Apelin／APJ系統與糖尿病關系的研究進展

王 娜，鮑曉雪（綜述），薛 鵬，李玉坤 （審校）

（河北醫科大學第三醫院內分泌二科，河北省骨科生物力學重點實驗室，河北 石家莊050051）

1993年，O′Dowd等［1］發現一種新的 G蛋白耦聯受體，因其氨基酸序列與血管緊張素Ⅱ同源性高達54%，又被稱為血管緊張素樣蛋白質J（angiotensin receptor-like protein J receptor，APJ）受體。直到1998年，孤兒受體APJ的內源性配體Apelin，才被日本學者 Tatemoto等［2］利用“反向藥理學”方法首次在牛胃的分泌物中提取。放射性配體結合實驗表明，Apelin是APJ的特異性配體，是一種由脂肪細胞分泌的新型脂肪細胞因子，在人體內分布廣泛，參與多種生理病理過程。由于Apelin／APJ系統與2型糖尿病的發生發展密切相關，將其作為藥物設計的新靶點引起國內外科學家的關注。現就Apelin／APJ系統與糖尿病關系的研究進展綜述如下。

1 Apelin／APJ系統

1.1 Apelin的生物學特性 人Apelin基因位于染色體xq25-26.3，相對分子質量為12 876，包含2個內含子和3個外顯子。人、牛、大鼠和小鼠的Apelin前體肽均由77個氨基酸組成，其C-端的氨基酸在4個物種間完全保守，并富含肽酶酶解的堿性氨基酸殘基結合位點，是Apelin的主要功能區域。可被分解為 Apelin-12、Apelin-13、Apelin-16、Apelin-17、Apelin-19、Apelin-36、焦谷氨酸型Apelin-13等不同亞型。早在發現伊始，Apelin-13、Apelin-17及Apelin-36亞型的區別已被闡述：Apelin-13和Apelin-17作用比Apelin-36高8～60倍；Apelin-36與APJ結合比Apelin-13更牢固，作用更持久［2］。

1.2 APJ的生物學特性 APJ含377個氨基酸殘基，基因位于11號染色體q12，是7次跨膜G蛋白耦聯受體家族成員之一［1］。G蛋白耦聯受體是一類通過G蛋白介導跨膜信號轉導的膜受體的總稱，在人體內分布廣泛。目前，已經發現有超過750種不同的G蛋白受體；更重要的是，以G蛋白為靶點的藥物比例高達25%［3］。APJ沒有亞型，是目前惟一已知的Apelin受體。

1.3 Apelin／APJ的分布及功能 G蛋白包含4種主要的亞族，即 Gαs、Gαi／o、Gαq／11、Gα12／13。每一亞族耦聯特定信號通路：Gαs激活腺苷酸環化酶；Gαi／o抑 制 磷 脂 酶 C（phyospholipase C，PLC）；Gαq／11激活磷脂酶C，增加細胞內Ca2＋的濃度；Gα12／13調節鳥苷酸環化酶，進而調節激動蛋白的功能。目前發現，Apelin／APJ系統耦聯 Gαi／o、Gαq／11亞族，且不同亞型對激活下游通路的傾向性不同。Apelin／APJ系統在人體組織分布廣泛，具有抗炎、調節血管張力、抑制細胞增殖、調節體液平衡、促進血管發生等多種重要生物學功能，參與循環、神經、內分泌、免疫、消化和運動系統等組織器官的生理病理過程。Apelin可分泌至血循環系統中，其在血液的濃度因其檢測方法不同而結果不同。

Apelin表達于成熟脂肪組織及未分化的前脂肪細胞，并且隨著脂肪細胞分化Apelin表達水平增加，其中白色脂肪組織Apelin表達水平高，而褐色脂肪組織表達水平較低。脂肪組織具有廣泛的分泌譜，可分泌大量脂肪細胞因子和大量生物活性物質。脂肪因子中有的僅來自脂肪細胞，而有的還來自體內其他組織，多種因素可調控它們的表達與分泌，而它們自身之間也相互影響，在維持人體正常的生理功能方面發揮著巨大的作用，并參與許多疾病的生理病理進程。

2 Apelin／APJ系統與糖尿病

Apelin是一種胰島細胞分泌肽，可表達于胰島細胞，增加胰島細胞數量，調節β細胞合成胰島素的功能。Habchi等［4］研究發現，1型和2型糖尿病患者血清Apelin水平明顯升高，且1型糖尿病患者血清Apelin水平高于2型。Erdem等［5］研究未治療的2型糖尿病肥胖患者，發現其血漿Apelin水平顯著低于健康對照組。Kadoglou等［6］發現治療后2型糖尿病患者Apelin水平明顯升高。Apelin的生理作用是促進胰島素分泌，但在病理狀態下，血清Apelin水平降低，應用降糖藥物影響Apelin水平。

許多研究都證實Apelin與胰島素之間關系密切。Guo等［7］認為Apelin-13通過激活磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）通路，降低胰島β細胞內環磷三腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）濃度，從而抑制高糖誘導的胰島素分泌。Attané等［8］進一步研究發現，高劑量Apelin（1μmol／L）促進胰島素的分泌，低劑量Apelin（10～100nmol／L）抑制胰島素的分泌。胰島素結合脂肪細胞表面的胰島素受體后，激活PI3K、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）和有絲分裂原活化蛋白激酶通路，誘導Apelin表達，升高的Apelin水平可以反饋抑制胰島素的分泌，形成反饋抑制環路［7］。

糖尿病發病的關鍵環節是胰島素抵抗，胰島素抵抗是指胰島素作用的靶器官對胰島素的敏感性降低，表現為葡萄糖攝取障礙、糖原合成減少、脂肪氧化不充分導致脂肪積累和細胞氧化應激損傷；為了維持體內血糖平衡，常表現高胰島素血癥。體內外實驗均表明，Apelin增強胰島素通路AMP依賴的蛋白激酶（activated protein kinase，AMPK）／人胰島細胞受體底物1（insulin receptor substrate 1，IRS1），促進心肌葡萄攝取和利用［9］；而家鼠腹膜內注射Apelin-13通過增強胰島素通路Jin氨基末端激酶［jun N-terminal kinase（JNK）-IRS1-絲氨酸／蘇氨酸 蛋 白 激 酶 （serine／threonine protein kinase，Akt）-糖原合成酶激酶（glycogen synthase kinase，GSK）］，可逆轉腫瘤壞死因子引發的肝糖原合成減少，降低血糖［10］。Apelin還能增強AMPK通路，促進骨骼肌［8］和脂肪組織［11］葡萄糖攝取，從而改善胰島素抵抗。

3 Apelin／APJ系統與糖尿病大血管病變

研究證實，高血糖增加心血管事件的危險性，HbA1c每增加1%，心絞痛和心肌梗死的發生率增加11%［12］。糖尿病大血管病變的發生不僅與非糖尿病性高血壓、脂質代謝紊亂有關，還與長期慢性的高血糖致內皮細胞功能紊亂、氧化應激、炎癥等多種因素有關。Apelin可以減少脂肪細胞分泌的炎癥因子如腫瘤壞死因子α和白細胞介素的表達［13］，降低動脈巨噬細胞的數量，減弱血管炎性反應。

另一方面，Apelin通過激活心肌細胞內PLC、PKC、Na-H-ATP酶及Na-Ca-ATP酶發揮正性肌力作用［14］。Zeng等［15］應用 Apelin基因治療糖尿病小鼠模型后，通過上調SIRT3，增加血管內皮細胞生長因子（vascular endothellal growth factor（VEGF）／血管內皮細胞生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR）、促血管生成素1及其受體Tie2（Angiopoietin-1）Ang-1／Tie-2的表達，減少高糖誘導的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）形成和內皮細胞凋亡，從而增加心肌血管密度，有利于受損心肌修復，降低了糖尿病心血管疾病的風險。

4 Apelin／APJ系統與糖尿病腎病

糖尿病腎病早期病理改變為腎實質肥大和腎小球系膜變薄。Day等［16］研究1型糖尿病雄性大鼠發現，長期Apelin-13干預后，其通過抗過氧化氫酶氧化作用延緩腎實質及腎小球肥大，拮抗腎炎，減少尿蛋白。與此不同，Zhang等［17］研究2型糖尿病大鼠發現，Apelin-13干預后，腎小球內皮細胞上的VEGF2受體表達增多，病理性血管新生，腎小球通透性增加，尿蛋白增多。Day等［16］分析認為，Apelin促進血管新生的作用會降低減少尿蛋白的腎臟保護作用。我們推測，病理狀態下，Apelin對1型糖尿病和2型糖尿病的作用之所以不同，可能受體內胰島素分泌水平的影響。另外，Apelin作用廣泛，當其促進血管新生作用超過抗氧化作用后，則主要表現為促進糖尿病腎病的進展。而且，近來有關糖尿病腎病的研究多集中在Apelin-13亞型，其他亞型在腎臟局部的表達及作用有待研究。

5 Apelin／APJ系統與糖尿病視網膜病變

糖尿病視網膜病變是導致失明的重要原因，尤其是在增殖期，糖尿病增殖期視網膜病變的主要表現為視網膜新生血管的形成、神經膠質纖維酸性蛋白和VEGF表達增多。Qin等［18］體外實驗發現，高糖狀態下，Apelin-13在視網膜局部的表達增多，通過PI3K／Akt和MEK／ERK通路增強視網膜色素上皮細胞的增殖、遷移。而在活體狀態下，尤其是情況更為復雜的人體內，Apelin對糖尿病視網膜病變的影響鮮有研究。Du等［19］將糖尿病患者分為無視網膜病變組、視網膜病變組、增殖期視網膜病變組，在增殖期視網膜病變組血清Apelin-13水平顯著高于其他2組。可見，Apelin促進病理性血管新生，加速已經發生的糖尿病視網膜病變向增殖期進展［20］。Apelin在病理狀態下的分布可能已經改變，對于糖尿病微血管病變，其促進病理血管新生的作用明顯超過其他保護性生理作用；另一方面，也表明Apelin參與多種信號通路的生物學作用過程，這些信號通路間可能存在交叉影響。

6 Apelin／APJ系統與糖尿病神經病變

Apelin在中樞神經系統內廣泛表達，通過抑制大腦皮質細胞中活性氧的產生、線粒體膜電位去極化、細胞色素C的釋放以及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3）的激活，促進Akt和細胞外信號調節激酶1／2（extracellular signal-regulated kinase 1／2，ERK1／2）的 磷 酸 化，減 少 神 經 細 胞 凋 亡［21］。Apelin可以通過拮抗過氧化氫酶的氧化作用，清除ROS來防止糖尿病神經病變的發生［21］。另一方面，Lv等［22］在動物研究中發現，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，這成為糖尿病周圍神經病變治療的新方向。

7 Apelin／APJ系統與糖尿病骨代謝

Apelin／APJR系統在人成骨細胞表達［23］，能誘導人成骨細胞PI3K下游底物Akt的活化，促進人成骨細胞增殖；還可誘導人成骨細胞Bc1-2蛋白質表達，抑制Bax蛋白質表達和細胞色素C的分泌及Caspase-3的裂解活化，從而抑制成骨細胞凋亡［24］。Apelin／APJR系統對骨代謝方面的影響少見報道。Wattanachanya等［25］發現Apelin基因敲除的小鼠皮質松質骨密度均增加，應用骨組織形態計量學方法證實骨形成及骨礦化程度加深。Apelin對骨代謝的影響多集中成骨細胞水平，Apelin對破骨細胞的作用仍不清楚。

8 小結

Apelin與糖尿病的發生發展密切相關。Apelin與胰島素互相調節，存在反饋抑制環路。Apelin延緩糖尿病大血管病變和糖尿病神經病變，而對糖尿病微血管病變的作用具有雙向性，這可能與Apelin的組織分布及各信號通路交叉影響有關，如體質量指數、血脂、炎癥因子等其他代謝因子綜合調控。在糖尿病骨代謝方面，Apelin與成骨細胞的關系更密切，但與破骨細胞及骨細胞的關系有待挖掘。總之，Apelin參與糖尿病發生發展過程，但應進一步探索Apelin與體內其他代謝因子間的關系，從而明確Apelin在人體生理病理狀態下的具體影響，為防治糖尿病及其并發癥提供新的藥物靶點。

［1］ O′Dowd BF，Heiber M，Chan A，et al.A human gene that shows identity with the gene encoding the angiotensin receptor is located on chromosome 11［J］.Gene，1993，136（1／2）：355-360.

［2］ Tatemoto K，Hosoya M，Habata Y，et al.Isolation and characterization of a novel endogenous peptide ligand for the human APJ receptor［J］.Biochem Biophys Res Commun，1998，251（2）：471-476.

［3］ Overington JP，Al-Lazikani B，Hopkins AL.How many drug targets are there？［J］.Nat Rev Drug Discov，2006，5（12）：993-996.

［4］ Habchi M，Duvillard L，Cottet V，et al.Circulating apelin is increased in patients with type 1or type 2diabetes and is associated with better glycaemic control［J］.Clinical Endocrinology，2014，81（5）：696-701.

［5］ Erdem G，Dogru T，Tasci I，et al.Low plasma apelin levels in newly diagnosed type 2diabetes mellitus［J］.Exp Clin Endocrinol Diab，2008，166（5）：289-292.

［6］ Kadoglou NP，Tsanikidis H，Kapelouzou A，et al.Effects of rosiglitazone and metformin treatment on apelin，visfatin，and ghrelin levels in patients with type 2diabetes mellitus［J］.Metabolism，2010，59（3）：373-379.

［7］ Guo L，Li Q，Wang W，et al.Apelin inhibits insulin secretion in pancreatic beta-cells by activation of PI3-kinasephosphodiesterase 3B［J］.Endocr Res，2009，34（4）：14-54.

［8］ AttanéC，Foussal C，Le Gonidec S，et al.Apelin treatment increases complete fatty acid oxidation，mitochondrial oxidative capacity，and biogenesis in muscle of insulinresistant mice［J］.Diabetes，2012，61（2）：310-320.

［9］ Xu S，Han P，Huang M，et al.In vivo，ex vivo，and in vitro studies on apelin′s effect on myocardial glucose uptake［J］.Peptides，2012，37（2）：320-326.

［10］ Chu J，Zhang H，Huang X，et al.Apelin ameliorates TNF-αinduced reduction of glycogen synthesis in the hepatocytes through G protein-coupled receptor APJ［J］.PLoS One，2013，8（8）：e57231.

［11］ AttanéC，Daviaud D，Dray C，et al.Apelin stimulates glucose uptake but not lipolysis in human adipose tissue ex vivo［J］.J Mol Endocrinol，2011，46（1）：21-28.

［12］ UK Prospective Diabetes Study Group.Effect of intensive blood-glucos e control with metformin on complication in overweight with type 2diabetes（UKPDS 34）［J］.Lancet，1998，352（9131）：854-865.

［13］ Koguchi W， Kobayashi N， Takeshima H，et al.Cardioprotective effect of apelin-13on cardiac performance and remodeling in end-stage heart failure［J］.Circ J，2012，76（1）：137-144.

［14］ Wang M，Gupta RC，Rastogi S，et al.Effects of acute intravenous infusion of apelin on left ventricular function in dogs with advanced heart failure［J］.J Cardiac Fail，2013，19（7）：509-516.

［15］ Zeng H，He X，Hou X，et al.Apelin gene therapy increases myocardial vascular density and ameliorates diabetic cardiomyopathy via upregulation of sirtuin 3［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2014，306（4）：H585-597.

［16］ Day RT，Cavaglieri RC，Feliers D.Apelin retards the progression of diabetes nephropathy［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2013，303（6）：F788-800.

［17］ Zhang BH，Wang W，Wang H，et al.Promoting effects of the adipokine，apelin，on diabetic nephropathy［J］.PLoS One，2013，8（4）：1-11.

［18］ Qin D，Zheng XX，Jiang YR.Apelin-13induces proliferation，migration，and collagenⅠ mRNA expression in human RPE cells via PI3K／Akt and MEK／Erk signaling pathways［J］.Mol Vis，2013，19：2227-2236.

［19］ Du JH，Li X，Li R，et al.Elevation of serum apelin-13 associated with proliferative diabetic retinopathy in type 2 diabetic patients［J］.Int J Ophthalmol，2014，7（6）：968-973.

［20］ McKenzie JA，Fruttiger M，Abraham S，et al.Apelin is required for non-neovascular remodeling in the retina［J］.Am J Pathol，2012，180（1）：399-409.

［21］ 張祥建.Apelin-13通過激活 ERK1／2、PI-3K／Akt信號通路對局灶性腦缺血再灌注小鼠發揮神經保護作用［D］.石家莊：河北醫科大學，2014.

［22］ Lv SY，Qin YJ，Wang NB，et al.Supraspinal antinociceptive effect of Apelin-13in a mouse visceral pain model［J］.Peptides，2012，37（1）：165-170.

［23］ Xie H，Tang SY，Cui RR，et al.Apelin and its receptor are expressed in human osteoblasts［J］.Regul Pept，2006，134（2／3）：118-125.

［24］ Tang SY，Xie H，Yuan LQ，et al.Apelin stimulates proliferation and suppresses apoptosis of mouse osteoblast cell line MC3T3-E1via JNK and PI3-K／Akt signaling pathways［J］.Peptides，2007，28（3）：708-718.

［25］ Wattanachanya L，Lu WD，Kundu RK，et al.Increased bone mass in mice lacking the adipokine apelin［J］.Endocrinology，2013，154（6）：2069-2080.