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    Apelin在能量平衡中的作用

    2013-01-25 05:35:31呂雙瑜秦耀軍楊艷杰姚文亮
    中國藥理學(xué)通報 2013年4期
    關(guān)鍵詞:攝食脂肪組織血漿

    呂雙瑜,秦耀軍,楊艷杰,姚文亮,陳 強

    (蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究所,甘肅蘭州 730000)

    1998年,Tatemoto等[1]從牛胃中提取到一種多肽,并證明該肽是APJ受體的內(nèi)源性配體,命名為apelin(APJ endogenous ligand)。APJ,即血管緊張素受體AT1相關(guān)的受體蛋白,是一種G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)。Apelin以77個氨基酸的前蛋白原(preproapelin)形式分泌,其N端有一個信號肽序列,C端區(qū)域是編碼區(qū),并且富含堿性氨基酸,可能是翻譯后加工的酶切位點;該前蛋白原在不同的組織中被加工生成分別含36、19、17、13、12 個氨基酸的多肽,即 apelin-36、apelin-19、apelin-17、apelin-13、apelin-12[1-2]。

    Apelin及其受體廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織,在不同器官或組織發(fā)揮相應(yīng)的生理作用[3]。在嚙齒類動物的大腦中,APJ下丘腦室上核和室旁核有很豐富的表達量[2-3]。另外,apelin在脂肪組織有較高表達水平,并且對攝食和飲水具有調(diào)節(jié)作用[4-6],這些提示apelin在能量代謝中可能發(fā)揮著重要的作用。目前研究發(fā)現(xiàn)apelin對心血管活動、免疫反應(yīng)、內(nèi)分泌等多項生理功能都發(fā)揮著調(diào)節(jié)作用[3]。近年來,apelin在能量平衡中的作用日益受到關(guān)注,因而本文對apelin在攝食、消化、體液平衡、肥胖和糖代謝方面的作用做一綜述,以期為代謝疾病的研究和治療提供新的思路。

    1 Apelin對攝食和消化功能的調(diào)節(jié)

    Apelin及其受體mRNA在下丘腦區(qū)域外側(cè)區(qū)的高豐度表達提示了apelin在食欲調(diào)節(jié)中可能發(fā)揮著重要的作用。關(guān)于apelin對攝食調(diào)節(jié)作用的報道也比較多,但是目前觀點并不一致。Sunter等[5]發(fā)現(xiàn)中樞注射1 nmol和3 nmol apelin-13減少了非禁食和禁食大鼠的攝食量,而外周注射10 nmol apelin-13不影響攝食。側(cè)腦室注射apelin-12(10 nmol)減少正常攝食大鼠夜間的攝食量,但刺激白天攝食[7]。Taheri等[6]報道第三腦室注射apelin-13(30 nmol)僅增加了大鼠給藥后2~4 h內(nèi)的攝食量,而不影響其它時間段的攝食及24 h累積攝食;并且對飽食大鼠的攝食也沒有影響 。Clarke等[8]發(fā)現(xiàn)急性中樞注射2 μg apelin-13抑制營養(yǎng)性肥胖(DIO)大鼠夜間對正常食物的攝取,而不影響其對高脂肪食物的攝取。Valle等[9]連續(xù)10 d給C57BL/6小鼠第三腦室內(nèi)注射apelin-13(1 μg·d-1),發(fā)現(xiàn)小鼠的攝食量在d 3~7明顯增加;同時體重、活動能力及體溫均增加。而Higuchi等[10]卻發(fā)現(xiàn)給予小鼠長期腹腔注射apelin-13并不影響小鼠的攝食。最近在金魚中研究發(fā)現(xiàn),腹腔(100 ng)或側(cè)腦室(10 ng)注射apelin-13都導(dǎo)致其1 h內(nèi)攝食量的增加[11]。最近,Lü 等[12]發(fā)現(xiàn)側(cè)腦室注射 apelin-13(3 μg)抑制飽食小鼠和禁食小鼠夜間0~4 h的累積攝食,這種抑制作用是通過APJ受體和促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(corticotropin-releasing factor,CRF)受體介導(dǎo)的;而對飽食小鼠白天的攝食沒有影響。這些不同的實驗結(jié)果可能是由于實驗動物種類、apelin片段、劑量、注射時間和注射方式的不同造成的。Apelin對攝食的作用及其調(diào)節(jié)機制,仍需進一步驗證和探究。

    Apelin對食欲的調(diào)節(jié)作用及其在胃腸道的分布提示apelin可在消化系統(tǒng)中發(fā)揮作用。Wang等[13]研究發(fā)現(xiàn),apelin-13和apelin-36均可以刺激體外培養(yǎng)的胃內(nèi)皮細(xì)胞的增殖,且apelin-13的效能明顯高于 apelin-36。除 apelin-36外,apelin-12、apelin-13和apelin-19均可以劑量依賴的刺激小鼠腸內(nèi)分泌細(xì)胞系(secretin tumor cell line,STC-1)細(xì)胞分泌膽囊收縮素(cholecystokinin,CCK),并且它們的效能相同,這種效應(yīng)是通過細(xì)胞分裂素活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)介導(dǎo)的。這些研究表明[14],apelin 是一種新的胃腸肽。免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示,apelin陽性細(xì)胞主要集中在大鼠胃壁細(xì)胞、主細(xì)胞、頸粘液細(xì)胞和胃黏膜上皮細(xì)胞 。最近Ohno等[15]研究發(fā)現(xiàn)apelin-12通過胃粘膜釋放組胺刺激胃酸的分泌,該機制不是通過迷走神經(jīng)起作用的。Flemstr?m等[16]通過體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn),在大鼠十二指腸黏膜apelin-13作用于APJ受體從而刺激HCO-3的分泌,但是這種刺激作用僅發(fā)生在正常攝食的動物;經(jīng)過短時間禁食后,APJ受體的表達量明顯減少,HCO-3的分泌反應(yīng)也受到阻礙。體外實驗發(fā)現(xiàn),CCKA受體拮抗劑devazepide阻斷了apelin-13引起HCO-3分泌反應(yīng)。故認(rèn)為apelin引起的刺激是由于腸釋放CCK引起的。

    攝食和消化都與胃腸運動有密切的關(guān)系,這提示apelin可能在胃腸運動方面發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。Yang等[17]發(fā)現(xiàn)側(cè)腦室注射apelin-13抑制小鼠遠端結(jié)腸通過時間和排便,該作用是通過APJ受體和阿片受體介導(dǎo)的,而在體外實驗發(fā)現(xiàn)apelin-13對小鼠離體遠端結(jié)腸的收縮沒有影響。此外,Lü等[18]發(fā)現(xiàn)側(cè)腦室注射apelin-13通過阿片受體抑制小鼠胃排空和小腸通過率,而腹腔注射apelin-13對胃排空沒有影響。中樞apelin-13能夠增強清醒大鼠消化間期胃竇移行性復(fù)合運動(migrating motility complex,MMC)[19]。這表明 apelin 具有調(diào)節(jié)胃腸運動的作用,該作用主要是通過中樞來完成的。

    2 Apelin與體液平衡

    腦室注射apelin-17抑制大鼠精氨酸加壓素(arginine vasopressin,AVP)神經(jīng)元的電活動,使小鼠血漿AVP的水平下降,排尿量增加,而且明顯地降低了脫水小鼠30 min的飲水量[20]。最近的研究發(fā)現(xiàn)apelin-13抑制小鼠夜間攝食的同時也抑制了小鼠4 h的累積飲水量[12]。然而,Lee等[2]發(fā)現(xiàn)腹腔注射apelin-13引起大鼠60 min的飲水量增加。Taheri等[6]也觀察到腦室注射apelin-13增加了大鼠60 min的飲水量。

    腦室內(nèi)注入apelin-13增加了30 min血漿中的促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotropic hormone,ACTH)和皮質(zhì)酮的水平,而降低促黃體素(luteinizing hormone,LH)和卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone,F(xiàn)SH);將下丘腦在 100 nmol·L-1apelin-13溶液中體外培養(yǎng)45 min,并用放射免疫分析法測定CRF和AVP的含量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)apelin促進了下丘腦CRF和AVP的釋放[6]。脫水直接導(dǎo)致大鼠apelin及其受體表達的增加,下丘腦大神經(jīng)元細(xì)胞AVP表達水平降低[3]。除了中樞作用之外,apelin可以直接作用于腎微脈管系統(tǒng)。滲透壓刺激對人血漿中的apelin和AVP的作用相反,增加血漿滲透壓引起血漿AVP水平升高,血漿apelin下降,降低血漿滲透壓引起血漿 AVP水平下降,血漿 apelin升高[3]。APLNR(-/-)基因敲除小鼠的體液平衡失調(diào),飲水量明顯減少,尿液的收集量達不到正常野生型小鼠的水平,滲透壓也隨之改變[3],這表明apelin受體在體液平衡中發(fā)揮著重要的作用。

    3 Apelin與肥胖

    肥胖通常是由于能量代謝不平衡造成的,而能量調(diào)節(jié)的高級中樞在下丘腦,它受到體內(nèi)如胰島素,瘦素(leptin)等因子的調(diào)節(jié)。Apelin在培養(yǎng)的脂肪組織中表達和釋放,被認(rèn)為是一種脂肪因子。Apelin在白色脂肪組織的表達量明顯高于褐色脂肪組織,并隨著脂肪細(xì)胞的分化和成熟而不斷增加。研究發(fā)現(xiàn),apelin在脂肪組織中的表達受到營養(yǎng)狀況的影響,與正常攝食小鼠比較,禁食狀態(tài)下脂肪細(xì)胞 apelin mRNA的表達水平明顯減少,恢復(fù)攝食24 h后apelin mRNA的表達又恢復(fù)到正常攝食小鼠的水平[4]。TNF-α、生長激素、胰島素和葡萄糖都能夠上調(diào)apelin在脂肪組織中的表達。在肥胖和胰島素抵抗的病人中,apelin的表達比正常體重的受試者高。Masaki等[21]研究發(fā)現(xiàn),大鼠第三腦室注射apelin-13引起下丘腦室旁核(PVN)c-fos樣免疫反應(yīng);在PVN區(qū)微注射apelin-13不僅使白色脂肪組織的溫度明顯升高,而且增加了白色脂肪組織交感神經(jīng)的活動。

    臨床研究表明,肥胖患者的血漿apelin水平明顯高于體重正常對照組,并與體質(zhì)量指數(shù)(BMI)明顯正相關(guān);此外,還發(fā)現(xiàn)血漿apelin和 leptin水平均與 BMI正相關(guān)[22]。Apelin在肥胖癥婦女的血漿中含量升高,而通過低熱量飲食減輕體重后,脂肪組織和血漿中apelin的含量下降,這可能是由于apelin在脂肪組織中表達量的減少導(dǎo)致了其在循環(huán)系統(tǒng)中的下降[23]??梢?,apelin與肥胖有密切的關(guān)系。Higuchi等[10]在研究apelin與肥胖治療時發(fā)現(xiàn),連續(xù)給小鼠腹腔注射 apelin-13(0.1 nmol·g-1)14 d,小鼠白色脂肪組織、血清胰島素和甘油三酯的水平下降;apelin-13也同樣能夠降低高脂肪攝食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的體內(nèi)脂肪、血清胰島素水平和甘油三酯的水平,同時還發(fā)現(xiàn)apelin-13增加血清脂聯(lián)素、降低leptin水平。腹腔注射apelin-13后增加了棕色脂肪組織解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1,UCP1,外周能量消耗的標(biāo)志分子)mRNA的表達和骨骼肌解偶聯(lián)蛋白3(uncoupling protein 3,UCP3,脂肪酸輸出的調(diào)節(jié)因子)mRNA的表達。由此可見,apelin對瘦鼠和肥胖小鼠的脂肪和脂代謝都具有調(diào)節(jié)功能。還發(fā)現(xiàn)apelin-13能夠增加體溫,增加耗氧量,降低呼吸熵。

    4 Apelin與糖代謝

    機體維持血糖穩(wěn)態(tài)的最重要的調(diào)節(jié)因子是胰島素,apelin與胰島素相互影響,共同調(diào)節(jié)血糖代謝[24-26]。Boucher等[24]在研究由于肥胖導(dǎo)致的血液高胰島素患者時,發(fā)現(xiàn)他們的脂肪細(xì)胞apelin的表達水平和血漿中不同片段的apelin的數(shù)量比正常人高。對肥胖合并有高胰島素癥的小鼠的研究結(jié)果也證實了同樣的結(jié)論。一方面,胰島素可以直接上調(diào)人和小鼠脂肪細(xì)胞apelin的表達水平[24]。在用高糖飼養(yǎng)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中發(fā)現(xiàn)血漿apelin的含量會在饑餓時升高,并且變化幅度受到血糖、胰島素水平以及胰島素抵抗指數(shù)等多種因素的影響[25]。另一方面,apelin也影響胰島素的分泌。S?rhede等[26]發(fā)現(xiàn)給予小鼠靜脈注射 apelin-36能夠抑制高血糖刺激引起的胰島素的水平的升高,胰島分離體外實驗也發(fā)現(xiàn)apelin-36抑制由于高劑量血糖刺激引起的胰島素的分泌,而對低劑量血糖刺激引起的胰島素的分泌沒有影響。Apelin與胰島素的這種相互作用,說明其參與了胰島素抵抗反應(yīng)。胰島素抵抗貫穿于Ⅱ型糖尿病的整個發(fā)病過程,所以認(rèn)為apelin對Ⅱ型糖尿病具有調(diào)控作用。

    研究還發(fā)現(xiàn)apelin能夠不依賴胰島素而降低血糖濃度。Dray等[27]研究發(fā)現(xiàn)急性注射apelin-13到健康小鼠的靜脈中,會促進脂肪組織和骨骼肌吸收利用葡萄糖從而達到降糖的目的;在肥胖和胰島素抵抗小鼠中,apelin能夠使機體對葡萄糖耐受能力恢復(fù),增加葡萄糖的利用。通過體內(nèi)外實驗及藥理學(xué)實驗方法發(fā)現(xiàn),內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)、AMP激活的蛋白激酶(AMP-ac-tivated protein kinase,AMPK)以及絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine/threonine protein kinase,Akt)信號分子參與了小鼠比目魚肌組織中apelin對葡萄糖的吸收過程。因此,apelin可作為治療胰島素抵抗的很有前景的藥物靶位點。

    5 其他生理功能

    近年還發(fā)現(xiàn),apelin在心血管的生理和病理中也發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[3]。Apelin是一種很強的血管生長因子,不僅調(diào)節(jié)血壓,而且也調(diào)節(jié)心臟功能,具有正性變力作用。Najafipour等[28]研究發(fā)現(xiàn)長期兩腎一夾(2K1C)大鼠呈現(xiàn)出明顯的高血壓和心力衰竭,中劑量apelin-13能夠使血壓降低,發(fā)揮正性心肌收縮力的作用。Aydin等[29]通過檢測冠狀動脈旁路移植術(shù)病人的主動脈、隱靜脈和動脈組織apelin的表達,發(fā)現(xiàn)apelin-36的表達水平在心肺分流術(shù)的過程中發(fā)生了明顯變化,先降低然后升高到初始水平;apelin-36在動脈和靜脈的局部合成,因此認(rèn)為apelin-13可能是心肺分流術(shù)過程中的標(biāo)志性分子。Apelin抑制HIV病毒的入侵,參與免疫調(diào)節(jié)和炎癥反應(yīng)。Apelin對呼吸、體溫都有調(diào)節(jié)作用,對缺血/缺氧引起的腦組織損傷能起到保護作用。潘偉男等[30]發(fā)現(xiàn)apelin-13促進血管平滑肌細(xì)胞的增殖,其機制可能與apelin-APJ-PKC-ERK1/2-Cyclins信號通路有關(guān)。陳彥凡等[31]還發(fā)現(xiàn)葛根素防治低O2高CO2引起大鼠肺動脈高壓的機制可能部分與調(diào)節(jié)肺組織apelin-APJ相關(guān)。Apelin參與痛覺調(diào)節(jié),在熱甩尾小鼠痛覺模型中,中樞注射apelin-13明顯的增加了甩尾潛伏期,其鎮(zhèn)痛作用機制與APJ受體和阿片受體(尤其是mu型受體)有關(guān)[32]。在乙酸引起的小鼠內(nèi)臟痛模型中,側(cè)腦室和蛛網(wǎng)膜下腔注射apelin-13均引起鎮(zhèn)痛效應(yīng)[33]。然而,最近研究發(fā)現(xiàn)腦室注射apelin-13導(dǎo)致小鼠抑郁樣行為,該作用機制是通過kappa阿片受體介導(dǎo)的[34]。

    6 結(jié)語

    綜上所述,apelin是一種在體內(nèi)分布廣泛的多肽,它在攝食、消化、體液平衡、肥胖和糖代謝等方面都發(fā)揮著重要的生理調(diào)節(jié)功能,但其很多作用機制尚不清楚。Apelin在攝食障礙(如神經(jīng)性貪食癥)和消化疾病(如腸易激綜合癥、功能性消化不良)中的作用,以及在代謝綜合癥和糖尿病中的作用路徑仍不清楚;另外,apelin/APJ系統(tǒng)引起的第二信使受體系統(tǒng)以及它與胰島素、leptin、下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸等的相互關(guān)系仍需要進一步探究,這些都是我們今后的研究方向。Apelin/APJ系統(tǒng)已成為治療肥胖和代謝相關(guān)疾病的靶點,引起了很多學(xué)者的關(guān)注,目前對它的研究正呈上升趨勢。因此,進一步弄清apelin在能量平衡中的作用機制,篩選活性更強的apelin片段,設(shè)計抗體內(nèi)降解、活性更強的apelin類似物以及其它們在體內(nèi)安全性評價將成為今后的研究熱點。

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