半乳糖凝集素家族在心血管疾病中的研究進(jìn)展

王慧 金杰妮 陸軍 蔡兆斌

半乳糖凝集素（Galectin）家族是一個可溶性聚糖結(jié)合蛋白家族，由一個或兩個碳水化合物識別域（carbohydrate recognition domain,CRD）組成，這些CRD可通過與β-半乳糖苷的聚糖結(jié)合從而發(fā)揮生理作用[1]。目前已發(fā)現(xiàn)15個Galectin家族成員，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征分為[2]：（1）原型 Galectin：包括 Galectin-1、2、5、7、10、11、13、14和 15，其特點是包含 1個CRD并具有二聚化功能；（2）串聯(lián)重復(fù)Galectin：包括Galectin-4、6、8、9和 12，其特點是在 1條多肽鏈上包含 2個不同的CRD并具有寡聚化功能；（3）獨特的嵌合型Galectin：即Galectin-3，包含1個連接到非凝集素N端區(qū)域的CRD。研究表明，Galectin是唯一已知的在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞外游離的聚糖結(jié)合蛋白，可以與多種糖基化受體相互作用并觸發(fā)不同的信號程序，包括免疫細(xì)胞的激活，細(xì)胞因子的分泌、遷移、增殖和凋亡，在炎癥、免疫、代謝等方面發(fā)揮作用[3-4]。最近Galectin在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展中的作用受到廣泛關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)其不僅可以通過炎癥反應(yīng)影響動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展，還可以作為生物標(biāo)志物來反映心肌缺血和心力衰竭（heart failure,HF）的嚴(yán)重程度。本文就Galectin家族不同成員在心血管疾病中的作用作一綜述。

1 Galectin-1

Galectin-1作為第一個被發(fā)現(xiàn)的原型Galectin，高度表達(dá)于巨噬細(xì)胞、活化的T淋巴細(xì)胞、耐受性樹突狀細(xì)胞中[5]。研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-1可以通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化、抑制嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞運輸、誘導(dǎo)耐受樹突狀細(xì)胞、擴(kuò)增調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory cells,Tregs）等途徑，在導(dǎo)致炎癥反應(yīng)消退的先天性和適應(yīng)性免疫過程中發(fā)揮作用，從而起到抗炎功能[6]。由于其具有強大的抗炎作用，Galectin-1被認(rèn)為是心血管穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵細(xì)胞因子。

1.1 Galectin-1與心力衰竭 研究人員曾在小鼠模型和接受心臟移植的HF患者的心臟樣本中發(fā)現(xiàn)Galectin-1 具有高度表達(dá)的特征[7]；同樣，Tsai等[8]對 258例心絞痛患者研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-1水平與左心室舒張功能障礙獨立相關(guān)，并與射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction,HFpEF）呈正相關(guān)?？梢奊alectin-1水平與HF存在相關(guān)性，但其在HF發(fā)病機制中的潛在作用仍未完全闡明。

1.2 Galectin-1與冠心病 Seropian等[9]以小鼠為實驗對象研究急性心肌梗死（acute myocardial infarction,AMI）心臟中Galectin-1的表達(dá)和功能，結(jié)果表明與正常小鼠相比，Galectin-1缺陷的小鼠在AMI后具有更嚴(yán)重的心室擴(kuò)張和收縮功能下降的趨勢；此外Chou等[10]對834例患者進(jìn)行冠狀動脈造影檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Galectin-1水平與冠心?。╟oronary heart disease,CHD）的嚴(yán)重程度相關(guān)，且Galectin-1是CHD的獨立預(yù)后標(biāo)志物。這可能是因為Galectin-1可以促進(jìn)Th1和Th17淋巴細(xì)胞的凋亡，導(dǎo)致向Th2淋巴細(xì)胞主導(dǎo)的細(xì)胞因子譜的轉(zhuǎn)變，而Th2主導(dǎo)的免疫反應(yīng)與AMI后心肌損傷和心肌重構(gòu)有關(guān)。

1.3 Galectin-1與高血壓 Hu等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與Galectin-1正常小鼠相比，Galectin-1缺乏的小鼠收縮壓和舒張壓均升高，且其平滑肌中CaV1.2通道表達(dá)增加。目前研究認(rèn)為Galectin-1可以通過競爭性置換CaVβ亞基，使賴氨酸暴露于泛素化，同時通過掩蓋內(nèi)質(zhì)網(wǎng)輸出信號來促進(jìn)CaV1.2通道的蛋白酶體降解，從而通過調(diào)節(jié)L型CaV1.2通道來影響血壓。因此Galectin-1可作為調(diào)節(jié)動脈收縮和血壓的關(guān)鍵分子開關(guān)。

2 Galectin-2

Galectin-2由兩個同源CRD組成，可以與T細(xì)胞上的β1整合素等多個糖結(jié)合位點結(jié)合，起到活化T細(xì)胞的凋亡或影響中性粒細(xì)胞特異性反應(yīng)的作用，從而對白細(xì)胞的更新起到調(diào)節(jié)作用[12]。研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-2還可以誘導(dǎo)活化的CD8+T細(xì)胞凋亡，或作為內(nèi)源性配體在單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中表現(xiàn)出促炎活性，阻斷巨噬細(xì)胞向抗炎表型轉(zhuǎn)變，抑制冠狀動脈疾病中動脈生成。Kane等[13]通過一項小鼠實驗證實抗Galectin-2抗體治療可以抑制動脈粥樣硬化的進(jìn)展，主要通過將斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞極化為M2抗炎表型來減少動脈粥樣硬化斑塊大小，從而起到保護(hù)作用，這可能與Galectin-2可以將單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞極化為促炎狀態(tài)，從而損害體內(nèi)動脈生成有關(guān)[14]。因此，減少Galectin-2可以延緩動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展。

3 Galectin-3

Galectin-3是家族中唯一的嵌合型Galectin，高度表達(dá)于肥大細(xì)胞、組織細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表面，參與細(xì)胞凋亡、血管生成、細(xì)胞遷移、增殖、分化等多種病理生理過程[15]。研究認(rèn)為，Galectin-3可以通過在C端CRD識別配體，N端結(jié)構(gòu)域進(jìn)行寡聚化，起到促進(jìn)細(xì)胞表面配體的交聯(lián)，調(diào)節(jié)各種先天免疫細(xì)胞的黏附和遷移，從而起到調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用[16]。除此之外，Galectin-3還可誘導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞增殖和Ⅰ型膠原蛋白沉積，導(dǎo)致心肌纖維化和重構(gòu)[17]，因此，Galectin-3被視為心臟炎癥和纖維化的標(biāo)志物。

3.1 Galectin-3與心力衰竭 既往多項臨床研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-3水平的增加與HF的風(fēng)險呈正相關(guān)，并且已證實其是急性HF和慢性HF預(yù)后較差的預(yù)測因子，與心肌纖維化和心臟重構(gòu)密切相關(guān)，而心臟重構(gòu)和心肌纖維化是HF的主要誘發(fā)因素[18-19]。

3.2 Galectin-3與冠心病 MacKinnon等[20]對MI患者進(jìn)行臨床研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-3可以促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)生，已被證明是MI中左心室射血分?jǐn)?shù)和梗死面積的預(yù)測因子，是CHD發(fā)生的獨立危險因素。同樣，He等[21]的研究發(fā)現(xiàn)Galectin-3是動脈粥樣硬化的危險因素。其潛在作用機制如下，一方面Galectin-3可以通過巨噬細(xì)胞攝取修飾的脂蛋白將巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞，而斑塊泡沫細(xì)胞又會分泌Galectin-3吸引單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，從而加快動脈粥樣硬化的進(jìn)展[22]；另一方面，Galectin-3是氧化LDL誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的重要因素，而平滑肌細(xì)胞的異常增殖在動脈粥樣硬化的進(jìn)展中具有重要作用[23]。

3.3 Galectin-3與心房顫動 Gong等[24]對28項研究的10 830例患者進(jìn)行薈萃分析發(fā)現(xiàn)，持續(xù)性心房顫動患者的Galectin-3顯著高于陣發(fā)性心房顫動患者，并且可以預(yù)測心房顫動的發(fā)展和治療后的復(fù)發(fā)，認(rèn)為主要與Galectin-3本身可以通過經(jīng)典和替代途徑介導(dǎo)巨噬細(xì)胞的活化，并誘導(dǎo)心房的結(jié)構(gòu)改變及電生理重塑有關(guān)[25]。同時，Galectin-3可以將糖基化配體交聯(lián)形成晶格，進(jìn)而結(jié)合轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β），放大心房中的促纖維化信號通路，導(dǎo)致心肌纖維化，促進(jìn)心房顫動的發(fā)生。最重要的是，心房顫動會進(jìn)一步誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞釋放Galectin-3，產(chǎn)生惡性循環(huán)，導(dǎo)致心房顫動持續(xù)進(jìn)展[26]。

3.4 Galectin-3與高血壓 Pusuroglu等[27]對184例受試者研究發(fā)現(xiàn)，與正常血壓受試者相比，高血壓患者的左心室重量指數(shù)和Galectin-3水平明顯升高。同樣在一項對照研究中[28]，發(fā)生左心室重構(gòu)的高血壓患者中Galectin-3水平顯著高于未發(fā)生左心室重構(gòu)的高血壓患者，多元回歸分析表明，左心室質(zhì)量與高血壓患者的Galectin-3獨立相關(guān)，因此Galectin-3可作為預(yù)測高血壓患者早期發(fā)生心臟重構(gòu)的生物標(biāo)志物。

4 Galectin-9

Galectin-9是一種由T細(xì)胞衍生的嗜酸性粒細(xì)胞趨化劑，廣泛分布于肝臟、腎臟、心肌、骨骼肌等部位，主要表達(dá)于CD4+T細(xì)胞、Th17細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞表面，具有細(xì)胞聚集、細(xì)胞增殖、炎癥免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)活性。研究發(fā)現(xiàn)Galectin-9通過與T細(xì)胞免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域和黏蛋白結(jié)構(gòu)域蛋白-3（T cell immunoglobulin and mucin domain-3,TIM-3）相互作用來促進(jìn)Th1和Th17細(xì)胞凋亡，進(jìn)而減少炎癥反應(yīng)[29]。同時還可以將巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡准?xì)胞，下調(diào)效應(yīng)T細(xì)胞的數(shù)量并增加Tregs的數(shù)量等途徑發(fā)揮抗炎作用[30]。

Zhu等[31]對232例冠狀動脈疾病患者研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-9不僅與冠狀動脈疾病密切相關(guān)，還與動脈粥樣硬化和冠狀動脈狹窄的嚴(yán)重程度相關(guān)。眾所周知，動脈粥樣硬化與慢性炎癥反應(yīng)密不可分，Tregs、TGF-β、IL-17、IL-6等炎癥細(xì)胞因子在動脈粥樣硬化的發(fā)展中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-9作為多功能T細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)劑，可以抑制活化的外周血單個核細(xì)胞中Th17的發(fā)育，導(dǎo)致TGF-β分泌增加、IL-17分泌減少，從而在動脈粥樣硬化中發(fā)揮保護(hù)作用[32]。目前還發(fā)現(xiàn)Galectin-9在HFpEF的肥胖患者中呈現(xiàn)高表達(dá)狀態(tài)[33]，可能對HF發(fā)生有早期預(yù)測價值，但其具體機制還需進(jìn)一步研究。

5 Galectin-12

Galectin-12是單個多肽鏈中有兩個CRD的串聯(lián)Galectin，主要在脂肪組織高度表達(dá)，在心臟、胰腺、外周血白細(xì)胞中低度表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，Galectin-12會影響動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展。一方面，Galectin-12可以抑制脂肪分解，促進(jìn)肥胖，加速胰島素抵抗，而胰島素抵抗會促進(jìn)血管收縮因子和炎癥因子的分泌，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙，此外，繼發(fā)于胰島素抵抗的血脂異常會進(jìn)一步加劇內(nèi)皮功能障礙。內(nèi)皮功能障礙被證實是動脈粥樣硬化發(fā)生的主要病理機制之一[34-35]。另一方面，Galectin-12可以通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞功能來影響動脈粥樣硬化。研究結(jié)果表明，Galectin-12的缺乏可以阻礙Kappa B抑制蛋白激酶α/β（inhibitor of kappa B kinase α/β,IKKα/β）、蛋 白 激 酶 B（protein kinase B,Akt）和細(xì)胞外受體信號相關(guān)激酶的激活，降低NF-κB和激活蛋白1的激活，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1,MCP-1）、TNF-α和IL-6等促炎細(xì)胞因子的表達(dá)降低，而MCP-1、TNF-α和IL-6均會增加動脈壁內(nèi)泡沫細(xì)胞的堆積，從而促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)展[36-37]。因此，抑制Galectin-12會減緩動脈粥樣硬化的進(jìn)展。

Galectin家族可以通過不同作用機制在心血管疾病的病理生理中發(fā)揮作用（圖1）。Galectin-1被認(rèn)為是心血管穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵細(xì)胞因子，已被證實其表達(dá)水平與心力衰竭、AMI呈正相關(guān)，與血壓呈負(fù)相關(guān)；Galectin-2可以通過損害體內(nèi)冠狀動脈生成在動脈粥樣硬化中發(fā)揮作用；Galectin-3被視為心臟炎癥和纖維化的生物標(biāo)志物，與心力衰竭、CHD、心房顫動、高血壓等心臟疾病的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)；Galectin-9對于動脈粥樣硬化具有保護(hù)作用；相反，Galectin-12可以促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)展。Galectin家族在心血管疾病中具有重要作用，但由于家族成員多，潛在作用機制復(fù)雜，因此，仍然需要更多的臨床實驗對Galectin家族進(jìn)行研究，進(jìn)一步尋找心血管疾病的新型生物標(biāo)志物。

圖1 Galectin家族在不同心血管疾病的病理生理中的作用機制圖（a：Galectin家族在心血管疾病中的作用機制；b：在不同心血管疾病中發(fā)揮作用的Galectin）