血管生成素樣蛋白在脂質(zhì)代謝和心血管疾病中功能和機(jī)制的研究進(jìn)展

曹 玲，周 華

三酰甘油是脂質(zhì)的組成成分，富含三酰甘油的脂蛋白(triglyceride-rich lipoproteins，TRLs)被脂蛋白脂肪酶水解產(chǎn)生非酯化的甘油和脂肪酸被組織攝取利用。因此，脂蛋白脂酶的功能和活性正常對(duì)維持血漿三酰甘油水平至關(guān)重要。脂蛋白脂酶在實(shí)質(zhì)細(xì)胞(如肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞)中合成，以同源二聚體活性形式存在，之后分泌到細(xì)胞間隙從基底外側(cè)上皮轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入毛細(xì)血管腔開始水解過程，脂蛋白脂酶在這一過程中受到多種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，如載脂蛋白C、糖基磷脂酰肌醇高密度脂蛋白結(jié)合蛋白1(GPIHBP1)、血管生成素樣蛋白家族等。血管生成素樣蛋白是近年來新發(fā)現(xiàn)的，與血管生成素結(jié)構(gòu)相似，但不能與血管生成素的酪氨酸激酶受體結(jié)合的分泌型糖蛋白，表明血管生成素樣蛋白家族具有不同功能。迄今為止，血管生成素樣蛋白家族共發(fā)現(xiàn)血管生成素樣蛋白1～血管生成素樣蛋白8的8個(gè)家族成員，雖然它們有相似的結(jié)構(gòu)，但具有不同的生理功能。其中血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8通過抑制脂蛋白脂酶活性參與三酰甘油代謝調(diào)節(jié)，認(rèn)為與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)[1]。現(xiàn)綜述血管生成素樣蛋白在脂質(zhì)代謝及心血管疾病中功能和機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展，以探尋高三酰甘油血癥及相關(guān)心血管疾病的新型生物標(biāo)志物及潛在治療靶點(diǎn)。

1 血管生成素樣蛋白

血管生成素樣蛋白因結(jié)構(gòu)類似于血管生成素而得名，這些成員均包括幾個(gè)共同的結(jié)構(gòu)域，包括氨基端(N端)信號(hào)肽、N端螺旋卷曲結(jié)構(gòu)域(coiled-coil domain，CCD)、羧基端(C端)纖維蛋白原樣結(jié)構(gòu)域(fibrinogen-like domain，F(xiàn)LD)和連接區(qū)[2]，血管生成素樣蛋白8因缺乏FLD認(rèn)為是血管生成素樣蛋白家族的不典型成員。盡管它們有共同的結(jié)構(gòu)，但8個(gè)家族成員具有不同的生理功能，在血管生成、干細(xì)胞擴(kuò)張、炎癥、組織重塑和脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著不同的作用。血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8的共同特征是參與脂質(zhì)代謝。

血管生成素樣蛋白3是由7個(gè)外顯子組成，其中4個(gè)外顯子位于C末端，編碼FLD。血管生成素樣蛋白3中N末端CCD中保守的12個(gè)氨基酸共有序列與血管生成素樣蛋白4高度同源。血管生成素樣蛋白3在C端FLD和N端CCD區(qū)之間的連接區(qū)被裂解，裂解后釋放的CCD片段抑制脂蛋白脂酶，導(dǎo)致血漿三酰甘油水平升高。血管生成素樣蛋白3以全長和截?cái)嘈问皆谘獫{中循環(huán)，N-末端結(jié)構(gòu)域釋放較全長血管生成素樣蛋白3可有效地抑制脂蛋白脂酶活性[3]。血管生成素樣蛋白3在人體中僅表達(dá)于肝臟，在小鼠中于肝臟、肺及腎臟中表達(dá)。

人類進(jìn)化上高度保守的血管生成素樣蛋白4是由406個(gè)氨基酸組成。血管生成素樣蛋白4是一種不同于血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8的同源寡聚物。全長血管生成素樣蛋白4(f-血管生成素樣蛋白4)被幾種前蛋白轉(zhuǎn)化酶(PCs)裂解后釋放C端FLD，產(chǎn)生N-末端(n-血管生成素樣蛋白4)和C-末端(c-血管生成素樣蛋白4)，只有f-血管生成素樣蛋白4和n-血管生成素樣蛋白4抑制脂蛋白脂酶，與脂質(zhì)代謝相關(guān)，c-血管生成素樣蛋白4主要與血管生成相關(guān)。血管生成素樣蛋白4在循環(huán)中的全長形式和截?cái)嘈问娇赡苁墙M織特異性的，如全長形式主要分布在白色脂肪組織中，而肝臟分泌的主要是截?cái)嘈问?。血管生成素樣蛋?在小鼠中主要于脂肪組織高表達(dá)，在人類中高表達(dá)于肝臟，脂肪組織中血管生成素樣蛋白4表達(dá)產(chǎn)物僅占肝臟的10%，其次表達(dá)于脂肪組織、胎盤、小腸、心臟等。血管生成素樣蛋白4在分泌前形成二聚體和四聚體，而分泌后在典型的前體蛋白轉(zhuǎn)化酶裂解位點(diǎn)發(fā)生裂解[4]。裂解后，N端片段寡聚，暫時(shí)結(jié)合到脂蛋白脂酶。這一過程將脂蛋白脂酶從催化活性二聚體轉(zhuǎn)化為非活性單體，從而降低脂蛋白脂酶活性[5]。

血管生成素樣蛋白8與N端結(jié)構(gòu)域和血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4有約20%的序列相同，但血管生成素樣蛋白8含有N端CCD，不含C端FLD，故分子大小不到血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4的一半。血管生成素樣蛋白8不必被切割移除FLD，而血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白4必須被切割才能發(fā)揮生物學(xué)活性[6]。血管生成素樣蛋白8不能直接抑制脂蛋白脂酶活性，需要與血管生成素樣蛋白3形成復(fù)合體才可發(fā)揮作用[7]。血管生成素樣蛋白8是一種攝食誘導(dǎo)的肝細(xì)胞因子，在人體血管生成素樣蛋白8由肝臟特異性分泌，在小鼠血管生成素樣蛋白8主要由肝臟和脂肪組織分泌。

2 血管生成素樣蛋白與脂質(zhì)代謝及心血管疾病關(guān)系的遺傳學(xué)研究

血管生成素樣蛋白3功能缺失與血漿三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平有關(guān)。達(dá)拉斯心臟研究中心招募的多民族個(gè)體研究發(fā)現(xiàn)，35個(gè)非同義序列突變，包括無義突變和移碼突變，所有攜帶血管生成素樣蛋白3功能突變的受試者均處于三酰甘油水平的最低四分位數(shù)[8]。有研究表明，血管生成素樣蛋白3基因功能突變攜帶者三酰甘油水平較非攜帶者低27%，LDL-C水平低9%[9]。Stitziel等[10]在1493例心血管疾病病人和3 231名對(duì)照者中觀察到，調(diào)整血漿三酰甘油和LDL-C后，與處于最高濃度的血管生成素樣蛋白3濃度個(gè)體相比，心肌梗死風(fēng)險(xiǎn)降低了29%。

血管生成素樣蛋白4中功能突變可誘導(dǎo)產(chǎn)生良好的血脂譜并降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)。一項(xiàng)大規(guī)模的人群研究發(fā)現(xiàn)，血管生成素樣蛋白4上E40K失活變體和其他失活與低水平三酰甘油和高水平HDL-C血漿有關(guān)[11]。Folsom等[12]研究發(fā)現(xiàn)E40K變異與較低的冠心病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。72 868例冠心病病人和120 770名對(duì)照者進(jìn)行的一項(xiàng)橫斷面研究顯示，其中錯(cuò)義E40K和其他失活變體與三酰甘油水平降低35%相關(guān)，冠心病風(fēng)險(xiǎn)降低了53%[13]?；谌巳旱难芯孔C實(shí)了血管生成素樣蛋白8功能缺失與改善循環(huán)脂質(zhì)的關(guān)系[14]。

3 血管生成素樣蛋白在脂質(zhì)代謝中的作用機(jī)制

血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8在脂質(zhì)的運(yùn)輸和代謝中發(fā)揮著重要作用。在人類和小鼠中，血管生成素樣蛋白3缺乏導(dǎo)致血漿三酰甘油和膽固醇水平降低。在小鼠中，血管生成素樣蛋白4缺乏與血管生成素樣蛋白3缺乏影響相同。在人類中，血管生成素樣蛋白4序列變化僅與血漿三酰甘油水平降低有關(guān)。血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白4均催化水解酶脂蛋白脂酶結(jié)構(gòu)域展開，導(dǎo)致脂蛋白脂酶二聚體解離為失活的脂蛋白脂酶單體。在體外，血管生成素樣蛋白4較血管生成素樣蛋白3更有效。血管生成素樣蛋白3僅受食物攝入量的適度調(diào)節(jié)[15]。喂養(yǎng)過程中，血管生成素樣蛋白3調(diào)節(jié)三酰甘油向脂肪組織的轉(zhuǎn)移，但無直接證據(jù)支持這一觀點(diǎn)。缺乏血管生成素樣蛋白3的小鼠脂蛋白脂酶活性增加，重組血管生成素樣蛋白3在體外對(duì)脂蛋白脂酶有抑制作用，說明血管生成素樣蛋白3通過可逆性抑制脂蛋白脂酶活性提高血漿三酰甘油水平，缺乏血管生成素樣蛋白3的小鼠脂蛋白脂酶活性增加不明顯[16]。禁食期間，脂肪組織中血管生成素樣蛋白4表達(dá)水平增加，促進(jìn)活性脂蛋白脂酶二聚體不可逆轉(zhuǎn)化為非活性單體，從而抑制脂蛋白脂酶活性，阻止循環(huán)脂蛋白攝取脂肪酸；喂食后，血管生成素樣蛋白4表達(dá)水平降低，可減輕脂蛋白脂肪酶的抑制作用，促進(jìn)脂肪組織對(duì)膳食脂類吸收；除了禁食外，在運(yùn)動(dòng)中，血管生成素樣蛋白4在非運(yùn)動(dòng)骨骼肌中被誘導(dǎo)，推測血漿三酰甘油可轉(zhuǎn)移到運(yùn)動(dòng)肌肉中作為能量來源[17]。有研究顯示，抑制脂蛋白脂酶需要寡聚，而不是血管生成素樣蛋白4裂解，血管生成素樣蛋白4發(fā)揮著同源寡聚物的作用[18]。

重組腺病毒在小鼠肝臟中過度表達(dá)的血管生成素樣蛋白8蛋白導(dǎo)致血漿三酰甘油和非酯化脂肪酸水平升高，并呈劑量依賴性抑制脂蛋白脂酶活性，血管生成素樣蛋白8的非同義序列突變可降低介導(dǎo)血管生成素樣蛋白3 mRNA的細(xì)胞滅活，從而血漿LDL-C和HDL-C水平；血管生成素樣蛋白8在進(jìn)食時(shí)上調(diào)，在禁食時(shí)受到抑制，表明其在餐后三酰甘油脂肪酸向脂肪組織的轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮作用[19]。腺病毒介導(dǎo)的血管生成素樣蛋白8在野生型小鼠肝臟中的過度表達(dá)提示血漿三酰甘油水平升高，但在缺乏血管生成素樣蛋白3的小鼠中三酰甘油未升高，表明血管生成素樣蛋白8本身可能是無活性的；血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8共同表達(dá)可增加血漿三酰甘油水平[20]。血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8可在小鼠血漿或共同表達(dá)它們的細(xì)胞培養(yǎng)基中共同免疫沉淀[21]。上述研究表明，血管生成素樣蛋白8與血管生成素樣蛋白3共同作用調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。

血管生成素樣蛋白8與血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白4具有相同的功能基序，并在相同的代謝途徑中發(fā)揮作用，表明其共同工作。血管生成素樣蛋白3與血管生成素樣蛋白8共同抑制脂蛋白脂酶在氧化組織如心臟和肌肉中的活性，促進(jìn)喂養(yǎng)時(shí)白色脂肪組織庫的補(bǔ)充，三酰甘油向脂肪組織轉(zhuǎn)移。血管生成素樣蛋白4可阻止空腹?fàn)顟B(tài)下血漿三酰甘油攝取到白色脂肪組織和其他組織中，同時(shí)刺激脂肪組織脂解，從而有利于使用游離脂肪酸作為燃料。在運(yùn)動(dòng)和冷暴露期間，局部血管生成素樣蛋白4表達(dá)改變和脂蛋白脂酶活性變化可確保肌肉和棕色脂肪組織獲得充足的三酰甘油供應(yīng)，反映了血管生成素樣蛋白4的整體作用，特別是將血漿三酰甘油輸送到需要的組織。血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8是否影響運(yùn)動(dòng)和冷暴露時(shí)血漿三酰甘油分布是未解決的問題。然而，不同組織和不同生理?xiàng)l件下脂蛋白脂酶活性水平可能反映循環(huán)血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8的全身效應(yīng)和血管生成素樣蛋白4局部效應(yīng)之間的平衡。不同的生理?xiàng)l件下，脂蛋白脂酶活性波動(dòng)在較大程度上主要由血管生成素樣蛋白的調(diào)節(jié)決定，或部分通過脂蛋白脂酶抑制或其他影響因素變化實(shí)現(xiàn)的[22]。

除影響脂蛋白脂酶外，實(shí)驗(yàn)研究表明，血管生成素樣蛋白3對(duì)內(nèi)皮脂肪酶具有抑制作用，除了脂蛋白脂酶，血管生成素樣蛋白3還可抑制內(nèi)皮脂肪酶[10]。內(nèi)皮脂肪酶由內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)，在血漿中的作用類似于脂蛋白脂酶，是調(diào)節(jié)血漿HDL-C水平的關(guān)鍵酶。在人類，通過抑制內(nèi)皮脂肪酶的活性發(fā)現(xiàn)，血管生成素樣蛋白3含量與HDL-C呈正相關(guān)。

4 血管生成素樣蛋白的藥理靶向性研究

在抗前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草桿菌素/kexin 9型單克隆抗體研究并已廣泛用于臨床的背景下，兩種針對(duì)血管生成素樣蛋白3的策略在糾正血脂水平方面顯示出相當(dāng)好的前景。不同的小鼠模型中，血管生成素樣蛋白3的反義寡核苷酸可介導(dǎo)血管生成素樣蛋白3 mRNA的細(xì)胞滅活，從而降低血漿三酰甘油和LDL-C，同時(shí)降低肝臟三酰甘油積聚，也可改善葡萄糖和胰島素耐受性，并延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展[23]。健康志愿者中，單劑量或多劑量血管生成素樣蛋白3反義寡核苷酸可有效降低血漿血管生成素樣蛋白3、三酰甘油和非HDL-C，血漿三酰甘油的最大降低幅度為63%[23]。作為一種替代策略，抗血管生成素樣蛋白3單克隆抗體可降低不同小鼠模型血漿三酰甘油、LDL-C和HDL-C水平[24]。9例純合子家族性高膽固醇血癥病人抗血管生成素樣蛋白3單克隆抗體在4周后將血漿LDL-C、載脂蛋白B和三酰甘油水平降低近50%，且抗血管生成素樣蛋白3單克隆抗體降低LDL-C水平作用不依賴于低密度脂蛋白受體(LDLR)，為LDLR基因缺陷病人的降脂治療提供了新選擇[25]?？寡苌伤貥拥鞍?單克隆抗體是靶向血管生成素樣蛋白3的藥物，目前已完成3期臨床試驗(yàn)。人類臨床試驗(yàn)結(jié)果證明，進(jìn)一步研究血管生成素樣蛋白3靶向藥物用于降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的治療是合理的。

血管生成素樣蛋白4功能缺失變體與冠心病風(fēng)險(xiǎn)降低之間的關(guān)系已被證實(shí)，為血管生成素樣蛋白4的靶向藥理研究提供了有力的理論依據(jù)。小鼠中，血管生成素樣蛋白4失活在喂養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的高脂肪飲食導(dǎo)致致命的表型，其特征是乳糜性腹水和充滿Touton巨細(xì)胞的腸系膜淋巴結(jié)腫大[26]。全身血管生成素樣蛋白4失活的治療前景并不樂觀，造血細(xì)胞缺乏血管生成素樣蛋白4可促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化、脂肪組織特異性失活和肝臟特異性血管生成素樣蛋白4失活，在降低冠心病風(fēng)險(xiǎn)方面具有更大的研究前景。

5 小 結(jié)

1999年發(fā)現(xiàn)的血管生成素樣蛋白家族第1個(gè)成員為血管生成素樣蛋白3，目前，血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8逐漸成為研究較多的循環(huán)脂質(zhì)譜調(diào)節(jié)因子。血管生成素樣蛋白在脂質(zhì)代謝中的功能和機(jī)制研究中取得了巨大進(jìn)展，且進(jìn)行了大量的研究探討血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8失活突變的代謝效應(yīng)及其對(duì)心血管疾病的影響。目前，臨床工作者正在尋找新的治療策略改善脂質(zhì)代謝紊亂及降低心血管疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，已獲得一些相關(guān)的成果，針對(duì)血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8的第一代抗體及針對(duì)血管生成素樣蛋白3的反義核苷酸，這些新型的治療方法尚處于發(fā)展初期，為了達(dá)到人類應(yīng)用的安全水平，有必要進(jìn)一步分析。今后需針對(duì)血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8進(jìn)行深入研究，以期改善血脂代謝并降低心血管風(fēng)險(xiǎn)。