Apelin在肌少癥中的研究進(jìn)展

高怡靜 吳秀萍

肌少癥是一種與年齡相關(guān)的骨骼肌喪失性疾病，2016年世界衛(wèi)生組織將肌少癥定義為一種獨(dú)立的疾病，其直接或間接造成的不良結(jié)局給個(gè)人、家庭、社會(huì)帶來了一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和心理問題，是老年人群不可忽視而又常常在臨床工作中被忽視的一種疾病。缺乏便捷的診斷肌少癥的方法是臨床工作中遇到的主要問題。肌少癥的診斷易受到場(chǎng)地、設(shè)備的限制，對(duì)于一些行動(dòng)不便以及配合度不佳的病人診斷更為困難，因此，更加便捷的診斷方法就顯得尤為重要。

Apelin是一種脂肪因子，其G蛋白偶聯(lián)受體APJ在各種組織中廣泛表達(dá)。已發(fā)現(xiàn)Apelin在多種疾?。ㄈ绺哐獕?、心力衰竭、2型糖尿?。┑牟±砩碇衅鹬匾饔?。在對(duì)肌少癥發(fā)生發(fā)展機(jī)制的研究過程中，Apelin與肌少癥的相關(guān)性得到明確，Apelin有可能成為肌少癥的診斷工具及治療靶點(diǎn)。本綜述將從Apelin的生物作用、肌少癥與Apelin的相關(guān)性以及Apelin對(duì)骨骼肌的影響機(jī)制進(jìn)行論述。

1 Apelin的生物作用

Apelin是體內(nèi)Apelin受體（APLNR）的內(nèi)源性配體，其基因位于染色體Xq25?26.1，編碼一個(gè)77個(gè)氨基酸的前蛋白，目前已檢測(cè)出了包括13、31、28、36個(gè)氨基酸的Apelin肽，主要活性形式為Apelin?13和Apelin?36［1?2］。Apelin在不同物種中高度保守，并且在所有研究的物種中C末端的13個(gè)氨基酸都是完全保守的，這表明Apelin?13可能具有重要的生物學(xué)意義。早期因Apelin被發(fā)現(xiàn)在脂肪組織中分泌而被稱為脂肪因子，隨著研究深入，發(fā)現(xiàn)骨骼肌亦能夠分泌Apelin，因此又被稱為“肌動(dòng)因子”。有研究指出，在成年人骨骼肌、白色脂肪組織和棕色脂肪組織中，APLNR的表達(dá)主要局限于內(nèi)皮細(xì)胞中［3］。Apelin和APJ廣泛存在于各個(gè)組織中，包括心臟、肺、腎臟、肝臟、血管、脂肪組織以及骨骼肌中，Apelin與在各個(gè)組織中廣泛表達(dá)的APJ結(jié)合并激活第二信使信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)，如AMP依賴的蛋白激酶（AMPK）、磷酸肌醇3激酶／絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶（PI3K／Akt）等信號(hào)通路，參與了非常廣泛的生理、病理過程。Apelin／APJ系統(tǒng)與心血管疾病的關(guān)系已經(jīng)引起研究者的廣泛關(guān)注，Apelin／APJ系統(tǒng)還參與了神經(jīng)系統(tǒng)以及細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)，可能是多種疾病的治療靶點(diǎn)。

大量的研究證明，Apelin是一種心臟保護(hù)因子，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和橫斷面研究均表明，在早期的心力衰竭中，Apelin水平升高，而中、重度心力衰竭時(shí)其水平下降［4?5］。內(nèi)源性Apelin在抑制血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）引起的心臟功能障礙和病理重塑中起著至關(guān)重要的作用［6］，Apelin?13也被證明可以通過抑制PI3K／Akt信號(hào)通路改善心肌梗死后心力衰竭大鼠的心功能不全、心臟血流動(dòng)力學(xué)受損，并減輕心力衰竭大鼠心臟中成纖維細(xì)胞的纖維化程度［7］。Apelin?13治療10周后，可改善糖尿病大鼠的心肌代謝［8］。除此之外，動(dòng)物和人體研究表明，Apelin能參與調(diào)節(jié)血壓，促進(jìn)血管舒張以及精氨酸加壓素的分泌，對(duì)抗AngⅡ的血管收縮作用和水鈉潴留。

Apelin在調(diào)節(jié)代謝方面也有著重要的意義。肥胖會(huì)增加血漿Apelin的水平，在肥胖男性人群中，胰島素抵抗指數(shù)（homeostasis model assessment?insulin re?sistance，HOMA?IR）降低并且與血清Apelin水平呈正相關(guān)［9］。肥胖個(gè)體經(jīng)過不同干預(yù)方式減重后，胰島素抵抗水平下降，Apelin水平降低［10］。當(dāng)胰島素抵抗水平降低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致Apelin水平補(bǔ)償性下降，從而提高胰島素敏感性［11］。Apelin的下降很可能導(dǎo)致胰島素敏感性的改善，而Apelin濃度的進(jìn)一步降低則可能無法進(jìn)一步獲益。

2 Aplein與肌少癥的相關(guān)性

2.1 肌少癥的定義 2010年歐洲老年人肌少癥工作組將肌少癥定義為一種進(jìn)行性和普遍性的骨骼肌質(zhì)量減少、肌力下降的綜合征，伴隨軀體失能、生活質(zhì)量下降和死亡等不良事件風(fēng)險(xiǎn)增加［12］。

2.2 肌少癥中的Apelin Apelin／APJ系統(tǒng)在衰老過程中起著基礎(chǔ)性作用，被認(rèn)為是抵抗衰老的治療靶點(diǎn)之一。隨著年齡的增長(zhǎng)，體內(nèi)Apelin、APJ表達(dá)降低，引起了一系列的生理病理變化。

肌少癥是年齡相關(guān)性疾病，在衰老過程中，導(dǎo)致骨骼肌衰弱的一類功能障礙是線粒體驅(qū)動(dòng)的肌纖維代謝受損，主要特征是能量供應(yīng)和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換減少，活性氧生成增加。研究證明，缺少Apelin或其受體APLNR的小鼠隨著年齡的增長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)肌肉功能的顯著變化。骨骼肌收縮會(huì)使Apelin水平升高，但這一作用會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而減弱。此外，Apelin還可以誘導(dǎo)肌肉細(xì)胞增殖和功能增強(qiáng)，抑制骨骼肌萎縮，逆轉(zhuǎn)年齡相關(guān)的肌少癥［13］。

運(yùn)動(dòng)能夠提高Apelin水平，同時(shí)還可以改善骨骼肌的新陳代謝和功能。研究證實(shí)，有氧運(yùn)動(dòng)（跑步機(jī)和階梯）的小鼠骨骼肌和運(yùn)動(dòng)模擬物forskolin處理的C2C12細(xì)胞的Apelin和mRNA濃度均升高［14］。

3 Apelin對(duì)骨骼肌的影響機(jī)制

3.1 Apelin增強(qiáng)線粒體生物發(fā)生 蛋白激酶（AMP?activated protein kinase，AMPK）在調(diào)節(jié)骨骼肌脂肪酸氧化、線粒體功能和生物發(fā)生的許多基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要作用［15］。其下游分子過氧化物酶體增殖物激活受體g共激活因子1α（peroxisome proliferator?activated receptor g coactivator?1α，PGC?1α）是線粒體生物發(fā)生的主要調(diào)節(jié)劑。作為轉(zhuǎn)錄共激活因子，在骨骼肌中，PGC?1α可由運(yùn)動(dòng)而被強(qiáng)烈激活。研究發(fā)現(xiàn)，有2種主要的PGC?1α亞型，其中PGC?1α1介導(dǎo)線粒體的生 物 發(fā)生［16］，PGC?1α4介 導(dǎo)血 管 生 成 和 肌 肉肥大［17］。

Apelin通過激活A(yù)MPK信號(hào)通路來增強(qiáng)線粒體的生物發(fā)生［18］。在予以小鼠12個(gè)月的Apelin治療后，骨骼肌中缺乏AMPK活性的小鼠表現(xiàn)出了明顯的力量和肌肉橫截面積的下降，證明了在衰老過程中，Apelin對(duì)骨骼肌改善作用依賴于AMPK的活性［13］。Apelin可以通過增加骨骼肌線粒體含量來增強(qiáng)線粒體的生物發(fā)生。線粒體途徑中酶的含量與活性常常作為線粒體含量的標(biāo)志物，通過補(bǔ)充外源性Apelin，檸檬酸合酶和烏頭酸酶的活性得到增強(qiáng)，以此來實(shí)現(xiàn)增加線粒體DNA的合成，從而增強(qiáng)線粒體的生物發(fā)生。外源補(bǔ)充Apelin還可以增加呼吸鏈核（COXⅣ，core1）和線粒體（COXⅠ）編碼蛋白的含量以及線粒體蛋白質(zhì)輸入和 組 裝 機(jī) 制 的 成 分（TIM23、HSP60、HSP72和mtHSP70）［13，19］。

Apelin是否可以通過直接調(diào)節(jié)PGC?1α來增強(qiáng)線粒體的生物發(fā)生仍需要進(jìn)一步的研究。早期的研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期通過外源途徑補(bǔ)充Apelin并不能增加動(dòng)物模型骨骼肌的PGC?1α的表達(dá)，反而會(huì)增加PGC?1β的表達(dá)，這一結(jié)果提示Apelin可能在增強(qiáng)生物發(fā)生中有著更為復(fù)雜的機(jī)制。有學(xué)者指出Apelin可以通過上調(diào)AMPK活性，刺激PGC?1α表達(dá)來增強(qiáng)線粒體生物發(fā)生和線粒體呼吸功能，同時(shí)Apelin能夠通過對(duì)PGC?1α基因啟動(dòng)子的去甲基化作用增強(qiáng)PGC?1α的表達(dá)，進(jìn)一步增強(qiáng)線粒體的生物發(fā)生［20］。

3.2 Apelin增強(qiáng)骨骼肌功能 Apelin通過Akt信號(hào)通路途徑增強(qiáng)骨骼肌功能，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、代謝、增殖和分化等多種生理活動(dòng)。PI3K是Akt上游的信號(hào)分子，缺乏Akt1和Akt2可導(dǎo)致嚴(yán)重的肌肉缺陷［21］。PI3K?Akt通路參與調(diào)控細(xì)胞凋亡，與疾病的發(fā)生密切相關(guān)。PI3K活化后的Akt可作用于Bcl?2、Bax等底物，抑制細(xì)胞凋亡，從而保護(hù)骨骼肌細(xì)胞。在AKT下游，Caspase?9是Caspase家族中引起細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵成分之一，Bad是Bcl?2家族中與Bel?2和Bcl?xL相關(guān)的促凋亡基因，Akt激活后可以抑制它們的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。Akt2基因敲除小鼠股直肌中Caspase?3和Caspase?9的水平以及Bax與Bcl?2的比值顯著升高［22］。雷帕霉素靶蛋白（Mammalian target of rapamycin，mTOR）是PI3K相關(guān)激酶家族的一員，Akt將其激活可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)及蛋白合成。青年骨骼肌供體細(xì)胞中，外源添加Apelin后，可增加其Akt的磷酸化，Apelin觸發(fā)了Akt下游的mTOR?P70S6激酶（P70 S6 kinase，P70S6K）?4E結(jié)合蛋白1（4e?binding protein?1，4E?BP1）的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，并且這些作用中的大多數(shù)在老年供體的細(xì)胞中保留［13］。Apelin能夠增強(qiáng)mTOR和P70S6K的磷酸化，促進(jìn)核糖體的生物發(fā)生和翻譯，增加蛋白質(zhì)的合成，從而增強(qiáng)骨骼肌合成代謝［13］。

3.3 Apelin參與調(diào)節(jié)骨骼肌的能量代謝 Apelin基因敲除的動(dòng)物模型表現(xiàn)出了糖耐量的顯著降低及糖耐量受損［23］，與野生對(duì)照組相比，Apelin基因敲除的小鼠骨骼肌中GLUT4 mRNA和蛋白以及糖代謝相關(guān)基因Gbe1、Phka1、HK2和Pfkm的mRNA表達(dá)顯著下降［24］，提示Apelin作用的缺失對(duì)骨骼肌葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)和利用造成了影響。在加入Apelin的骨骼肌成肌細(xì)胞C2C12中可以觀察到吸收葡萄糖的能力得到提升［23］，機(jī)制可能為：（1）激活骨骼肌中內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）刺激內(nèi)皮細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的酶；（2）調(diào)節(jié)骨骼肌中胰島素刺激的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、攝取的重要介質(zhì)Akt2；（3）增加骨骼肌GLUT4基因表達(dá)，調(diào)節(jié)骨骼肌糖代謝。

此外，Apelin還可以通過減少肌肉中游離脂肪酸的釋放和增加葡萄糖的吸收來調(diào)節(jié)能量代謝過程［25?26］。Apelin對(duì)能量代謝的調(diào)節(jié)作用可能是其增強(qiáng)骨骼肌功能的機(jī)制之一，但仍需要大量的研究來進(jìn)行論證。

3.4 Apelin以骨骼肌干細(xì)胞為靶向細(xì)胞增強(qiáng)骨骼肌再生 骨骼肌是一個(gè)高度血管化的器官，肌纖維周圍附著著密集的血管，Apelin與骨骼肌毛細(xì)血管化以及內(nèi)皮細(xì)胞分化形成新的血管密切相關(guān)，提供了骨骼肌再生過程中血管形成的條件，并使血管生成與肌生成耦合，刺激骨骼肌再生和血管生成［27?28］。肌肉的再生依賴骨骼肌干細(xì)胞的活化和增殖能力，通過一系列的反應(yīng)刺激瞬時(shí)擴(kuò)增的成肌前體細(xì)胞（myogenic precursor cell，MPC），表達(dá)Pax7、轉(zhuǎn)錄因子Myf5和MyoD［29］。成人肌肉干細(xì)胞（muscle stem cells，MusCs）處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到生理或病理刺激時(shí)，MusCs會(huì)激活并增殖，生成成肌細(xì)胞，融合成肌纖維。Apelin可以增強(qiáng)成人肌肉再生過程中瞬時(shí)標(biāo)志物以及衛(wèi)星細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)［13］，進(jìn)一步為Apelin促進(jìn)骨骼肌的再生提供了依據(jù)。

3.5 Apelin通 過 調(diào) 節(jié)FOXO?Atrogin?1／MAFbx和MuRF1抑制骨骼肌萎縮 FOXO家族是與年齡相關(guān)的蛋白水解因子，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化和凋亡。Atrogin?1／MAFbx和MuRF1位于P13K／Akt的下游，參與調(diào)控肌肉萎縮、骨骼肌蛋白質(zhì)降解，主要途徑為泛素?蛋白酶體途徑以及自噬溶酶體途徑。Apelin通過活化Akt、抑制FOXO?3的激活［14］實(shí)現(xiàn)抑制MuRF1和MAFbx的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，參與調(diào)控骨骼肌中蛋白質(zhì)分解的兩個(gè)主要途徑，從而抑制骨骼肌萎縮。但骨骼肌萎縮的機(jī)制較為復(fù)雜，還涉及到神經(jīng)支配以及血管生成等方面，仍需要大量的研究進(jìn)一步確定Apelin抑制骨骼肌萎縮的相關(guān)機(jī)制。

綜上，隨著年齡增長(zhǎng)，表達(dá)水平下降的Apelin參與了肌少癥的發(fā)生發(fā)展，進(jìn)一步了解Apelin的生理學(xué)意義，將為Apelin在疾病中的作用以及肌肉代謝的藥理學(xué)提供新的見解，使Apelin可能成為治療相關(guān)疾病的新靶點(diǎn)。