血管生成素樣蛋白3與2型糖尿病及其并發(fā)癥的相關(guān)性研究進(jìn)展

張揚，胡雪劍，任建功

(蘭州大學(xué)第二醫(yī)院內(nèi)分泌與代謝病科，蘭州 730030)

隨著肥胖兒童人數(shù)的增加，兒童和青少年的糖代謝異常(包括空腹血糖受損、糖耐量受損和糖尿病)逐漸增多[1]。青年人群因超重肥胖引發(fā)的2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)越來越常見，我國新診斷的糖尿病中早發(fā)型T2DM(年齡30～43歲)約占1/5，三酰甘油、胰島素抵抗指數(shù)水平較高與早發(fā)型T2DM診斷獨立相關(guān)[2]。與晚發(fā)型T2DM相比，早發(fā)型T2DM更早出現(xiàn)微血管和大血管并發(fā)癥(提前13～20年)[3]，糖尿病并發(fā)癥的年輕化趨勢引起人們的廣泛關(guān)注。T2DM不再是老年性疾病，其所致的體內(nèi)長期代謝紊亂狀態(tài)被認(rèn)為是許多疾病的獨立危險因素，我國的T2DM及其并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險較高，心血管疾病、視力喪失、腎衰竭和截肢等糖尿病慢性并發(fā)癥嚴(yán)重威脅患者生命。

目前關(guān)于T2DM的發(fā)病機制仍不明確，盡管糖代謝異常定義并解釋了糖尿病及其癥狀和并發(fā)癥，但對T2DM發(fā)病機制的理解越來越集中于脂質(zhì)代謝紊亂。血管生成素樣蛋白(angiopoietin-like protein，ANGPTL)3被認(rèn)為在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝中有顯著作用，近來發(fā)現(xiàn)ANGPTL3有多重生物學(xué)功能，在糖尿病、動脈粥樣硬化、造血干細(xì)胞增殖、癌細(xì)胞侵襲、肝纖維化和風(fēng)濕性疾病等的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用[4]?，F(xiàn)就ANGPTL3與T2DM及其并發(fā)癥的相關(guān)性研究進(jìn)展予以綜述，以探討ANGPTL3在T2DM治療中的意義。

1 ANGPTL3的結(jié)構(gòu)與作用

1.1ANGPTL3的結(jié)構(gòu) ANGPTL家族在結(jié)構(gòu)上與血管生成素相似，其家族成員包括ANGPTL1～8，各家族成員具有相似的結(jié)構(gòu)與功能。人ANGPTL3位于1p31區(qū)，包含460個氨基酸，是一種肝特異性分泌蛋白[5]，在病變視網(wǎng)膜及腎組織也有表達(dá)。其結(jié)構(gòu)包含1個N端螺旋結(jié)構(gòu)域(coiled-coil domain，CCD)、連接域和1個C端纖維蛋白原樣結(jié)構(gòu)域(fibrinogen like domain，F(xiàn)LD)。CCD內(nèi)的16～210氨基酸特別是32～55氨基酸結(jié)構(gòu)域是脂蛋白酶(lipoprotein lipase，LPL)參與脂代謝調(diào)節(jié)的特異性位點，F(xiàn)LD的237～460氨基酸與整合素αVβ3受體結(jié)合調(diào)節(jié)血管生成[6]。肝臟前蛋白轉(zhuǎn)化酶、ANGPTL8作用于連接域的221～222氨基酸和224～225氨基酸位點，使ANGPTL3裂解釋放CCD和FLD，這種裂解對體內(nèi)ANGPTL3的激活起重要作用[7]。見圖1。

ANGPTL：血管生成素樣蛋白；LPL：脂蛋白酶；EL：內(nèi)皮脂肪酶

1.2ANGPTL3在脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)中的作用 ANGPTL3可通過多種作用機制調(diào)節(jié)各類脂蛋白代謝，被視為人類脂蛋白代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，尤其是對三酰甘油和高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol，HDL-C)的調(diào)節(jié)。研究普遍認(rèn)為ANGPTL3裂解產(chǎn)生的CCD可抑制LPL的活性，LPL可附著于血管內(nèi)皮細(xì)胞表面并催化乳糜微粒和極低密度脂蛋白中的三酰甘油水解，去除三酰甘油后乳糜微粒和極低密度脂蛋白殘體可通過特定的肝臟受體清除，高ANGPTL3循環(huán)可引起富含三酰甘油的脂蛋白水平升高[7]。ANGPTL3還可通過其CCD的肝因子結(jié)合位點抑制內(nèi)皮脂肪酶的活性來調(diào)節(jié)HDL-C，內(nèi)皮脂肪酶可通過其磷脂酶活性水解HDL-C顆粒中的磷脂酰膽堿的Sn-1酯鍵，通過釋放溶血磷脂酰膽堿降低HDL-C[8]。另外，在調(diào)節(jié)低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)時，ANGPTL3不僅依賴脂蛋白酶的作用，其表達(dá)缺失可降低LDL-C中載脂蛋白B-100的分泌、增加肝臟及氧化組織LDL-C受體的表達(dá)，通過增加LDL-C攝取降低LDL-C水平[9]。

1.3ANGPTL3在糖代謝調(diào)節(jié)中的作用 ANGPTL3與胰島素敏感性密切相關(guān)，并可進(jìn)一步影響糖代謝調(diào)節(jié)。高糖飲食可誘導(dǎo)ANGPTL3的表達(dá)，經(jīng)1～3個月高糖喂養(yǎng)恒河猴的血漿ANGPTL3水平增加30%～40%[10]。研究認(rèn)為，ANGPTL3啟動子區(qū)域存在肝X受體α作用位點，高糖可能通過增加人肝細(xì)胞的脂質(zhì)含量激活肝X受體α，進(jìn)而引起ANGPTL3基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[11]。胰島素是體內(nèi)調(diào)節(jié)糖代謝的主要因子，胰島素信號可直接對ANGPTL3表達(dá)產(chǎn)生抑制作用[12]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，血漿ANGPTL3水平與胰島素水平及胰島素抵抗指數(shù)呈正相關(guān)[13]，故推測ANGPTL3有影響胰島素敏感性的作用。ANGPTL3可直接與脂肪細(xì)胞表面結(jié)合并觸發(fā)游離脂肪酸釋放，游離脂肪酸水平過高會導(dǎo)致骨骼肌對胰島素產(chǎn)生抵抗作用[14]。而ANGPTL3的缺失與胰島素敏感性增強有關(guān)[15]。研究發(fā)現(xiàn)，ANGPTL3可促進(jìn)極低密度脂蛋白-三酰甘油在進(jìn)食狀態(tài)小鼠的白色脂肪組織中沉積，而不沉積于氧化組織(骨骼肌、心臟褐色脂肪等組織)，在未進(jìn)食情況下，ANGPTL3缺失小鼠的肝臟、脂肪組織、心臟的脂肪含量并未減少，但葡萄糖攝取量卻增加10倍，故認(rèn)為ANGPTL3失活時白色脂肪組織代償性攝取葡萄糖，以供應(yīng)脂肪生成所需熱量，從而增加胰島素敏感性[16]。

2 ANGPTL3與T2DM

T2DM往往與胰島素分泌及作用缺陷有關(guān)，這種缺陷可能與T2DM患者體內(nèi)代謝紊亂、低度炎癥狀態(tài)、腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能異常等密切相關(guān)。而ANGPTL3與脂質(zhì)代謝、胰島素敏感性密切相關(guān)，且普遍認(rèn)為T2DM人群的血漿ANGPTL3水平升高[17]。ANGPTL3可能通過以下機制促進(jìn)T2DM進(jìn)展：①循環(huán)ANGPTL3水平升高可抑制脂肪酶活性，減少脂質(zhì)水解，從而升高血脂，高脂血癥和胰島素抵抗之間的聯(lián)系被廣泛認(rèn)可，二酰甘油和神經(jīng)酰胺被認(rèn)為是脂質(zhì)誘導(dǎo)胰島素抵抗的介質(zhì)，高脂血癥時，二酰甘油和神經(jīng)酰胺含量增高，激活新型蛋白激酶C、蛋白磷酸酶2A及下游信號傳導(dǎo)通路來損傷肌肉對胰島素敏感性引起糖耐量異常[18]。T2DM往往伴隨肥胖，下丘腦作為能量代謝中樞參與調(diào)節(jié)與肥胖密切相關(guān)的攝食行為。ANGPTL3也可通過下丘腦脂質(zhì)維持能量平衡，不同于外周ANGPTL3對LPL的抑制作用，下丘腦中的ANGPTL3可激活LPL活性，引起下丘腦神經(jīng)元對脂質(zhì)的攝取增加，下丘腦發(fā)出的能量過剩信號導(dǎo)致小鼠攝食減少、體重減輕，這種調(diào)節(jié)與厭食和肥胖密切相關(guān)[19]。②低度炎癥狀態(tài)已成為T2DM病因?qū)W的一個突出因素，流行病學(xué)研究表明，C反應(yīng)蛋白、白細(xì)胞介素等炎癥因子是T2DM的重要預(yù)測因子[20]，且循環(huán)ANGPTL3與炎癥獨立正相關(guān)[21]，ANGPTL3可能通過作用于整合素αVβ3促進(jìn)炎癥信號引起各類靶器官損害。③腸道微生物群調(diào)節(jié)葡萄糖的作用與T2DM和肥胖有關(guān)，ANGPTL4可通過調(diào)節(jié)腸道細(xì)菌影響葡萄糖耐量，與野生小鼠相比，缺乏ANGPTL4小鼠的糖耐量有所改善，但當(dāng)腸道菌群被抗生素抑制后，上述葡萄糖耐量的改善被消除[22]。ANTPTL3與ANGPTL4有高度同源性，故推測ANGPTL3可能與腸道菌群相互作用并影響血糖，仍需進(jìn)一步探索。綜上所述，ANGPTL3可能通過誘導(dǎo)高脂血癥、調(diào)節(jié)攝食行為、激活炎癥信號、調(diào)節(jié)腸道菌群等作用機制參與T2DM的發(fā)生發(fā)展。

3 ANGPTL3與T2DM并發(fā)癥

3.1ANGPTL3在糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)中的作用 DR作為成人失明的主要原因之一，其進(jìn)行性加重常常與糖尿病病程、血脂異常、高血壓、肥胖等因素相關(guān)。ANGPTL3可能通過以下作用促進(jìn)DR進(jìn)展:①高脂血癥與DR呈正相關(guān)，尤其在硬性滲出和糖尿病性黃斑水腫中，其機制可能為脂蛋白通過引起系膜細(xì)胞增殖、上調(diào)內(nèi)皮素、減少內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量和減少一氧化氮等方式影響血管活性來調(diào)節(jié)DR的發(fā)展[23]。②高糖可刺激人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞中ANGPTL3的表達(dá)[24]，DR患者血清ANGPTL3和血管內(nèi)皮生長因子水平較健康人群升高，且其表達(dá)水平隨視網(wǎng)膜病變的嚴(yán)重程度的增加而升高[25]。高糖刺激或ANGPTL3過表達(dá)后，糖尿病大鼠視網(wǎng)膜上的炎癥因子和凋亡因子的表達(dá)水平也相應(yīng)升高，用靶向ANGPTL3的干擾小RNA降低糖尿病大鼠ANGPTL3的表達(dá)后，上述因子的表達(dá)均較前降低，故推測ANGPTL3可能通過刺激炎癥因子和凋亡因子的表達(dá)促進(jìn)DR進(jìn)展。③整合素是由α和β亞單位獨特組合的膜蛋白，通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的黏附、遷移、增殖、凋亡等方式參與炎癥介導(dǎo)的癌癥微血管形成[26]。ANGPTL3與整合素αVβ3受體結(jié)合可刺激蛋白激酶B磷酸化，上調(diào)內(nèi)皮祖細(xì)胞miR-126的表達(dá)，從而促進(jìn)視網(wǎng)膜內(nèi)皮祖細(xì)胞的促血管生成能力，導(dǎo)致視網(wǎng)膜新生血管形成，抑制整合素αVβ3受體后，ANGPTL3的血管生成作用被阻斷[27]。綜上，ANGPTL3可能通過誘導(dǎo)高脂血癥、刺激炎癥因子和凋亡因子以及促進(jìn)新生血管形成等作用促進(jìn)DR進(jìn)展。

3.2ANGPTL3在糖尿病腎病中的作用 糖尿病腎病的發(fā)生與T2DM病程關(guān)系尚不確切，在新診斷T2DM時就可出現(xiàn)，大多以微量白蛋白尿為早期臨床表現(xiàn)，隨著尿蛋白逐漸增多而出現(xiàn)血清肌酐升高，最終進(jìn)展為腎衰竭[28]。ANGPTL3可能通過以下作用損傷腎小球并促進(jìn)糖尿病腎病進(jìn)展：①高脂血癥可導(dǎo)致腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化，高甘油三酯血癥和高膽固醇血癥可導(dǎo)致大鼠足細(xì)胞損傷和腎小球局灶節(jié)段性硬化，LDL-C被系膜細(xì)胞氧化后可刺激促炎因子、促纖維化細(xì)胞因子和血管活性物質(zhì)釋放，引起腎單位結(jié)構(gòu)功能改變[29]，故推測ANGPTL3通過誘導(dǎo)高脂血癥在糖尿病腎病中發(fā)揮致病作用。此外，ANGPTL4亦被認(rèn)為是誘導(dǎo)糖尿病腎病的潛在作用因子，與單純T2DM患者相比，糖尿病腎病患者的ANGPTL4水平顯著升高，且ANGPTL4與白蛋白/肌酐比值和血清肌酐呈正相關(guān)，可見糖尿病腎病中ANGPTL4的致病作用可能與其抑制LPL活性的作用有關(guān)[30]。②原發(fā)性腎病綜合征以大量蛋白尿為特征，原發(fā)性腎病綜合征患兒腎小球和腎小管中ANGPTL3的表達(dá)程度不同，微小病變腎病綜合征(以足細(xì)胞損害突出的病理類型)患兒腎臟中ANGPTL3的表達(dá)顯著增加，并與其蛋白尿程度呈正相關(guān)[31]。ANGPTL3可通過損傷足細(xì)胞參與蛋白尿的生成，其機制可能為ANGPTL3的FLD結(jié)合并激活整合素αVβ3及下游黏附斑激酶/磷脂酰肌醇-3-激酶信號通路，誘發(fā)足細(xì)胞肌動蛋白重排，使足細(xì)胞之間的寬度增加，促進(jìn)尿蛋白形成[32]。胰島素樣生長因子1可用于預(yù)測早期糖尿病腎病，其通過與整合素αvβ3和纖維連接蛋白相互作用誘導(dǎo)系膜細(xì)胞遷移，引起糖尿病腎病的病理改變[33]，故推測ANGPTL3的FLD端結(jié)合并激活整合素αVβ3誘導(dǎo)系膜細(xì)胞遷移，參與糖尿病腎病病理改變?？傊?，ANGPTL3可通過以上多種作用機制引起足細(xì)胞損傷、系膜細(xì)胞遷移、腎小球纖維化等病理變化，誘導(dǎo)糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展。

3.3ANGPTL3在糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuropathy，DPN)中的作用 DPN作為神經(jīng)退行性病變常因累及周圍感覺運動神經(jīng)和自主神經(jīng)而出現(xiàn)不同的臨床差異性表現(xiàn)，嚴(yán)重時可引起無痛性心肌梗死、糖尿病足潰瘍、壞疽，甚至導(dǎo)致截肢[28]。ANGPTL3可能與DPN發(fā)病相關(guān)的作用機制為：①高脂血癥在糖尿病前期就開始誘導(dǎo)神經(jīng)髓鞘脂質(zhì)的缺失，這種神經(jīng)的破壞作用早于高糖血癥、高胰島素血癥或胰島素抵抗所誘發(fā)的神經(jīng)病變[34]。研究顯示，神經(jīng)元中膽固醇氧化為氧化甾醇可介導(dǎo)組織損傷，LDL被活性氧類氧化后與氧化低密度脂蛋白受體1、Toll樣受體4等結(jié)合，激活一系列信號級聯(lián)反應(yīng)，引起炎癥和活性氧類積累；高脂血癥還可通過β氧化生成過量游離脂肪酸，引發(fā)全身和局部炎癥[35]，高脂血癥通過上述多重作用損傷施萬細(xì)胞及外周神經(jīng)系統(tǒng)，參與DPN的發(fā)生與發(fā)展。②骨橋蛋白通過與細(xì)胞表面受體αVβ3結(jié)合，通過蛋白激酶Cα信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、施萬細(xì)胞的增殖并抑制其凋亡，從而起保護(hù)性作用[36]。目前尚缺乏ANGPTL3與DPN相關(guān)性的臨床研究，ANGPTL3是否通過引起高脂血癥、胰島素抵抗和激活骨橋蛋白-αVβ3-蛋白激酶Cα信號通路參與DPN進(jìn)展還需要進(jìn)一步研究的證實。

3.4ANGPTL3在糖尿病大血管病變中的作用 T2DM患者往往存在動脈粥樣硬化性大血管病變，如頸股動脈粥樣硬化、冠心病、腦卒中等糖尿病慢性并發(fā)癥。研究發(fā)現(xiàn)，血漿ANGPTL3與頸動脈和股動脈內(nèi)膜-中膜厚度、冠狀動脈狹窄程度呈正相關(guān)[37-38]，且高水平ANGPTL3與急性心肌梗死、缺血性腦梗死的風(fēng)險密切相關(guān)，被認(rèn)為是發(fā)生心血管事件的獨立危險因素[39]。ANGPTL3通過脂質(zhì)和非脂質(zhì)作用促進(jìn)動脈粥樣硬化，在脂質(zhì)作用方面，富含三酰甘油的脂蛋白生成的殘余脂蛋白顆粒更易致動脈粥樣硬化，而殘余脂蛋白顆粒水平往往與體質(zhì)指數(shù)、空腹血糖水平、糖化血紅蛋白水平呈正相關(guān)[40]，因此高殘余脂蛋白顆粒水平更易損傷T2DM患者的血管內(nèi)皮細(xì)胞；且ANGPTL3高表達(dá)抑制LPL激活，引起富含三酰甘油的脂蛋白和殘余脂蛋白顆粒的清除減少，進(jìn)而促進(jìn)動脈粥樣硬化[41]。在非脂質(zhì)作用方面，ANGPTL3的FLD激活整合素αVβ3，αVβ3的一些配體(如骨橋蛋白)可以刺激平滑肌細(xì)胞向血管內(nèi)膜遷移并聚集，巨噬細(xì)胞表達(dá)αVβ3可抑制清除受體A和CD36的表達(dá)，從而導(dǎo)致泡沫細(xì)胞形成。ANGPTL3通過αVβ3介導(dǎo)的炎癥、泡沫細(xì)胞和新生斑塊形成的作用，促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊進(jìn)展[42]。綜上，ANGPTL3通過誘導(dǎo)高脂血癥、促進(jìn)炎癥、介導(dǎo)泡沫細(xì)胞形成等方式引起T2DM患者的大血管病變。

4 抗ANGPTL3治療

一項前瞻性隊列研究發(fā)現(xiàn)，攜帶ANGPTL3基因單核苷酸多態(tài)性中rs11207997基因人群的糖尿病患病風(fēng)險降低，可能與血清總膽固醇和三酰甘油水平長期降低有關(guān)[43]。研究表明，ANGPTL3水平降低可以改善胰島素敏感性，Vupanorsen是一種反義寡核苷酸類藥物，通過與肝ANGPTL3信使RNA片段結(jié)合而滅活，以降低循環(huán)ANGPTL3水平，用反義寡核苷酸類藥物治療肥胖小鼠的腹膜葡萄糖及胰島素水平均較未治療肥胖小鼠降低[44]。雖然反義寡核苷酸類藥物可顯著降低T2DM患者的ANGPTL3及脂蛋白的水平[45]，但治療后6個月的血糖參數(shù)變化不明顯，可能與ANGPTL3沒有完全滅活或觀察周期有限有關(guān)。通過降低ANGPTL3水平改善高糖血癥及炎癥狀態(tài)仍有待進(jìn)一步研究，這可能與T2DM的長期獲益有關(guān)。

單克隆抗體類藥物Evinacumab能特異性阻斷或干擾循環(huán)ANGPTL3的活性[46]，注射分子靶向藥Evinacumab和Vupanorsen后，可劑量依賴性地降低血脂異常健康志愿者的三酰甘油和膽固醇水平，認(rèn)為ANGPTL3可作為治療混合型高脂血癥的潛在靶點。除明顯的降脂作用外，Evinacumab和Vupanorsen均能縮小動脈斑塊的面積、延緩動脈粥樣硬化進(jìn)展、降低心血管疾病的發(fā)生率。在糖尿病腎病方面，Dai等[47]認(rèn)為，ANGPTL3基因敲除可通過挽救足細(xì)胞解離和凋亡來減輕足細(xì)胞的丟失，有效延緩腎小球硬化的形成。現(xiàn)已有抗血管內(nèi)皮生長因子藥物用于DR的臨床治療[48]，鑒于ANGPTL3與血管內(nèi)皮生長因子都具有促血管形成作用，推測ANGPTL3將成為治療糖尿病腎病和DR的新靶點。

5 小結(jié)與展望

ANGPTL3與T2DM及并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，T2DM患者的高血糖、高血脂狀態(tài)刺激循環(huán)ANGPTL3水平升高，進(jìn)而引起體內(nèi)能量代謝紊亂及胰島素抵抗加重，并激活炎癥通路損傷各靶器官，該惡性循環(huán)通過脂質(zhì)與非脂質(zhì)作用促進(jìn)糖尿病及血管并發(fā)癥的惡化，因此抗ANGPTL3治療對于糖尿病治療具有多重獲益?？笰NGPTL3治療具有明顯的降脂、心血管保護(hù)作用，但降糖及改善胰島素敏感性的作用相對不明顯，還仍需進(jìn)一步長期實驗觀察。另外，由于糖尿病腎病、DR等并發(fā)癥的發(fā)病機制較復(fù)雜，T2DM患者抗ANGPTL3治療的獲益仍需進(jìn)一步探索。靶向藥物Vupanorsen和Evinacumab治療T2DM具有高效、方便、不良反應(yīng)小等特點。因此，抗ANGPTL3治療將為臨床T2DM代謝紊亂及并發(fā)癥的治療帶來新思路。