Betatrophin是一種新的糖脂代謝影響因子

田清平，唐朝樞，龐永正，劉梅林*

(北京大學(xué)第一醫(yī)院1.老年病內(nèi)科;2.心血管疾病研究所，北京100034)

隨著生活水平的提高，肥胖、糖尿病和脂代謝紊亂等已成為威脅人類(lèi)健康的重要問(wèn)題。盡管治療藥物層出不窮，依然未能徹底解決這一問(wèn)題。深入研究此類(lèi)疾患的發(fā)病機(jī)制，找到新的治療靶點(diǎn)，是各國(guó)學(xué)者潛心鉆研的努力方向。

近兩年，不同的研究團(tuán)隊(duì)先后報(bào)道了一個(gè)新的影響糖脂代謝的因子，并根據(jù)各自研究發(fā)現(xiàn)該因子的特點(diǎn)給予不同命名，包括Betatrophin［1］、Lipasin(lipase inhibition)［2］、RIFL(refeeding induced in fat and liver)［3］、和ANGPTL8(angiopoietin-like protein8，血管生成素樣蛋白8)［4］。這個(gè)因子的基因名稱(chēng)是Gm6484(小鼠)和C19orf80(人)。人類(lèi)Betatrophin 基因定位于染色體19p13.2，鼠類(lèi)該基因定位于9 號(hào)染色體?；蚓幋a的蛋白質(zhì)有198 個(gè)氨基酸。Betatrophin 是高度保守的基因，人類(lèi)Betatrophin 氨基酸序列與鼠類(lèi)有73%同源性，82%相似性［3］。多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)Betatrophin 主要表達(dá)在肝臟和脂肪組織。

由于肝臟和脂肪組織與糖脂代謝關(guān)系密切，迄今為止研究大多集中于Betatrophin 對(duì)糖脂代謝的影響方面。本文就其主要特點(diǎn)及影響糖脂代謝的相關(guān)研究進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 Betatrophin 與糖代謝

針對(duì)糖尿病不同發(fā)病機(jī)制的治療藥物不斷研發(fā)成功，迄今為止卻并沒(méi)有根治方法。但無(wú)論是1 型還是2 型糖尿病，盡管發(fā)病機(jī)制不同，都能從補(bǔ)充β細(xì)胞的治療中獲益。將增加β 細(xì)胞復(fù)制率、增加β細(xì)胞群數(shù)目作為治療靶點(diǎn)，為糖尿病的治療開(kāi)拓了新視野［5-7］。

使用胰島素受體拮抗劑(S961)導(dǎo)致急性外周胰島素抵抗而建立的小鼠胰島素抵抗模型［1］中，出現(xiàn)劑量依賴(lài)性的β 細(xì)胞增殖和高血糖。利用這一模型和基因芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)哺乳動(dòng)物高度保守的基因，命名為Betatrophin。給予S961 后，Betatrophin 在肝臟表達(dá)上調(diào)4 倍，在脂肪組織表達(dá)上調(diào)3倍。Betatrophin 是一個(gè)分泌性蛋白質(zhì)，在人血漿中亦能檢測(cè)到。給小鼠注射質(zhì)粒介導(dǎo)的Betatrophin 可使β 細(xì)胞增殖率上升達(dá)17 倍。對(duì)照組β 細(xì)胞增殖率為0.27%，Betatrophin 注射組平均增殖率為4.6%，最大增殖率可達(dá)8.8%，與對(duì)照組相比增加達(dá)33 倍，并最終使胰島增大，胰島素含量增加，糖耐受性改善［8］。對(duì)于Betatrophin 受體和其他輔助因子的研究將有助于我們了解Betatrophin 促進(jìn)β 細(xì)胞增殖的機(jī)制。

Betatrophin 可調(diào)控β 細(xì)胞增殖和胰島的增大，為糖尿病治療提供了新靶點(diǎn)。在對(duì)1 型糖尿病患者的研究中，入選33 例1 型糖尿病患者和年齡匹配的24例健康對(duì)照，用ELISA 法測(cè)定空腹Betatrophin 水平。1 型糖尿病患者Betatrophin 水平(約600 pg/mL)是對(duì)照組(約300 pg/mL)的2 倍。在糖尿病患者中，Betatrophin 水平與體重指數(shù)有負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)，與年齡、發(fā)病年齡、患病時(shí)間、糖化血紅蛋白、空腹血糖、胰島素需要量、三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇和總膽固醇無(wú)相關(guān)性。在對(duì)照組中，Betatrophin 水平與年齡相關(guān)，但與體重指數(shù)、糖化血紅蛋白、空腹血糖、三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇和總膽固醇無(wú)相關(guān)性［9］。1 型糖尿病患者Betatrophin 水平升高，表明依然有刺激β 細(xì)胞增殖的因素，但并不足以對(duì)抗后期胰島功能的衰竭［10-11］。如果未來(lái)使用Betatrophin治療1 型糖尿病，可能需要超過(guò)生理劑量的高劑量或合并免疫調(diào)節(jié)治療才可能有效。

Betatrophin 對(duì)β 細(xì)胞作用方面的研究結(jié)果也不完全一致。有研究檢測(cè)了S961 對(duì)于人胰島β 細(xì)胞的作用［12］。盡管小鼠β 細(xì)胞無(wú)論是在胰腺原位還是移植到腎被膜下，在S961 作用下都會(huì)出現(xiàn)DNA復(fù)制顯著增加，但人β 細(xì)胞卻無(wú)類(lèi)似反應(yīng)。還有研究發(fā)現(xiàn)ANGPTL8 敲除小鼠比野生型體質(zhì)量增長(zhǎng)緩慢，脂肪組織減少，空腹?fàn)顟B(tài)ANGPTL8 敲除小鼠三酰甘油水平與野生型無(wú)差異，但再投喂后三酰甘油水平明顯低于野生型小鼠，在糖代謝方面，無(wú)論是普通飼料還是高脂飲食，ANGPTL8 敲除小鼠與野生型的血糖或胰島素水平都無(wú)顯著差異［13］。因此，Betatrophin對(duì)糖代謝的影響及可能機(jī)制還需深入研究，將其作為糖尿病治療手段還需更多研究的支持。

2 Betatrophin 與脂代謝

該因子能被禁食后再投喂誘導(dǎo)，高表達(dá)于脂肪和肝臟，所以命名該因子為RIFL(refeeding induced in fat and liver)［3］。研究發(fā)現(xiàn)，3T3 L1 脂肪細(xì)胞分化時(shí)RIFL 轉(zhuǎn)錄增加100 倍以上，鼠和人脂肪細(xì)胞原代培養(yǎng)亦可誘導(dǎo)RIFL 轉(zhuǎn)錄增加，RIFL 敲除會(huì)減少脂肪細(xì)胞分化，表現(xiàn)為三酰甘油含量減少;小鼠RIFL mRNA 在白色脂肪、棕色脂肪和肝臟表達(dá);在ob/ob 肥胖小鼠模型的白色脂肪中RIFL 表達(dá)增加;在3T3 L1 脂肪細(xì)胞中胰島素可誘導(dǎo)RIFL mRNA 表達(dá)，而刺激脂類(lèi)分解的因素，如Dibutyryl-cAMP、毛喉素(forskolin)和異丙腎上腺素，會(huì)抑制RIFL mRNA 表達(dá)。這些研究表明，RIFL 對(duì)于脂肪細(xì)胞的功能和脂代謝調(diào)節(jié)起重要作用。

ANGPTL 蛋白家族有7 個(gè)成員ANGPTL1-7，它們具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，包括N 末端卷曲螺旋結(jié)構(gòu)、C末端纖維蛋白原樣區(qū)域及信號(hào)肽部分。其中ANGPTL3和ANGPTL4 因其在脂代謝中的作用而備受關(guān)注，它們參與禁食和再投喂?fàn)顟B(tài)下的脂代謝，有抑制脂肪酶(lipase，LPL)作用［14-16］。兩者過(guò)表達(dá)都能導(dǎo)致高三酰甘油血癥，反之基因突變二者功能缺失都會(huì)使三酰甘油水平降低［17-18，19-22］。ANGPTL8［4］，即Betatrophin，表達(dá)于小鼠肝臟、白色脂肪、棕色脂肪和腎上腺，在人類(lèi)表達(dá)于肝臟、白色脂肪和腦，在循環(huán)中也可以測(cè)到。ANGPTL8 有與ANGPTL3 的N 末端類(lèi)似的功能，與ANGPTL4 也有同源區(qū)域，而該區(qū)域與ANGPTL4 和LPL 結(jié)合有關(guān)［2，23］。無(wú)論小鼠還是人，禁食可降低ANGPTL8 表達(dá)，而再投喂升高其表達(dá)。腺病毒介導(dǎo)的ANGPTL8過(guò)表達(dá)可升高血漿三酰甘油水平，但是在ANGPTL3敲除小鼠模型中此作用消失，提示ANGPTL8 是與ANGPTL3 聯(lián)合作用的，部分機(jī)制可能與促進(jìn)ANGPTL3的剪切有關(guān)。

用RNA-seq 方法研究禁食24 h 和高脂飲食3個(gè)月小鼠的肝臟和脂肪，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)受營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)調(diào)節(jié)的基因，命名為L(zhǎng)ipasin，因其具有抑制LPL 作用［2］。該研究發(fā)現(xiàn)Lipasin 在小鼠肝臟和脂肪中高表達(dá)，特別是棕色脂肪。在人類(lèi)主要表達(dá)于肝臟。高脂飲食顯著增加Lipasin 在肝臟表達(dá)，而禁食明顯抑制其表達(dá)。給小鼠注射腺病毒介導(dǎo)的Lipasin，使其在肝臟高表達(dá)，發(fā)現(xiàn)血三酰甘油水平升高達(dá)5 倍。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Lipasin 可抑制脂肪酶活性。

不同研究團(tuán)隊(duì)用不同方法先后發(fā)現(xiàn)了Betatrophin，幾項(xiàng)研究結(jié)果都表明Betatrophin 是一種調(diào)節(jié)三酰甘油水平的因子，在肝臟、脂肪中高表達(dá)，在人類(lèi)的血漿中亦能檢測(cè)到。禁食抑制其表達(dá)，降低血三酰甘油水平，再投喂或腺病毒介導(dǎo)其高表達(dá)可升高三酰甘油水平。

但是幾項(xiàng)研究結(jié)果也存在差異。首先是組織表達(dá)方式，有研究認(rèn)為Betatrophin 在小鼠肝臟、白色脂肪和棕色脂肪表達(dá)水平近似，還表達(dá)于腎上腺，也有研究認(rèn)為，Betatrophin 在小鼠主要表達(dá)在肝臟和棕色脂肪，在白色脂肪表達(dá)相對(duì)少;有研究發(fā)現(xiàn)人類(lèi)Betatrophin 主要表達(dá)在肝臟，少量表達(dá)于白色脂肪，而還有研究則認(rèn)為Betatrophin 在人類(lèi)白色脂肪中表達(dá)較高，在腦也有表達(dá)。Betatrophin 對(duì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)非常敏感，不同研究中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)條件不同可能是產(chǎn)生分歧的原因之一［23］。

另一個(gè)差異是在部分研究中，Betatrophin 通過(guò)促進(jìn)ANGPTL3 剪切，釋放其N(xiāo) 末端區(qū)域，參與脂肪代謝。由于以往對(duì)ANGPTL3 的研究表明其與脂肪細(xì)胞直接結(jié)合并促進(jìn)脂解作用，如果ANGPTL3 的N末端發(fā)揮這一功能，那么推測(cè)Betatrophin 具有促進(jìn)脂解作用。但是其他學(xué)者研究中Betatrophin 本身具有脂肪生成作用。如何解釋這一矛盾之處有待進(jìn)一步研究。

由于對(duì)膽固醇生理合成途徑深入研究，研發(fā)了有效降低膽固醇和心血管風(fēng)險(xiǎn)的他汀類(lèi)藥物，但是對(duì)于高三酰甘油的治療還缺乏非常有效的藥物。由于LPL 是脂肪酸攝取的限速酶，Betatrophin 作為L(zhǎng)PL 抑制劑，可能成為脂代謝的重要調(diào)節(jié)因素和治療靶點(diǎn)［5］。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

糖脂代謝紊亂是心腦血管疾病的重要危險(xiǎn)因素，Betatrophin 作為新發(fā)現(xiàn)的影響糖脂代謝的因子可能成為有效的治療手段之一，但其具體作用機(jī)制、影響因素等還有待更深入的研究。

［1］Yi P，Park JS，Meltom AD.Betatrophin:a hormone that controls pancreatic β cell proliferation［J］.Cell，2013，153:747-758.

［2］Zhang R.Lipasin.A novel nutritionally-regulated liver-enriched factor that regulates serum triglyceride levels［J］.Biochem Biophys Res Commun，2012，424:786-792.

［3］Ren G，Kim JY，Smas CM.Identification of RIFL，a novel adipocyte-enriched insulin target gene with a role in lipid metabolism［J］.Am J Physiol Endocrinol Metab，2012，303:E334-E351.

［4］Quagliarini F，Wang Y，Kozlitina J，et al.Atypical angiopoietin-like protein that regulates ANGPTL3［J］.PANS，2012，109:19751-19756.

［5］Ouaamari EA，Kawamori D，Dirice E，et al.Liver-derived systemic factors drive beta cell hyperplasia in insulin-resistant states［J］.Cell Rep，2013，3:401-410.

［6］Ashcroft FM，Rorsman P.Diabetes mellitus and the beta cell:the last ten years［J］.Cell，2012，148:1160-1171.

［7］Araujo TG，Oliveira AG，Carvalho BM，et al.Hepatocyte growth factor plays a key role in insulin resistance associated compensatory mechanisms［J］.Endocrinology，2012，153:5760-5769.

［8］Kugelberg E.Diebetes:Betatrophin-inducing β-cell expansion to treat diabetes mellitus［J］.Nature Rev Endocrinology，2013，9:379.

［9］Espes D，Lau J，Carlsson PO.Increased circulating levels of betatrophin in individuals with long-standing type 1 diabetes［J］.Diabetologia，2014，57:50-53.

［10］Keenan HA，Sun JK，Levine J，et al.Residual insulin production and pancreatic ss-cell turnover after 50 years of diabetes:Joslin Medalist Study［J］.Diabetes，2010，59:2846-2853.

［11］Willcox A，Richardson SJ，Bone AJ，et al.Evidence of increased islet cell proliferation in patients with recent onset type 1 diabetes［J］.Diabetologia，2010，53:2020-2028.

［12］Jiao Y，Le LJ，Yu M，et al.Elevated mouse hepatic betatrophin expression does not increase human beta-cell replication in the transplant setting［J］.Diabetes，2014，63:1283.

［13］Wang Y，Quagliarini F，Gusarova V，et al.Mice lacking ANGPTL8 (Betatrophin)manifest disrupted triglyceride metabolism without impaired glucose homeostasis［J］.PANS，2013，110:16109-16114.

［14］Mattijssen F，Kersten S.Regulation of triglyceride metabolism by Angiopoietinlike proteins［J］.Biochim Biophys Acta，2012，1821:782-789.

［15］Lei X，Shi F，Basu D，et al.Proteolytic processing of angiopoietin-like protein 4 by proprotein convertases modulates its inhibitory effects on lipoprotein lipase activity［J］.J Biol Chem，2011，286:15747-15756.

［16］Lee EC，Desai U，Gololobov G，et al.Identification of a new functional domain in angiopoietin-like 3 (ANGPTL3)and angiopoietin-like 4 (ANGPTL4)involved in binding and inhibition of lipoprotein lipase (LPL)［J］.J Biol Chem，2009，284:13735-13745.

［17］Shimamura M，Matsuda M，Yasumo H，et al.Angiopoietin-like protein3 regulates plasma HDL cholesterol through suppression of endothelial lipase［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2007，27:366-372.

［18］Musunuru K，Pirruccello JP，Do R，et al.Exome sequencing，ANGPTL3 mutations，and familial combined hypolipidemia［J］.N Engl J Med，2010，363:2220-2227.

［19］Oike Y，Tabata M.Angiopoietin-like proteins-potential therapeutic targets for metabolic syndrome and cardiovascular disease［J］.Circ J 2009，73:2192-2197.

［20］Miida T，Hirayama S.Impacts of angiopoietin-like proteins on lipoprotein metabolism and cardiovascular events［J］.Curr Opin Lipidol，2010，21:70-75.

［21］Mattijssen F，Kersten S.Regulation of triglyceride metabolism by Angiopoietin-like proteins［J］.Biochim Biophys Acta，2012，1821:782-789.

［22］Romeo S，Yin W，Kozlitina J，et al.Rare loss-of-function mutations in ANGPTL family members contribute to plasma triglyceride levels in humans［J］.J Clin Invest，2009，119:70-79.

［23］Zhang R，Abou-Samra AB.Emerging roles of lipasin as a critical lipid regulator［J］.Biochem Biophys Res Commun，2013，432:401-405.