Apelin-13生物功能研究進展

符 婉 田紹文游 詠

綜述

Apelin-13生物功能研究進展

符 婉1田紹文2游 詠1

Apelin是由77個氨基酸構成的多肽，其受體為血管緊張素樣G蛋白偶聯受體(APJ)。Apelin/APJ系統在外周與中樞均有廣泛分布；Apelin-13是Apelin亞型之一，具有較強的生物活性。本文綜述了Apelin-13參與心血管系統、呼吸系統、神經系統、消化系統和內分泌系統等生理病理過程調節的研究新進展。

Apelin-13；心血管系統；呼吸系統；神經系統；內分泌系統

Tatemoto[1]于1998年首次從牛胃分泌物中提取出一種新的血管活性肽—Apelin。Apelin-血管緊張素樣受體（Apelin-angiotensin receptor-like，APJ）是O’Dowd于1993年首次發現的孤兒G白偶聯受體，Apelin是其內源性配體。Apelin/APJ系統在外周與中樞均有廣泛分布。Apelin具有多個亞型：Apelin-12、Apelin-13、Apelin-17、Apelin-28和Apelin-36。Apelin-13作為Apelin亞型之一，具有較強的生物活性。[pGlu]Apelin-13是Apelin存在于心臟、大腦、下丘腦中的主要亞型，且具有多種生物學功能。本文綜述了Apelin-13參與心血管系統、呼吸系統、神經系統、消化系統和內分泌系統等生理病理過程調節的研究新進展。

1 Apelin-13的生物學特性

1.1 Apelin-13的結構 富含精氨酸和賴氨酸殘基的Apelin前體肽，被血管緊張素轉化酶2剪切成不同長度的亞型，如Apelin-13、Apelin-17和Apelin-36。Apelin-13是C末端含有13個氨基酸的短肽[2]，見圖1。Apelin-13的N端參與調節其與APJ受體的結合，C端主要參與調控其生物活性。[pGlu]Apelin-13是Apelin-13的N端焦谷氨酸化形式，有較強的穩定性，能夠防止C末端的多肽被酶分解。Kleinz等[3]進一步研究顯示，Apelin-13生物活性較長肽Apelin強，但其與受體結合能力較差。

Fig.1 Amino acid sequence of human Apelin subtypes圖1 人類Apelin亞型氨基酸序列

1.2 Apelin-13的分布 Apeilin-13分布廣泛，在人體大腦、心臟、胃、腎臟、視網膜、結腸、臍靜脈、脂肪組織、骨間質祖細胞和血管內皮細胞中都能檢測到Apelin-13的表達。有研究表明[pGlu]Apelin-13是健康人體血漿中存在的最主要的Apelin亞型，其血漿濃度為7.7～23.3 μg/L[4]。

2 Apelin-13的生物學功能

2.1 Apelin-13與心血管系統 Apelin-13與APJ受體結合，能夠拮抗血管緊張素Ⅱ對血管的收縮作用，從而舒張血管、降低血壓。一項針對中國沿海人群的流行病學調查顯示，血清Apelin-13水平與收縮壓、舒張壓和平均動脈壓呈負相關[5]。研究顯示惡性高血壓與慢性腎病關系密切，慢性腎病患者中有非對稱性二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）聚集，ADMA能夠造成血管內皮損傷，引起惡性高血壓[6]。有研究顯示,ADMA呈劑量和時間依賴性地增加人臍靜脈血管內皮細胞的通透性，Apelin-13可以通過ADMA損傷人臍靜脈內皮細胞的屏障，直接引起人臍靜脈血管平滑肌細胞肌球蛋白輕鏈的增多[7]。動物實驗顯示，給予SD大鼠ADMA持續皮下泵入4周，與對照組比較，Apelin-13能夠顯著增加ADMA組大鼠的收縮壓，且機制是Apelin-13直接引起ADMA組大鼠血管平滑肌細胞肌球蛋白輕鏈的增 多[6]。此外，Apelin-13能夠通過激活磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）信號通路促進大鼠胸主動脈血管平滑肌細胞增殖[8]。上述研究結果提示Apelin-13在不同條件下對血壓具有雙向調控作用。

Apelin-13亦具有抵抗缺血和缺血再灌注對心肌細胞損傷的作用。有研究顯示在大鼠左冠狀動脈前降支梗死24 h后，連續5 d腹腔注射[pGlu]Apelin-13后，與對照組比較，Apelin-13能夠減少心肌梗死面積，增加心率和血清一氧化氮水平，抵抗缺血對心肌細胞的損傷[9]。在大鼠心肌缺血再灌注模型中，Aplein-13可拮抗缺血再灌注誘導的心肌細胞內質網應激損傷[10-11]；而給予PI3K/AKT、胞外信號調節蛋白激酶1/2（ERK1/2）及一磷酸腺苷依賴的蛋白激酶（AMPK）等信號通路的抑制劑能夠阻斷Aplein-13拮抗內質網應激誘導的細胞凋亡，提示Apelin-13對心肌細胞的保護作用需要PI3K/AKT、ERK及AMPK信號通路的參與[10-11]。

2.2 Apelin-13與呼吸系統 除草醚誘導的橫膈疝氣模型大鼠具有肺動脈高壓癥，長期肺動脈高壓會導致肺血管平滑肌細胞增殖和遷徙。Hofmann等[12]發現該模型大鼠肺脈管系統中Apelin-13/APJ的mRNA表達水平顯著上調，提示Apelin-13信號可能與長期肺動脈高壓誘導肺血管平滑肌細胞增殖和遷徙有關。外源性給予Apelin-13能夠抑制低氧誘導的肺動脈血管平滑肌細胞增殖、遷移和自噬[13]。此外，體外細胞實驗發現肺腺癌細胞過表達APJ，Apelin-13可顯著增加腺癌細胞ERK1/2磷酸化水平，促進肺腺癌細胞的增殖和自噬[14]。

2.3 Apelin-13與神經系統 Apelin-13在大腦中分布廣泛，在脊髓、腦橋/延髓、中腦、大腦皮質、下丘腦、小腦、紋狀體、嗅球和海馬中均檢測到了Apelin-13 mRNA表達。研究表明Apelin-13具有保護神經細胞損傷作用[15]。Zeng等[15]觀察到在無血清誘導大腦皮質細胞損傷的實驗中，Apelin-13可通過ERK1/2信號通路抑制門冬氨酸受體活化引起的Ca2+內流、氧化應激、線粒體功能損傷、細胞色素C的釋放及caspase-3的激活，保護大腦皮質細胞凋亡和神經興奮性毒性損傷。Khaksari等[16]發現，Apelin-13可以改善大腦中動脈局部缺血引起的大鼠大腦再灌注損傷和病理性水腫，并顯著縮小腦梗死面積和水腫面積，其機制可能與Aplein-13抑制細胞凋亡過程有關。Apelin-13亦具有鎮痛作用。Lv等[17-18]發現在小鼠蛛網膜下腔注射醋酸誘導內臟痛模型中，Apelin-13可發揮鎮痛樣作用，該效應可被阿片類受體拮抗劑所阻斷。最近研究結果表明，Apelin-13可影響學習記憶和情緒。Telegdy等[19]研究發現Apelin-13能增強小鼠被動回避學習記憶的鞏固過程，而α-腎上腺素能、類膽堿能、多巴胺能、5-羥色胺能、γ-氨基丁酸能等遞質受體拮抗劑及一氧化氮合成抑制劑均能阻斷Apelin-13對記憶鞏固的增強作用。Telegdy等[20]研究顯示，在高架十字迷宮檢測實驗中，Aplein-13能夠提高CFLP小鼠的抗焦慮水平，且給予酚芐明、氟哌啶醇、普萘洛爾（心得安）和二甲麥角新堿能夠阻斷Apelin-13的抗焦慮水平，提示Apelin-13的抗焦慮作用與α、β腎上腺素能、多巴胺能和5-羥色胺能有關。

2.4 Apelin-13與消化系統 早期研究發現APJ受體在胃腸道有分布，提示Apelin-13可能參與調控胃腸功能。Lv等[21]發現給予小鼠側腦室注射Apelin-13（3～10 μg/只）可抑制胃排空和胃腸道活動，而腹腔注射Apelin-13（10～100 μg/只）對胃排空無影響。給予Apelin-13受體阻斷劑（F13A）和納洛酮可拮抗Apelin-13抑制胃排空的作用，提示APJ受體和阿片類受體參與了Apelin-13對胃排空的調控。此外，體外實驗結果表明，給予結腸癌細胞APJ特異性受體拮抗劑F13A能顯著抑制結腸癌細胞的增殖[22]。

2.5 Apelin-13與內分泌系統 Aplein-13參與調控攝食行為和能量穩態。Sunter等[23]發現給予大鼠側腦室注射Aplein-13可以減少正常大鼠和禁食大鼠的食物攝取量；Taheri等[24]給予大鼠側腦室注射Apelin-13僅影響了禁食大鼠給藥后2～4 h的食物攝取量。Lv等[25]夜間給予小鼠側腦室注射Aplein-13后，可顯著降低給藥后4 h內禁食小鼠和未禁食小鼠的攝食和攝水量，而白晝給予側腦室注射Aplein-13對未禁食小鼠的攝食和攝水量沒有影響。上述實驗結果提示Apelin-13對攝食攝水行為的調控可能受多種因素的影響。Wattez等[26]研究顯示，在體內和體外實驗中，Apelin-13可呈劑量依賴性地促進膽囊收縮素和胰高血糖素樣肽1的分泌，進而調節攝食行為和糖穩態。Shin等[27]發現在肥胖癥小鼠模型的脂肪組織及前體脂肪細胞中，Apelin-13是Apelin在脂肪組織中最主要的亞型。進一步研究顯示，下丘腦室旁核微注射Apelin-13可引起下丘腦室旁核細胞中高表達C-fos，并且激活交感神經刺激棕色脂肪細胞，使棕色脂肪細胞溫度升高，釋放能量[28]。

Apelin-13有利于治療糖尿病。Zeng等[29]發現Apelin-13對無血清誘導的間充質干細胞損傷具有保護作用，骨髓間充質干細胞移植可用于治療多種疾病，包括糖尿病。然而，99％的骨髓間充質干細胞易在移植后24 h發生凋亡。改善低氧誘導間充質干細胞損傷的促凋亡環境是治療損傷的關鍵。低氧會產生大量的活性氧代謝產物（reactive oxygen species，ROS）,ROS可以通過激活核因子活化B細胞κ輕鏈增強子(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells,NF-κB)和ERK1/2通路誘導凋亡。因此，Apelin-13通過抑制ERK1/2通路和激活PI3K/AKT通路，抵抗ROS對骨髓間充質細胞的損傷作用，從而用于治療糖尿病[30]。

3 小結與展望

Apelin-13信號系統廣泛分布于外周與中樞組織，參與多種生理病理過程的調節。而目前對Apelin-13信號系統功能的研究處于初始階段。在今后的研究中，一方面需要進一步明確Apelin-13信號系統其他生物功能，并對其作用機制深入研究；另一方面，還需要將Apelin-13信號系統作為某種疾病治療靶點進行針對性的臨床前研究。

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(2014-04-23收稿 2014-05-25修回)

（本文編輯 閆娟）

Current Research Progress of Apelin-13

FU Wan1,TIAN Shaowen2,YOU Yong1
1 Department of Neurology,First Affiliated Hospital,University of South China,Hengyang 421001,China;2 Department of Physiology,Medical School,University of South China

Apelin is a polypeptide consisting of 77 amino acids.Apelin receptors are found to be the angiotensinlike G protein coupled receptor(APJ).Apelin/APJ system is widely distributed in the peripheral and central nervous system. Apelin-13 is one of the subtypes of Apelin,which has strong biological activity.This study reviewed the new research progress of Apelin-13 on physiological and pathological processes involved in the cardiovascular system,respiratory system,nervous system,digestive system and endocrine system.

Apelin-13;cardiovascular system;respiratory system;central nervous system;endocrine system

R592

A

10.3969/j.issn.0253-9896.2014.11.026

國家自然科學基金資助項目（81171281、81300158）、省級科技計劃項目（2013FJ3133）

1南華大學附屬第一醫院神經內科（郵編421001）；2南華大學醫學院生理教研室