血清载脂蛋白CⅢ在2型糖尿病中的作用研究进展

王雅芝,陈慧

(兰州大学第二医院内分泌代谢科，兰州 730030)

糖尿病是目前全球增长最快的疾病之一，预计2045年将有6.93亿成年人患病[1]。糖尿病以2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)为主，约占糖尿病的90%[2]。T2DM的发生与骨骼肌、肝脏和脂肪组织等外周组织器官中发生胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)引起胰岛素需求增加和自身胰岛β细胞分泌胰岛素相对不足相关[3]。血糖控制不佳可导致眼、肾、神经、血管等多种器官组织并发症，最终出现器官功能不全甚至衰竭[4]。

T2DM的发病原因与遗传、环境、免疫、年龄和生活习惯等因素相关，但具体的发病机制尚不完全清楚[5]。载脂蛋白(apolipoprotein,Apo)CⅢ是血浆中三酰甘油水平的独立危险因素和关键调节因素，可以促进动脉粥样硬化斑块的形成，增加冠心病的患病风险[6]。有研究发现，ApoCⅢ除了参与脂质代谢的过程，还可能在葡萄糖稳态中发挥重要作用[7]。另一项临床研究证实，ApoCⅢ可作为糖尿病发生的强风险标志物[8]。现就血清ApoCⅢ在2型糖尿病中的作用研究进展予以综述。

1 T2DM患者的血脂代谢

糖尿病是一种物质代谢紊乱疾病，也称“糖脂病”。目前研究表明，糖尿病引发的血脂紊乱特点为空腹及餐后的三酰甘油、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)及小而致密的低密度脂蛋白水平升高，高密度脂质白(high density lipoprotein，HDL)水平降低[9]，且其中伴随着血脂的定量、定性及动力学改变[10]。研究表明，IR是糖尿病性脂代谢紊乱的主要诱因[10]。在脂肪组织中，胰岛素会抑制激素敏感性脂肪酶(hormone sensitive lipase，HSL)的活性，导致脂肪分解下降；而在肝脏组织中，胰岛素会抑制微粒体三酰甘油转移蛋白的转录，后者介导三酰甘油向新生ApoB的转移。ApoB是极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)主要的表面蛋白，体内的量主要由其降解速率决定，而降解受到脂化的影响。当机体发生IR，一方面，血浆中游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)生成增加，ApoB降解减少，导致VLDL生成增加，而VLDL中富含三酰甘油及ApoCⅢ；另一方面，升高的FFA以及ApoCⅢ会降低脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase，LPL)的活性，导致VLDL降解减少，最终导致高三酰甘油血症。但高三酰甘油会刺激胆固醇酯转移蛋白酶的活性，使得富含三酰甘油脂蛋白(triacylglycerol-rich lipoproteins，TRLs)中的三酰甘油部分转移到HDL与LDL中。两种TRLs在LPL与肝脂肪酶作用下分别被降解，LDL成为小而致密的低密度脂蛋白，HDL则被代谢清除。

2 ApoCⅢ的分子特点及调节

ApoCⅢ是由ApoCⅢ基因编码表达的一种糖蛋白，由99个氨基酸残基组成。当去除由20个氨基酸组成的肽段后，形成由79个氨基酸组成的成熟ApoCⅢ。ApoCⅢ由小肠和肝脏产生，主要存在于TRLs，也表达于HDL和LDL上。根据ApoCⅢ第74位苏氨酸残基所带的唾液酸数目，可将ApoCⅢ分为3种亚型：ApoCⅢ0，ApoCⅢ1与ApoCⅢ2，每种亚型分别占ApoCⅢ总量的10%、55%、35%[11]。葡萄糖与胰岛素对ApoCⅢ的调节作用相反，使人体稳态下ApoCⅢ的分泌保持稳定。胰岛素可以通过阻止叉头框蛋白O1(forkhead box protein O1，FoxO1)移位入细胞核对ApoCⅢ进行负调控，而FoxO1可以与ApoCⅢ启动子结合上调其表达。葡萄糖则通过转录因子碳水化合物应答元件结合蛋白及肝细胞核因子-4a上调ApoCⅢ。在发生胰岛素缺乏或抵抗的情况下，激素的不敏感性与高血糖状态可促进ApoCⅢ的合成，这有助于解释T2DM患者体内ApoCⅢ水平升高的情况。饮食中摄入过多的饱和脂肪酸也可以间接影响ApoCⅢ而增加三酰甘油水平，因为饱和脂肪酸可激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子-1β上调ApoCⅢ水平[12]。总之，激素、遗传、生活方式等均可以影响ApoCⅢ的调控[11]。

3 ApoCⅢ与T2DM

3.1ApoCⅢ对T2DM中脂代谢的影响 ApoCⅢ在TRLs代谢中具有重要作用，其水平升高不仅会引起三酰甘油增加，同时也会通过促炎作用加速动脉粥样硬化斑块的形成，增加冠心病的患病风险。例如，在T2DM患者中，与不含ApoCⅢ的LDL相比，富含ApoCⅢ的LDL表现出脂质成分的改变，与蛋白聚糖的结合增加，脂蛋白保留增加。脂蛋白在动脉壁内膜中滞留的增加促进了脂蛋白修饰，这是一种炎症反应，是动脉粥样硬化发生的早期步骤[13]。而在ApoCⅢ基因突变的个体中，三酰甘油的水平和心血管疾病的风险较低。与非T2DM的患者相比，T2DM患者胰岛中ApoCⅢ阳性细胞数量增加，ApoCⅢ的分泌率也明显升高[14]。因此，可以推测增高的ApoCⅢ可以加重血脂代谢紊乱，与T2DM发病有一定的联系。ApoCⅢ可以通过以下途径影响T2DM患者的脂代谢：①ApoCⅢ可以通过LDL受体及LDL受体相关蛋白1减弱ApoE介导的肝脏摄取TRLs及其残体，促进高三酰甘油血症的发生。在缺乏ApoE的情况下，降低ApoCⅢ依然可以减少血清中的三酰甘油。②ApoCⅢ是LPL和肝脂肪酶的抑制剂。ApoCⅢ阻止LPL与脂质结合，从而导致酶活性降低，可以影响LPL对TRLs的降解。而ApoCⅡ是LPL的辅助因子，可以激活LPL从而促进TRLs的代谢。T2DM患者ApoCⅡ、ApoCⅢ的水平及ApoCⅡ/ApoCⅢ的比值明显增高，而这种升高与三酰甘油的升高密切相关。③蛋白多糖是一种血管细胞外基质分子，可以沉积和保留脂蛋白；ApoCⅢ水平的增加可改变ApoCⅢ/ApoB摩尔比高的糖尿病患者体内LDL的脂质组成，这有利于ApoB与蛋白多糖结合，促进动脉粥样硬化的发生。④与不含ApoCⅢ的HDL相比，含有ApoCⅢ的HDL可以促进细胞的凋亡通路，减弱HDL的有益作用。⑤ApoCⅢ可以促进ApoB以及VLDL的合成及分泌，主要通过增加富含三酰甘油VLDL的产生，而其他载脂蛋白不受影响[15]。ApoCⅢ基因多态性中研究最多的是SstI多态性(它是在ApoCⅢ基因中发现的第一个多态性位点)。基因组学已经证实，SstI多态性可以使得三酰甘油水平升高，增加心血管疾病发生风险[11]。此外，遗传学的方法提供了强有力的证明，在低三酰甘油血症的患者中，ApoCⅢ的C端脂质结合域功能缺失突变，抑制了ApoCⅢ对富含三酰甘油的VLDL组装和分泌的刺激作用[16]。以上机制可以说明ApoCⅢ可以介导高三酰甘油的发生，是糖尿病脂代谢的一个重要调控靶点。通过调控ApoCⅢ水平可以在一定程度上控制T2DM患者脂质代谢异常和心血管疾病的发生。

3.2ApoCⅢ引发T2DM可能的机制 乳糜微粒、LDL、HDL、VLDL等熟知的脂代谢指标已经不足以完成对糖尿病脂代谢的描述。已有研究发现，T2DM患者中存在一些特别的脂代谢紊乱[7]，如血浆ApoB、ApoCⅡ、ApoCⅢ及ApoE水平增高，而ApoAⅠ及ApoM水平降低，这些载脂蛋白水平的异常与糖尿病的易感性及其并发症相关。

3.2.1ApoCⅢ与IR IR是一种由遗传和环境因素引起的糖、脂代谢紊乱的病理状态，IR的发生与慢性低水平炎症相关。内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)、Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)则可以激活炎症介质，在IR中起重要作用[17]。当营养过剩致血清葡萄糖和脂质水平升高时，就会发生IR。IR可以上调ApoCⅢ基因的表达。在糖代谢正常的情况下，胰岛素可以介导FoxO1的磷酸化、核转录活性的丧失，以实现自身信号的转导。而在T2DM患者中，IR阻止了FoxO1的磷酸化，增加了ApoCⅢ的含量。反之，ApoCⅢ也可以诱导IR。在过表达ApoCⅢ的转基因小鼠中发现与肝脏脂质分解代谢相关的基因，如肉碱棕榈酰转移酶1和线粒体解偶联蛋白2 表达减少，导致肝脏新生脂肪增加，激活蛋白激酶C，从而损害胰岛素信号，诱导肝脏IR的发生[18]。此外，ApoCⅢ在骨骼肌的肌管中可以诱导ERS，激活核因子κB，增加胰岛素受体底物1丝氨酸残基的磷酸化来减弱胰岛素信号，增加炎症介质的表达。ERS发生后可以诱导丝氨酸磷酸化抑制胰岛素信号的转导，下调脂肪细胞胰岛素受体的水平，破坏激素的敏感性。当肌管与 TLR-2的中和抗体一起孵育时，发现ApoCⅢ介导的ERS、炎症反应及IR被消除，说明TLR-2可能是影响ApoCⅢ发挥作用的重要受体[18]。综上可知，ApoCⅢ与IR可互为因果。ApoCⅢ可以诱导IR的发生，从而影响胰岛素正常发挥作用，并促进脂肪聚集，引发脂代谢紊乱，最终可能诱导T2DM发生。

3.2.2ApoCⅢ与胰岛β细胞功能受损 IR与 β细胞功能密切相关。随着IR程度的加重，β细胞功能逐步衰竭，最终胰岛素分泌受损，出现明显的高血糖。因此，IR和β细胞功能障碍被认为是T2DM发生、发展的重要因素。而ApoCⅢ在IR、β细胞功能障碍和T2DM的发生之间起桥梁作用。Åvall等[3]认为IR可以增强胰岛内ApoCⅢ的局部表达，使得肝脏在产生高水平ApoCⅢ的基础上，影响胰岛β细胞的功能与成活。Juntti-Berggren和Berggren[19]的试验也证明，ApoCⅢ水平升高会影响胰岛细胞对Ca2+的处理以及对胰岛素的敏感性，最终导致葡萄糖稳态受损和糖尿病。其中，Ca2+起重要的调节作用。具体来说，ApoCⅢ可以通过增加电压门控L型Ca2+通道的密度和电导率来增加胰岛细胞质内的Ca2+浓度，促进胰岛β细胞的凋亡[20]。将ApoCⅢ基因敲除的胰岛移植到全身ApoCⅢ水平高的糖尿病小鼠体内，发现在无炎症的情况下细胞质内游离Ca2+浓度升高。虽然具体的分子机制不清楚，但考虑与清道夫受体B1(scavenger receptor type B1，SR-B1)/β1整合素依赖的蛋白激酶A的共激活和Src(首个发现的原癌基因)激酶的激活有关。此外，将胰岛素瘤细胞-1E暴露于浓度为10 μg/ml的ApoCⅢ中，24 h后发现，该细胞凋亡增加了2倍，而其中的机制涉及p38促分裂原活化的蛋白激酶和胞外信号调节激酶1/2的磷酸化[21]。但一项基础实验发现，ApoCⅢ过表达的转基因小鼠与年龄、性别匹配的野生型同窝小鼠在进食和禁食条件下均保持正常血糖，且胰岛β细胞的功能和结构也相似[22]。通过以上可以看出，ApoCⅢ与胰岛β细胞的凋亡之间有一定联系，其中涉及多条信号通路，具体机制并不完全清楚。推测，如果通过一定方式阻断ApoCⅢ及其相关通路，可能在一定程度上有助于预防T2DM的发生、发展。

3.2.3ApoCⅢ与LPL LPL是全身脂质分配和代谢的最重要物质之一，它可以介导TRLs在血管内的水解，有利于细胞摄取FFA。当肝脏和肌肉过表达LPL时，肝内脂肪酸代谢物的积累会导致糖原合酶胰岛素活化受到抑制，组织中的内源葡萄糖产生增加。LPL基因的突变会导致全身胰岛素敏感性受损。在6例杂合LPL基因突变的携带者和11名健康对照者中，发现与对照者相比，基因突变患者空腹三酰甘油水平升高，且葡萄糖处置率和非氧化性的葡萄糖代谢明显受损[23]。另有研究人员发现，在接受冠状动脉旁路移植术的患者中，与无T2DM的患者相比，有T2DM患者心外膜脂肪组织中的LPL活性增高，这可能与糖基磷脂酰肌醇锚定的高密度脂蛋白结合蛋白1和血管生成素样蛋白4相关[24]。以上研究结果表明，LPL和脂肪、葡萄糖的代谢密切相关，且在糖代谢紊乱时LPL可能进一步影响脂代谢。

LPL在大脑中高度表达，主要表达于人和小鼠大脑的巨噬细胞和小胶质细胞中[25]，其可以促进下丘脑对脂肪酸的吸收，下调食欲生成神经肽的表达，从而减少食物的摄入与抑制葡萄糖的产生。ApoCⅢ在下丘脑中表达，在脑室内注射ApoCⅢ可以抑制LPL的活性，刺激夜间进食，表明ApoCⅢ水平增加可以促进摄食，最终导致肥胖和碳水化合物稳态恶化[14]。同样，在ApoCⅢ基因缺陷的小鼠体内发现，LPL活性增加，更易发生肥胖和肝脏的IR[26]。总之，LPL可以介导脂肪的正常代谢，并有助于稳定血糖水平。ApoCⅢ作为LPL的抑制剂可以干扰能量物质的正常代谢，加重IR，最终可能引发T2DM和高脂血症。

3.2.4ApoCⅢ与HDL HDL一直被认为是预防冠心病进展的保护因素。除了可以促进胆固醇转运入肝，HDL还可以调节胰腺细胞分泌胰岛素、骨骼肌摄取葡萄糖以及抑制炎症来改善葡萄糖代谢，主要的成分为ApoAI。注射重组人ApoAI小鼠的血浆葡萄糖浓度降低、糖耐量改善、胰岛素分泌增加及心肌和骨骼肌对葡萄糖的摄取增加。目前临床主要通过HDL胆固醇(HDL cholesterol，HDL-C)水平评估HDL。但数据表明，“HDL的质量”，即其中包含的Apo成分可能在解释HDL功能方面更有价值[27]。当HDL中的ApoAⅠ/ApoCⅢ比例显著增高时，HDL的抗氧化作用显著提高[28]。此外有研究发现，脂质转运体ATP结合盒亚型A1可以促进含有ApoCⅢ 的HDL合成并且可以预防ApoCⅢ 诱导的高三酰甘油血症[27]。

当HDL中存在ApoCⅢ会减弱HDL对葡萄糖代谢的有益作用。与血浆总ApoCⅢ相比，HDL中包含的ApoCⅢ与胰岛素敏感性降低的相关性更强[29]。ApoCⅢ可以通过循环三酰甘油在HDL的代谢中发挥作用，具体机制主要包括延迟TRLs的清除，促进脂蛋白的产生及延缓三酰甘油的降解[30]。此外，ApoCⅢ可以抑制HDL介导的抗炎作用。但当HDL中缺乏ApoCⅢ时，HDL则可在体外抑制单核细胞与内皮细胞的黏附，减少对血管损害。有研究表明，HDL中的ApoCⅢ可以减弱脂蛋白的保护作用，促进糖尿病的发生[29]。当HDL中缺乏ApoCⅢ，则与糖尿病的发生负相关。以上结果提示，ApoCⅢ会削弱HDL对机体的保护作用，在一定程度上介导糖尿病的发生。目前，包含ApoCⅢ的HDL是新发T2DM的主要独立预测因子，由于ApoCⅢ本身是糖尿病的强风险标志物，它在HDL中的存在可能会损害HDL的抗糖尿病特性。因此定期监测ApoCⅢ水平，及时干预，可能有助于稳定HDL的结构，减弱对HDL“质量”的损害，在一定程度上减少T2DM的发生风险。

4 抗ApoCⅢ治疗

ApoCⅢ可以介导激素、酶、脂蛋白等，促进T2DM的发生。因此，它可作为一个相应的治疗靶点，通过调控改善血脂、血糖。目前现有的治疗措施包括生活方式的干预及药物的使用。

4.1生活方式的调节 ApoCⅢ与三酰甘油的代谢密切相关。因此可以通过下调三酰甘油改善ApoCⅢ水平。肥胖与IR密切相关，通过一定时间中等强度的有氧运动减重可以显著降低三酰甘油与ApoCⅢ水平，提高胰岛素的敏感性[31]。另一方面，可以通过调控饮食改善T2DM患者的代谢紊乱。美国糖尿病协会的营养指南对膳食来源提出了具体建议：碳水化合物应主要来自蔬菜、水果、全谷物、豆类和乳制品；脂肪最好由单不饱和脂肪和多不饱和脂肪组成[32]。糖尿病患者的理想饮食模式被研究最多的是低碳水化合物、低脂肪和地中海饮食(利于健康，简单、清淡以及富含营养的饮食)[33]。后者这种饮食模式可以改善空腹血糖水平，减轻IR、缩小腰围及降低血压。因此，运动和饮食是调控血糖、血脂必不可少的环节。

4.2相关药物的应用 一项荟萃分析表明，他汀类药物可以显著降低血清ApoCⅢ水平[34]。一方面，他汀类药物可以通过抑制ρ-信号激活过氧化物酶体增殖物激活受体α通路减少人类HepG2(人肝细胞癌)细胞ApoCⅢ的合成。另一方面，他汀类药物可以降低VLDL的生成速率并增加其分解代谢，降低肝脏ApoB信使RNA(messenger RNA,mRNA)的转录和ApoB的分泌，导致血浆VLDL-ApoB水平降低，以降低三酰甘油水平。此外，他汀类药物治疗可提高血浆TRLs的清除率。由于ApoCⅢ水平升高与TRLs升高有关，因此认为他汀类药物是一种降低ApoCⅢ的选择。贝特类降脂药物同样也可以降低血浆ApoCⅢ水平。有学者对102例T2DM患者在非诺贝特治疗前后的血浆样本进行分析。用质谱法进行非靶向和靶向脂质分析及Apo测定，结果显示非诺贝特不仅降低了血脂水平，包括降低三酰甘油、总胆固醇和LDL-C，升高HDL-C，还降低了血浆ApoCⅢ和神经酰胺水平。其中，神经酰胺是参与T2DM和动脉粥样硬化的重要生物活性脂类[35]。具体降脂的机制考虑与过氧化物酶体增殖物激活受体的激活相关，抑制ApoCⅢ mRNA的转录。

反义寡核苷酸ApoCⅢ抑制剂Volanesorsen是由20个硫代脱氧核苷酸组成的反义寡核苷酸，目前正进行Ⅲ期临床试验。用Volanesorsen直接靶向ApoCⅢ mRNA是唯一能诱导ApoCⅢ水平显著降低的治疗方法，可以用来治疗家族性乳糜微粒血综合征和高三酰甘油血症，在临床上显示出良好的应用前景。其作用机制如下：①干扰核糖体组装的空间；②特异性地与 ApoC Ⅲ mRNA 的3′非翻译区结合，通过核糖核酸酶 H1降解与其配对的mRNA，导致蛋白质产量下降，循环及肝脏中 ApoC Ⅲ生成减少，促进血浆三酰甘油的清除；③进入细胞核后通过抑制mRNA剪接或抑制5′帽形成来干扰mRNA成熟[36]。经过多次的Ⅲ期临床试验后，发现该药展现出良好的降低ApoCⅢ的功效。一项纳入15例T2DM和高三酰甘油患者的随机、双盲、安慰剂对照试验评估了Volanesorsen对三酰甘油与IR的影响，患者以2∶1比例随机接受Volanesorsen 300 mg或安慰剂，结果发现，与安慰剂相比，Volanesorsen可以显著降低血浆ApoCⅢ和三酰甘油水平，同时提高全身的胰岛素敏感性。在给药结束后，糖化白蛋白、果糖胺、糖化血红蛋白水平显著降低[37]。而另一项Ⅲ期临床试验，对66例家族性乳糜微粒血综合征患者进行为期52周的随机、双盲、对照试验发现，Volanesorsen降低ApoCⅢ与三酰甘油的效果良好[38]。虽然这些临床试验展现出Volanesorsen良好的应用前景，但应用过程中出现了不良反应，如血小板减少症、注射部位反应、肌痛、疲倦、肝肾功能受损等。同时，由于以上试验纳入的目标人群太少，需要进一步扩大患者数量以验证该药的安全性和有效性，以满足未来T2DM及高三酰甘油血症患者的医疗需求。

5 小 结

糖尿病发病机制涉及遗传、环境、免疫等因素。而血清ApoCⅢ水平的升高在糖代谢紊乱中起一定作用，促进T2DM的发生。相关的机制可能涉及胰岛β细胞的凋亡、IR、LPL及HDL等因素，但其具体机制尚不清楚。目前，经临床试验证明有效、降低ApoCⅢ的药物主要有他汀类、贝特类及反义寡核苷酸。反义寡核苷酸Volanesorsen可以通过干扰ApoCⅢ mRNA的转录减少ApoCⅢ的生成，改善IR，提高胰岛素敏感性，有良好的应用前景。但在使用过程中应注意其不良反应。