脂聯(lián)素的生物學(xué)特性及其功能研究進(jìn)展

楊裕華 王際莘 (山東省疾病預(yù)防控制中心，山東 濟(jì)南 25004)

脂聯(lián)素(adiponectin，ADN，亦稱 aPM1、Acrp30、GBP28 和Adipo Q)，1995年首次報(bào)告cDNA編碼的分子為脂肪細(xì)胞補(bǔ)體相關(guān)蛋白(Acrp30)〔1〕，主要由成熟的脂肪細(xì)胞分泌，盡管脂肪組織分泌ADN，但其水平在肥胖患者是下降的，并與肥胖呈負(fù)相關(guān)。在肥胖相關(guān)并發(fā)癥如2型糖尿病(T2DM)、心血管病和肝功能異常時(shí)呈低ADN水平，其具有胰島素增敏、抗炎、抗動(dòng)脈粥樣硬化和心臟保護(hù)作用，對(duì)骨形成也有影響。在肥胖及其相關(guān)疾病中，血循環(huán)中的ADN是下降的〔2〕。

1 ADN生物學(xué)基礎(chǔ)

ADN是單基因轉(zhuǎn)錄體，編碼于染色體3q27.3，與膠原和補(bǔ)體1q(C1q)同源，其單體全長(zhǎng)247個(gè)氨基酸，由4個(gè)區(qū)域構(gòu)成：一個(gè)N端信號(hào)肽、一個(gè)變異區(qū)(有種的差異)、一個(gè)膠原區(qū)(它的α螺旋柄由多個(gè)G-X-X重復(fù)序列組成)和一個(gè)球形區(qū)(約140個(gè)氨基酸)，后者連接ADN受體〔3〕。ADN的球形區(qū)可被溶解，并顯示與腫瘤壞死因子-α(TNF-α)有明顯的同源性。脂肪酸蛋白有廣泛的翻譯后修飾(PTMs)作用。ADN的有效多聚化是依賴較多的PTMs作用，特別是膠原區(qū)內(nèi)的PTMs。PTMs包括：(1)唾液酸化(2)糖基化(3)羥基化(4)二硫鍵形成。在循環(huán)血液中，ADN可形成三聚體〔低分子量(LMW)，占ADN的25%〕、六聚體〔中分子量(MMW)，占ADN總量的25%-35%〕和高分子量(HMW，占40%-50%)的多聚體，后者是由4～6個(gè)非共價(jià)鍵構(gòu)成的三聚體組成12～18個(gè)多聚體〔4〕。小鼠的實(shí)驗(yàn)研究表明：ADN半衰期差異依賴于其分子形式，循環(huán)中HMW的ADN維持較長(zhǎng)時(shí)間，并長(zhǎng)于 LMW(分別為9和4.5 h)〔5〕。球形區(qū)域是分子的其余部分，且獨(dú)立存在于循環(huán)中。多聚體形成、分泌的調(diào)節(jié)以及各種多聚體形成的生物學(xué)意義仍需研究。目前認(rèn)為HMW形式最具生物活性并與胰島素敏感緊密相關(guān)。PTMs的作用：(1)巰基介導(dǎo)的ADN潴留，有利于多聚化和分泌〔6〕。ADN直接作用結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)固有蛋白44(ERP44)，使ADN受巰基介導(dǎo)存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，從而延緩ADN分泌，促進(jìn)PTMs和多聚化。通過(guò)ERo1-Lα這一ERP44的配偶體，能以氧產(chǎn)生二硫鍵，使其轉(zhuǎn)移至蛋白上，例如ERP44和蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)酶(PDI)，由ERP44釋放ADN，二硫鍵氧化還原樣蛋白LA(DsbL-A)還直接結(jié)合于ADN，起類似ERP44作用或代償作用，高水平表達(dá)這些伴侶蛋白可導(dǎo)致有效的ADN分泌，這與循環(huán)中的高ADN水平有關(guān)，特別是HMW的ADN。相反，當(dāng)肥胖或糖尿病或?qū)嶒?yàn)性減低這些伴侶蛋白表達(dá)則 AND降低〔7〕。(2)琥珀酸化抑制ADN多聚化及其分泌，單聚體的ADN琥珀酸化表明：琥珀酸化修飾作用可防止多聚體的形成，包括三聚體，還可阻滯ADN的分泌。在高血糖和糖尿病時(shí)，琥珀酸化是增加的，由于三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物的累積，這一修飾作用在減少ADN水平上的潛在意義是顯而易見(jiàn)的〔8〕。(3)唾液酸化可減少ADN的清除，ADN的去唾液酸化可迅速清除循環(huán)中的ADN并吸收進(jìn)入肝細(xì)胞，這一修飾作用決定著循環(huán)中ADN的半衰期。在炎癥狀態(tài)，包括糖尿病和心血管病則上調(diào)增加(唾液酸轉(zhuǎn)移酶)和去除(唾液酸酶/神經(jīng)氨酸酶)唾液酸酶的活性增加，以減少唾液酸含量的可能性，這會(huì)使ADN清除增加，因此造成低 ADN 血癥〔9〕。

2 ADN功能和作用

ADN有廣泛的生物功能，越來(lái)越多的研究表明：各種多聚體有不同的靶組織/不同生物學(xué)效應(yīng)，在代謝中起關(guān)鍵作用，包括脂肪酸氧化、調(diào)節(jié)糖脂代謝、抑制肝糖產(chǎn)出和增加肝和骨骼肌的胰島素敏感性。HMW多聚體介導(dǎo)肝臟的ADN作用，而骨骼肌的各種多聚體的重要性仍有爭(zhēng)論，雖然新近報(bào)告提示HMW的ADN還可成為主要的效應(yīng)因子〔10〕。當(dāng)前治療T2DM的藥物包括噻唑烷二酮(TZD)類，即超氧化化物酶體增殖蛋白活化受體(PPAR)-γ促效劑TZD介導(dǎo)的胰島素增敏作用與增加循環(huán)中ADN的HMW水平以及增加伴侶蛋白表達(dá)密切相關(guān)〔11〕。下一代非 TZD選擇性 PPAR-γ促效劑現(xiàn)正在臨床試驗(yàn)，似乎有可能成為未來(lái)治療的重點(diǎn)，也是通過(guò)改進(jìn)ADN而產(chǎn)生大量有益作用。ADN受體(AdipoR)分為ADN受體1(AdipoR1)、AdipoR2和鈣黏蛋白(于血管內(nèi)皮平滑肌細(xì)胞發(fā)現(xiàn))。AdipoR1主要在骨骼肌表達(dá)，與球形的ADN三聚體有較好的親和力，也與激活腺苷-砭酸活化激酶(AMPK)有密切關(guān)系。AdipoR2在肝臟中高表達(dá)，并與MMW(六聚體)和HMW(12～18聚體)的ADN有較好的親和力，也與激活PPAR-γ有密切關(guān)系。在肝臟ADN與受體結(jié)合將導(dǎo)致脂肪的β氧化增加和糖異生減少。在肌肉，ADN與受體結(jié)合導(dǎo)致脂肪β氧化增加和糖吸收增加。以上對(duì)增加肝臟和骨骼肌的胰島素敏感性降低血糖和減少組織的三酰甘油起作用〔12〕。目前認(rèn)為ADN和內(nèi)脂素是脂肪和胰島素抵抗連接的橋梁。

2.1 ADN糖代謝功能 (1)ADN通過(guò)刺激AMPK磷酸化，增加胰島素的敏感性。(2)通過(guò)促進(jìn)糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT4移動(dòng)至細(xì)胞表面，活化AMPK，最終促進(jìn)糖的吸收。(3)ADN通過(guò)對(duì)磷酸果糖激酶的磷酸化增加糖酵解。(4)通過(guò)使乙酰輔酶A羧基酶的失活，增加脂肪酸氧化〔13〕。(5)通過(guò)抑制游離脂肪酸誘生的胰島素信號(hào)通路異常，改善胰島素敏感及血糖控制。(6)ADN通過(guò)抑制糖異生和促進(jìn)骨骼肌對(duì)糖的吸收，使之對(duì)胰島素增敏。(7)通過(guò)活化PPAR-γ調(diào)節(jié)糖脂代謝〔14〕。

2.2 ADN的心血管功能 ADN的心血管作用起源于其作為血管舒張劑的功能〔15〕。(1)以ADN治療可對(duì)心肌梗死后病理性心臟的重構(gòu)起緩沖作用〔16〕。(2)ADN促進(jìn)血管舒張是通過(guò)增加血管內(nèi)皮一氧化氮合酶(NOS)和前列腺素合酶的表達(dá)〔17〕。(3)ADN通過(guò)內(nèi)皮NOS增加內(nèi)皮NO的產(chǎn)生，其刺激AMPK通路，影響血管緊張。(4)在內(nèi)皮細(xì)胞改善胰島素敏感性通過(guò) Akt(一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶)介導(dǎo)激活內(nèi)皮NOS，增加血管舒張。(5)新近研究提示，ADN經(jīng)打開(kāi)K+通道使離體的主動(dòng)脈環(huán)和腸系膜動(dòng)脈舒張〔15〕。

2.3 ADN的抗炎功能 (1)ADN抑制巨噬細(xì)胞中內(nèi)毒素誘生的TNF-α表達(dá)。(2)ADN上調(diào)源于單核細(xì)胞的巨噬細(xì)胞IL-10，進(jìn)而上調(diào)組織中對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-1的抑制〔18〕。(3)還發(fā)現(xiàn)ADN對(duì)前炎癥因子白介素-6(IL-6)有抑制作用。(4)ADN還抑制另一主要的前炎癥巨噬細(xì)胞產(chǎn)物-IFN-γ。(5)IL-1活性部分通過(guò)IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)調(diào)節(jié)，ADN對(duì)IL-1的特異性抑制是通過(guò)結(jié)合于IL-1受體。(6)ADN通過(guò)cAMP依賴途徑抑制內(nèi)皮細(xì)胞NF-κB途徑，并以飽和方式特異性結(jié)合于人內(nèi)皮細(xì)胞，從而抑制TNF-α誘生的幾個(gè)黏附分子的表達(dá)，如血管黏附分子(VCAM)-1、細(xì)胞間黏附分子(ICAM)-1和E-選擇素〔19〕。(7)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明：ADN極大地防止各種炎癥模型，而這些模型的特點(diǎn)是增加TNF-α合成，進(jìn)一步支持ADN對(duì)TNF-α的作用〔20〕。(8)經(jīng)氧化的LDL或高糖處理后的內(nèi)皮細(xì)胞中，ADN抑制超氧化物自由基的產(chǎn)生〔21〕。(9)ADN抑制生長(zhǎng)因子誘生的平滑肌細(xì)胞增殖和泡沫細(xì)胞的轉(zhuǎn)化的炎癥過(guò)程。(10)ADN活化p38絲裂原活化蛋白激酶。(11)增加內(nèi)皮細(xì)胞NO的產(chǎn)生。

2.4 ADN抗動(dòng)脈硬化功能 ADN幾乎在動(dòng)脈硬化發(fā)生的所有階段發(fā)揮有益作用，其分子機(jī)制〔22〕：(1)減少血管內(nèi)皮黏附分子的表達(dá)。(2)抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移。(3)抑制巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞的轉(zhuǎn)換。(4)抗氧化和抗炎作用。

2.5 ADN與骨形成 研究顯示肥胖對(duì)骨質(zhì)疏松起保護(hù)作用。然而，以去除成骨細(xì)胞因子增強(qiáng)骨密度還帶來(lái)對(duì)胰島素敏感性的損傷，并有可能引起內(nèi)臟脂肪增加〔23，24〕。ADN在骨的胰島素敏感對(duì)脂肪平衡上起重要作用。最近研究報(bào)告成骨細(xì)胞因子的基因操作所致的代謝改變可依賴于ADN〔25〕?；蛉コ晒羌?xì)胞因子編碼的酪氨酸磷酸酶蛋白(OST-PTP)和成骨細(xì)胞因子骨鈣素則出現(xiàn)有關(guān)胰島素敏感和肥胖的相對(duì)表型〔23〕。胚胎干細(xì)胞磷酸酶(Esp)失活與改善胰島素敏感性與改善碳水化合物和血脂參數(shù)、減少肝臟脂肪含量、改善糖耐量和增加線粒體活性有關(guān)〔23〕。相比之下，去除骨鈣素可減少ADN水平，導(dǎo)致胰島素抵抗和肥胖〔23〕。相反，已知重組的骨鈣素通過(guò)增加胰島素和ADN水平可改善糖的平衡。研究顯示，骨鈣素可通過(guò)增加ADN表達(dá)及其血ADN水平影響胰島素分泌〔23〕。新近研究提示，ADN直接涉及骨量調(diào)節(jié)。體外分析表明，ADN可通過(guò)AdipoR1促進(jìn)骨細(xì)胞增殖〔26〕，這與早先報(bào)告的AdipoR1在成骨細(xì)胞中表達(dá)相一致。ADN可進(jìn)一步發(fā)揮抗細(xì)胞因子誘生骨吸收的保護(hù)作用，這是通過(guò)對(duì)破骨細(xì)胞生成的直接抑制。然而，體內(nèi)研究表明，骨密度和循環(huán)血中的ADN水平呈負(fù)相關(guān)。特別是新近報(bào)告小鼠過(guò)度表達(dá)ADN可表現(xiàn)為較野生小鼠在功能加強(qiáng)的各種生物力學(xué)上的實(shí)質(zhì)性減弱，顯示ADN抑制骨的形成。有研究表明，ADN與骨丟失相關(guān)，這些標(biāo)志物包括：堿性磷酸酶、骨鈣素交叉連接N端肽的Ⅰ型膠原蛋白〔27，28〕。

3 ADN的其他調(diào)節(jié)功能

ADN的抗炎和抗動(dòng)脈硬化功能部分是通過(guò)ADN抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α和對(duì)骨髓單核細(xì)胞祖細(xì)胞的抑制及誘生凋亡〔29〕。內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)和最后減少單核細(xì)胞的黏附，減少單核細(xì)胞運(yùn)動(dòng)至內(nèi)皮下區(qū)域和抑制粥樣斑塊的發(fā)生。ADN還誘生抗炎因子和細(xì)胞因子，如IL-10或IL-Ra，對(duì)這些作用通過(guò)抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和與腫瘤形成相關(guān)的血管生成產(chǎn)生抗癌作用〔30〕，低的ADN水平與人的各類癌有關(guān)，推測(cè)低ADN在肥胖者中增加癌的發(fā)生起作用〔31〕。超重和肥胖者有較低比例的HMW，但其機(jī)制尚不清〔32〕。前炎癥細(xì)胞因子如脂肪組織中的TNF-α、IL-6和活性氧ROS可作為ADN基因表達(dá)的自分泌和旁分泌的抑制物。胰島素將下調(diào)AdipoR1和AdipoR2的表達(dá)。因此，髙胰島素血癥常常與肥胖的代謝綜合征有關(guān)，并通過(guò)改變AdipoR的利用率對(duì)“脂聯(lián)素抵抗”起作用〔12〕。當(dāng)高胰島素血癥和糖尿病時(shí)，ADN的HMW下調(diào)。然而，胰島素及胰島素樣生長(zhǎng)因子也可刺激人內(nèi)臟脂肪合成ADN。目前腦的LMW的ADN對(duì)食欲調(diào)節(jié)的影響尚未確定〔33〕。

4 ADN基因多態(tài)性與疾病

ADN基因單核苷酸多態(tài)性(SNPs)主要在啟動(dòng)子區(qū)(-11426A/G，-11377C/G 和-11391G/A)、外顯子 2+45G15G(T/G)和內(nèi)含子2+276G/T，前者與 T2DM和糖尿病腎病(DN)發(fā)病有關(guān)，后二者對(duì)T2DM、肥胖和DN發(fā)病敏感，還與T1DM發(fā)病有較強(qiáng)的關(guān)系。由啟動(dòng)子區(qū)域的多態(tài)性和內(nèi)含子2SNP+276G/T構(gòu)建的單倍體與循環(huán)中的ADN水平有關(guān)。并且后二者是目前最為常見(jiàn)的〔34〕。研究表明，ADN在糖尿病、肥胖和胰島素抵抗的發(fā)病上起重要作用，與健康人相比，T2DM和肥胖者血中ADN水平顯著減少。ADN基因連鎖不平衡區(qū)的基因多態(tài)性包括啟動(dòng)子區(qū)、外顯子2-內(nèi)含子2的邊界區(qū)，與T2DM、肥胖、DN和胰島素抵抗有關(guān)。因此，血 ADN水平及ADN基因多態(tài)性可作為糖尿病及其并發(fā)癥、肥胖和其他代謝疾病早期診斷和臨床預(yù)測(cè)的標(biāo)志物。

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