網(wǎng)膜素在神經(jīng)關(guān)聯(lián)疾病中的生物標(biāo)記物作用

史歡歡,李 斌,陳 霞,趙 寧,牛曉晨,高啟偉,李 武,史文珍*,田 曄*

(1.西北大學(xué)附屬醫(yī)院/西安市第三醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,中國(guó)陜西西安710018;2.延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院,中國(guó)陜西延安716000;3.西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,中國(guó)陜西西安710069)

網(wǎng)膜素(omentin)是一種新型的脂肪因子,由內(nèi)臟脂肪組織分泌。目前研究報(bào)道,網(wǎng)膜素參與調(diào)節(jié)胰島素活動(dòng)、血管內(nèi)皮功能、胎兒及新生兒發(fā)育等生理活動(dòng),并在肥胖、2型糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化等多種疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色[1]。近些年的研究發(fā)現(xiàn),網(wǎng)膜素參與了多種神經(jīng)關(guān)聯(lián)疾病(如腦梗死[2]、多發(fā)性硬化所致骨質(zhì)改變[3]等)的病理過程,且具有生物標(biāo)記物作用。本文主要就網(wǎng)膜素的生物學(xué)特征和生理病理功能、網(wǎng)膜素作為生物標(biāo)記物的潛能及其與神經(jīng)關(guān)聯(lián)疾病的研究予以綜述。

1 網(wǎng)膜素的生物學(xué)特性和生理病理功能

網(wǎng)膜素是2003年發(fā)現(xiàn)的一種新型脂肪因子[4]。人網(wǎng)膜素基因位于1q21.3,包含8個(gè)外顯子,7個(gè)內(nèi)含子[5]。網(wǎng)膜素存在兩種高度同源的異構(gòu)體,兩者的序列有83%的同源性,分別命名為網(wǎng)膜素1(omentin-1)和網(wǎng)膜素2(omentin-2)。血漿中網(wǎng)膜素主要以網(wǎng)膜素1的形式存在[6],因此目前的研究對(duì)象以網(wǎng)膜素1為主。網(wǎng)膜素1也曾被稱為intelectin-1(ITLN1)、腸乳鐵蛋白因子、內(nèi)皮凝集素HL-1或呋喃半乳糖結(jié)合凝集素[1]。研究發(fā)現(xiàn),網(wǎng)膜素1單體蛋白質(zhì)由313個(gè)氨基酸組成,氨基酸序列的N端存在糖基化位點(diǎn),人網(wǎng)膜素1蛋白為二硫鍵連接的三聚體,相對(duì)分子質(zhì)量為120 kD[7]。Wesener等[8]在2015年對(duì)重組的人網(wǎng)膜素1蛋白的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析,發(fā)現(xiàn)其包含2個(gè)高度折疊的β結(jié)構(gòu),這兩個(gè)β結(jié)構(gòu)被7個(gè)短α-螺旋及多個(gè)隨機(jī)卷曲結(jié)構(gòu)所包圍。

網(wǎng)膜素1蛋白的生理病理功能具有多樣性。生理學(xué)方面,網(wǎng)膜素1蛋白最初在腸道潘氏細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn),由于其能夠特異性識(shí)別微生物細(xì)胞壁中的呋喃半乳糖,所以參與了腸道細(xì)胞對(duì)微生物的防御機(jī)制[9]。同時(shí),網(wǎng)膜素1蛋白還可通過激活A(yù)kt信號(hào)增強(qiáng)胰島素刺激的葡萄糖攝入[10]。病理學(xué)方面,臨床研究顯示肥胖[11]、2型糖尿病[12]患者血漿網(wǎng)膜素1蛋白水平顯著降低,而減輕體重[13]、使用治療糖尿病的藥物(如二甲雙胍、吡格列酮)[14]后,患者血漿中網(wǎng)膜素1蛋白的水平上升,提示網(wǎng)膜素1蛋白可能參與了肥胖、2型糖尿病的病理過程。另外,網(wǎng)膜素1蛋白可抑制動(dòng)脈粥樣硬化過程中氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的泡沫細(xì)胞的形成[15]以及血管平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移和細(xì)胞外基質(zhì)的分泌[16]。相關(guān)研究報(bào)道,相對(duì)于對(duì)照組,頸動(dòng)脈、外周動(dòng)脈粥樣硬化患者血漿中的網(wǎng)膜素1蛋白水平下降[17],這表明網(wǎng)膜素1蛋白具有抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。除此之外,網(wǎng)膜素1蛋白在慢性心臟疾病[18]、結(jié)直腸癌[19]等疾病的病理過程中也發(fā)揮著作用。

2 網(wǎng)膜素作為生物標(biāo)記物的潛能及其檢測(cè)方法

生物標(biāo)記物是指可以標(biāo)記系統(tǒng)、器官、組織、細(xì)胞及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)或功能的改變或可能發(fā)生的改變的生化指標(biāo)。生物標(biāo)記物的檢測(cè)可用于疾病診斷、疾病分期、疾病進(jìn)展與預(yù)后評(píng)估。理想的生物標(biāo)記物具有高度的特異性和敏感性,濃度與損傷或者功能異常存在良好相關(guān)性,并可通過簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的方法快速檢測(cè)。

2.1 網(wǎng)膜素1作為生物標(biāo)記物的潛能

首先,網(wǎng)膜素1表達(dá)具有組織特異性。研究發(fā)現(xiàn),人網(wǎng)膜素1主要在內(nèi)臟脂肪組織的間質(zhì)血管表達(dá),也可見于心外膜脂肪、胸腺、小腸、結(jié)腸、網(wǎng)織紅細(xì)胞等,但在皮下脂肪組織及成熟的脂肪細(xì)胞中幾乎檢測(cè)不到[1]。與網(wǎng)膜素1不同,人網(wǎng)膜素2僅在小腸中有發(fā)現(xiàn)[11]。其次,血漿網(wǎng)膜素1的蛋白質(zhì)水平與多種生理病理指標(biāo)都具有良好的相關(guān)性。血漿網(wǎng)膜素1的水平與飽和脂肪酸攝入量、體重指數(shù)、胰島素抵抗、總膽固醇濃度、瘦素濃度和收縮壓呈負(fù)相關(guān),而與脂聯(lián)素濃度、高密度脂蛋白濃度呈正相關(guān)[16]。再者,網(wǎng)膜素1表達(dá)具有疾病特異性,且與疾病的臨床分型及嚴(yán)重程度相關(guān)。例如：相對(duì)于正常人群,肥胖人群中血漿網(wǎng)膜素1的蛋白質(zhì)水平及內(nèi)臟脂肪組織中網(wǎng)膜素的基因表達(dá)量下降[11];與正常胃粘膜組織相比,胃癌組織中網(wǎng)膜素1的轉(zhuǎn)錄本增加,且腸型胃癌組織中網(wǎng)膜素1基因的表達(dá)水平高于彌漫性胃癌中網(wǎng)膜素1基因的表達(dá)水平[20];Jung等[21]的研究則發(fā)現(xiàn),血漿網(wǎng)膜素1的濃度與心臟自主神經(jīng)病變的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。除此之外,血漿網(wǎng)膜素1蛋白自身也具備生物標(biāo)記物的特性。體外研究證實(shí)網(wǎng)膜素1在哺乳動(dòng)物網(wǎng)織紅細(xì)胞的半衰期約為30 h[5]。雖然網(wǎng)膜素1在血漿中的半衰期暫不明確,但研究顯示血漿中的網(wǎng)膜素1蛋白在-80℃環(huán)境下反復(fù)凍融后仍可檢出[22],提示其在血漿中穩(wěn)定存在。該特性滿足了網(wǎng)膜素1蛋白的檢測(cè)穩(wěn)定性。而且,血漿檢測(cè)網(wǎng)膜素1蛋白具有損傷小、取材便利的特點(diǎn),易檢性得到了保障。

2.2 網(wǎng)膜素1的檢測(cè)方法

建立準(zhǔn)確的網(wǎng)膜素1檢測(cè)方法是網(wǎng)膜素1能否成為生物標(biāo)記物的關(guān)鍵。理想的網(wǎng)膜素1檢測(cè)方法應(yīng)該具備高準(zhǔn)確度、高靈敏度、多樣本處理并可進(jìn)行量化分析的特點(diǎn),同時(shí)檢測(cè)設(shè)備應(yīng)操作簡(jiǎn)單并且價(jià)格適中?，F(xiàn)階段,網(wǎng)膜素1檢測(cè)方法包括：酶聯(lián)免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)[12]、實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(real-time polymerase chain reaction,RT-PCR)[23]、定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(quantitative reverse transcription polymerase chain reaction,qRT-PCR)[11]等。其中,RT-PCR和qRT-PCR雖然靈敏度和產(chǎn)出率較高,但操作復(fù)雜、對(duì)設(shè)備的要求性高,多見于實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模的臨床研究應(yīng)用。ELISA是常用的檢測(cè)技術(shù)之一,其將抗原與抗體的特異性反應(yīng)與酶對(duì)底物的高效催化作用結(jié)合起來,通過顯色所得的吸光值實(shí)現(xiàn)樣品定量、半定量的快速檢測(cè)。ELISA具有價(jià)格相對(duì)便宜、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用相對(duì)廣泛。目前已具有商品化的抗人網(wǎng)膜素1 ELISA檢測(cè)試劑盒,所檢測(cè)到的健康人群中血漿網(wǎng)膜素1的水平為5～800 ng/mL[16],人群中網(wǎng)膜素1的血漿水平在女性高于男性[24],但尚無數(shù)據(jù)對(duì)該商品化試劑盒檢測(cè)血漿網(wǎng)膜素1水平的準(zhǔn)確度及靈敏度進(jìn)行評(píng)估,臨床亦尚未見大規(guī)模應(yīng)用?？偟膩碇v,目前建立的網(wǎng)膜素1檢測(cè)方法各有利弊,其中以ELISA檢測(cè)試劑盒較為適宜臨床,但在準(zhǔn)確度及靈敏度方面,仍需進(jìn)一步的研究探索和臨床檢測(cè)。

3 網(wǎng)膜素1與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)系

網(wǎng)膜素1雖然在內(nèi)臟脂肪組織選擇性高表達(dá),但在其他組織中也有少量表達(dá)。Shin等[25]發(fā)現(xiàn)在腸道上皮細(xì)胞表達(dá)的網(wǎng)膜素1蛋白可充當(dāng)乳鐵蛋白受體,參與機(jī)體的鐵代謝,因此網(wǎng)膜素1也曾被命名為腸乳鐵蛋白受體。目前雖無相關(guān)研究明確顯示網(wǎng)膜素1蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá),但Faucheux等[26]發(fā)現(xiàn),神經(jīng)元(胞體、樹突及軸突)中存在乳鐵蛋白受體的表達(dá),其參與神經(jīng)元的鐵代謝。除此之外,Talukder等[27]也在新生小牛的脈絡(luò)叢中發(fā)現(xiàn)了乳鐵蛋白受體。雖然存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的乳鐵蛋白受體與腸乳鐵蛋白受體都參與鐵代謝,但二者是否為同一物質(zhì)仍需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探索。

3.1 網(wǎng)膜素1與腦梗死

腦梗死又稱缺血性腦卒中,是指各種原因所致腦部血液供應(yīng)障礙,導(dǎo)致局部腦組織缺血、缺氧性壞死,從而出現(xiàn)相應(yīng)神經(jīng)功能缺損的一類臨床綜合征[28]。數(shù)據(jù)顯示,缺血性腦梗死占到全部卒中病例的70%～90%[29],具有高死亡率、高致殘率和高再發(fā)率的特點(diǎn)[30]。目前,腦梗死的臨床診斷及預(yù)后評(píng)估主要依據(jù)影像學(xué)資料及臨床癥狀,具有一定滯后性,因此從基因及分子水平尋求腦梗死早期診斷及預(yù)后評(píng)估的生物標(biāo)記物尤為重要。一項(xiàng)來自歐洲營(yíng)養(yǎng)及癌癥前瞻性調(diào)查隊(duì)列的研究發(fā)現(xiàn),在調(diào)整了性別、年齡、腰圍、吸煙史、飲酒史、高血壓、糖尿病、高密度脂蛋白、總膽固醇、甘油三酯水平等常見風(fēng)險(xiǎn)因素后,隨著血漿網(wǎng)膜素1蛋白濃度的增高,隊(duì)列人群發(fā)生腦梗死的風(fēng)險(xiǎn)增加,提示血漿網(wǎng)膜素1蛋白濃度升高可能會(huì)增加腦梗死的發(fā)生率[2]。而另外一項(xiàng)針對(duì)266名急性腦梗死患者隨訪3個(gè)月的研究發(fā)現(xiàn),在調(diào)整了性別、血糖、吸煙史、中風(fēng)史、高血壓史等因素后,相對(duì)于對(duì)照組,處于血漿高網(wǎng)膜素1蛋白水平的急性腦梗死患者發(fā)生不良功能結(jié)局的風(fēng)險(xiǎn)較低[30]。由此可見,血漿網(wǎng)膜素1蛋白濃度不僅在腦梗死的早期診斷具有參考意義,也可用來做疾病的預(yù)后評(píng)估。

在病理學(xué)研究中,Gu等[31]發(fā)現(xiàn),網(wǎng)膜素1蛋白可增加小鼠腦梗死區(qū)內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量,繼而促進(jìn)血運(yùn)重建,并可通過促進(jìn)Akt/eNOS磷酸化而發(fā)揮抗神經(jīng)細(xì)胞凋亡的作用。Zhao等[32]發(fā)現(xiàn)網(wǎng)膜素1蛋白可通過活化Akt信號(hào)促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的生長(zhǎng),而神經(jīng)干細(xì)胞可自我更新并分化為神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,參與神經(jīng)損傷的修復(fù),這提示網(wǎng)膜素1蛋白在促進(jìn)神經(jīng)損傷修復(fù)方面發(fā)揮作用。綜上可知,網(wǎng)膜素1蛋白可能是腦梗死病情診斷及評(píng)估的可靠分子標(biāo)記物;檢測(cè)血漿網(wǎng)膜素1蛋白不僅可為腦梗死的臨床診斷、病情評(píng)估提供有效信息,還可避免反復(fù)多次的影像學(xué)檢查,更易被病人接受。

3.2 網(wǎng)膜素1與成神經(jīng)細(xì)胞瘤

成神經(jīng)細(xì)胞瘤(neuroblastoma,NB)是由交感神經(jīng)系統(tǒng)的原始細(xì)胞衍生的腫瘤,為兒童最為常見的顱外腫瘤,其致死率占到兒童腫瘤死亡率的15%[33]。研究發(fā)現(xiàn),在NB組織和細(xì)胞系中,網(wǎng)膜素1蛋白的表達(dá)量下降,而體外給予和體內(nèi)過表達(dá)網(wǎng)膜素1蛋白均可抑制NB細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲和新陳代謝[34]。進(jìn)一步的研究則發(fā)現(xiàn),網(wǎng)膜素1蛋白對(duì)NB的抑制作用是通過上調(diào)N-myc下游調(diào)節(jié)基因2(N-myc downstream-regulated gene 2,NDRG2)實(shí)現(xiàn)的[34]。NDRG2被證實(shí)在多種腫瘤(如乳腺癌、肝癌、結(jié)直腸癌)中表達(dá)下調(diào),具有抑制腫瘤生長(zhǎng)、侵襲及新陳代謝的功能[35]。在NB細(xì)胞系SH-SY5Y、SK-N-BE(2)和SK-N-SH中人們發(fā)現(xiàn),網(wǎng)膜素1可上調(diào)NDRG2的表達(dá)水平,從而引起其下游信號(hào)分子血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metallopeptidase 9,MMP-9)表達(dá)下降[34]。VEGF是介導(dǎo)新生血管形成的關(guān)鍵因素,其不僅能促進(jìn)腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的募集和增殖,還可促進(jìn)宿主的腫瘤鄰近血管向腫瘤血管轉(zhuǎn)化[36]。MMP-9是基質(zhì)金屬蛋白酶家族中的一員,具有降解和重塑細(xì)胞外基質(zhì)的作用。研究發(fā)現(xiàn),MMP-9介導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)和血管基底膜的降解可促進(jìn)早期腫瘤微環(huán)境的形成,并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移和腫瘤血管的生成[37]?；谝陨闲畔⒖芍?網(wǎng)膜素1蛋白通過下調(diào)VEGF、MMP-9的表達(dá)水平從而抑制NB病理進(jìn)展。除此之外,網(wǎng)膜素1蛋白還可增強(qiáng)NDRG2相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子 Krüppel樣因子 4(krüppel-like factor 4,KLF4)的表達(dá),繼而上調(diào)NDRG2的表達(dá)[34]。臨床研究發(fā)現(xiàn),在年齡小于1歲、分化良好、核分裂指數(shù)較低和I期的NB患者中,網(wǎng)膜素1表達(dá)較高,且高網(wǎng)膜素1表達(dá)水平的NB患者具有更高的生存概率[34]。因此,網(wǎng)膜素1在NB的發(fā)生、進(jìn)展中發(fā)揮著重要的作用,檢測(cè)血漿中網(wǎng)膜素1蛋白的表達(dá)水平或?qū)榕R床NB的診斷、預(yù)后評(píng)估提供參考意義。

3.3 網(wǎng)膜素1與多發(fā)性硬化的骨質(zhì)改變

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)是免疫介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性炎性脫髓鞘性疾病,是一種自身免疫性紊亂疾病。MS患者常因骨量減少、維生素D不足等伴發(fā)骨質(zhì)疏松和骨折[38]。最近的一項(xiàng)納入35名復(fù)發(fā)-緩解型MS的病例對(duì)照研究顯示,相對(duì)于正常對(duì)照組,MS患者組血漿網(wǎng)膜素1蛋白水平較高,且血漿網(wǎng)膜素1蛋白濃度與MS患者股骨頸骨礦物質(zhì)密度呈正相關(guān),這種相關(guān)性在調(diào)整了年齡、體重指數(shù)和2,5-羥維生素D水平后依然存在[3]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),網(wǎng)膜素1蛋白可通過激活PI3K/Akt信號(hào)通路促進(jìn)人成骨細(xì)胞增殖[39]。成骨細(xì)胞可以產(chǎn)生骨質(zhì),后者可分泌多種細(xì)胞因子,調(diào)節(jié)骨組織的形成和吸收,促進(jìn)骨組織鈣化[40]。以上信息提示,MS患者發(fā)生骨質(zhì)改變時(shí),機(jī)體啟動(dòng)“防御”機(jī)制,分泌網(wǎng)膜素1蛋白以增加骨礦物質(zhì)密度?？偟膩碇v,血漿網(wǎng)膜素1蛋白與MS患者股骨頸骨礦物質(zhì)密度的良好相關(guān)性,或可使其成為評(píng)估臨床MS患者骨代謝的有效生物標(biāo)記物。

4 展望

網(wǎng)膜素1蛋白通過影響內(nèi)皮細(xì)胞功能、抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞生長(zhǎng)等參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展?；诖?有學(xué)者認(rèn)為,網(wǎng)膜素1蛋白可能在缺血性腦梗死所致的血管性癡呆以及阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性病變中發(fā)揮著重要作用[14]。除此之外,研究發(fā)現(xiàn),血漿網(wǎng)膜素1參與機(jī)體能量平衡的維持、葡萄糖代謝、心血管保護(hù)、抗炎及氧化應(yīng)激等生理病理過程,并在肥胖、糖尿病、代謝綜合征、動(dòng)脈粥樣硬化、缺血性心臟病、炎癥性疾病和癌癥等疾病中扮演著重要角色[16]。因此,血漿網(wǎng)膜素1蛋白在作為疾病生物標(biāo)記物方面具有廣闊空間。目前網(wǎng)膜素1蛋白的研究尚處在起步階段,其作用的受體及在疾病中的具體分子機(jī)制還不甚明了。想要使網(wǎng)膜素1蛋白成為一種理想的神經(jīng)相關(guān)疾病的生物標(biāo)記物,還需進(jìn)一步明確其在正常人群血漿中的表達(dá)水平、與疾病診斷及預(yù)后評(píng)估的關(guān)聯(lián)程度等。此外,開發(fā)高準(zhǔn)確度、高敏感度及可操作的血漿網(wǎng)膜素1蛋白水平的檢測(cè)方法也是目前亟待解決的問題。