富亮氨酸α-2糖蛋白-1與糖尿病血管并發(fā)癥

于菁 王秋月

1內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院血液科，呼和浩特 010050; 2中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，沈陽(yáng) 110001

糖尿病的各種血管并發(fā)癥是糖尿病常見(jiàn)的慢性并發(fā)癥，可累及全身多個(gè)器官系統(tǒng)，隨著糖尿病發(fā)病率的上升，其相關(guān)的血管并發(fā)癥給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也是糖尿病患者致殘、致死的主要原因。然而糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，至今尚未完全闡明。深入研究糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制對(duì)于其早期防治具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，富亮氨酸α-2糖蛋白(LRG)1可以在某些免疫炎性疾病及腫瘤患者的血及組織中被檢測(cè)出來(lái)，其可作為某些炎性疾病的生物學(xué)標(biāo)志甚至有代替C反應(yīng)蛋白的潛力，而近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，LRG1與糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生過(guò)程有關(guān)，現(xiàn)就LRG1及其通路與糖尿病血管并發(fā)癥的關(guān)系作一綜述。

1 LRG1的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)效應(yīng)

人LRG基因定位在19p13.3，其編碼的LRG是一種富含亮氨酸的α-2-糖蛋白，簡(jiǎn)稱富亮氨酸糖蛋白，由Haupt等[1]在1977年從人的血清中分離出來(lái)。其氨基酸序列于1985年被確定[2]。該蛋白中的312個(gè)氨基酸殘基中包含66個(gè)亮氨酸殘基。LRG1為富含亮氨酸重復(fù)序列家族中最早發(fā)現(xiàn)的成員，其相對(duì)分子量為 45 000，等電位點(diǎn)4.52～4.72。LRG1共包含 8 個(gè)富亮氨酸重復(fù)序列，每個(gè)長(zhǎng)度多為20～30個(gè)氨基酸，其首要功能是在蛋白質(zhì)的相互作用中提供一個(gè)多用的結(jié)構(gòu)框架[3]。

LRG1蛋白可以通過(guò)促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β信號(hào)通路，進(jìn)而通過(guò)依賴Smads和非依賴Smads途徑，影響TGF-β下游生物學(xué)效應(yīng)，參與異常血管生成、炎性介質(zhì)表達(dá)及釋放、腫瘤細(xì)胞凋亡、上皮細(xì)胞間質(zhì)細(xì)胞化等病理過(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)了腫瘤、自身免疫性疾病、炎性反應(yīng)等的發(fā)生、發(fā)展[4]。TGF-β1與其受體TGF-βRⅡ結(jié)合后，募集間變性淋巴瘤激酶(ALK)家族受體，形成TGF-βRⅡ/ALK復(fù)合體，激活Smads蛋白。該過(guò)程中輔助性受體內(nèi)皮素有著重要作用：(1)在輔助性受體內(nèi)皮素存在的情況下，LRG1與TGF-βRⅡ/ALK1形成LRG1-ALK1-TGF-βRⅡ-內(nèi)皮糖蛋白復(fù)合物，該復(fù)合物會(huì)激活下游Smad1/5/8通路，發(fā)揮促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移及血管生成的作用。(2)如果缺少輔助性受體內(nèi)皮素的介導(dǎo)，LRG1會(huì)與TGF-βRⅡ/ALK5結(jié)合形成LRG1-ALK5-TGF-βRⅡ復(fù)合體，該復(fù)合物會(huì)激活下游Smad2/3通路，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉積，調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞的分化，促進(jìn)體內(nèi)重要炎性介質(zhì)白細(xì)胞介素-6受體(IL-6R)及內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)[5]。

2 LRG1與糖尿病微血管病變

2.1 LRG1與糖尿病腎病 糖尿病腎病的病理改變包括腎小球硬化、腎血管病變及腎小管間質(zhì)纖維化。而LRG1作為炎性因子在糖尿病腎病中的作用越來(lái)越為學(xué)者所熟知[6]。在糖尿病腎病中LRG1被認(rèn)為是一種危險(xiǎn)因素，其可通過(guò)直接與TGF-β配體結(jié)合，激活并增強(qiáng)促血管生成的Smad1/5/8信號(hào)通路，引起腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)內(nèi)皮細(xì)胞的喪失及局部缺氧，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移、病理性血管生成及腎小球基底膜增厚，導(dǎo)致腎臟有效濾過(guò)率降低、尿蛋白和濾過(guò)障礙，促進(jìn)糖尿病腎病的進(jìn)展[7-9]。高糖產(chǎn)生的晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)可通過(guò)AGEs/TGF-β/Smads途徑，調(diào)節(jié)腎臟重要纖維化因子結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)的表達(dá)，該過(guò)程可以被過(guò)氧化物酶體增殖物活化受體(PPARs)的抑制劑所阻斷，PPARs激活可促進(jìn)糖尿病腎病病理過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，LRG1作為PPARs下游靶點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞的纖維化表型，參與糖尿病腎臟疾病的發(fā)生、發(fā)展[10-11]。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)是異常血管生成的重要調(diào)節(jié)因子，其主要在腎小球足細(xì)胞表達(dá)，其配體血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體-2(VEGFR-2)在腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)[12]。糖尿病患者腎小球中VEGF-VEGFR-2信號(hào)上調(diào)，導(dǎo)致血管生成異常和內(nèi)皮細(xì)胞增殖，這是早期糖尿病腎病發(fā)病的重要機(jī)制[13-15]。LRG1是腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中重要的血管生成因子，可通過(guò)促進(jìn)VEGF-VEGFR-2信號(hào)通路，參與糖尿病腎病早期異常血管生成[4,16]。Haku等[9]通過(guò)免疫組化分析檢測(cè)了16周齡糖尿病小鼠和非糖尿病小鼠模型腎皮質(zhì)中LRG1、VEGF、TGF-β、Ⅳ型膠原蛋白、纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)的蛋白及mRNA的表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠較非糖尿病小鼠腎小球內(nèi)皮細(xì)胞LRG1蛋白及mRNA表達(dá)明顯增加，而VEGF、TGF-β、Ⅳ型膠原蛋白、PAI-1的蛋白及mRNA的表達(dá)在二者之間并無(wú)明顯差異。而在24周齡時(shí)糖尿病小鼠LRG1、VEGF、TGF-β、Ⅳ型膠原蛋白、PAI-1的蛋白及mRNA都顯著增加。這些結(jié)果表明，LRG1表達(dá)增加較纖維化相關(guān)基因如VEGF、TGF-β、Ⅳ型膠原蛋白、PAI-1等因子出現(xiàn)更早，提示LRG1參與了更為早期的糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制。糖尿病腎小管管腔中高濃度的葡萄糖和次級(jí)代謝產(chǎn)物誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞損傷，近端腎小管上皮細(xì)胞在攝入超量葡萄糖后，可誘導(dǎo)多種細(xì)胞因子的表達(dá)和釋放，繼而引起腎小管上皮細(xì)胞增殖和肥大，導(dǎo)致尿白蛋白的增加[17]。常用的生化指標(biāo)如腎小球?yàn)V過(guò)率、血清肌酐、血尿素氮和肌酐清除率不適合檢測(cè)腎小管的改變。Lee等[18]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白尿引起的腎小管損傷的小鼠腎臟模型腎臟小管上皮細(xì)胞中含NLR家族Pyrin域蛋白3(NLRP3)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、LRG1的mRNA表達(dá)顯著上調(diào)，同時(shí)尿液LRG1、IL-1β蛋白明顯增加，說(shuō)明蛋白超負(fù)荷小鼠近端腎小管、遠(yuǎn)端腎小管和集合管損傷后均存在LRG1，提示LRG1是早期反映腎小管損傷的生物標(biāo)志物。以上研究表示LRG1能夠更早的反應(yīng)糖尿病腎病的病理過(guò)程。

2.2 LRG1與糖尿病視網(wǎng)膜病變 糖尿病視網(wǎng)膜病變?cè)鲋称诘闹饕±砀淖優(yōu)楫惓Ｑ茉錾?，LRG1是促進(jìn)血管生成的重要因子，主要參與了增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生、發(fā)展。高糖引起的氧化應(yīng)激導(dǎo)致毛細(xì)血管壁和視網(wǎng)膜細(xì)胞長(zhǎng)期處于高滲狀態(tài)，刺激血管基底膜增厚、內(nèi)皮細(xì)胞增生，進(jìn)而導(dǎo)致視網(wǎng)膜毛細(xì)血管血栓形成造成的缺氧環(huán)境，通過(guò)促進(jìn)低氧誘導(dǎo)因子-α(HIF-α)的表達(dá)，誘導(dǎo)VEGF基因而促進(jìn)血管新生，而研究發(fā)現(xiàn)該病理過(guò)程中LRG1是HIF-α重要的上游因子，可通過(guò)HIF-α促進(jìn)VEGF表達(dá)，最終致使糖尿病視網(wǎng)膜微血管瘤、新生血管的形成[19]。此外，LRG1在病理性視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜血管增生的小鼠模型表達(dá)上調(diào)，抗體阻斷LRG1可減輕脈絡(luò)膜新生血管病變的程度，證實(shí)LRG1可能是新生血管眼底疾病的潛在治療靶點(diǎn)[4]。Hase等[20]研究發(fā)現(xiàn)，增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的玻璃體中可溶性腎素受體、LRG1、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、補(bǔ)體因子D與血管黏附蛋白-1水平均高于非糖尿病特發(fā)性黃斑病患者。Chen等[21]通過(guò)對(duì)119例患者的血清分析發(fā)現(xiàn)，增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的血漿LRG1值顯著高于正常對(duì)照組、2型糖尿病非視網(wǎng)膜病變組、2型糖尿病非增殖性視網(wǎng)膜病變組，而利用受試者工作特性曲線(ROC)檢測(cè)血漿LRG1的診斷價(jià)值發(fā)現(xiàn)，血漿LRG1的ROC曲線下面積為0.786，尤登指數(shù)最大值為0.437 2，最適截止值為7 357.043 pg/ml，敏感性為81.82%，特異性為61.90%，提示LRG1有望成為增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變的風(fēng)險(xiǎn)警示標(biāo)志。LRG1主要參與了增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生、發(fā)展，而在非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變中尚未有相關(guān)研究。

3 LRG1與糖尿病大血管病變

3.1 LRG1與糖尿病周圍血管疾病 在一項(xiàng)對(duì)2 058例2型糖尿病患者的橫斷面研究中，Pek等[22]檢測(cè)了血漿LRG1與動(dòng)脈硬度、內(nèi)皮功能和糖尿病外周動(dòng)脈疾病的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在對(duì)傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素(年齡、性別、種族、腎小球?yàn)V過(guò)率、尿微量蛋白、內(nèi)皮依賴性血管擴(kuò)張、體重指數(shù)、高血壓)進(jìn)行校正后，較高的LRG1仍然是糖尿病外周動(dòng)脈疾病顯著的危險(xiǎn)因子。此外，研究發(fā)現(xiàn)LRG1與內(nèi)皮依賴性血管擴(kuò)張呈顯著負(fù)相關(guān)，這與LRG1調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)eNOS及一氧化氮相關(guān)，而與血管平滑肌細(xì)胞無(wú)關(guān)，增強(qiáng)血管舒張功能的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子通過(guò)TGF-βRⅡ-ALK5-Smad2/3通路信號(hào)在調(diào)節(jié)eNOS及一氧化氮合成調(diào)節(jié)中起重要作用，LRG1及其對(duì)內(nèi)皮素的結(jié)合作用可能抑制TGF-βRⅡ-ALK5-Smad2/3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而降低血管舒張因子一氧化氮合酶及一氧化氮的產(chǎn)生，進(jìn)而抑制內(nèi)皮素依賴性血管舒張，而內(nèi)皮素基因敲除后動(dòng)脈表現(xiàn)出明顯的eNOS表達(dá)降低，而平滑肌收縮和舒張功能與內(nèi)皮素?zé)o關(guān)，解釋了LRG1與內(nèi)皮依賴性而非獨(dú)立性血管擴(kuò)張的負(fù)相關(guān)[5]。而LRG1與血管活性物質(zhì)如內(nèi)皮素、eNOS、一氧化氮的關(guān)系仍需進(jìn)一步前瞻性研究[22]。研究發(fā)現(xiàn)，超敏C反應(yīng)蛋白及IL-6與糖尿病外周動(dòng)脈粥樣硬化和內(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng)過(guò)程有關(guān)，且由脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的前炎性因子TNF-α及IL-6在2型糖尿病患者體內(nèi)明顯升高并參與糖尿病周圍血管病變的發(fā)生。Shinzaki等[23]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)以劑量依賴性的方式給小鼠注射脂多糖可誘發(fā)急性炎性反應(yīng)，在TNF-α的刺激下，LRG1 mRNA的表達(dá)量在12～24 h內(nèi)逐漸增加，而在IL-6刺激后，LRG1 mRNA的表達(dá)量迅速增加了5倍，6 h達(dá)到最大值，同時(shí)發(fā)現(xiàn)TNF-α和IL-6對(duì)LRG1 mRNA的表達(dá)有協(xié)同作用，利用IL-6和TNF-α共同促進(jìn)的LRG1 mRNA的表達(dá)量比IL-6或TNF-α單獨(dú)誘導(dǎo)表達(dá)的LRG1 mRNA總和還高出1.5倍[19]。提示TNF-α和IL-6可通過(guò)刺激LRG1，參與糖尿病外周血管疾病的病理過(guò)程。

3.2 LRG1與糖尿病心、腦血管病變 糖尿病心、腦血管并發(fā)癥是糖尿病患者最主要的死亡原因。研究發(fā)現(xiàn)，LRG1與糖尿病患者動(dòng)脈粥樣硬化疾病及冠狀動(dòng)脈事件密切相關(guān)，且是一種新的心室功能障礙和心力衰竭的生物標(biāo)志物[24-25]。Kumagai等[26]在心力衰竭和心肌梗死后心肌重塑的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，梗死后的心肌中LRG1 mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)均上調(diào)，而在急性期LRG1的表達(dá)在24 h內(nèi)達(dá)到峰值，并與腦鈉肽具有很好的預(yù)測(cè)心力衰竭的潛能，在心肌梗死后的心肌重塑過(guò)程中，LRG1也通過(guò)TGF-β-Smad1/5/8信號(hào)通路，增加血管生成和微血管密度，在心肌梗死后的亞急性期促進(jìn)心肌重塑。同樣Song和Wang[27]發(fā)現(xiàn)，LRG1的高表達(dá)通過(guò)LRG1-ALK1-TGF-βRⅡ激活Smad 1/5/8，從而增加了內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管管腔的形成，參與心室重構(gòu)，促進(jìn)心肌梗死發(fā)生、發(fā)展，而通過(guò)基因敲除、siRNA干擾或中和抗體抑制LRG1的表達(dá)可抑制上述病理過(guò)程的發(fā)生、發(fā)展，表明LRG1在糖尿病心血管疾病的發(fā)生中有重要作用。Meng等[28]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者腦卒中后LRG1蛋白表達(dá)增多可通過(guò)招募淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞炎性細(xì)胞，進(jìn)一步促進(jìn)炎性因子如TNF-α、VEGF、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子和血小板衍生生長(zhǎng)因子亞基B的釋放，且TNF-α通過(guò)p38和核因子-κB信號(hào)使LRG1的表達(dá)增加，促進(jìn)了糖尿病患者腦卒中后血管生成和間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移。此外，研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病中樞神經(jīng)系統(tǒng)高糖神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元中的LRG1過(guò)度表達(dá)，導(dǎo)致早期神經(jīng)元衰退和神經(jīng)退行性變[29]。以上研究表明，LRG1在糖尿病心、腦血管疾病的發(fā)生中有重要作用。

綜上所述，糖尿病及糖尿病血管并發(fā)癥對(duì)人類健康的威脅是醫(yī)療工作者始終關(guān)注的問(wèn)題，探究新的治療藥物及方案，減輕患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及疾病發(fā)展尤為重要。LRG1是新發(fā)現(xiàn)的重要炎性因子，在糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程有重要作用，故抑制LRG1活性在未來(lái)糖尿病血管病變治療過(guò)程中有十分重要的意義。目前專門針對(duì)LRG1的單克隆抗體magacizumab已處于Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗(yàn)階段[30]。相信隨著LRG1及其在糖尿病血管并發(fā)癥中機(jī)制研究的不斷深入，LRG1可以為治療糖尿病血管并發(fā)癥提供新的方向及策略。