脉和经心内膜传送ADSCs有良好的效果。CTRP9通过激活ERK1/2-MMP-9信号通路促进脂肪干细胞的增殖和迁移,同时通过刺激ERK-NRF2/抗氧化蛋白表达,从而提高细胞存活率[19]。目前的研究结果表明,抑制miR-34a-5p可以启动CTRP9的上调,从而促进ADSCs在该小鼠模型中对MI的保护作用[20]。保持CTRP9产生或外源性CTRP9补充的分子干预可能会创造一个健康的微环境,促进干细胞存活和优化,对缺血性心脏损伤的心脏有保护作用。

4 展望

在近年来的实验研究中,CTRP9对于冠心病的保护作用显而易见。在使血管舒张、抗动脉粥样硬化、减少心肌细胞凋亡及心肌梗死面积等病理生理进展中发挥了重要作用。CTRP9为冠心病的治疗拓宽了新的思路。但在目前的已知研究中,CTRP9的相关研究较多的在动物实验中进行,临床相关研究较少,与冠心病相关研究更为缺乏,需要进一步深入研究。但相信我们对于CTRP9的不断研究,可以期待CTRP9成为冠心病新的预防和治疗靶点。