肌联素在冠心病及其相关的代谢性疾病中作用的研究进展

冯景焜，梁龙威，陈建英，刘珍君

（1.广东医科大学附属医院，广东湛江 524000；2.东莞市松山湖中心医院，广东东莞 523326）

提要：肌联素是骨骼肌分泌的一种细胞因子，通过多种信号途径参与和调控冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）、糖尿病、肥胖等多种疾病的葡萄糖和脂质代谢。本文就肌联素在冠心病、糖尿病、肥胖中发挥的作用和可能的机制作一综述，并探讨肌联素未来可能的研究方向。

随着生活水平提高，冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）及相关代谢疾病，包括糖尿病、肥胖的发病率不断升高，增加了国家的医疗支出负担［1-2］。这两大类疾病的发病机制复杂，且葡萄糖-脂质代谢紊乱也参与到冠心病的发生、发展。因此，研究这两大类疾病的预防和治疗显得尤为重要。近年研究发现，肌联素能够通过多种信号途径调节细胞代谢，参与到冠心病的发生、发展［3-4］和机体葡萄糖-脂质代谢的调节［5］。这为冠心病及其相关代谢性疾病的机制研究带来了新的方向。现就肌联素在冠心病、糖尿病、肥胖中的作用及未来可能的研究方向作一综述。

1 肌联素的生物学特性

肌联素是Seldin 等［6］在2012 年发现的一种由骨骼肌分泌的肌肉因子，其编码基因位于人2q37.3 染色体，全长9 883 bp，有8 个外显子和7 个内含子［7］。肌联素由340 个氨基酸、5 种结构域组成，用于指导分泌的信号肽、一小段由氮末端和6 个Gly-x-Y 重复胶原蛋白组成的结构域-1（NTD1）、氮末端结构域-2（NTD2）、C1q/TNF 样碳末端结构域和4 个Cys 残基与4 个氮末端糖基化位点构成的NX-（Ser/Thr）序列［6］。肌联素的氨基酸序列与C1q 肿瘤坏死因子相关蛋白（C1q/tumor necrosis factor-related proteins，CTRPs）家族的其他14 名成员的结构具有高度相似性［8］，并通过CTRPs 特有的C1q/TNF 样结构域参与到多种信号途径，在细胞葡萄糖-脂质代谢调控中发挥作用［6］，并在骨骼肌细胞和心肌细胞、脂肪细胞、肝细胞之间起交叉串扰（crosstalk）［9］。因此，肌联素被认为是CTRPs 的第15 名成员［6］，并在早期的研究中，CTRP15 曾用于指代肌联素。由于其独特的生物学特性，肌联素在细胞能量代谢的调控中发挥重要作用。

2 肌联素在冠心病中的作用

2.1 肌联素对心肌缺血再灌注的保护作用

由于目前经皮冠状动脉介入（percutaneous coronary intervention，PCI）治疗的快速发展，闭塞血管开通的成功率有了很大提升。随之而来的血运重建后引起的心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI）受到了学者的关注。有研究表明，运动训练诱导的肌联素可能在MIRI 中起到保护作用［3］。Seldin 等［10］证实，运动训练上调的肌联素能够激活磷脂酰肌醇3 激酶-蛋白酶B-雷帕霉素靶蛋白途径［phosphatidylinositol 3 kinase-pro⁃tein kinase B（Akt）-mammalian target of rapamycin，PI3KAkt-mTOR］抑制细胞自噬。目前研究表明，PI3K-AktmTOR 途径是调控细胞自噬的重要途径［11］。而心肌细胞自噬是指心肌细胞质内通过形成自噬体限制错误折叠的蛋白质积累、线粒体功能障碍和氧化应激，减少慢性缺血性重构，并调节心脏对缺血的适应，从而保持心脏结构和功能。但是这一机制在心肌再灌注时期会大量激活，使正常的心肌细胞凋亡而造成心脏的损害［12］。国内研究人员分别检测运动后和静息状态下建立的MIRI 大鼠模型发现，运动组的MIRI 大鼠PI3K-Akt-mTOR 途径相关蛋白明显增加，心肌细胞自噬体数量较少，线粒体结构较完整，大鼠心脏的梗死面积减小［13］。

Otaka 等［14］发现，跑步机训练后的野生型小鼠的骨骼肌和血液中肌联素表达水平是增加的。他们让这批小鼠和未经过运动训练的小鼠同时应对缺氧/复氧环境，发现运动后的小鼠MIRI 面积比未经运动训练的小鼠更小。为了验证肌联素和MIRI 面积的相关性，他们建立敲除小鼠的肌联素基因的小鼠模型，发现这批小鼠在接受缺氧/复氧处理后，比正常小鼠表现出明显更大的MIRI 面积，更明显的心脏功能障碍和更高的炎症基因表达。而在缺氧/复氧之前用肌联素体外预处理心肌细胞的细胞模型上，1-磷酸鞘氨醇-环磷酸腺苷-蛋白酶B 通路［sphingosine 1-cyclic adenosine monophosphate-protein kinase B（Akt），S1PcAMP-Akt］相关的凋亡减少。研究表明，S1P 激活可显著减少心肌梗死面积和细胞凋亡，并增强Akt 和糖原合成酶激酶-3（Gsk3β）磷酸化，减弱含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3 裂解和细胞色素c 易位，并抑制1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tet⁃rahydropyridine，MPTP）生成。电子显微镜下还证实了S1P 有助于维持心肌线粒体的完整性［15］。肌联素可能通过激活这一机制减少心肌细胞的凋亡。

在MIRI 的发生和发展过程中，肌联素还可能通过多种信号途径对心肌起保护作用。一方面，肌联素可能通过激活PI3K-Akt-mTOR 途径，减少缺血再灌注时期心肌细胞自噬体的形成，减少心肌细胞凋亡。另一方面，肌联素可能通过抑制S1P-cAMP-Akt 途径，减少巨噬细胞活化和炎性细胞因子的产生，改善心肌细胞的线粒体代谢，增加心肌细胞应对缺血再灌注条件下的存活能力。

2.2 肌联素对冠心病严重程度的预测作用

随着对肌联素的研究逐渐深入，国内外的研究者发现肌联素除了对心肌缺血再灌注起保护作用，还发现血浆肌联素的水平还和冠状动脉（冠脉）病变的程度存在相关性，推测肌联素可能对冠心病的严重程度有预测作用。郑融融［16］等通过对比急性心肌梗死患者和冠脉正常人群入院当天采集静脉血浆的肌联素浓度，发现急性心肌梗死患者血浆肌联素浓度较正常对照组低，而且发现急性心肌梗死患者的血浆肌联素浓度与Gensini 积分（r=-0.790，P<0.01）、肌钙蛋白T（cTnT）浓度（r=-0.580，P<0.01）呈负相关，而且病变血管支数越多，肌联素浓度越低。他们推测，血浆肌联素浓度与病变的冠脉支数、冠脉病变程度及心肌损伤严重程度存在负相关。国外有研究者通过对比冠心病患者和无冠脉狭窄人群在冠脉造影前动脉血浆的肌联素浓度发现，冠心病患者血浆肌联素浓度低于正常人群，而且病变冠脉支数越多，血清肌联素浓度越低（受试者工作特征曲线的曲线下面积=0.665，P<0.001）［17］。但伊朗的Abolfazl 等［4］对比稳定型心绞痛患者和冠脉狭窄小于30%的人群静脉血浆中肌联素的浓度，结果发现肌联素在慢性心肌缺血综合征患者中是高表达的。由于冠脉狭窄小于30%的冠脉粥样硬化症患者也作为对照人群入组，这可能导致该研究的结果与上述两个研究有差异。Abolfazl 也推测称，肌联素在慢性心肌缺血综合征患者血浆中可能是代偿性升高。

就近年的研究而言，血浆肌联素浓度与冠心病的严重程度存在负相关，在未来有可能成为预测冠心病严重程度的新型标志物。但由于目前研究的样本量尚较少，入组人群各异，如何在不同类型的冠心病人群中确定参考值仍需进一步探究。另一方面，血浆肌联素浓度和冠心病严重程度的负相关性的出现机制也需要进一步探究。

3 肌联素在冠心病相关的代谢性疾病中的作用

3.1 肌联素对肥胖的调控作用

肥胖是机体脂质代谢紊乱最直接的表现，也是冠心病重要的危险因素之一。Seldin 等［18］通过肥胖小鼠模型发现，高脂饮食喂养10 周的小鼠肌联素的mRNA 和血浆表达水平降低，这批小鼠注射重组的肌联素后，循环游离脂肪酸的浓度是降低的，且并不能使脂肪组织脂解；在细胞水平上发现肌联素可以通过上调促进脂质摄取的基因（CD36，FATP1，Fabp1和Fabp4）的表达来促进培养的脂肪细胞和肝细胞中脂肪酸的摄取，从而降低血脂水平。首次将肌联素和骨骼肌与肝细胞、脂肪细胞的稳态联系起来。国内研究人员在SD 大鼠高脂饮食喂养10 周，采用实时聚合酶链反应（real-time polymerase chain reaction，RTPCR）方法测定的比目鱼肌、腓肠肌肌联素mRNA 表达和比目鱼肌脂肪酸转位酶（fatty acid translocase，FAT/CD36）的mRNA 表达，发现大鼠比目鱼肌和腓肠肌肌联素mRNA表达水平显著升高（P<0.05），比目鱼肌的CD36 表达显著上调（P<0.05）；研究人员随后将这批大鼠分为10 周跑台运动组和静息组，运动组大鼠的比目鱼肌和腓肠肌肌联素mRNA 表达显著下调（P<0.05），比目鱼肌CD36 表达显著降低（P<0.05），血脂水平明显降低（P<0.01）［19］。

这种差别可能是骨骼肌中的肌联素释放进血液，导致血浆中的肌联素浓度升高，而骨骼肌的肌联素浓度降低。国外有另一种观点认为，脂肪和肌肉存在交叉串扰现象［20］。肥胖导致血浆脂肪因子脂联素浓度升高，脂联素通过内分泌作用于骨骼肌，促进骨骼肌分泌如肌联素等肌肉因子而导致肌肉中肌联素浓度降低、血浆中肌联素浓度升高。但就目前研究而言，肌联素能够促进脂肪细胞和肝细胞摄取脂肪酸，且不会促进脂肪细胞脂解。未来研究的问题应该是运动对肌联素骨骼肌浓度和血浆浓度的确切影响和机制。

3.2 肌联素对2 型糖尿病的调控作用

由于2 型糖尿病（diabetes mellitus type 2，T2DM）患者10 年内发生主要冠脉事件的危险与已患冠心病者同等，所以T2DM 被认为是冠心病的等危症［21］，其主要的病理生理机制是胰岛素抵抗伴有胰岛β 细胞功能不全所致胰岛素分泌不足［1］。肥胖和胰岛素抵抗一般是伴随出现的。体脂比的降低，即机体骨骼肌的增多伴随胰岛素的敏感性升高［22］，这提示肌联素和胰岛素抵抗相关。Yang 等［23］发现，在棕榈酸酯处理C2C12 肌管的胰岛素抵抗细胞模型上，肌联素的表达是明显降低的。他们通过蛋白质印迹法测定后推测，细胞出现胰岛素抵抗后可能会导致PI3K活性下调，促使分子量为38 kD 的促分裂素原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinases，p38-MAPK）表达上调，导致肌联素的转录水平降低。他推测肌联素通过上调骨骼肌PI3K 活性，增加葡萄糖转运蛋白-4 信使RNA（Glut4）受体，增加葡萄糖摄取，减轻胰岛素抵抗。但这一研究无法辨别是棕榈酸脂直接下调肌联素表达，还是因为细胞的胰岛素敏感性降低而使肌联素表达降低。另外，有报道称［24］，临床糖尿病条件下，p38-MAPK 在心血管系统，尤其在心脏中异常表达。在转基因动物模型中抑制p38-MAPK 活化或在糖尿病动物模型中注射p38-MAPK抑制剂均能够显著阻止糖尿病心肌病的发展。结合Yang的研究，肌联素有望成为糖尿病心肌病的新型诊断指标和治疗靶点。

基于现有的研究，有部分研究者尝试观察人群中的血浆肌联素浓度和胰岛素的关系。韩国有两项研究发现，女性人群在接受10 周运动训练后，血浆肌联素浓度升高，胰岛素抵抗显著减少，推测血浆肌联素浓度与胰岛素抵抗指数之间呈负相关［25-26］。类似的，Li［27］通过对比T2DM患者和正常人群的血浆肌联素浓度，发现T2DM 患者的血浆肌联素浓度是较低的。但国内研究另有研究表明，T2DM 人群中的血浆肌联素浓度是升高的［28-29］。更有趣的是，对比正常人群、葡萄糖耐量试验异常患者、T2DM 患者的血浆肌联素浓度似乎与胰岛素抵抗的严重程度呈正相关。Mi 等［30］甚至认为，血浆肌联素浓度为64.0 μg/L 是胰岛素抵抗的临界值。

肌联素在T2DM 的发生、发展中的机制尚不明确。但据目前的研究推测，肌联素可能参与到胰岛素抵抗和糖尿病心肌病的形成。目前已知的实验研究结果和国内的临床研究结果是一致的，但可能入组的人种比较单一，且缺乏多中心的研究。韩国的研究结果出现差异可能是尚未校正运动后受试者的饮食、体脂率改变、运动促进骨骼肌分泌肌联素等影响因素。未来应该继续探索肌联素在调节葡萄糖代谢的确切机制以及开展更大规模的多中心临床研究。

综上所述，肌联素在MIRI 中起到保护作用，有望成为冠脉血运重建后预防MIRI 的新治疗靶点；它在冠心病患者的血浆浓度变化也有望成为预测冠心病严重程度的新指标。肌联素和冠心病相关的代谢疾病，如2 型糖尿病、肥胖等也关系密切，有望成为这些代谢性疾病诊治的一个新的切入点。此外，由于冠心病发病机制涉及动脉粥样硬化、葡萄糖-脂质代谢紊乱和动脉粥样硬化关系密切［31］，肌联素可为动脉粥样硬化的机制研究提供新思路。