脂蛋白相關磷脂酶A2和YKL-40在2型糖尿病及其大血管病變發病中的意義

任麗玨(綜述)，王云枝(審校)

(包頭醫學院第一附屬醫院內分泌科，內蒙古 包頭 014010)

糖尿病是威脅人類健康和社會發展的代謝紊亂性疾病，已成為繼心血管和惡性腫瘤之后的第三大非傳染病，其大血管并發癥是糖尿病致死、致殘的主要原因，糖尿病大血管病變的病理基礎是動脈粥樣硬化。在糖尿病死亡原因中，動脈粥樣硬化約占80%。近年來研究表明，炎性反應是糖尿病并發動脈粥樣硬化的發病機制之一[1]。炎性因子引起的血管內皮炎性反應在糖尿病及其大血管病變的病情演變過程中具有重要作用。脂蛋白相關磷脂酶A2(lipoprotein-associated phospholipase A2,Lp-PLA2)是一種炎性細胞來源的磷脂酶類，幾丁質酶3樣蛋白1(Chitinase 3-like protein 1,YKL-40)有促進炎癥的生物功能。現就Lp-PLA2、YKL-40與2型糖尿病及其大血管病變的機制及研究進展進行如下綜述。

1 Lp-PLA2、YKL-40的結構與分布

1.1Lp-PLA2的結構與分布 Lp-PLA2是磷脂酶超家族中的一員，它在生物界中分布廣泛，在多種動物(如節肢動物、爬行動物、哺乳動物)的細胞、組織和體液中均可分離出Lp-PLA2。Lp-PLA2有3個亞型：1個血漿Lp-PLA2亞型以及2個細胞內的Lp-PLA2亞型[2-3]。人血漿Lp-PLA2在1995年首次克隆成功，是由441個氨基酸殘基組成的一種絲氨酸脂酶，相對分子質量為45×103，呈非鈣離子依賴性，其編碼基因位于染色體的6p12～6p21.1。Lp-PLA2主要由成熟的巨噬細胞、單核細胞等炎性細胞合成和分泌，并受炎性介質的調節。在血漿中80%與低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)結合，與載脂蛋白B結合，并且Lp-PLA2有顯著地結合于小而密LDL的傾向，15%～20%與高密度脂蛋白結合，其余與極低密度脂蛋白結合[4]。

1.2YKL-40的結構與分布 YKL-40是與肝素和幾丁質結合的糖化蛋白，是哺乳動物甲殼酶樣蛋白家族成員之一，但不具有甲殼酶活性，最早是在非泌乳期牛的乳汁分泌物中發現的，因其肽鏈N端起始的3個氨基酸分別為酪氨酸(Y)、賴氯酸(K)和亮氨酸(L)，且相對分子質量為40×103，故名YKL-40。人類YKL-40的基因位于染色體1上[5]。在體外，YKL-40由不同分化階段及活化的巨噬細胞分泌。在人體，YKL-40主要由血管內皮細胞及巨噬細胞分泌[6]。另外，活化的中性粒細胞、軟骨細胞、滑液細胞、骨母細胞、成纖維樣滑膜細胞及腫瘤細胞也可分泌。Johansen等[5]曾在內分泌腺、肝、腎、腎上腺、胃腸道、淋巴結、脂肪、乳腺組織等一系列正常組織類型的cDNA庫中發現了YKL-40基因。YKL-40在炎性環境下可由特定的顆粒通過胞外分泌來釋放[7]。對正常人體YKL-40高表達于代謝活性高或增殖能力強的細胞，在炎癥部位的巨噬細胞中有大量表達[8]。

2 Lp-PLA2、YKL-40的生物學效應

2.1Lp-PLA2的生物學效應 Lp-PLA2被稱為血小板活化因子乙酰水解酶，是一種血管特異性炎癥酶，能水解血小板活化因子使之失去活性，故能減少炎癥和血栓的形成，具有抗炎和抗動脈粥樣硬化作用；同時它又能水解低密度脂蛋白上的氧化卵磷脂，生成溶血卵磷脂和氧化型非酯化脂肪酸，后兩者是促炎介質，可刺激產生黏附分子和細胞因子，損傷血管內皮細胞，引起單核細胞浸潤、泡沫細胞沉積、促進粥樣斑塊形成及使粥樣斑塊不穩定，因此Lp-PLA2同時具有促動脈粥樣硬化形成的作用。經臨床及實驗室的研究結果均證實后者的作用更大。Lp-PLA2在血漿中的活性與濃度存在一定的相關性，且因可能與雌激素水平有關，女性體內Lp-PLA2活性低于男性[9-10]。

2.2YKL-40的生物學效應 關于YKL-40的生物學作用還未完全闡明，目前主要有以下生物學功能[11]：①生長因子活性，具有成纖維生長因子的作用；②肝素結合能力，YKL-40具有單一的肝素結合位點，主要通過與靶細胞表面或細胞外基質中肝素類物質相結合發揮細胞黏附、增生、遷移、分化、組織重塑等作用；③參與炎癥過程，YKL-40由活化的巨噬細胞、中性粒細胞、血管平滑肌細胞、關節軟骨細胞及腫瘤細胞分泌并參與炎性反應。

3 Lp-PLA2、YKL-40與2型糖尿病

3.1Lp-PLA2與2型糖尿病 近年來，國內外多項研究表明，2型糖尿病患者血清中Lp-PLA2水平高于對照組[12-14]。Lp-PLA2是胰島素依賴性酶，有報道，隨著胰島素抵抗(insulin resistance,IR)程度的加重而其活性減低[15]。

3.1.1IR IR是2型糖尿病發病機制之一，氧化應激和低水平的炎性反應在其中發揮了一定作用。胰島素與細胞膜表面的胰島素受體結合，由配體蛋白和多種蛋白激酶組成的信號通路傳遞多種信號，刺激細胞吸收葡萄糖，誘導膽固醇合成并促進脂肪細胞儲存能量，促進毛細血管擴張而改善微循環等。在機體持續性低水平炎癥刺激下，Lp-PLA2促進炎性因子的級聯釋放，胰島素受體信號負反饋環路受阻，在一定程度上加速了IR的進程。IR可致內皮細胞受損，激活凝血系統，致血小板釋放Lp-PLA2增加，觸發炎性因子參與炎性反應。Lp-PLA2水解底物釋放的過多的非酯化脂肪酸也可引起IR。機制：①加速肝臟糖異生，增加葡萄糖的釋出，導致肝臟IR[16-17]；②使脂類沉積于骨骼肌內，導致骨骼肌IR；③抑制葡萄糖氧化[18]；④中、長鏈非酯化脂肪酸的受體GPR40可能參與了非酯化脂肪酸對胰島β細胞脂毒性作用[19]；⑤會通過中間產物(如二酰甘油或神經胺)引起IR。

3.1.2β細胞結構與功能障礙 Lp-PLA2促進炎性因子的級聯釋放，觸發的氧化應激過程導致β細胞凋亡；此外，過多的非酯化脂肪酸可以通過影響葡萄糖轉運子2的功能、破壞葡萄糖激酶、損傷線粒體而引起β細胞凋亡。減少了胰島素的合成和分泌。

3.1.3小而密LDL水平增加 糖尿病患者循環中小而密LDL水平增加，而Lp-PLA2在小而密LDL上活性最高[20-21]。同時來自于因血糖增高氧化產生的自由基可能增加脂蛋白的氧化，從而增加Lp-PLA2水平。

3.2YKL-40與2型糖尿病 國內外眾多研究表明，2型糖尿病患者體內血漿YKL-40顯著升高，但其機制尚不明確[22-26]。有研究顯示，YKL-40水平升高與糖尿病患者體內長期處于高血糖狀態有關，且與IR和血脂參數呈正相關[22,27]。高飽和脂肪攝入、運動量少的生理狀態及2型糖尿病、肥胖的病理過程均有YKL-40的參與。YKL-40可能是肥胖、炎癥及2型糖尿病之間有聯系的因子之一[6,28]。Catalán等[27]也證實，2型糖尿病合并肥胖患者血清YKL-40水平與IR及炎性因子存在相關性，經低熱量攝入減輕體質量后YKL-40水平亦隨之下降。但也有研究認為,在2型糖尿病患者中YKL-40是與肥胖無關的標記[29]。在人體內，YKL-40也可受多種細胞因子、炎性介質(如腫瘤壞死因子α、白細胞介素6)的刺激從而表達上調[30]。眾所周知，腫瘤壞死因子α可直接作用于胰島素信號轉導系統、增強胰島素受體底物1和胰島素受體底物2的絲氨酸磷酸化、刺激脂肪分解提高非酯化脂肪酸水平等途徑誘發和加重IR；白細胞介素6通過激活肝細胞和脂肪細胞及血管內皮細胞分泌大量急性相蛋白、損害胰島β細胞的功能、減少胰島素受體作用、減弱JAK細胞因子信號轉導分子等途徑造成IR，并且在2型糖尿病患者體內均增高。

4 Lp-PLA2、YKL-40與2型糖尿病大血管病變

2型糖尿病并發的大血管損傷中，動脈粥樣硬化起著非常重要的作用。臨床實踐已表明，糖尿病人群中動脈粥樣硬化的患病率更高，發病年齡輕，病情嚴重且進展快，其主要原因是長期的高血糖使糖基化終末產物增多，導致氧化應激和炎性反應加劇[30]。臨床常見的疾病,如冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、腦卒中和下肢動脈硬化、壞疽等。

4.1Lp-PLA2與2型糖尿病大血管病變 商麗娜等[13]和楊冰等[14]通過檢測健康人、單純2型糖尿病組及糖尿病并大血管病變組的血漿Lp-PLA2，發現Lp-PLA2水平依次為糖尿病并大血管病變組﹥單純糖尿病組﹥對照組，平衡多種影響因素后，Lp-PLA2仍與糖尿病并大血管病變有直接相關性，證明Lp-PLA2與2型糖尿病動脈粥樣硬化密切相關，對預測糖尿病大血管并發癥發生有一定價值。Lp-PLA2引起2型糖尿病大血管病變機制：①促進動脈粥樣斑塊形成，在糖尿病這個病理條件下，氧化應激系統被激活，活性氧類被大量釋放，誘導內皮細胞損傷和炎性介質釋放，促使LDL氧化為氧化型低密度脂蛋白LDL(oxidized low density lipoprotein,oxLDL)，使Lp-PLA2產生增加和活性增高，誘導或加劇炎性反應、促進動脈粥樣斑塊形成和發展；同時，Lp-PLA2水解血小板活化因子和氧化磷脂，生成更強的炎性因子、溶血卵磷脂和氧化型非酯化脂肪酸，誘導產生黏附因子和細胞因子，導致單核細胞從管腔向內膜聚集，并衍生為巨噬細胞，巨噬細胞吞噬oxLDL變成泡沫細胞，泡沫細胞增多聚集成動脈粥樣硬化性斑塊。②局部炎性反應，Lp-PLA2由活化的內膜粒細胞分泌，在此部位，反應性產物生成溶血卵磷脂、氧化型非酯化脂肪酸再進一步活化粒細胞，導致產生更多Lp-PLA2，形成促炎物質的持續正調節，導致循環血液黏稠，從而促進了粥樣斑塊的進展和穩定性的減弱。③損傷血管內皮，糖尿病與血管內皮功能關系密切，內皮細胞功能障礙是動脈粥樣硬化的早期改變。Lp-PLA2增強了脂蛋白代謝，升高了局部氧化壓力，使血管內皮細胞受損、功能失調；同時促進內皮表達白細胞介素1、腫瘤壞死因子等炎性細胞因子,從而加重內皮的損傷，進一步加強局部炎性反應。溶血卵磷脂也可破壞完整的血管內皮，導致平滑肌細胞增殖過度及向內膜遷移，減少一氧化氮等活性物質的釋放(一氧化氮具有減輕內皮細胞損傷、減少白細胞吸附、抑制血小板聚集和平滑肌細胞增殖等作用)；氧化型非酯化脂肪酸導致細胞縮小、間隙及通透性增大，使脂蛋白更易流入內膜下，從而促進動脈粥樣硬化的發生、發展。④加速斑塊不穩定，Lp-PLA2能正向調節巨噬細胞凋亡，促進斑塊不穩定。同時，Lp-PLA2介導的細胞因子可引起斑塊表達基質金屬蛋白酶，其降解纖維帽的平滑肌細胞和膠原基質，使斑塊變得脆弱、破裂，導致血栓形成和不良大血管事件的發生。

4.2YKL-40與2型糖尿病大血管病變 有關YKL-40與2型糖尿病大血管并發癥的關系，國內外學者已進行了一些初步的研究，提示YKL-40參與2型糖尿病合并大血管并發癥的發生，且反映其血管動脈粥樣硬化程度，對2型糖尿病患者大血管病變的早期識別有重要的臨床參考價值[22,32-33]。國內學者也研究了糖尿病合并冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的患者，體內血清YKL-40顯著升高，且水平與冠狀動脈病變程度呈正相關，說明糖尿病患者冠狀動脈粥樣硬化斑塊局部炎性反應更劇烈，斑塊持續處于不穩定狀態，YKL-40可能參與了糖尿病患者冠狀動脈病變的發生發展，并可能作為糖尿病患者冠狀動脈斑塊不穩定及冠狀動脈狹窄嚴重程度的預測因子[34-35]。

2型糖尿病大血管并發癥患者中YKL-40水平升高的確切機制目前仍不清楚，推測其可能的機制有：①長期的高血糖使糖基化終末產物增多，導致氧化應激，使LDL轉化為oxLDL加劇，導致血管內皮細胞受損而引發炎性反應。巨噬細胞吞噬脂質并分泌大量的YKL-40，YKL-40可以影響單核細胞向載脂巨噬細胞分化，還可促進血管平滑肌的增生和遷移，后者是通過影響透明質酸的合成而完成的，從而促進動脈粥樣硬化的形成。同時，YKL-40促進形成新生小血管，改變血管內皮細胞的表型，使血管內皮細胞重塑、增殖、趨化、黏附、遷移，導致局部血管壁動脈粥樣硬化斑塊不穩定且進展迅速[22]。②血清YKL-40與糖尿病患者IR存在相關性[22,27]。對于2型糖尿病患者來說，IR常常與高胰島素血癥伴發，高胰島素血癥可以導致多種生長因子沉積于動脈壁上；刺激動脈平滑肌以及結締組織增生及移位；促進內皮細胞表達內皮素基因，加強縮血管作用；降低纖溶酶的活性，促進血液凝固，從而促進動脈粥樣硬化形成。③已有研究發現,糖尿病及動脈粥樣硬化患者血清中白細胞介素6升高[36]。白細胞介素6濃度上升一定程度可刺激YKL-40的釋放[37]。

5 小 結

動脈粥樣硬化是2型糖尿病及其大血管病變的主要病因，炎癥是公認的促進動脈粥樣硬化發生與發展的重要環節。越來越多的試驗證實，炎性因子Lp-PLA2、YKL-40與2型糖尿病及其大血管病變相關，兩者均可促進2型糖尿病患者動脈粥樣硬化的發生、發展。探討2型糖尿病大血管并發癥與血清Lp-PLA2、YKL-40的關系，有可能為其預防及治療提供新的靶點。降低體內Lp-PLA2、YKL-40的水平和活性將可能是預防及治療2型糖尿病大血管并發癥的一種新的策略，其抑制劑具有很大的應用前景。

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