脂聯素的生物學特性及其功能研究進展

楊裕華 王際莘 (山東省疾病預防控制中心，山東 濟南 25004)

脂聯素(adiponectin，ADN，亦稱 aPM1、Acrp30、GBP28 和Adipo Q)，1995年首次報告cDNA編碼的分子為脂肪細胞補體相關蛋白(Acrp30)〔1〕，主要由成熟的脂肪細胞分泌，盡管脂肪組織分泌ADN，但其水平在肥胖患者是下降的，并與肥胖呈負相關。在肥胖相關并發癥如2型糖尿病(T2DM)、心血管病和肝功能異常時呈低ADN水平，其具有胰島素增敏、抗炎、抗動脈粥樣硬化和心臟保護作用，對骨形成也有影響。在肥胖及其相關疾病中，血循環中的ADN是下降的〔2〕。

1 ADN生物學基礎

ADN是單基因轉錄體，編碼于染色體3q27.3，與膠原和補體1q(C1q)同源，其單體全長247個氨基酸，由4個區域構成：一個N端信號肽、一個變異區(有種的差異)、一個膠原區(它的α螺旋柄由多個G-X-X重復序列組成)和一個球形區(約140個氨基酸)，后者連接ADN受體〔3〕。ADN的球形區可被溶解，并顯示與腫瘤壞死因子-α(TNF-α)有明顯的同源性。脂肪酸蛋白有廣泛的翻譯后修飾(PTMs)作用。ADN的有效多聚化是依賴較多的PTMs作用，特別是膠原區內的PTMs。PTMs包括：(1)唾液酸化(2)糖基化(3)羥基化(4)二硫鍵形成。在循環血液中，ADN可形成三聚體〔低分子量(LMW)，占ADN的25%〕、六聚體〔中分子量(MMW)，占ADN總量的25%-35%〕和高分子量(HMW，占40%-50%)的多聚體，后者是由4～6個非共價鍵構成的三聚體組成12～18個多聚體〔4〕。小鼠的實驗研究表明：ADN半衰期差異依賴于其分子形式，循環中HMW的ADN維持較長時間，并長于 LMW(分別為9和4.5 h)〔5〕。球形區域是分子的其余部分，且獨立存在于循環中。多聚體形成、分泌的調節以及各種多聚體形成的生物學意義仍需研究。目前認為HMW形式最具生物活性并與胰島素敏感緊密相關。PTMs的作用：(1)巰基介導的ADN潴留，有利于多聚化和分泌〔6〕。ADN直接作用結合于內質網固有蛋白44(ERP44)，使ADN受巰基介導存在于內質網，從而延緩ADN分泌，促進PTMs和多聚化。通過ERo1-Lα這一ERP44的配偶體，能以氧產生二硫鍵，使其轉移至蛋白上，例如ERP44和蛋白質二硫化物異構酶(PDI)，由ERP44釋放ADN，二硫鍵氧化還原樣蛋白LA(DsbL-A)還直接結合于ADN，起類似ERP44作用或代償作用，高水平表達這些伴侶蛋白可導致有效的ADN分泌，這與循環中的高ADN水平有關，特別是HMW的ADN。相反，當肥胖或糖尿病或實驗性減低這些伴侶蛋白表達則 AND降低〔7〕。(2)琥珀酸化抑制ADN多聚化及其分泌，單聚體的ADN琥珀酸化表明：琥珀酸化修飾作用可防止多聚體的形成，包括三聚體，還可阻滯ADN的分泌。在高血糖和糖尿病時，琥珀酸化是增加的，由于三羧酸循環中間產物的累積，這一修飾作用在減少ADN水平上的潛在意義是顯而易見的〔8〕。(3)唾液酸化可減少ADN的清除，ADN的去唾液酸化可迅速清除循環中的ADN并吸收進入肝細胞，這一修飾作用決定著循環中ADN的半衰期。在炎癥狀態，包括糖尿病和心血管病則上調增加(唾液酸轉移酶)和去除(唾液酸酶/神經氨酸酶)唾液酸酶的活性增加，以減少唾液酸含量的可能性，這會使ADN清除增加，因此造成低 ADN 血癥〔9〕。

2 ADN功能和作用

ADN有廣泛的生物功能，越來越多的研究表明：各種多聚體有不同的靶組織/不同生物學效應，在代謝中起關鍵作用，包括脂肪酸氧化、調節糖脂代謝、抑制肝糖產出和增加肝和骨骼肌的胰島素敏感性。HMW多聚體介導肝臟的ADN作用，而骨骼肌的各種多聚體的重要性仍有爭論，雖然新近報告提示HMW的ADN還可成為主要的效應因子〔10〕。當前治療T2DM的藥物包括噻唑烷二酮(TZD)類，即超氧化化物酶體增殖蛋白活化受體(PPAR)-γ促效劑TZD介導的胰島素增敏作用與增加循環中ADN的HMW水平以及增加伴侶蛋白表達密切相關〔11〕。下一代非 TZD選擇性 PPAR-γ促效劑現正在臨床試驗，似乎有可能成為未來治療的重點，也是通過改進ADN而產生大量有益作用。ADN受體(AdipoR)分為ADN受體1(AdipoR1)、AdipoR2和鈣黏蛋白(于血管內皮平滑肌細胞發現)。AdipoR1主要在骨骼肌表達，與球形的ADN三聚體有較好的親和力，也與激活腺苷-砭酸活化激酶(AMPK)有密切關系。AdipoR2在肝臟中高表達，并與MMW(六聚體)和HMW(12～18聚體)的ADN有較好的親和力，也與激活PPAR-γ有密切關系。在肝臟ADN與受體結合將導致脂肪的β氧化增加和糖異生減少。在肌肉，ADN與受體結合導致脂肪β氧化增加和糖吸收增加。以上對增加肝臟和骨骼肌的胰島素敏感性降低血糖和減少組織的三酰甘油起作用〔12〕。目前認為ADN和內脂素是脂肪和胰島素抵抗連接的橋梁。

2.1 ADN糖代謝功能 (1)ADN通過刺激AMPK磷酸化，增加胰島素的敏感性。(2)通過促進糖轉運體GLUT4移動至細胞表面，活化AMPK，最終促進糖的吸收。(3)ADN通過對磷酸果糖激酶的磷酸化增加糖酵解。(4)通過使乙酰輔酶A羧基酶的失活，增加脂肪酸氧化〔13〕。(5)通過抑制游離脂肪酸誘生的胰島素信號通路異常，改善胰島素敏感及血糖控制。(6)ADN通過抑制糖異生和促進骨骼肌對糖的吸收，使之對胰島素增敏。(7)通過活化PPAR-γ調節糖脂代謝〔14〕。

2.2 ADN的心血管功能 ADN的心血管作用起源于其作為血管舒張劑的功能〔15〕。(1)以ADN治療可對心肌梗死后病理性心臟的重構起緩沖作用〔16〕。(2)ADN促進血管舒張是通過增加血管內皮一氧化氮合酶(NOS)和前列腺素合酶的表達〔17〕。(3)ADN通過內皮NOS增加內皮NO的產生，其刺激AMPK通路，影響血管緊張。(4)在內皮細胞改善胰島素敏感性通過 Akt(一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶)介導激活內皮NOS，增加血管舒張。(5)新近研究提示，ADN經打開K+通道使離體的主動脈環和腸系膜動脈舒張〔15〕。

2.3 ADN的抗炎功能 (1)ADN抑制巨噬細胞中內毒素誘生的TNF-α表達。(2)ADN上調源于單核細胞的巨噬細胞IL-10，進而上調組織中對基質金屬蛋白酶(MMP)-1的抑制〔18〕。(3)還發現ADN對前炎癥因子白介素-6(IL-6)有抑制作用。(4)ADN還抑制另一主要的前炎癥巨噬細胞產物-IFN-γ。(5)IL-1活性部分通過IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)調節，ADN對IL-1的特異性抑制是通過結合于IL-1受體。(6)ADN通過cAMP依賴途徑抑制內皮細胞NF-κB途徑，并以飽和方式特異性結合于人內皮細胞，從而抑制TNF-α誘生的幾個黏附分子的表達，如血管黏附分子(VCAM)-1、細胞間黏附分子(ICAM)-1和E-選擇素〔19〕。(7)動物實驗表明：ADN極大地防止各種炎癥模型，而這些模型的特點是增加TNF-α合成，進一步支持ADN對TNF-α的作用〔20〕。(8)經氧化的LDL或高糖處理后的內皮細胞中，ADN抑制超氧化物自由基的產生〔21〕。(9)ADN抑制生長因子誘生的平滑肌細胞增殖和泡沫細胞的轉化的炎癥過程。(10)ADN活化p38絲裂原活化蛋白激酶。(11)增加內皮細胞NO的產生。

2.4 ADN抗動脈硬化功能 ADN幾乎在動脈硬化發生的所有階段發揮有益作用，其分子機制〔22〕：(1)減少血管內皮黏附分子的表達。(2)抑制血管平滑肌細胞的增殖和遷移。(3)抑制巨噬細胞向泡沫細胞的轉換。(4)抗氧化和抗炎作用。

2.5 ADN與骨形成 研究顯示肥胖對骨質疏松起保護作用。然而，以去除成骨細胞因子增強骨密度還帶來對胰島素敏感性的損傷，并有可能引起內臟脂肪增加〔23，24〕。ADN在骨的胰島素敏感對脂肪平衡上起重要作用。最近研究報告成骨細胞因子的基因操作所致的代謝改變可依賴于ADN〔25〕。基因去除成骨細胞因子編碼的酪氨酸磷酸酶蛋白(OST-PTP)和成骨細胞因子骨鈣素則出現有關胰島素敏感和肥胖的相對表型〔23〕。胚胎干細胞磷酸酶(Esp)失活與改善胰島素敏感性與改善碳水化合物和血脂參數、減少肝臟脂肪含量、改善糖耐量和增加線粒體活性有關〔23〕。相比之下，去除骨鈣素可減少ADN水平，導致胰島素抵抗和肥胖〔23〕。相反，已知重組的骨鈣素通過增加胰島素和ADN水平可改善糖的平衡。研究顯示，骨鈣素可通過增加ADN表達及其血ADN水平影響胰島素分泌〔23〕。新近研究提示，ADN直接涉及骨量調節。體外分析表明，ADN可通過AdipoR1促進骨細胞增殖〔26〕，這與早先報告的AdipoR1在成骨細胞中表達相一致。ADN可進一步發揮抗細胞因子誘生骨吸收的保護作用，這是通過對破骨細胞生成的直接抑制。然而，體內研究表明，骨密度和循環血中的ADN水平呈負相關。特別是新近報告小鼠過度表達ADN可表現為較野生小鼠在功能加強的各種生物力學上的實質性減弱，顯示ADN抑制骨的形成。有研究表明，ADN與骨丟失相關，這些標志物包括：堿性磷酸酶、骨鈣素交叉連接N端肽的Ⅰ型膠原蛋白〔27，28〕。

3 ADN的其他調節功能

ADN的抗炎和抗動脈硬化功能部分是通過ADN抑制巨噬細胞產生TNF-α和對骨髓單核細胞祖細胞的抑制及誘生凋亡〔29〕。內皮細胞黏附分子的表達和最后減少單核細胞的黏附，減少單核細胞運動至內皮下區域和抑制粥樣斑塊的發生。ADN還誘生抗炎因子和細胞因子，如IL-10或IL-Ra，對這些作用通過抑制癌細胞的生長和與腫瘤形成相關的血管生成產生抗癌作用〔30〕，低的ADN水平與人的各類癌有關，推測低ADN在肥胖者中增加癌的發生起作用〔31〕。超重和肥胖者有較低比例的HMW，但其機制尚不清〔32〕。前炎癥細胞因子如脂肪組織中的TNF-α、IL-6和活性氧ROS可作為ADN基因表達的自分泌和旁分泌的抑制物。胰島素將下調AdipoR1和AdipoR2的表達。因此，髙胰島素血癥常常與肥胖的代謝綜合征有關，并通過改變AdipoR的利用率對“脂聯素抵抗”起作用〔12〕。當高胰島素血癥和糖尿病時，ADN的HMW下調。然而，胰島素及胰島素樣生長因子也可刺激人內臟脂肪合成ADN。目前腦的LMW的ADN對食欲調節的影響尚未確定〔33〕。

4 ADN基因多態性與疾病

ADN基因單核苷酸多態性(SNPs)主要在啟動子區(-11426A/G，-11377C/G 和-11391G/A)、外顯子 2+45G15G(T/G)和內含子2+276G/T，前者與 T2DM和糖尿病腎病(DN)發病有關，后二者對T2DM、肥胖和DN發病敏感，還與T1DM發病有較強的關系。由啟動子區域的多態性和內含子2SNP+276G/T構建的單倍體與循環中的ADN水平有關。并且后二者是目前最為常見的〔34〕。研究表明，ADN在糖尿病、肥胖和胰島素抵抗的發病上起重要作用，與健康人相比，T2DM和肥胖者血中ADN水平顯著減少。ADN基因連鎖不平衡區的基因多態性包括啟動子區、外顯子2-內含子2的邊界區，與T2DM、肥胖、DN和胰島素抵抗有關。因此，血 ADN水平及ADN基因多態性可作為糖尿病及其并發癥、肥胖和其他代謝疾病早期診斷和臨床預測的標志物。

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