劉文超，高向東

中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京 210009

糖尿病是世界性的流行病，據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道，2000年全世界糖尿病患者占總?cè)丝诘?.8%（1.7億），預(yù)計(jì)2030年這個(gè)數(shù)字將達(dá)到4.8%（3.6億）。這種疾病在中國(guó)成年人群中已經(jīng)達(dá)到了流行的比例。目前研究估計(jì)9240萬(wàn)20歲及以上的成年人（占人口的9.7%）有糖尿病，而1482萬(wàn)成年人（15.5%）有前驅(qū)糖尿病，后者是出現(xiàn)顯性糖尿病和心血管疾病的一個(gè)關(guān)鍵的風(fēng)險(xiǎn)[1]。在糖尿病病發(fā)過(guò)程中，常伴隨著血漿內(nèi)游離脂肪酸、膽固醇的增加，導(dǎo)致一些代謝綜合征如動(dòng)脈粥樣硬化、心血管疾病的發(fā)生；而這些疾病正是造成糖尿病患者死亡的重要原因。脂肪組織不僅是存儲(chǔ)能量的器官，還能分泌大量活性因子。作為一種脂肪因子，脂連素被認(rèn)為與肥胖、2型糖尿病及心血管疾病發(fā)生相關(guān)。研究表明，肥胖及2型糖尿病患者血漿內(nèi)脂連素的含量明顯低于正常人。脂連素球狀域是脂連素的活性區(qū)域，近年來(lái)研究提示比全長(zhǎng)脂連素更具潛力。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，脂連素球狀域顯示具有減輕胰島素抵抗、調(diào)節(jié)糖脂代謝、抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。而其相應(yīng)的作用機(jī)制也在近些年來(lái)被大量的研究闡釋。本文將對(duì)該分子在糖尿病及其血管并發(fā)癥中的作用機(jī)制做一綜述。

1 脂連素與脂連素球狀域

脂連素(adiponectin)是由脂肪組織特異性分泌的一種細(xì)胞因子，在人體血漿中含量高達(dá)2～20μg·mL-1。脂連素是由Scherer等于1995年首先發(fā)現(xiàn)并從3T3-L1脂肪細(xì)胞中提取到的。人脂連素含244個(gè)氨基酸，包括N端信號(hào)序列（1-18aa）、非同源區(qū)（19-41aa）、膠原域 （42-107aa）和C端球狀域 （108-244aa）。C端球狀域 （即脂連素球狀域，globular adiponectin，gAd）為其功能域，含 137個(gè)氨基酸，與補(bǔ)體蛋白C1q的亞單位有高度的同源性。脂連素在血漿中主要以高聚合體、中聚合體及低聚合體形式存在,另外gAd也存在于血液循環(huán)中。不同聚合形式的脂連素與不同受體結(jié)合，激活相應(yīng)的信號(hào)通路。目前兩種脂連素受體adipoR1、adipoR2都已經(jīng)被成功克隆。骨骼肌中富含adipoR1，對(duì)gAd具有高親和性，但對(duì)脂連素具有低親和性。肝臟中富含adipoR2，對(duì)脂連素和gAd具有中等親和力[2]。

2 脂連素球狀域與糖尿病

Fruebis等[3]首次報(bào)道了脂連素球狀域的活性，認(rèn)為其能夠降低血糖和增加脂肪酸氧化，并且優(yōu)于全長(zhǎng)脂連素。Yamauchi等[4]則在ob/ob鼠模型中證實(shí)了脂連素球狀域具有改善胰島素抵抗、增加葡萄糖刺激的胰島素分泌和保護(hù)胰島β細(xì)胞的作用。因此，脂連素球狀域被認(rèn)為是潛在的抗糖尿病分子。而其抗糖尿病的作用主要是通過(guò)調(diào)節(jié)糖脂代謝、改善胰島素抵抗及抑制胰島β細(xì)胞凋亡實(shí)現(xiàn)的（圖1）。

2.1 脂連素球狀域與糖脂代謝

圖1 脂連素球狀域抗糖尿病功能示意圖

脂連素球狀域降低血糖的功能是通過(guò)抑制肝臟內(nèi)葡萄糖的生成和增加肌肉或其他組織葡萄糖攝取實(shí)現(xiàn)的。這可能是由磷酸腺苷活化的蛋白激酶/乙酰輔酶A羧化酶(AMPK/ACC)機(jī)制調(diào)控的。在趾長(zhǎng)伸肌中，通過(guò)gAd的作用，AMPK活性增加兩倍，AMPK與ACC均被磷酸化，而在此過(guò)程中伴隨著葡萄糖攝取的增加。在骨骼肌中，gAd增加葡萄糖攝取和ACC磷酸化，而這一作用在使用AMPK抑制劑后被抑制，表明AMPK激活參與了骨骼肌中的糖攝取過(guò)程。脂連素球狀域同樣通過(guò)AMPK途徑增加脂肪細(xì)胞葡萄糖攝取，而不是通過(guò)刺激胰島素受體或胰島素受體底物1的酪氨酸磷酸化和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(Akt)的絲氨酸磷酸化[5]。研究表明，在骨骼肌中，gAd通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（GLUT4）的轉(zhuǎn)位增加對(duì)葡萄糖的攝取，AMPK也參與了這個(gè)過(guò)程[6]。脂連素球狀域促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞對(duì)游離脂肪酸的氧化也是通過(guò)激活A(yù)MPK實(shí)現(xiàn)的，而在肝臟中則沒(méi)有這種作用。進(jìn)一步研究表明，gAd能增加骨骼肌中諸如乙酰輔酶A氧化酶（ACO）等涉及脂肪酸氧化的分子，而對(duì)于肝臟則沒(méi)有該作用。值得注意的是，對(duì)于肥胖或2型糖尿病個(gè)體的肌細(xì)胞，gAd促進(jìn)葡萄糖攝取和游離脂肪酸氧化的能力被鈍化。Chen等[7]指出在肥胖個(gè)體中，低濃度gAd激活A(yù)MPK的能力被鈍化，高濃度則不受影響；在糖尿病個(gè)體中，高濃度的gAd能激活A(yù)MPK，但對(duì)ACC磷酸化和脂肪酸氧化不起作用。研究表明，這個(gè)作用并不是由于脂連素受體減少，而可能是在這種情況下脂連素受體下游信號(hào)會(huì)抑制AMPK途徑。

2.2 脂連素球狀域與胰島素抵抗

脂連素球狀域能夠減輕胰島素抵抗，這可能由于其具有調(diào)節(jié)糖脂代謝的功能，降低了組織周?chē)钠咸烟呛陀坞x脂肪酸的濃度，增強(qiáng)了胰島素的敏感性。Yamauchi等[4]在ob/ob鼠模型中證實(shí)了脂連素球狀域能夠改善胰島素抵抗，這一作用與ACO及解耦聯(lián)蛋白2、3表達(dá)增加相關(guān)。揭示脂連素球狀域通過(guò)增強(qiáng)脂肪酸氧化和調(diào)節(jié)能量代謝來(lái)改善胰島素抵抗。在2型糖尿病個(gè)體肌肉中，脂連素球狀域通過(guò)直接增加糖轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)改善胰島素抵抗[8]。

2.3 脂連素球狀域與胰島β細(xì)胞

脂連素球狀域能夠保護(hù)胰島β細(xì)胞阻止其細(xì)胞凋亡。在體外培養(yǎng)的胰島INS-1細(xì)胞中,不同濃度的葡萄糖和游離脂肪酸能夠降低AMPK和ACC的磷酸化水平，而gAd可以提高AMPK和ACC的磷酸化水平,此作用可以通過(guò)減弱糖向脂肪酸的轉(zhuǎn)化、增強(qiáng)胰島β細(xì)胞內(nèi)的脂肪酸氧化水平，從而減輕三酰甘油聚集,保護(hù)胰島β細(xì)胞功能[9]。Rakatzi等[10]研究表明，gAd抑制細(xì)胞因子和脂肪酸誘導(dǎo)的胰腺β細(xì)胞凋亡，且能修復(fù)自身免疫及脂毒性造成的β細(xì)胞胰島素分泌障礙。抑制IκB激酶(IKK)，細(xì)胞因子和脂肪酸誘導(dǎo)的胰腺β細(xì)胞凋亡會(huì)減少，這說(shuō)明NF-κB參與這一過(guò)程，但gAd抑制細(xì)胞因子和脂肪酸誘導(dǎo)的胰腺β細(xì)胞凋亡并不通過(guò)該機(jī)制。最新研究表明，脂連素球狀域抑制胰腺β細(xì)胞凋亡及刺激β細(xì)胞胰島素合成與分泌的功能不依賴脂連素受體及AMPK的激活，而是直接通過(guò)Akt及細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）信號(hào)途徑[11]。

3 脂連素球狀域與心血管疾病

在2型糖尿病發(fā)生過(guò)程中，常伴隨著血漿內(nèi)游離脂肪酸、膽固醇的增加，導(dǎo)致一些代謝綜合癥如動(dòng)脈粥樣硬化、心血管疾病的發(fā)生。Yamauchi等[4]在載脂蛋白E(ApoE)缺乏鼠中轉(zhuǎn)入gAd基因，高表達(dá)的gAd顯著減少動(dòng)脈粥樣硬化損傷的形成。一些相關(guān)分子的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，gAd能抑制A類清道夫受體（SRA）的表達(dá)，也能抑制粥樣硬化損傷部位炎性因子TNFα的表達(dá)，但并不能抑制細(xì)胞間黏附分子1（ICAM-1）的表達(dá)。與對(duì)照組相比，脂蛋白、血清總膽固醇、高密度脂蛋白、游離脂肪酸、三酰甘油及載脂蛋白B的濃度并沒(méi)有顯著性差別，這說(shuō)明gAd發(fā)揮的保護(hù)性作用可能是由于直接作用于血管壁和巨噬細(xì)胞，而不是間接地改變通常認(rèn)為的引發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化的危險(xiǎn)因子。近些年來(lái)，gAd保護(hù)心血管及抗動(dòng)脈粥樣硬化的分子機(jī)制被大量研究所揭示。而內(nèi)皮功能障礙可能與肥胖、糖尿病、心血管疾病的發(fā)生相關(guān)，是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生的一個(gè)重要前兆。內(nèi)皮功能障礙被定義為血管舒張的減少和促炎癥因子的上調(diào)。gAd能通過(guò)增加NO分泌，引起血管舒張及血管修復(fù)。但目前gAd在炎癥上發(fā)揮的作用還存在爭(zhēng)議。

3.1 脂連素球狀域與血管保護(hù)

研究表明，內(nèi)皮NO合酶（eNOS）基因敲除鼠會(huì)發(fā)生高血壓、高脂血癥等心血管疾病。脂連素球狀域使牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞增加NO分泌。在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中它也能導(dǎo)致eNOS磷酸化并潛在地激活eNOS。另外它還能上調(diào)eNOS基因，增加eNOS的表達(dá)。因此脂連素球狀域增加NO分泌通過(guò)兩種機(jī)制:激活eNOS和增加eNOS表達(dá)，表明其具有保護(hù)心血管系統(tǒng)的作用[12]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，gAd誘發(fā)血管舒張是通過(guò)刺激熱激蛋白90（HSP90）連接到eNOS并激活PI3-Akt途徑實(shí)現(xiàn)的[13]。研究還表明，gAd在動(dòng)脈阻力血管中也具有誘發(fā)血管舒張的功能。在瘦鼠動(dòng)脈阻力血管中，gAd與脂連素都能夠劑量依賴性引起血管舒張，但在糖尿病肥胖鼠動(dòng)脈阻力血管中則沒(méi)有作用[14]。在肥胖和糖尿病患者體內(nèi)，游離脂肪酸、血管緊張素2、TNFα及葡萄糖濃度的增加會(huì)通過(guò)減少NO分泌、增加活性氧（ROS）產(chǎn)生損傷內(nèi)皮細(xì)胞，而gAd則有修復(fù)受損細(xì)胞的功能。gAd通過(guò)穩(wěn)定HSP90與eNOS之間的作用，抑制血管緊張素2誘發(fā)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[15]。gAd也能修復(fù)血管緊張素2或TNFα引起的內(nèi)皮細(xì)胞受損，這個(gè)作用是通過(guò)環(huán)腺苷酸/蛋白激酶A(cAMP/PKA)途徑調(diào)節(jié)微管及細(xì)胞骨架穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)的[16]。高脂血癥中ROS顯著地增加，ROS在糖尿病引起的內(nèi)皮障礙中發(fā)揮著重要作用。在高濃度葡萄糖環(huán)境中，gAd通過(guò)cAMP/PKA途徑抑制ROS的產(chǎn)生，從而修復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞損傷[17]。通過(guò)內(nèi)皮原代細(xì)胞（EPCs）的循環(huán)，受損的內(nèi)皮單層細(xì)胞可以再生，但高濃度葡萄糖減少EPCs的數(shù)目、減弱EPCs的功能。gAd通過(guò)eNOS激活，能顯著逆轉(zhuǎn)高濃度葡萄糖導(dǎo)致的EPCs功能受損[18]。在高脂血癥鼠中，gAd通過(guò)不同的機(jī)制保護(hù)受損的內(nèi)皮細(xì)胞，包括激活eNOS、抑制誘導(dǎo)性 NO 合酶（iNOS）、抑制氧化/硝化反應(yīng)[19]。在肥胖鼠中，gAd通過(guò)AMPK激活eNOS,增加NO釋放，從而逆轉(zhuǎn)內(nèi)皮細(xì)胞受損[20]。

3.2 脂連素球狀域與炎癥

脂連素球狀域在炎癥中發(fā)揮的作用目前還存在爭(zhēng)議。NF-κB在炎癥發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要的作用，NF-κB的激活促進(jìn)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致心血管系統(tǒng)病變。在最初的研究中，gAd被認(rèn)為不能激活NF-κB，只有脂連素高聚合體或中聚合體才能激活該途徑。但隨后發(fā)現(xiàn)，在激活的單核細(xì)胞或中性白細(xì)胞中，脂連素被白細(xì)胞彈性蛋白酶切割從而產(chǎn)生gAd,顯示gAd可能與炎癥反應(yīng)相關(guān)[21]。Hattori等[22]使用gAd預(yù)處理人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞2 h，發(fā)現(xiàn)gAd激活NF-κB；然而當(dāng)預(yù)處理16 h時(shí)，gAd劑量依賴性地抑制NF-κB。Hattori等[23]繼而在心肌細(xì)胞中研究gAd的作用，發(fā)現(xiàn)gAd激活NF-κB并引起血管緊張素2誘導(dǎo)的激活蛋白 1（AP-1）的激活，顯示gAd在心肌細(xì)胞信號(hào)中發(fā)揮作用，可能導(dǎo)致心肌肥大。而Wang等[24]則認(rèn)為，gAd通過(guò)AMPK介導(dǎo)NF-κB抑制，從而抑制心肌肥大。Tomizawa等[25]認(rèn)為，gAd在內(nèi)皮細(xì)胞中最初強(qiáng)烈地激活TNFα誘導(dǎo)的NF-κB途徑，促進(jìn)大量炎癥因子的表達(dá)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的孵育gAd對(duì)NF-κB的作用才轉(zhuǎn)為抑制；而脂連素高聚合體只需孵育很短一段時(shí)間就能夠抑制NF-κB途徑。Tomizawad等[26]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，gAd激活A(yù)MPK、Akt、NF-κB和一些促分裂原活化蛋白激酶，包括ERK1/2、Jun氨基末端激酶(JNK)及p38絲裂素活化蛋白激酶(p38MAPK)，并誘導(dǎo)大量炎癥因子如單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)、E 選擇素(E-selectin)、IL-6和IL-8的表達(dá)。當(dāng)然，gAd也具有一定的抗炎作用。Zhao等[27]研究，gAd通過(guò)ERK1/2和p38途徑抑制瘦素誘導(dǎo)的TNFα表達(dá)。Ouedraogo等[28]首次證明，gAd通過(guò)NO途徑抑制白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的接觸，從而發(fā)揮抗炎作用。Wu等[29]研究，gAd通過(guò)AMPK或cAMP/PKA途徑抑制TNFα或高糖誘導(dǎo)的IKKβ的激活，從而發(fā)揮抗炎作用。Kamio等[30]研究表明，gAd抑制脂多糖誘導(dǎo)的TNFα表達(dá)、增強(qiáng)IL-10的表達(dá)，顯示出gAd的抗炎特性。因此，gAd可能既有抗炎作用又有促炎癥作用，這取決于它所參與的生理過(guò)程。

4 應(yīng)用前景

作為脂連素的活性區(qū)域，脂連素球狀域在改善糖尿病及其心血管并發(fā)癥中顯示出比全長(zhǎng)脂連素更大的潛力。先前由于難以大量制備，限制了其臨床應(yīng)用。Liu等[31]在畢赤酵母中大量成功表達(dá)了gAd，并且證明了其具有增加ACC磷酸化和降糖降脂的作用。Heiker等[32]則通過(guò)新型的包涵體復(fù)性方法，得到了克級(jí)的gAd,同樣證明了其具有增加ACC磷酸化和降糖的作用。這兩種生產(chǎn)方法的產(chǎn)量都能夠保證其完成臨床前研究。雖然gAd在炎癥反應(yīng)中所發(fā)揮的作用還不明確，但其調(diào)節(jié)糖脂代謝、改善胰島素抵抗和保護(hù)胰島β細(xì)胞及血管的作用，為預(yù)防及治療糖尿病及其血管并發(fā)癥提供了新的思路和靶點(diǎn)。而gAd在炎癥反應(yīng)中所發(fā)生的作用可能還需要對(duì)其分子機(jī)制進(jìn)行更為詳細(xì)、徹底的闡釋。

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