α1-酸性糖蛋白基本特征及代謝調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展

向科發(fā)，萬靜靜，張慧敏，史小飛，秦 臻，劉 霞（.海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)系臨床藥學(xué)教研室,上海 00433；.上海交通大學(xué),上海 00030）

前言

α1-酸性糖蛋白(AGP)又稱為血清類黏蛋白(ORM），是急性期蛋白(APP）家族的一員，1950 年首次被發(fā)現(xiàn)[1]。AGP 主要由肝臟合成，但許多肝外組織也能在一定條件下產(chǎn)生AGP[2]。在生理狀態(tài)下，年齡[3]、性別[4]、發(fā)育[5]和懷孕都會影響AGP水平。人類在大多數(shù)疾病狀態(tài)下，包括炎癥、感染和癌癥，AGP 水平會增加2～6 倍[6]。研究表明它的碳水化合物含量高達(dá)45%，等電點(diǎn)(pI)為2.8～3.8，具有藥物載體、免疫調(diào)節(jié)、抗疲勞等多種功能。本文總結(jié)有關(guān)AGP 的最新進(jìn)展，重點(diǎn)介紹AGP 在調(diào)節(jié)代謝中的作用。

1 AGP 的結(jié)構(gòu)特征與生化特性

1.1 結(jié)構(gòu)特征

1.1.1 基因

人類AGP 是位于9 號染色體長臂上的AGPA、AGP-B和AGP-B′3 個相鄰基因簇的產(chǎn)物[7]。AGP-A基因編碼血清AGP 的主要成分AGP1（占血漿AGP 的75%），而其他2 個基因則編碼AGP2[8]。AGP1有AGP1*S、AGP1*F1和AGP1*F2三種等位基因，其中，AGP1*S和AGP1*F1在全球人群范圍內(nèi)均有分布，AGP1*F2（由AGP1*S和AGP1*F1演變而來[9]）在歐洲人、北非人和西亞人中很常見。相反，AGP2基因在大多數(shù)群體中是單態(tài)的。到目前為止，大約30 個罕見的變異等位基因已通過電泳技術(shù)在相應(yīng)的位點(diǎn)被區(qū)分開。在大鼠中，每個基因組只有一個AGP基因，位于第5 染色體上。在小鼠中，AGP的3 個主要基因（AGP1、AGP2和AGP3）在4 號染色體上排列成一個簇，分別編碼AGP1、AGP2和AGP3，這些基因與人類和大鼠的AGP基因結(jié)構(gòu)相同，有6 個外顯子和5 個內(nèi)含子。一些研究表明，組成型的AGP-1水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于AGP2（5 倍），AGP1信使RNA（mRNA）的增加而不是AGP2mRNA 的增加是急性期反應(yīng)期間小鼠AGPmRNA 變化的主要原因[10]。此外，盡管AGP3基因序列與AGP2基因序列非常相似，但存在一定的差異。AGP3在內(nèi)含子1 中缺少86 個核苷酸，而AGP2在內(nèi)含子5 中有一個額外的（GT 堿基起始）28 區(qū)。已在哺乳動物中觀察到同源AGP基因，包括嚙齒動物、貓、狗、豬、猴子和人類。小鼠、大鼠、兔和豬的AGP 基因與人AGP的同源性分別為44%、59%、70%和70%[11]。

1.1.2 蛋白

AGP 蛋白含有遺傳多態(tài)性[12]。急性期刺激只能誘導(dǎo)AGP-A，因此AGP1 是AGP 家族中唯一的急性期蛋白。在人類中，AGP1 前體是由201 個殘基組成的單個多肽鏈[13]。在蛋白質(zhì)加工過程中，前18 個殘基的一個N-末端分泌信號肽被裂解，最終得到含有183 個氨基酸的單鏈多肽，其中包括兩個2 硫鍵。AGP1 和AGP2 之間有22 個氨基酸的差異。其他氨基酸可以出現(xiàn)在位置32 和47 上，導(dǎo)致多態(tài)性[14]。大鼠AGP 蛋白的成熟形式分子量為40～44kDa[15]，是一種187 個氨基酸的蛋白質(zhì)，只有一個二硫鍵，每個分子含有6 個N-鍵復(fù)合型低聚糖[16]。

1.2 生化特性

1.2.1 酸性

AGP 是一種高酸性蛋白質(zhì)，其等電點(diǎn)（pI）很低，在2.8～3.8 之間[2].這種特性使AGP 主要與堿性藥物（如利多卡因、普萘洛爾、維拉帕米）結(jié)合，但也可與中性親脂性分子（如類固醇激素）和酸性藥物（如苯巴比妥）結(jié)合，而白蛋白則主要與酸性藥物結(jié)合[17-18]。大多數(shù)藥物以不同程度的親和力與兩種血漿蛋白結(jié)合。AGP 的廣泛和可變的唾液酸化是其低且寬pI 的原因，這一特性可以影響藥物親和力，并最終影響藥物代謝動力學(xué)(PK）[6]。由于大多數(shù)疾病狀態(tài)下AGP 水平增加[19]，具有高親和力的藥物可能表現(xiàn)出更高的結(jié)合狀態(tài)，從而改變藥物的PK 特性，表現(xiàn)為藥物的總清除率(CL）和靜脈輸注穩(wěn)態(tài)分布容積(Vss）降低。AGP 的酸性特質(zhì)與大量唾液酸化的聚糖相關(guān)。人類AGP 含有5 個多肽主鏈的N-連接聚糖，每個N-連接聚糖可形成多個（2 個、3 個或4 個）分支，這些分支都是唾液酸化的位點(diǎn)[20]。去涎酸可導(dǎo)致pI 從4.2 增加到4.7[21-22]。去涎酸和升高血漿pH 值可降低藥物與AGP 的結(jié)合[23-24]。AGP 在血清中去涎酸，無唾液酸AGP 的內(nèi)吞和降解由肝臟無唾液酸糖蛋白受體介導(dǎo)，即所謂的“肝結(jié)合蛋白”（HBP）[25]。

1.2.2 糖基化

蛋白質(zhì)通常經(jīng)歷翻譯后修飾，影響生理功能和半衰期（t1/2）。糖基化寡糖鏈（聚糖）是常見的翻譯后修飾之一，在真核蛋白質(zhì)中的發(fā)生率約為50%[26]。AGP 在不同的物種中有不同數(shù)量的N-連接的潛在糖基化位點(diǎn)[27]，糖基化主要有3 種變化：分支度、唾液酸化和巖藻糖基化。理論上，這種高度的結(jié)構(gòu)多樣性將產(chǎn)生超過105 種不同的AGP 糖型，每種糖型在每個糖基化位點(diǎn)上都可以進(jìn)行獨(dú)特的聚糖組合[2]，但在健康人血漿中僅觀察到約12～20 種聚糖組合。此外，聚糖鏈上的終末糖是造成聚糖多樣性的主要原因，并且這種微異質(zhì)性強(qiáng)烈依賴于病理生理?xiàng)l件。例如，在急性期反應(yīng)的早期階段，表達(dá)二氨基聚糖的糖類顯著增加，同時(shí)AGP 巖藻糖基化程度增加明顯[28]；在特應(yīng)性哮喘患者中，盡管血漿和支氣管肺泡灌洗液AGP 水平在兩組之間相似，但與非哮喘患者相比，聚糖分支的程度發(fā)生了變化[27]。AGP 的糖基化可能受飲食模式的影響,更高的糖基化與更健康的飲食模式相關(guān)。糖基化改變與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，特別是癌癥和2 型糖尿病，研究表明飲食可能通過AGP 糖基化改變影響疾病狀態(tài)[29]。

2 AGP 的調(diào)控

AGP 主要由肝細(xì)胞和實(shí)質(zhì)細(xì)胞合成[30]。AGP的肝外產(chǎn)生在40 多年前就被描述過。人乳腺上皮細(xì)胞、Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞、人微血管內(nèi)皮細(xì)胞、人粒細(xì)胞、單核細(xì)胞系THP-1、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和多形核白細(xì)胞已被證明能合成和分泌AGP。然而，在T 和B 淋巴細(xì)胞中未發(fā)現(xiàn)AGP[24]。組成型AGP 基因在肝外器官如肺、乳腺、腎臟和脂肪組織中均有表達(dá)[2]。AGP 屬于先天免疫關(guān)鍵因素的APP 家族一員，具有多樣化的生物學(xué)活性。AGP活性的調(diào)節(jié)是復(fù)雜的。其中炎癥不僅誘導(dǎo)AGP 血清濃度的增加，而且誘導(dǎo)其碳水化合物部分質(zhì)的改變，產(chǎn)生大量的糖型，每一種糖型都可能具有不同的活性[31]。AGP 的調(diào)控主要包括內(nèi)源性與外源性兩方面的因素。

2.1 內(nèi)源性因素

炎性細(xì)胞因子TNFα、IL-1、IL-8、IL-11 和IL-6，以及C-反應(yīng)蛋白（CRP）、結(jié)合珠蛋白（Hp）、血清淀粉樣蛋白A（SAA）和血凝素等其他APP，已被證明可調(diào)節(jié)AGP 表達(dá)水平[32-35]。研究發(fā)現(xiàn)肝、腸、血管壁、胰腺和腎臟中表達(dá)的核膽汁酸受體法尼類X 受體（FXR）[36]，可以通過小鼠AGP1啟動子上游的FXR 反應(yīng)元件激活小鼠肝臟AGP的表達(dá)[37]。小鼠AGP基因的誘導(dǎo)更為復(fù)雜，涉及到正、負(fù)兩種轉(zhuǎn)錄因子（C/EBPβ[38]和因子B[39-40]，兩者均為核仁蛋白，包含在啟動子180 bp 區(qū)域中），它們在急性期反應(yīng)中對AGP基因的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)起協(xié)同作用。雌激素可以降低肌肉細(xì)胞和肝臟細(xì)胞的AGP 蛋白表達(dá)及其啟動子活性，阻斷雌激素受體或者抑制p38 絲裂原活化蛋白激酶可消除這種作用[41]。膽汁酸超載可以誘導(dǎo)肝細(xì)胞因子AGP 表達(dá)[42]。另外，miR-362-3p 被鑒定為AGP1的上游調(diào)節(jié)性miRNA，并對H/R 損傷心肌細(xì)胞AGP1的mRNA 和蛋白表達(dá)水平產(chǎn)生負(fù)調(diào)控[43]。

2.2 外源性因素

反復(fù)服用苯巴比妥和利福平可通過獨(dú)立于炎癥途徑的機(jī)制提高AGP 血清水平[44]。維甲酸通過激活維甲酸受體α 和維甲酸X 受體α，在轉(zhuǎn)錄水平上以劑量依賴的方式增加AGP的表達(dá)[45]。鉛可誘導(dǎo)AGP基因過度表達(dá)，可能與NF-κB 途徑的激活相關(guān)[46]。維生素D 可誘導(dǎo)人單核細(xì)胞AGP1的表達(dá)[47]。大環(huán)內(nèi)酯類抗生素影響著AGP 的表達(dá)水平。例如，克拉霉素可以劑量依賴性地增加正常和糖尿病大鼠血清中AGP 蛋白水平以及肝臟中AGPmRNA 的穩(wěn)態(tài)水平[48]；紅霉素在體外和體內(nèi)均以劑量和時(shí)間依賴的方式增加AGP 蛋白的表達(dá)[49]。此外，臨床研究發(fā)現(xiàn)用異丙腎上腺素、兒茶酚胺、纖溶酶原激活物抑制物1、他汀類藥物或β 受體阻滯劑治療2 型糖尿病或冠心病患者可以調(diào)節(jié)AGP水平[50]。

3 AGP 的代謝調(diào)節(jié)作用

3.1 物質(zhì)代謝

脂肪組織是一種高度異質(zhì)性和動態(tài)的器官，在調(diào)節(jié)能量代謝和胰島素敏感性方面起著重要作用。除了在營養(yǎng)傳感和能量儲存/耗散方面的經(jīng)典作用外，脂肪組織還分泌大量生物活性分子(稱為脂肪因子)，通過旁分泌和/或內(nèi)分泌作用參與免疫應(yīng)答和代謝調(diào)節(jié)[51]。最近，AGP 被鑒定為一種脂肪因子，在中樞通過與瘦素受體結(jié)合減少食物攝入，在外周通過抑制NF-κB 和絲裂原活化蛋白激酶信號減輕脂肪組織炎癥分別發(fā)揮作用[52-53]。研究發(fā)現(xiàn)AGP 增加3T3-L1 脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝取活性，并減輕高血糖誘導(dǎo)的胰島素抵抗以及TNF-α介導(dǎo)的脂肪細(xì)胞脂解，改善了肥胖和糖尿病db/db小鼠的葡萄糖和胰島素耐受性[52]，表明AGP 可以通過整合炎癥和代謝信號保護(hù)脂肪組織免受過度炎癥，從而避免引起脂肪組織的代謝功能障礙。另外的研究也表明AGP 抑制脂肪組織中脂肪的生成可能是通過抑制胰島素介導(dǎo)的葡萄糖氧化實(shí)現(xiàn)的[54]。最新的研究又將AGP 的代謝功能定義為一種新的膽汁酸調(diào)節(jié)的肝細(xì)胞因子。宋浩利等人研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸誘導(dǎo)肝臟AGP 分泌，阻斷脂肪細(xì)胞分化。在脂肪細(xì)胞分化過程中，AGP 抑制C/EBPβ、KLF5、C/EBPα 和PPARγ 等成脂轉(zhuǎn)錄因子的基因表達(dá)，拮抗脂肪生成信號[42]。肝源性膽汁酸不僅是乳化膳食脂類的天然表面活性劑，而且是葡萄糖和脂類穩(wěn)態(tài)的重要代謝調(diào)節(jié)劑[36]，這樣的能量代謝調(diào)節(jié)作用可能是通過刺激AGP 分泌產(chǎn)生的。脂肪組織中細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的過量沉積被定義為脂肪組織纖維化，是代謝紊亂如肥胖和2 型糖尿病的主要原因。近期王鵬源等人研究發(fā)現(xiàn)，AGP 可以通過激活A(yù)MPK 抑制TGF-β1 的表達(dá)，在脂肪組織中發(fā)揮直接的抗纖維化作用[55]。定期規(guī)律運(yùn)動克服肥胖所帶來的益處，部分源于運(yùn)動過程中分泌的一些細(xì)胞因子（包括蛋白質(zhì)、肽、酶和代謝物），增加了白色脂肪組織中棕色脂肪細(xì)胞特異性基因的表達(dá)而誘導(dǎo)白色脂肪組織的褐變[56]。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動訓(xùn)練能夠升高血漿AGP 水平[57-58]，基于AGP 與脂肪組織的密切關(guān)系，它很有可能在促進(jìn)運(yùn)動引起的白色脂肪棕色化中發(fā)揮一定的作用。

3.2 能量代謝

拉姆塞等[59]研究發(fā)現(xiàn)急性期蛋白AGP 可以與骨骼肌相互作用，抑制胰島素刺激的葡萄糖氧化。另外，研究表明AGP 具有抗疲勞作用，通過與細(xì)胞膜上CCR5 受體結(jié)合激活A(yù)MPK，從而促進(jìn)肌肉糖原合成增強(qiáng)肌肉耐力[49,60]。同時(shí)，萬靜靜等[49]發(fā)現(xiàn)大環(huán)內(nèi)酯類藥物紅霉素通過升高AGP 的表達(dá)增強(qiáng)骨骼肌細(xì)胞線粒體呼吸鏈氧化磷酸化能力，促進(jìn)ATP 生成水平來調(diào)節(jié)肌肉耐力。AMPK 是一種關(guān)鍵的細(xì)胞能量傳感器，在細(xì)胞能量水平降低（AMP:ATP 和ADP:ATP 比率升高）或某些激素刺激（如脂聯(lián)素）下被激活[61]。在脂肪組織中，AMPK激活促進(jìn)脂肪酸氧化，抑制脂質(zhì)合成[62]。研究已經(jīng)證明脂肪組織中AGP 與AMPK 存在相互作用[55]，因此，AGP 在脂肪組織能量代謝方面的作用以及AGP 如何作用于脂肪細(xì)胞的AMPK 信號，是值得進(jìn)一步研究的。

4 AGP 與代謝性疾病

AGP 與糖尿病風(fēng)險(xiǎn)的增加密切相關(guān)。研究表明1 型糖尿病兒童和青少年的血清和尿AGP 水平均顯著升高，是糖尿病微血管并發(fā)癥的一個重要獨(dú)立因素[63]。ChinaMAP 通過全基因組關(guān)聯(lián)分析探索了中國人群中2 型糖尿病和肥胖遺傳相關(guān)因素，發(fā)現(xiàn)AGP是2 型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)高頻基因位點(diǎn)，進(jìn)一步的血糖相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)AGP1與空腹血糖（FBG）升高顯著正相關(guān)[64]。在健康的年輕成年人中，高水平的體脂百分比與血漿AGP 的升高具有相關(guān)性[65]，表明肥胖作為糖尿病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素可能與AGP 的升高有關(guān)。同時(shí)臨床研究表明，AGP 可以作為一個有意義的生物標(biāo)志物，可用于區(qū)分患有代謝綜合征的超重/肥胖女性和代謝健康的女性，而不依賴于體重、脂肪質(zhì)量和體力活動/體能[66]。在慢性疲勞綜合征患者和嚙齒動物疲勞模型中，AGP 在血液和肌肉等多種組織中顯著升高，表明其作為一種抗疲勞蛋白具有指示性生物標(biāo)志物的潛能[67]。研究發(fā)現(xiàn)代謝綜合征患者組血清AGP值(P<0.001)顯著高于對照組[68]，血清AGP 水平與代謝綜合征相關(guān)臨床危險(xiǎn)因素密切相關(guān)[69]，這些研究發(fā)現(xiàn)為利用AGP 診斷青少年代謝綜合征，以預(yù)防未來并發(fā)癥提供了可能性。這些進(jìn)一步驗(yàn)證了AGP 在調(diào)節(jié)代謝穩(wěn)態(tài)的作用，其在代謝相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中可能發(fā)揮著重要作用。

5 結(jié)論

鑒于蛋白質(zhì)組學(xué)和高分辨率質(zhì)譜技術(shù)的最新進(jìn)展，AGP 定量和/或定性分析在疾病診斷、預(yù)后和特征描述方面的應(yīng)用日益增多，使得AGP 有可能成為提高相關(guān)疾病治療成功率的鑒別標(biāo)準(zhǔn)。在此我們主要綜述了AGP 的結(jié)構(gòu)特征、生化特性以及表達(dá)的調(diào)控，重點(diǎn)總結(jié)了AGP 在調(diào)節(jié)代謝中的最新研究進(jìn)展，表明它可能是一個與肥胖、代謝綜合征等代謝性疾病相關(guān)的有前景的因素，為代謝性疾病的診斷、預(yù)防與治療提供了一個新的策略方向。