血管生成素樣蛋白與胰島素抵抗和糖代謝的關(guān)系及在多囊卵巢綜合征中的作用

王靜楠，張肖紅，郝曉瑩

多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是一種代謝紊亂性婦科內(nèi)分泌疾病，其發(fā)病機制尚不明確，越來越多的研究支持高胰島素血癥和胰島素抵抗（insulin resistance，IR）在PCOS發(fā)病機制中發(fā)揮核心作用，在不同層次上參與PCOS的發(fā)病，大部分PCOS患者存在不同程度的IR，這增加了PCOS患者發(fā)生心血管疾病和2型糖尿病（type-2 diabetes mellitus，T2DM）的風險。PCOS患者卵巢組織中也存在IR和糖代謝異常，從而影響卵泡的正常發(fā)育，導致PCOS患者排卵障礙[1]。血管生成素樣蛋白（angiopoietin-like proteins，ANGPTLs）家族是一類分泌型糖蛋白，目前已發(fā)現(xiàn)8個成員，即ANGPTL1～ANGPTL8。ANGPTLs在結(jié)構(gòu)上與血管生成素相似，但不能與血管生成素經(jīng)典靶向受體結(jié)合，這也使ANGPTLs的功能不同于血管生成素[2]。ANGPTLs具有不同的生物學功能，其中在IR和糖代謝中的作用是新的研究熱點，參與了內(nèi)分泌代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。ANGPTLs在PCOS中的作用逐漸受到學者的關(guān)注，但是，目前研究主要集中于ANGPTLs在PCOS中的表達情況，關(guān)于ANGPTLs參與PCOS發(fā)病機制的相關(guān)研究十分有限?，F(xiàn)就ANGPTLs參與IR和糖代謝的機制及其與PCOS關(guān)系的最新研究進展進行綜述。

1 ANGPTLs參與IR的機制

1.1 ANGPTL2ANGPTL2在慢性脂肪組織炎癥和IR中發(fā)揮重要作用。Kitazawa等[3]首次證明了ANGPTL2是一個新的晝夜節(jié)律基因，在小鼠血清和附睪脂肪組織中均表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性，肥胖和IR可以破壞ANGPTL2的節(jié)律性，減少ANGPTL2在高峰期的表達，進一步研究發(fā)現(xiàn)，在ANGPTL2表達高峰期通過腹腔注射重組人ANGPTL2可以降低db/db糖尿病小鼠的血糖、胰島素、三酰甘油和脂肪酸水平，提高胰島素敏感性，這表明ANGPTL2晝夜節(jié)律的紊亂與代謝紊亂性疾病密切相關(guān)，給予ANGPTL2可以改善IR和葡萄糖耐量。與以上研究結(jié)果不同的是，Sasaki等[4]研究發(fā)現(xiàn)，通過尾靜脈注射腺病毒介導的人ANGPTL2（adenovirus mediated human ANGPTL2，Ad-ANGPTL2）過表達會導致db/db小鼠的葡萄糖耐量受損和胰島素敏感性降低，同時誘導白色脂肪組織中促炎基因的表達，促進白色脂肪組織中CD8+T淋巴細胞浸潤，隨后誘導巨噬細胞聚集和促炎M1型巨噬細胞極化，表明ANGPTL2可能通過巨噬細胞和T淋巴細胞的聚集和激活促進脂肪組織炎癥，導致全身IR。上述兩種相反的實驗結(jié)果可能與注射ANGPTL2時的db/db小鼠年齡（分別是8周齡和12周齡）不同有關(guān)，IR的嚴重程度因db/db小鼠的年齡不同而不同，因為脂肪細胞可能會暴露在更多的促炎環(huán)境中，并產(chǎn)生更多的脂肪因子，肥胖程度越高，IR程度越高；其次，注射不同的ANGPTL2可能導致ANGPTL2的表達水平不同，注射Ad-ANGPTL2后，小鼠血漿ANGPTL2水平維持在15～45 ng/mL，并在第14天仍保持不變，而且在Ad-ANGPTL2開始表達ANGPTL2蛋白后，小鼠持續(xù)暴露于ANGPTL2蛋白的刺激中，這會誘導慢性炎癥，加重IR，而注射重組人ANGPTL2后小鼠ANGPTL2的表達水平超過100 ng/mL，并且可能含有更多的多聚體ANGPTL2，關(guān)于單體和多聚體ANGPTL2的功能差異仍需要進一步研究。Kim等[5]研究發(fā)現(xiàn)在肥胖患者的脂肪細胞中，ANGPTL2 mRNA的表達與炎癥和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激相關(guān)基因的表達呈正相關(guān)，同時ANGPTL2可以上調(diào)巨噬細胞中基質(zhì)金屬蛋白酶9 的表達，表明局部微環(huán)境改變可增加ANGPTL2的表達，從而促進脂肪組織炎癥、組織重塑和全身IR。

1.2 ANGPTL3ANGPTL3缺失與胰島素敏感性增加有關(guān)。ANGPTL3可能通過增強脂肪組織的脂解作用使脂肪酸增加，降低胰島素受體底物磷酸化，減弱胰島素抑制糖原分解的作用，增強糖異生，導致IR[6]。下調(diào)ANGPTL3可以減少在IR時肝細胞中占主導地位的富含三酰甘油的極低密度脂蛋白1（very low-density lipoprotein 1，VLDL1）型顆粒的分泌，增加胰島素敏感性并改善IR，同時，胰島素可以抑制ANGPTL3的表達，且呈劑量依賴性[7]。Nidhina Haridas等[8]為研究胰島素對人體內(nèi)ANGPTL3的影響，對18例非糖尿病高加索女性輸注胰島素和20%葡萄糖，通過每5 min測量血糖來調(diào)整葡萄糖輸注速率以維持正常血糖，在正常血糖高胰島素血癥發(fā)生3 h和6 h后檢測血漿ANGPTL3水平，發(fā)現(xiàn)胰島素可顯著降低血漿ANGPTL3的表達。但是Zhao等[9]在T2DM患者血漿中并未觀察到胰島素水平與ANGPTL3具有相關(guān)性，進一步實驗發(fā)現(xiàn)，注射胰島素后并未導致T2DM小鼠血液中ANGPTL3水平改變，也不會影響體外肝細胞中ANGPTL3的生成，表明在糖尿病狀態(tài)下胰島素對ANGPTL3的調(diào)控是復雜的。

1.3 ANGPTL4Ruppert等[10]發(fā)現(xiàn)禁食狀態(tài)下，人血漿和脂肪組織中ANGPTL4表達升高與胰島素水平下降有關(guān)，同時導致脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）活性下降，抑制循環(huán)三酰甘油的清除，導致高三酰甘油血癥，最終引起IR，此外，在培養(yǎng)的人原代脂肪細胞中發(fā)現(xiàn)，胰島素可直接抑制ANGPTL4的表達。Kim等[11]發(fā)現(xiàn)ANGPTL4在嚙齒類動物的胰島α細胞中大量表達，而在胰島β細胞中不表達，ANGPTL4敲除后的小鼠首先表現(xiàn)為胰島畸形，如棒狀、菱形和花生狀，這提示ANGPTL4在胰島形態(tài)中起重要作用；其次，ANGPTL4敲除小鼠表現(xiàn)出糖耐量受損，研究發(fā)現(xiàn)這是胰島素分泌減少而不是胰島素敏感性降低導致的，進一步研究發(fā)現(xiàn)外源性ANGPTL4 會增加環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的表達，ANGPTL4可能通過激活cAMP/蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）信號通路來刺激胰島β細胞分泌胰島素，可見ANGPTL4在調(diào)節(jié)胰島素分泌和胰島形態(tài)中發(fā)揮重要作用?？傊?，胰島素可以抑制ANGPTL4 的表達，同時ANGPTL4可以調(diào)節(jié)胰島素的分泌和表達。

1.4 ANGPTL7Xu等[12]首次發(fā)現(xiàn)ANGPTL7可以加重IR。該研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者血清和T2DM小鼠血清中ANGPTL7水平均顯著升高，進一步研究發(fā)現(xiàn)，在HepG2細胞系和小鼠體內(nèi)過表達ANGPTL7會使胰島素信號傳導受損，過表達ANGPTL7可上調(diào)細胞因子信號轉(zhuǎn)導抑制因子3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）的表達，其與胰島素受體底物1（insulin receptor substrate 1，IRS1）結(jié)合后促進IRS1泛素化和降解，胰島素信號傳導受損，降低胰島素敏感性，加重IR；過表達ANGPTL7還可增加絲裂原激活蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路中ERK1/2的磷酸化水平，MAPK/ERK通路對胰島素代謝途徑起負反饋調(diào)節(jié)，ERK的激活通過負反饋抑制蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）通路，阻斷胰島素代謝途徑，加重IR。目前關(guān)于ANGPTL7導致IR的機制仍有待進一步研究。

1.5 ANGPTL8Zhang等[2]研究表明，小鼠原代肝細胞中過表達ANGPTL8可能通過增強胰島素介導的磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/Akt信號通路中Akt的磷酸化，促進糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）和叉頭框蛋白O1（forkhead box protein O1，F(xiàn)oxO1）的磷酸化，從而改善胰島素敏感性。Luo等[13]研究表明ANGPTL8可能通過減少巨噬細胞浸潤和促進巨噬細胞向抗炎表型的極化來調(diào)節(jié)炎癥環(huán)境，從而減輕脂肪細胞炎癥，改善肥胖引起的IR。以上研究表明，ANGPTL8高表達可改善IR。但Hao等[14]在T2DM-IR模型小鼠肝組織中觀察到ANGPTL8和GSK-3β明顯高表達，過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α （peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，PGC-1α）呈低表達，此外，在HepG2-IR細胞中下調(diào)ANGPTL8可以促進葡萄糖消耗和糖原合成，抑制炎癥發(fā)生，通過降低GSK-3β和增加PGC-1α的表達可提高胰島素敏感性，改善肝臟的IR?？梢?，ANGPTL8表達水平在改善糖耐量和IR中的作用尚不明確。

2 ANGPTLs參與糖代謝的機制

2.1 ANGPTL3Garcés等[15]發(fā)現(xiàn)在基礎(chǔ)狀態(tài)下，拉丁美洲肥胖非糖尿病男性血清中ANGPTL3水平高于非肥胖健康對照組，口服葡萄糖耐量試驗（oral glucose tolerance test，OGTT）期間2組ANGPTL3水平短期內(nèi)保持不變，提示血清ANGPTL3似乎不參與糖代謝的短期調(diào)控。Park等[16]在一項長達10年的前瞻性隨訪研究中發(fā)現(xiàn)，ANGPTL3中攜帶rs11207997 T等位基因的韓國老年人患糖尿病風險較低，rs11207997的T等位基因遺傳變異可能會持續(xù)影響脂肪組織中的葡萄糖攝取和脂肪積累，導致糖耐量和胰島素敏感性受損。

2.2 ANGPTL4關(guān)于ANGPTL4在小鼠糖代謝中的研究，比較公認的觀點是ANGPTL4功能缺失可以改善葡萄糖耐量，提高胰島素敏感性[17]。目前研究的爭議點在于過表達ANGPTL4在小鼠糖代謝中的作用，Xu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，通過尾靜脈注射腺病毒介導的ANGPTL4過表達會導致db/db小鼠血糖水平下降，肝糖原合成增加，肝組織胰島素敏感性增加，提示過表達ANGPTL4可能通過抑制基礎(chǔ)葡萄糖輸出和提高胰島素敏感性來抑制肝細胞合成葡萄糖，從而改善糖耐量。Mandard等[19]發(fā)現(xiàn)ANGPTL4轉(zhuǎn)基因小鼠在喂養(yǎng)高脂飲食后血糖水平?jīng)]有變化，但糖耐量明顯受損。這些差異可能是ANGPTL4在不同小鼠模型以及不同組織中過表達程度不同造成的。關(guān)于T2DM人群中ANGPTL4水平的研究結(jié)果也存在爭議，Xu等[18]發(fā)現(xiàn)T2DM患者血清ANGPTL4水平明顯低于非T2DM人群，與空腹血糖及HOMA-IR呈負相關(guān)，經(jīng)羅格列酮治療8周后，T2DM患者血清ANGPTL4水平顯著升高，提示ANGPTL4具有降血糖和增加胰島素敏感性的作用。而Barja-Fernandez等[20]在一項橫斷面研究中發(fā)現(xiàn)，與非肥胖人群[體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）為（22.7±2.2）kg/m2]相比，肥胖者血漿中ANGPTL4水平升高，在糖耐量異常的肥胖者[BMI為（44.3±5.7）kg/m2]中則明顯升高，且與空腹血糖、糖化血紅蛋白和HOMA-IR呈正相關(guān)。Gusarova等[21]對歐洲成年參與者進行ANGPTL4全外顯子測序，發(fā)現(xiàn)ANGPTL4中p.E40K基因變異會導致ANGPTL4功能缺失，降低ANGPTL4抑制LPL的能力，改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素敏感性，降低T2DM的風險。

2.3 ANGPTL5Liu等[22]研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者血漿中ANGPTL5水平明顯升高，在校正年齡和血糖后，ANGPTL5水平與BMI、腰圍、腰臀比呈正相關(guān)，在校正年齡和血脂后，ANGPTL5水平仍與空腹血糖、空腹胰島素、糖化血紅蛋白、HOMA-IR呈強正相關(guān)，上述結(jié)果表明，相比ANGPTL5與脂代謝紊亂指標的相關(guān)性，ANGPTL5與糖代謝紊亂指標的相關(guān)性更高。

2.4 ANGPTL6ANGPTL6可以通過抑制糖異生來維持血糖平衡，ANGPTL6通過激活大鼠肝細胞中PI3K/Akt/FoxO1信號通路從而降低葡萄糖-6-磷酸酶的表達，抑制肝細胞中糖異生途徑，以濃度依賴的方式抑制葡萄糖產(chǎn)生[23]。Fan等[24]通過縱向隊列研究首次發(fā)現(xiàn)人血清ANGPTL6表達水平與糖尿病發(fā)生率呈負相關(guān)。然而，糖尿病前期受試者血清ANGPTL6表達水平明顯高于正常受試者，在OGTT期間，葡萄糖刺激和急性高血糖時血清ANGPTL6會代償性分泌增加，進一步細胞實驗也證實，高葡萄糖處理可以上調(diào)HepG2細胞中ANGPTL6的表達，而高胰島素處理后ANGPTL6的表達沒有明顯變化，以上提示高水平ANGPTL6是一種預測人類糖尿病的有效生物標志物，同時，ANGPTL6也是一種潛在保護性因子，在高糖刺激下血清ANGPTL6表達升高可以幫助維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)。

2.5 ANGPTL8Zhao等[25]研究發(fā)現(xiàn)，通過腺病毒在肝臟中特異性過表達ANGPTL8，可以減少db/db小鼠葡萄糖生成和提高胰島素敏感性，改善糖耐量，進一步小鼠原代肝細胞實驗表明，過表達ANGPTL8可以激活PI3K/Akt/FoxO1信號通路，抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的表達，從而抑制肝臟糖異生，以上結(jié)果表明，肝臟過表達ANGPTL8通過抑制糖尿病小鼠肝臟糖異生從而調(diào)節(jié)葡萄糖代謝。大量動物實驗表明ANGPTL8高表達可以改善IR和糖耐量，但這與T2DM患者血液中ANGPTL8的表達水平存在矛盾，Hao等[14]觀察到54例T2DM兒童血清中ANGPTL8水平明顯高于健康兒童，與空腹血糖、胰島素和HOMA-IR呈正相關(guān)。Abu-Farha等[26]的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者血漿和脂肪組織中ANGPTL4和ANGPTL8表達水平均高于非T2DM者，ANGPTL3只在T2DM患者血漿中高表達。此外，在非T2DM人群中ANGPTL3和ANGPTL8存在關(guān)聯(lián)，在肥胖人群中ANGPTL4與ANGPTL8存在關(guān)聯(lián)。ANGPTL3/4/8是LPL的生理性抑制劑，ANGPTL8可以調(diào)控ANGPTL3和ANGPTL4的表達，進食狀態(tài)下，ANGPTL8表達升高，形成ANGPTL3/8復合物，可有效抑制LPL活性，減少棕色脂肪組織、心臟和肌肉中三酰甘油的清除，將血漿三酰甘油重新分配到白色脂肪組織中儲存，同時，ANGPTL8 可以抑制ANGPTL4的表達，促進脂肪組織中的LPL活性[27]。

3 ANGPTLs在PCOS中的作用

3.1 ANGPTLs通過IR參與PCOS卵泡異常發(fā)育Liu等[28]研究發(fā)現(xiàn)，ANGPTL1和ANGPTL2 mRNA在PCOS患者MⅡ期卵母細胞中呈高表達，且在卵母細胞成熟過程中表達紊亂，由于ANGPTL1和ANGPTL2在病理血管生成、雄激素合成、IR和脂肪細胞中發(fā)揮重要作用，提示上述原因可能導致了PCOS卵母細胞發(fā)育異常。薛茜文等[29]研究發(fā)現(xiàn)，與非PCOS患者相比，PCOS患者MⅡ期卵母細胞中ANGPTL2基因高表達（P＜0.05），ANGPTL1基因表達稍低（P＞0.05），表明ANGPTL2可能與PCOS卵母細胞發(fā)育和成熟的關(guān)系更加密切。由于上述兩項研究的研究人員來自同一團隊，研究的參與者是相同的，因此不同的研究結(jié)果可能與不同的研究方法以及不同的試劑盒有關(guān)。Wang等[30]發(fā)現(xiàn)與正常對照組相比，PCOS未治療組大鼠卵巢組織ANGPTL2表達明顯升高，卵巢組織結(jié)構(gòu)紊亂，部分卵泡內(nèi)未見卵母細胞，黃體稀少，顆粒細胞層減少，這可能與ANGPTL2通過促進PI3K/Akt信號通路加重IR從而導致卵泡閉鎖有關(guān)；與PCOS未治療組相比，PCOS二甲雙胍治療組大鼠卵巢組織ANGPTL2表達下降，卵巢可見處于不同發(fā)育階段的卵泡，有部分黃體，顆粒細胞排列緊密，提示二甲雙胍可能通過降低ANGPTL2的表達改善IR，從而促進卵泡發(fā)育。以上研究提示ANGPTL2可能與PCOS卵泡的異常發(fā)育具有更緊密的關(guān)聯(lián)，具體作用機制以及ANGPTL2與IR的關(guān)系有待進一步研究。

3.2 ANGPTLs 通 過IR 和 糖 代 謝 參 與PCOS 發(fā)病Vatannejad 等[31]首次發(fā)現(xiàn)伊朗PCOS患者血清ANGPTL3呈高表達，ANGPTL3水平與葡萄糖穩(wěn)態(tài)參數(shù)（空腹血糖、空腹胰島素和HOMA-IR）呈正相關(guān)，在調(diào)整相關(guān)混雜因素后，血清ANGPTL3水平升高與PCOS狀態(tài)獨立相關(guān)，同時血清ANGPTL3水平升高與IR有關(guān)，ANGPTL3預測PCOS患病的血清ANGPTL3最佳臨界值為178.79 pg/mL，敏感度為83%，特異度為72%，但并沒有闡明ANGPTL3與PCOS發(fā)生IR的機制。關(guān)于ANGPTL4在PCOS中的表達水平存在爭議，Günes?等[32]發(fā)現(xiàn)PCOS患者血清ANGPTL4水平較健康女性顯著升高，而應雪嬌等[33]研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者血清ANGPTL2 水 平 升 高，ANGPTL4 水 平 降 低，ANGPTL2與ANGPTL4呈負相關(guān)，相互調(diào)節(jié)維持動態(tài)平衡。Elci等[34]研究表明，PCOS患者血清ANGPTL6水平升高，肥胖型PCOS女性ANGPTL6表達水平顯著升高，且與心血管風險指標——纖溶酶原激活物抑制劑1、同型半胱氨酸的表達水平呈正相關(guān)，提示ANGPTL6升高可能與PCOS女性心血管風險增加相關(guān)。Varikasuvu等[35]的一項系統(tǒng)回顧和薈萃分析發(fā)現(xiàn)，按不同BMI分為正常體質(zhì)量和肥胖體質(zhì)量PCOS組，與各自對照組相比，正常體質(zhì)量和肥胖體質(zhì)量PCOS患者血液中ANGPTL8水平均明顯升高；在BMI相匹配的PCOS 組和對照組中，PCOS 組血液中ANGPTL8水平更高，提示PCOS本身會導致血液中ANGPTL8水平增加，與BMI無關(guān)。此外，IR程度越高的PCOS患者血液中ANGPTL8水平越高，提示PCOS患者ANGPTL8水平升高可能與IR有關(guān)，同時，ANGPTL8水平與雄激素水平呈正相關(guān)，由于ANGPTL8主要由肝臟產(chǎn)生，提示肝臟-卵巢軸可能在PCOS的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。He等[36]研究發(fā)現(xiàn)PCOS血清中ANGPTL8水平與脂肪組織IR呈正相關(guān)，且獨立于其他影響因素，經(jīng)二甲雙胍治療可有效降低脂肪組織IR和血清ANGPTL8水平，推測二甲雙胍可能通過改善IR減少ANGPTL8分泌，關(guān)于二甲雙胍是否可以直接抑制ANGPTL8的合成和分泌尚待進一步研究。有學者得出了相反的結(jié)論，PCOS患者血液中ANGPTL8水平低于健康對照組，且與空腹血糖、空腹胰島素和HOMA-IR呈負相關(guān)，與睪酮水平呈正相關(guān)，這可能與PCOS的異質(zhì)性以及研究方法、樣本量、檢測方法和參與者不同有關(guān)[37]。由此可見，ANGPTLs與PCOS的研究主要集中于ANGPTLs在PCOS中的表達情況，大多數(shù)ANGPTLs在PCOS中表達水平升高，并且與PCOS中IR程度密切相關(guān)，這提示ANGPTLs很可能通過IR和糖代謝參與了PCOS的發(fā)病。雖然目前關(guān)于ANGPTLs參與PCOS發(fā)病機制的研究十分有限，但也為今后的研究提供了新方向。

4 結(jié)語

ANGPTLs通過不同的途徑在IR和糖代謝中發(fā)揮重要作用，目前關(guān)于ANGPTL1、ANGPTL5 和ANGPTL7在IR和糖代謝中的研究較少，ANGPTLs部分成員在IR和糖代謝中的研究結(jié)果存在爭議，相關(guān)作用機制有待更深入的研究和探索。ANGPTL1、ANGPTL2主要通過IR參與PCOS卵泡的異常發(fā)育，ANGPTL4、ANGPTL8在PCOS中的表達水平存在爭議，ANGPTL5、ANGPTL7在PCOS中未見相關(guān)研究報道。大部分研究只表明ANGPTLs在PCOS中呈高表達，并且與PCOS的代謝紊亂明顯相關(guān)，二甲雙胍治療可有效降低其表達水平，但無法預測ANGPTLs與PCOS患者IR之間的因果關(guān)系。進一步研究探索ANGPTLs與IR的關(guān)系以及ANGPTLs參與PCOS發(fā)生發(fā)展的分子機制，有助于加深對PCOS發(fā)病機制的研究，以期為PCOS的病因、預測、診斷和治療提供新思路。