富亮氨酸α-2糖蛋白-1在2型糖尿病大血管病變中的研究進(jìn)展

梁書瑾,張真穩(wěn)

(1.大連醫(yī)科大學(xué),遼寧 大連 116044;2.揚(yáng)州大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225001)

2型糖尿病(T2DM)是由遺傳和環(huán)境因素共同作用所引起的代謝性疾病,病理生理機(jī)制為胰島素分泌減少和(或)靶細(xì)胞(器官)對胰島素敏感性下降,導(dǎo)致肝臟的葡萄糖輸出增多,骨骼肌和脂肪組織對葡萄糖的利用減少,主要臨床表現(xiàn)為高血糖及蛋白質(zhì)、脂肪、水和電解質(zhì)等代謝紊亂。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、肥胖人數(shù)的增加、不規(guī)律的生活作息以及淀粉類食物為主的飲食習(xí)慣等因素的影響［1］。參照WHO診斷標(biāo)準(zhǔn),我國成人糖尿病總患病率11.2%,其中T2DM患者占據(jù)90%［2］,長期慢性高血糖會對全身血管造成不可逆的損傷,導(dǎo)致眼睛、腎臟、心臟等多器官及系統(tǒng)功能障礙,嚴(yán)重時(shí)威脅生命,不僅嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量,也給家庭和社會帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。糖尿病大血管病變與T2DM患者高致殘率及高致死率密切相關(guān),主要以動脈粥樣硬化為特征,多侵犯主動脈、冠狀動脈、腦動脈以及外周動脈等,引起動脈粥樣硬化性心血管疾病(ASCVD)、缺血性腦血管性病及外周動脈疾病(PAD)等,其中ASCVD是T2DM患者的主要致死原因［3］。作為顱內(nèi)動脈狹窄及粥樣硬化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,T2DM患者更易出現(xiàn)腦梗死及認(rèn)知功能障礙。下肢動脈粥樣硬化性病變(LEAD)不僅會導(dǎo)致下肢缺血缺氧性潰瘍、壞疽及截肢外,而且往往與ASCVD和腦血管疾病同時(shí)存在,增加T2DM患者心腦血管疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)及死亡率。

富亮氨酸α-2糖蛋白-1(LRG1)是新型炎癥因子及促血管生成因子,通過依賴Smad和非依賴Smad途徑影響轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)信號通路,進(jìn)而促進(jìn)炎性介質(zhì)釋放、血管生成、皮膚創(chuàng)傷修復(fù)和腫瘤轉(zhuǎn)移等病理過程［4］。目前研究證明,其不僅在人類多種惡性腫瘤中異常表達(dá),參與調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖凋亡、侵襲轉(zhuǎn)移、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和腫瘤血管生成,而且在感染性疾病、心功能不全、神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變和自身免疫性疾病的病理過程中有著重要的作用［5］。針對LRG1與糖尿病大血管病變關(guān)系已有了初步研究,但由于其發(fā)生機(jī)制復(fù)雜,目前仍需進(jìn)一步研究及探討。本文對LRG1的生物學(xué)特點(diǎn)、傳導(dǎo)通路以及與T2DM合并大血管病變之間的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 LRG1的生物學(xué)特點(diǎn)

1.1結(jié)構(gòu):LRG1是富含亮氨酸重復(fù)序列家族的高度保守成員,1977年首次在人類血清中由Haupt等［6］發(fā)現(xiàn)。人LRG1基因定位于染色體 19p13.3,含有2 810個(gè)堿基對。其氨基酸序列于1985年由Takahashi等［7］測定,由312個(gè)氨基酸殘基的單個(gè)多肽鏈組成,包含66個(gè)亮氨酸殘基及8個(gè)富含亮氨酸重復(fù)序列(LRR),LRR由19～29個(gè)氨基酸組成,主要為蛋白質(zhì)間的相互作用、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)提供多用結(jié)構(gòu)框架［5］。

1.2功能:LRG1是一種分泌性糖蛋白,廣泛參與細(xì)胞的增殖、遷移、入侵、黏附、存活和凋亡以及信號的傳導(dǎo),其異常表達(dá)被認(rèn)為可能與組織炎癥、惡性腫瘤、自身免疫性疾病的發(fā)生有相關(guān)性。LRG1通常在各種炎癥(感染、損傷、自身免疫性疾病和腫瘤相關(guān)炎癥)刺激后在局部組織或系統(tǒng)產(chǎn)生,主要的來源包括肝細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞,以及組織微環(huán)境的上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和其他類型的髓樣細(xì)胞［5］。LRG1的致病功能可以大致分為以下方面。

1.2.1促炎癥作用:在早期研究中,LRG1被描述為一種急性期蛋白,在中性粒細(xì)胞分化中發(fā)揮作用［8］,參與多種炎癥性疾病與自身免疫疾病,如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎［9］、成人斯蒂爾病［10］、青少年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎［11］等。且在感染流感嗜血桿菌、沙門氏菌和化膿性鏈球菌感染及水痘-帶狀皰疹病毒、麻疹和腮腺炎病毒的患者血清中所檢測的LRG1水平有所升高［12］,由此LRG1被認(rèn)為是一種比CRP有前途的炎癥反應(yīng)替代物。研究者在骨關(guān)節(jié)炎小鼠模型的軟骨下骨和關(guān)節(jié)軟骨中發(fā)現(xiàn)LRG1水平增加,可能與腫瘤壞死因子(TNF-α)誘導(dǎo)LRG1分泌相關(guān),在TNF-α 刺激下LRG1可募集骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,促進(jìn)異常骨形成,加速骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展［13］。同時(shí)血清LRG1被證明是監(jiān)測潰瘍性結(jié)腸炎(US)疾病活動性的新型血清生物標(biāo)志物［14］。此外,針對急性闌尾炎(AA)的研究顯示,兒童及成人患者血漿LRG1濃度均升高［15-17］,說明持續(xù)高水平的LRG1可以維持炎癥反應(yīng),促進(jìn)疾病進(jìn)展。

1.2.2代謝:目前研究證明LRG1參與脂肪代謝過程,可抑制肝細(xì)胞的脂肪酸分解,促進(jìn)脂肪生成從而導(dǎo)致肝脂肪變性和高血糖［5］。

1.2.3傷口愈合和纖維化:LRG1是一種新型促生長因子,可參與某些傷口的修復(fù)愈合及再生過程。在小鼠皮膚傷口模型中,LRG1通過增強(qiáng)因子的穩(wěn)定性而促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移,加速創(chuàng)面修復(fù)和愈合［18］。一項(xiàng)針對高血糖小鼠角膜上皮的研究發(fā)現(xiàn),外源性應(yīng)用LRG1可促進(jìn)正常小鼠和糖尿病小鼠角膜上皮的傷口修復(fù)愈合和神經(jīng)再生,可能與其參與調(diào)節(jié)角膜上皮基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)3和MMP13的表達(dá)相關(guān)［19］。此外,小鼠角膜堿燒傷后LRG1的表達(dá)水平上升,可激活白細(xì)胞介素-6/信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(Stat3)通路,增加中性粒細(xì)胞浸潤,促進(jìn)受損角膜的纖維化及創(chuàng)面的愈合［20］。

1.2.4致癌:在所有涉及LRG1的研究中,大部分的關(guān)注點(diǎn)在于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移上,其已被確定為多種惡性腫瘤診斷和臨床評估的生物標(biāo)志物,具有較高的診斷和預(yù)后價(jià)值,包括食管癌［21］、結(jié)直腸癌［22-24］、胰腺癌［25］、卵巢上皮癌［26］、B細(xì)胞［27］和T細(xì)胞［28］急性淋巴細(xì)胞白血病等。這可能是由于LRG1在上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化過程中起到了一定的作用,使細(xì)胞的增殖和抗凋亡功能活躍而導(dǎo)致細(xì)胞惡性化［29］。同時(shí)LRG1促進(jìn)了新生血管的形成,為腫瘤細(xì)胞的生長提供氧氣等營養(yǎng)物質(zhì),可能會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)展及轉(zhuǎn)移。

1.2.5血管形成:作為新型致病性新生血管調(diào)節(jié)器,LRG1最引人注目的作用是參與多種疾病中病理性血管的生成,如糖尿病腎病(DKD)、增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(PDR)、年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)和腫瘤性疾病,其需要TGF-β1信號通路的存在來激活內(nèi)皮細(xì)胞TGFβⅡ-ALK1-Smad1/5/8通路,進(jìn)而誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和血管生成素-2(Ang-2)等促血管生成因子的表達(dá)來協(xié)調(diào)病理性血管形成［5］。

2 LRG1與其TGF-β通路

TGF-β信號通路參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、遷移和黏附等過程,以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)［30］。LRG1作為TGF-β信號傳導(dǎo)的上游調(diào)節(jié)劑,首先與特定的I型(TβRI)和Ⅱ型絲氨酸/蘇氨酸激酶受體(TGFβRⅡ)結(jié)合,繼而誘導(dǎo)下游途徑Smad轉(zhuǎn)錄因子的激活來發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)［31-32］。TGF-β1與內(nèi)皮TGFβRⅡ的結(jié)合可以通過兩種不同的酪氨酸激酶受體,即激活素受體樣激酶1(ALK1)和5(ALK5)啟動典型信號［5］。ALK5激活導(dǎo)致Smad2/3信號抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管形成,從而產(chǎn)生抗血管生成功能;而ALK1激活導(dǎo)致Smad1/5/8信號傳導(dǎo),促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管形成,導(dǎo)致促血管生成作用。在生理?xiàng)l件下,TGF-β1激活內(nèi)皮細(xì)胞ALK5和轉(zhuǎn)錄因子Smad2/3,最終保持細(xì)胞靜止［33］。然而,病變環(huán)境中較高水平的LRG1可以重新定向內(nèi)皮細(xì)胞的TGF-β信號,將血管抑制TGF-β1-Smad2/3信號轉(zhuǎn)換為促血管生成TGF-β1-Smad1/5/8信號［31］,進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管生成［34-35］。研究發(fā)現(xiàn),在TGF-β1通路下,結(jié)合輔助受體內(nèi)皮素(ENG)存在時(shí)LRG1與之結(jié)合,并通過TGFβRⅡ-ALK1-Smad1/5/8途徑來促進(jìn)視網(wǎng)膜疾病小鼠模型中的眼部致病性血管生成。而缺乏ENG時(shí),LRG1與ALK5結(jié)合激活TGFβRII-ALK5-Smad2/3途徑,導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞增殖減少,細(xì)胞外基質(zhì)沉積較前增加,趨向于達(dá)到細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)［34］。因此,決定血管生成轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是ALK1和ALK5信號通路之間的平衡,ENG被認(rèn)為是ALK1通路信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子。

3 LRG1與糖尿病大血管病變之間的關(guān)系

3.1外周血管疾病:T2DM患者的PAD是由于外周動脈病變而導(dǎo)致血管的狹窄甚至閉塞,通常累及下肢動脈,主要臨床表現(xiàn)為下肢發(fā)涼、疼痛、感覺異常,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)間歇性跛行,甚至出現(xiàn)肢體壞疽等需要進(jìn)行截肢手術(shù)。Pek等［36］研究發(fā)現(xiàn),PAD患者血漿LRG1濃度高于不合并PAD患者,表明LRG1可能與血管硬度和微循環(huán)有關(guān),并可能作為血管僵硬、內(nèi)皮功能障礙和PAD的潛在生物標(biāo)志物。且LRG1與脈搏波速度(PWV)和踝肱指數(shù)(ABI)呈正相關(guān),與內(nèi)皮依賴性血管舒張呈負(fù)相關(guān)。據(jù)報(bào)道,ENG可通過調(diào)節(jié)TGF-β信號通路和Smad2蛋白水平來增加內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)進(jìn)而發(fā)揮血管舒張作用［37］。也有學(xué)者認(rèn)為LRG1與ENG結(jié)合后可能抑制TGFβRII-ALK5-Smad2/3信號的激活,進(jìn)而抑制內(nèi)皮eNOS的表達(dá)來減弱血管的舒張作用［38］。目前仍需要進(jìn)一步的前瞻性臨床工作和動物研究以驗(yàn)證LRG1與內(nèi)皮功能和血管張力相關(guān)性的機(jī)制和病理生物學(xué)基礎(chǔ)。

3.2心血管疾病:眾所周知,T2DM患者的心血管疾病主要包括ASCVD和心力衰竭(HF),且其主要的死亡原因?yàn)锳SCVD［3］。而T2DM患者因冠狀動脈粥樣硬化引起的心肌缺血早期通常無癥狀發(fā)生,當(dāng)因相關(guān)癥狀就診時(shí)往往處于中晚期,診治效果及預(yù)后不佳。LRG1被證明可作為監(jiān)測和診斷心力衰竭的有價(jià)值的生物學(xué)標(biāo)志物［39］,對于心衰的早期識別有一定的積極意義。在Kumagai等［40］研究的心肌梗死小鼠模型中,LRG1主要是由心肌梗死心臟中的浸潤髓樣細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)產(chǎn)生的,其水平在急性炎癥反應(yīng)期間顯著升高,然后隨著組織重塑進(jìn)展到纖維增殖期而逐漸下降。而且在缺乏LRG1的情況下,心肌梗死后的心功能不全會進(jìn)一步加重,這是因?yàn)楣Ｋ篮笮募≈械腖RG1具有心臟保護(hù)作用,可通過激活TGFβR-ALK1-Smad1/5/8信號通路而促進(jìn)心肌梗死后亞急性期血管生成,以此阻止不良的心臟重塑,減少心肌細(xì)胞的死亡。且在心肌成纖維細(xì)胞中,LRG1通過與TGFβ1競爭,形成ALK5/TGFβRII受體復(fù)合物,并拮抗細(xì)胞外基質(zhì)的合成,防止心肌纖維化。此外,有研究發(fā)現(xiàn)缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1α作為低氧適應(yīng)性反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子,在急性心肌梗死中發(fā)揮重要作用。Feng等［41］通過缺氧處理心肌細(xì)胞建立體外模型,研究得出LRG1上調(diào)會顯著增加HIF-1α的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡和自噬,導(dǎo)致心肌細(xì)胞數(shù)量下降,由此說明LRG1在心肌缺氧時(shí)也會對機(jī)體存在不利作用。綜上,LRG1參與糖尿病心血管并發(fā)癥形成的病理過程并起到重要的作用,但其確切作用尚不清楚,仍需深入的研究來探討。

3.3腦血管疾病:臨床上T2DM患者的腦血管疾病主要以缺血性腦卒中為主,不僅致殘率和死亡率逐年升高,而且發(fā)病逐漸年輕化,嚴(yán)重威脅了患者的生命健康。Miyajima等［42］研究發(fā)現(xiàn),帕金森病癡呆、阿爾茨海默病、進(jìn)行性核上性麻痹和特發(fā)性正常壓力腦積水患者的腦脊液LRG1濃度顯著升高,故推測LRG1可能與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制相關(guān),并可作為以上疾病存在或進(jìn)展的生物學(xué)標(biāo)志物。作為新型促血管生成因子,LRG1在缺血性腦卒中后新血管生長過程中發(fā)揮積極作用。研究表明,在小鼠大腦中LRG1的表達(dá)局限于大腦皮層,在深皮質(zhì)部分星形膠質(zhì)細(xì)胞末梢的毛細(xì)血管周圍區(qū)域中有顯著表達(dá),因此認(rèn)為LRG1可能與膠原蛋白和纖維連接蛋白結(jié)合并沉積在毛細(xì)血管上,從而導(dǎo)致動脈硬化［43］。在大鼠大腦中動脈堵塞(MCAO)卒中模型中,Meng等［44］通過研究發(fā)現(xiàn)LRG1水平及LRG1 mRNA在MCAO后6 h顯著升高,3 d時(shí)達(dá)到最大值,14 d時(shí)仍然處于較高水平,同時(shí)發(fā)現(xiàn)模型大鼠腦內(nèi)TGF-β1蛋白水平、VEGF及Ang-2表達(dá)均升高。綜合上述結(jié)果,可得出結(jié)論:MCAO后的缺血大鼠腦中LRG1表達(dá)顯著增加,并分泌到細(xì)胞外環(huán)境中,通過增加TGF-β1信號而誘導(dǎo)VEGF及Ang-2的表達(dá),促進(jìn)新生血管的形成并減輕腦梗死后的缺血再灌注損傷。然而,Jin等［45］研究的MCAO小鼠模型腦組織中LRG1的蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄物均過度表達(dá),其可通過上調(diào)ALK1的表達(dá)而增強(qiáng)TGFβ-Smad1/5信號通路,促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和自噬,進(jìn)而破壞血腦屏障,損傷神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)線粒體功能,最終導(dǎo)致閉塞腦血管再通時(shí)腦損傷進(jìn)一步加重,臨床癥狀較前惡化。此外,對急性幕上梗死患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),此類患者血清LRG1水平與梗死面積、卒中嚴(yán)重程度和6個(gè)月隨訪的預(yù)后呈正相關(guān),同樣證明了LRG1可能會誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞壞死及凋亡,加劇缺血再灌注損傷。故針對LRG1在缺血性腦卒中的生物學(xué)功能還需要進(jìn)一步的研究來全面確定。

4 小結(jié)與展望

綜上所述,LRG1作為新型促血管生成因子,破壞了成熟血管形成和維持所需的細(xì)胞相互作用,通過增強(qiáng)TGF-β 信號傳導(dǎo)而激活Smad蛋白來參與糖尿病大血管病變中病理性血管的形成。目前有學(xué)者認(rèn)為LRG1抗體阻斷可減少小鼠模型中的脈絡(luò)膜新生血管和腫瘤生長,故推測LRG1可作為部分惡性腫瘤及PDR、DKD早期腎損傷的治療靶點(diǎn)。由此,LRG1-TGFβ-Smad信號通路也有可能成為糖尿病心腦血管疾病和臨床研究的一個(gè)潛在的重要治療靶點(diǎn)。希望隨著研究者們對LRG1及其抗體逐漸深入的了解及探索,LRG1能為糖尿病大血管病變的預(yù)防、治療和預(yù)后提供新策略,減少致殘量,提高患者的生活質(zhì)量。