Elabela在器官纖維化中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

張 禹，羅佩婷，李忻陽(yáng)，崔文鵬

吉林大學(xué)第二醫(yī)院腎病內(nèi)科，長(zhǎng)春 130041

器官纖維化是多種慢性疾病的最終結(jié)局，持續(xù)性纖維化會(huì)導(dǎo)致組織損傷、器官功能下降和器官衰竭。研究顯示Apelin、Elabela及Apelin 受體(Apelin receptor，APJ)在器官纖維化中發(fā)揮重要作用。Elabela于2013年在斑馬魚(yú)研究中被首次發(fā)現(xiàn)[1]，APJ是其發(fā)揮生理功能的主要受體之一。Elabela-APJ主要在脊椎動(dòng)物的胚胎、胎盤、心臟、血管內(nèi)皮、腎臟組織中表達(dá)，并且研究已經(jīng)證實(shí)，Elabela在胚胎發(fā)育[1]、心血管系統(tǒng)[2]、中樞神經(jīng)系統(tǒng)[3]、體液穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)[4]、妊娠子癇前期[5]以及某些惡性腫瘤[6]的發(fā)展與預(yù)后等方面起一定的調(diào)節(jié)作用。最近，Elabela在器官纖維化方面的研究逐漸成為熱點(diǎn)，并且取得了一定的成果。本文主要綜述Elabela在腎臟、心臟、肝臟纖維化方面的最新研究進(jìn)展。

Elabela、Apelin-APJ軸概述

1993年，研究者首次分離得到APJ[7]，APJ受體由380個(gè)氨基酸組成，含有G蛋白偶聯(lián)受體特有的7個(gè)疏水跨膜區(qū)。人類APJ的氨基酸序列與血管緊張素Ⅱ1型受體的氨基酸序列總體上有30%的同源性，在跨膜區(qū)同源性達(dá)54%，然而二者卻不能特異性結(jié)合，研究者在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其內(nèi)源性配體，故APJ受體一度被認(rèn)為是“孤兒G蛋白受體”。

1998年，Tatemoto等[8]從牛胃提取物中分離出一種能與APJ受體特異性結(jié)合的活性多肽，并命名為Apelin。其前體蛋白由77個(gè)氨基酸殘基組成，且在體內(nèi)可裂解生成不同長(zhǎng)度的活性肽，如Apelin- 36、Apelin- 17和Apelin- 13等。Apelin-APJ在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中高度表達(dá)，并發(fā)揮重要生理功能。在心血管系統(tǒng)中具有調(diào)節(jié)血管張力、降低血壓[9]、增加心肌收縮力[10]、促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、調(diào)控新生血管形成[11]等作用。同時(shí)，Apelin-APJ還參與糖代謝[12]、體液調(diào)節(jié)[13]、胃腸道功能調(diào)節(jié)[14]等生理過(guò)程。

Apelin最初被認(rèn)為是APJ的唯一配體，但進(jìn)一步的研究顯示Apelin和APJ之間的功能存在差異，因此人們一直在探尋新的APJ配體的存在，直至2013年，Chng等[1]在斑馬魚(yú)研究中發(fā)現(xiàn)了一種新的APJ內(nèi)源性多肽配體，命名為Elabela。編碼Elabela的基因位于第4號(hào)染色體上，包含3個(gè)以前被認(rèn)為是非編碼區(qū)的外顯子，其編碼產(chǎn)物是一個(gè)由54個(gè)氨基酸殘基組成的多肽，且在脊椎動(dòng)物中這種多肽是高度保守的。該多肽可被切割成一個(gè)含有22個(gè)氨基酸殘基的氨基末端信號(hào)序列和一個(gè)由32個(gè)氨基酸殘基組成的成熟肽Elabela- 32。氨基酸序列分析表明Elabela- 32存在多個(gè)酶切位點(diǎn)，可進(jìn)一步剪切生成Elabela- 22和Elabela- 11[15]。有研究顯示Apelin和Elabla都可通過(guò)APJ起作用，并且具有相似的功能[16]。Elabela可通過(guò)維持胚胎干細(xì)胞穩(wěn)定[17]、促進(jìn)骨骼發(fā)育[18]、促進(jìn)心臟發(fā)育[1]、誘導(dǎo)血管生成[19]等多方面來(lái)促進(jìn)胚胎發(fā)育。此外，Elabela還可作用于下丘腦室旁核，促進(jìn)交感神經(jīng)興奮[20]和抑制食欲[3]。

目前，Apelin-APJ軸在器官纖維化的作用方面的研究相對(duì)較多，研究表明Apelin-APJ通過(guò)上調(diào)Ⅱ型膠原和血小板衍生生長(zhǎng)因子受體β的表達(dá)促進(jìn)肝臟纖維化[21]。相反，Apelin-APJ在心臟[22]、腎臟[23]、肺[24]等器官纖維化中則發(fā)揮保護(hù)作用。然而，Elabela-APJ軸在器官纖維化方面研究較少，且具體作用機(jī)制尚不明確。

Elabela在腎臟纖維化中的保護(hù)作用

腎臟纖維化是慢性腎臟病發(fā)生和發(fā)展的重要標(biāo)志，可導(dǎo)致腎單位大量減少，腎小球?yàn)V過(guò)率逐漸下降，并最終進(jìn)入終末期腎衰竭。目前有關(guān)Elabela與腎臟纖維化的報(bào)道較少，但有限的研究表明Elabela在腎臟纖維化中起到一定的保護(hù)作用。

高血壓腎損害Schreiber等[25]給予Dahl鹽敏感大鼠高鹽飲食以誘導(dǎo)高血壓模型，并利用尾套法監(jiān)測(cè)血壓水平，模型組較早即出現(xiàn)血壓水平升高，而Elabela治療組出現(xiàn)血壓升高則相對(duì)較晚，證實(shí)了Elabela具有延緩血壓升高以及瞬時(shí)降壓作用。此外，他們?cè)谀Ｐ徒M大鼠腎臟病理切片中觀察到了明顯的腎小球硬化、玻璃樣變、細(xì)胞浸潤(rùn)增多和腎小管間質(zhì)纖維化改變。而經(jīng)過(guò)Elabela治療12周后，上述腎臟病變減輕，并且Elabela顯著抑制了腎臟中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、1型膠原蛋白、纖連蛋白和金屬蛋白酶抑制劑- 1等基因的轉(zhuǎn)錄水平，實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示Elabela能改善高鹽飲食導(dǎo)致的高血壓水平，并通過(guò)抑制纖維化因子的基因表達(dá)，顯著減輕腎臟纖維化。他們把Elabela改善腎臟纖維化的作用部分歸因于血壓水平的減低，而Elabela是否具有直接抗纖維化作用還有待于進(jìn)一步研究。Xu等[26]在實(shí)驗(yàn)中利用無(wú)線電遙測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)鹽敏感大鼠血壓水平，進(jìn)一步證實(shí)Elabela的持續(xù)降壓作用，與前面的研究相似，高血壓導(dǎo)致纖維化及炎癥相關(guān)因子表達(dá)的增加，且腎臟髓質(zhì)腎素及其受體的表達(dá)也顯著升高，而Elabela治療則可以明顯減低上述因子、腎素及其受體的表達(dá)，證實(shí)了Elabela可通過(guò)拮抗腎內(nèi)腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)，從而改善因RAS激活而導(dǎo)致的高血壓，起到抗炎抗纖維化作用，保護(hù)腎功能。以上研究表明Elabela可以有效地保護(hù)高血壓所致腎功能損害，其作用機(jī)制可能是拮抗RAS系統(tǒng)、下調(diào)炎癥及纖維化相關(guān)基因的表達(dá)。

糖尿病腎病越來(lái)越多的證據(jù)提示炎癥細(xì)胞因子、TGF-β/Smad3信號(hào)通路的激活在糖尿病導(dǎo)致的腎臟纖維化中發(fā)揮重要作用[27]。本課題組先前的研究顯示，在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)1型糖尿病小鼠模型中，腎臟組織學(xué)檢查證實(shí)糖尿病小鼠引起的腎臟纖維化，與對(duì)照組相比，糖尿病小鼠中結(jié)締組織生長(zhǎng)因子和1型膠原蛋白的mRNA表達(dá)分別增加了3.81倍和5.35倍，在腎臟組織中也可觀察到明顯的膠原沉積。此外，炎癥細(xì)胞因子單核細(xì)胞趨化蛋白- 1和細(xì)胞間黏附分子- 1的蛋白表達(dá)水平也顯著增加，而Elabela治療組則顯著抑制上述細(xì)胞因子的表達(dá)，表明Elabela在糖尿病腎病小鼠模型中具有明顯的抗炎及抗纖維化作用，從而減輕糖尿病引起的腎臟損傷；此外，研究進(jìn)一步表明Elabela還能通過(guò)激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)通路發(fā)揮作用，改善足細(xì)胞凋亡，從而起到腎臟保護(hù)作用[28]。目前關(guān)于Elabela在糖尿病腎病中抗纖維化作用的文獻(xiàn)報(bào)道較少，其具體抗纖維化機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

腎缺血再灌注損傷腎缺血再灌注損傷病理過(guò)程涉及炎癥、纖維化和細(xì)胞凋亡等。研究表明Elabela主要在腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)，特別是在腎小管的管腔側(cè)，而缺血再灌注損傷的小鼠腎臟中Elabela及其mRNA的表達(dá)水平均顯著減低，在腎臟缺血再灌注損傷后，炎癥和纖維化細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素- 6、腫瘤壞死因子α，TGF-β1等的mRNA和腎損傷分子- 1(kidney injury molecule- 1，KIM- 1)水平顯著升高，而Elabela- 32和Elabela- 11能顯著抑制缺血再灌注損傷細(xì)胞中KIM- 1以及炎癥和纖維化基因的表達(dá)；同時(shí)，Elabela- 32和Elabela- 11還改善了小鼠的血清肌酐、24小時(shí)尿量、蛋白尿、尿肌酐和尿素氮水平；此外，他們?cè)谘芯恐欣胹iRNA敲除APJ受體的mRNA，證實(shí)Elabela對(duì)缺血再灌注損傷細(xì)胞的保護(hù)作用可能不依賴于APJ系統(tǒng)，表明Elabela還可能通過(guò)其他未知受體而發(fā)揮其功能[29]。

Elabela減輕心肌纖維化

TGF-β是一種公認(rèn)的強(qiáng)烈致纖維化的細(xì)胞因子，誘導(dǎo)心肌纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，TGF-β基因的過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致小鼠心臟纖維化。另外，鞘氨醇激酶1是心臟成纖維細(xì)胞中關(guān)鍵的抗纖維化因子，TGF-β通過(guò)鞘氨醇激酶1依賴性機(jī)制刺激心臟成纖維細(xì)胞的活化[30]。Sato等[31]利用主動(dòng)脈縮窄術(shù)建立壓力超負(fù)荷模型，發(fā)現(xiàn)在模型小鼠的心臟中，TGF-β2及其結(jié)合蛋白、膠原蛋白8a等致纖維化因子的mRNA表達(dá)顯著增加，而持續(xù)的Elabela治療則顯著降低上述與心力衰竭和纖維化相關(guān)基因的mRNA表達(dá)水平，并減少小鼠心臟間質(zhì)及血管周圍的纖維化面積；進(jìn)一步證實(shí)Elabela的心臟保護(hù)作用在APJ基因敲除小鼠中減弱甚至消失，表明APJ系統(tǒng)是心臟中Elabela的關(guān)鍵受體；同時(shí)，RAS在心臟重構(gòu)、心肌肥大的病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，Elabela可通過(guò)蛋白激酶C非依賴的機(jī)制降低壓力超負(fù)荷心臟叉頭盒蛋白M1的表達(dá)，從而拮抗血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的高血壓、心肌肥厚和纖維化。

Elabela通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶的磷酸化，發(fā)揮正性肌力作用和血管舒張作用[2]，但是Elabela在體內(nèi)半衰期較短，限制了其臨床治療潛力。有研究者嘗試制備IgG-Fc-Elabela融合蛋白，其水解片段Fc-Elabela- 21保持了較完整的活性，并且其半衰期可達(dá)44 h，給予心肌梗死大鼠Fc-Elabela- 21治療4周后可顯著減輕心臟在血液動(dòng)力學(xué)方面的功能障礙，在細(xì)胞和組織水平上，F(xiàn)c-Elabela- 21融合蛋白治療可促進(jìn)新血管生成和心肌細(xì)胞增殖，并減少梗死區(qū)域附近的細(xì)胞凋亡和心臟纖維化[32]。

Elabela在肝臟纖維化中的作用

研究證實(shí)，Apelin-APJ軸是促進(jìn)肝纖維化的重要介質(zhì)[21]。而Elabela似乎與Apelin有相似作用，能誘導(dǎo)或者促進(jìn)肝臟纖維化的發(fā)生與發(fā)展。有研究表明，在常染色體隱性遺傳性多囊腎疾病和先天性肝纖維化的PCK大鼠肝臟中Elabela表達(dá)明顯高于其他組小鼠，表明Elabela可能誘導(dǎo)肝臟疾病或者加重肝纖維化[25]。此外，一項(xiàng)臨床研究顯示，慢性乙型肝炎(Ⅲ和Ⅳ期)的患者Elabela免疫反應(yīng)性顯著增加，而纖維化水平低的患者(Ⅰ和Ⅱ期組)Elabela免疫反應(yīng)性與對(duì)照組相當(dāng)，表明Elabela水平與慢性乙型肝炎肝硬化患者纖維化程度呈一定正相關(guān)關(guān)系，提示Elabela在肝臟纖維化中具有促進(jìn)作用[33]。

綜上，Elabela-APJ在心臟和腎臟纖維化中起保護(hù)作用，該軸可能成為新的治療靶點(diǎn)。而Elabela在肝臟纖維化的發(fā)展過(guò)程中可能起到一定的促進(jìn)作用，期待將Elabela作為診斷性指標(biāo)，有助于肝臟疾病的診斷和治療。目前，有關(guān)Elabela-APJ參與器官纖維化的證據(jù)有限，且大多來(lái)源于動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)研究，需要更多的證據(jù)來(lái)詳細(xì)說(shuō)明Elabela-APJ軸參與器官纖維化的具體機(jī)制。在未來(lái)，Elabela-APJ的激動(dòng)劑與拮抗劑的研究可能成為新方向，為器官纖維化治療提供新的可能性。