血管生成素樣蛋白在脂質代謝和心血管疾病中功能和機制的研究進展

曹 玲，周 華

三酰甘油是脂質的組成成分，富含三酰甘油的脂蛋白(triglyceride-rich lipoproteins，TRLs)被脂蛋白脂肪酶水解產生非酯化的甘油和脂肪酸被組織攝取利用。因此，脂蛋白脂酶的功能和活性正常對維持血漿三酰甘油水平至關重要。脂蛋白脂酶在實質細胞(如肌細胞和脂肪細胞)中合成，以同源二聚體活性形式存在，之后分泌到細胞間隙從基底外側上皮轉運進入毛細血管腔開始水解過程，脂蛋白脂酶在這一過程中受到多種轉錄后調控因子的調節，如載脂蛋白C、糖基磷脂酰肌醇高密度脂蛋白結合蛋白1(GPIHBP1)、血管生成素樣蛋白家族等。血管生成素樣蛋白是近年來新發現的，與血管生成素結構相似，但不能與血管生成素的酪氨酸激酶受體結合的分泌型糖蛋白，表明血管生成素樣蛋白家族具有不同功能。迄今為止，血管生成素樣蛋白家族共發現血管生成素樣蛋白1～血管生成素樣蛋白8的8個家族成員，雖然它們有相似的結構，但具有不同的生理功能。其中血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8通過抑制脂蛋白脂酶活性參與三酰甘油代謝調節，認為與脂質代謝密切相關[1]。現綜述血管生成素樣蛋白在脂質代謝及心血管疾病中功能和機制的相關研究進展，以探尋高三酰甘油血癥及相關心血管疾病的新型生物標志物及潛在治療靶點。

1 血管生成素樣蛋白

血管生成素樣蛋白因結構類似于血管生成素而得名，這些成員均包括幾個共同的結構域，包括氨基端(N端)信號肽、N端螺旋卷曲結構域(coiled-coil domain，CCD)、羧基端(C端)纖維蛋白原樣結構域(fibrinogen-like domain，FLD)和連接區[2]，血管生成素樣蛋白8因缺乏FLD認為是血管生成素樣蛋白家族的不典型成員。盡管它們有共同的結構，但8個家族成員具有不同的生理功能，在血管生成、干細胞擴張、炎癥、組織重塑和脂質代謝中發揮著不同的作用。血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8的共同特征是參與脂質代謝。

血管生成素樣蛋白3是由7個外顯子組成，其中4個外顯子位于C末端，編碼FLD。血管生成素樣蛋白3中N末端CCD中保守的12個氨基酸共有序列與血管生成素樣蛋白4高度同源。血管生成素樣蛋白3在C端FLD和N端CCD區之間的連接區被裂解，裂解后釋放的CCD片段抑制脂蛋白脂酶，導致血漿三酰甘油水平升高。血管生成素樣蛋白3以全長和截斷形式在血漿中循環，N-末端結構域釋放較全長血管生成素樣蛋白3可有效地抑制脂蛋白脂酶活性[3]。血管生成素樣蛋白3在人體中僅表達于肝臟，在小鼠中于肝臟、肺及腎臟中表達。

人類進化上高度保守的血管生成素樣蛋白4是由406個氨基酸組成。血管生成素樣蛋白4是一種不同于血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8的同源寡聚物。全長血管生成素樣蛋白4(f-血管生成素樣蛋白4)被幾種前蛋白轉化酶(PCs)裂解后釋放C端FLD，產生N-末端(n-血管生成素樣蛋白4)和C-末端(c-血管生成素樣蛋白4)，只有f-血管生成素樣蛋白4和n-血管生成素樣蛋白4抑制脂蛋白脂酶，與脂質代謝相關，c-血管生成素樣蛋白4主要與血管生成相關。血管生成素樣蛋白4在循環中的全長形式和截斷形式可能是組織特異性的，如全長形式主要分布在白色脂肪組織中，而肝臟分泌的主要是截斷形式。血管生成素樣蛋白4在小鼠中主要于脂肪組織高表達，在人類中高表達于肝臟，脂肪組織中血管生成素樣蛋白4表達產物僅占肝臟的10%，其次表達于脂肪組織、胎盤、小腸、心臟等。血管生成素樣蛋白4在分泌前形成二聚體和四聚體，而分泌后在典型的前體蛋白轉化酶裂解位點發生裂解[4]。裂解后，N端片段寡聚，暫時結合到脂蛋白脂酶。這一過程將脂蛋白脂酶從催化活性二聚體轉化為非活性單體，從而降低脂蛋白脂酶活性[5]。

血管生成素樣蛋白8與N端結構域和血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4有約20%的序列相同，但血管生成素樣蛋白8含有N端CCD，不含C端FLD，故分子大小不到血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4的一半。血管生成素樣蛋白8不必被切割移除FLD，而血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白4必須被切割才能發揮生物學活性[6]。血管生成素樣蛋白8不能直接抑制脂蛋白脂酶活性，需要與血管生成素樣蛋白3形成復合體才可發揮作用[7]。血管生成素樣蛋白8是一種攝食誘導的肝細胞因子，在人體血管生成素樣蛋白8由肝臟特異性分泌，在小鼠血管生成素樣蛋白8主要由肝臟和脂肪組織分泌。

2 血管生成素樣蛋白與脂質代謝及心血管疾病關系的遺傳學研究

血管生成素樣蛋白3功能缺失與血漿三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平有關。達拉斯心臟研究中心招募的多民族個體研究發現，35個非同義序列突變，包括無義突變和移碼突變，所有攜帶血管生成素樣蛋白3功能突變的受試者均處于三酰甘油水平的最低四分位數[8]。有研究表明，血管生成素樣蛋白3基因功能突變攜帶者三酰甘油水平較非攜帶者低27%，LDL-C水平低9%[9]。Stitziel等[10]在1493例心血管疾病病人和3 231名對照者中觀察到，調整血漿三酰甘油和LDL-C后，與處于最高濃度的血管生成素樣蛋白3濃度個體相比，心肌梗死風險降低了29%。

血管生成素樣蛋白4中功能突變可誘導產生良好的血脂譜并降低心血管疾病風險。一項大規模的人群研究發現，血管生成素樣蛋白4上E40K失活變體和其他失活與低水平三酰甘油和高水平HDL-C血漿有關[11]。Folsom等[12]研究發現E40K變異與較低的冠心病發生風險有關。72 868例冠心病病人和120 770名對照者進行的一項橫斷面研究顯示，其中錯義E40K和其他失活變體與三酰甘油水平降低35%相關，冠心病風險降低了53%[13]。基于人群的研究證實了血管生成素樣蛋白8功能缺失與改善循環脂質的關系[14]。

3 血管生成素樣蛋白在脂質代謝中的作用機制

血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8在脂質的運輸和代謝中發揮著重要作用。在人類和小鼠中，血管生成素樣蛋白3缺乏導致血漿三酰甘油和膽固醇水平降低。在小鼠中，血管生成素樣蛋白4缺乏與血管生成素樣蛋白3缺乏影響相同。在人類中，血管生成素樣蛋白4序列變化僅與血漿三酰甘油水平降低有關。血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白4均催化水解酶脂蛋白脂酶結構域展開，導致脂蛋白脂酶二聚體解離為失活的脂蛋白脂酶單體。在體外，血管生成素樣蛋白4較血管生成素樣蛋白3更有效。血管生成素樣蛋白3僅受食物攝入量的適度調節[15]。喂養過程中，血管生成素樣蛋白3調節三酰甘油向脂肪組織的轉移，但無直接證據支持這一觀點。缺乏血管生成素樣蛋白3的小鼠脂蛋白脂酶活性增加，重組血管生成素樣蛋白3在體外對脂蛋白脂酶有抑制作用，說明血管生成素樣蛋白3通過可逆性抑制脂蛋白脂酶活性提高血漿三酰甘油水平，缺乏血管生成素樣蛋白3的小鼠脂蛋白脂酶活性增加不明顯[16]。禁食期間，脂肪組織中血管生成素樣蛋白4表達水平增加，促進活性脂蛋白脂酶二聚體不可逆轉化為非活性單體，從而抑制脂蛋白脂酶活性，阻止循環脂蛋白攝取脂肪酸；喂食后，血管生成素樣蛋白4表達水平降低，可減輕脂蛋白脂肪酶的抑制作用，促進脂肪組織對膳食脂類吸收；除了禁食外，在運動中，血管生成素樣蛋白4在非運動骨骼肌中被誘導，推測血漿三酰甘油可轉移到運動肌肉中作為能量來源[17]。有研究顯示，抑制脂蛋白脂酶需要寡聚，而不是血管生成素樣蛋白4裂解，血管生成素樣蛋白4發揮著同源寡聚物的作用[18]。

重組腺病毒在小鼠肝臟中過度表達的血管生成素樣蛋白8蛋白導致血漿三酰甘油和非酯化脂肪酸水平升高，并呈劑量依賴性抑制脂蛋白脂酶活性，血管生成素樣蛋白8的非同義序列突變可降低介導血管生成素樣蛋白3 mRNA的細胞滅活，從而血漿LDL-C和HDL-C水平；血管生成素樣蛋白8在進食時上調，在禁食時受到抑制，表明其在餐后三酰甘油脂肪酸向脂肪組織的轉運中發揮作用[19]。腺病毒介導的血管生成素樣蛋白8在野生型小鼠肝臟中的過度表達提示血漿三酰甘油水平升高，但在缺乏血管生成素樣蛋白3的小鼠中三酰甘油未升高，表明血管生成素樣蛋白8本身可能是無活性的；血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8共同表達可增加血漿三酰甘油水平[20]。血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8可在小鼠血漿或共同表達它們的細胞培養基中共同免疫沉淀[21]。上述研究表明，血管生成素樣蛋白8與血管生成素樣蛋白3共同作用調節脂質代謝。

血管生成素樣蛋白8與血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白4具有相同的功能基序，并在相同的代謝途徑中發揮作用，表明其共同工作。血管生成素樣蛋白3與血管生成素樣蛋白8共同抑制脂蛋白脂酶在氧化組織如心臟和肌肉中的活性，促進喂養時白色脂肪組織庫的補充，三酰甘油向脂肪組織轉移。血管生成素樣蛋白4可阻止空腹狀態下血漿三酰甘油攝取到白色脂肪組織和其他組織中，同時刺激脂肪組織脂解，從而有利于使用游離脂肪酸作為燃料。在運動和冷暴露期間，局部血管生成素樣蛋白4表達改變和脂蛋白脂酶活性變化可確保肌肉和棕色脂肪組織獲得充足的三酰甘油供應，反映了血管生成素樣蛋白4的整體作用，特別是將血漿三酰甘油輸送到需要的組織。血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8是否影響運動和冷暴露時血漿三酰甘油分布是未解決的問題。然而，不同組織和不同生理條件下脂蛋白脂酶活性水平可能反映循環血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8的全身效應和血管生成素樣蛋白4局部效應之間的平衡。不同的生理條件下，脂蛋白脂酶活性波動在較大程度上主要由血管生成素樣蛋白的調節決定，或部分通過脂蛋白脂酶抑制或其他影響因素變化實現的[22]。

除影響脂蛋白脂酶外，實驗研究表明，血管生成素樣蛋白3對內皮脂肪酶具有抑制作用，除了脂蛋白脂酶，血管生成素樣蛋白3還可抑制內皮脂肪酶[10]。內皮脂肪酶由內皮細胞表達，在血漿中的作用類似于脂蛋白脂酶，是調節血漿HDL-C水平的關鍵酶。在人類，通過抑制內皮脂肪酶的活性發現，血管生成素樣蛋白3含量與HDL-C呈正相關。

4 血管生成素樣蛋白的藥理靶向性研究

在抗前蛋白轉化酶枯草桿菌素/kexin 9型單克隆抗體研究并已廣泛用于臨床的背景下，兩種針對血管生成素樣蛋白3的策略在糾正血脂水平方面顯示出相當好的前景。不同的小鼠模型中，血管生成素樣蛋白3的反義寡核苷酸可介導血管生成素樣蛋白3 mRNA的細胞滅活，從而降低血漿三酰甘油和LDL-C，同時降低肝臟三酰甘油積聚，也可改善葡萄糖和胰島素耐受性，并延緩動脈粥樣硬化進展[23]。健康志愿者中，單劑量或多劑量血管生成素樣蛋白3反義寡核苷酸可有效降低血漿血管生成素樣蛋白3、三酰甘油和非HDL-C，血漿三酰甘油的最大降低幅度為63%[23]。作為一種替代策略，抗血管生成素樣蛋白3單克隆抗體可降低不同小鼠模型血漿三酰甘油、LDL-C和HDL-C水平[24]。9例純合子家族性高膽固醇血癥病人抗血管生成素樣蛋白3單克隆抗體在4周后將血漿LDL-C、載脂蛋白B和三酰甘油水平降低近50%，且抗血管生成素樣蛋白3單克隆抗體降低LDL-C水平作用不依賴于低密度脂蛋白受體(LDLR)，為LDLR基因缺陷病人的降脂治療提供了新選擇[25]。抗血管生成素樣蛋白3單克隆抗體是靶向血管生成素樣蛋白3的藥物，目前已完成3期臨床試驗。人類臨床試驗結果證明，進一步研究血管生成素樣蛋白3靶向藥物用于降低心血管疾病風險的治療是合理的。

血管生成素樣蛋白4功能缺失變體與冠心病風險降低之間的關系已被證實，為血管生成素樣蛋白4的靶向藥理研究提供了有力的理論依據。小鼠中，血管生成素樣蛋白4失活在喂養標準的高脂肪飲食導致致命的表型，其特征是乳糜性腹水和充滿Touton巨細胞的腸系膜淋巴結腫大[26]。全身血管生成素樣蛋白4失活的治療前景并不樂觀，造血細胞缺乏血管生成素樣蛋白4可促進動脈粥樣硬化、脂肪組織特異性失活和肝臟特異性血管生成素樣蛋白4失活，在降低冠心病風險方面具有更大的研究前景。

5 小 結

1999年發現的血管生成素樣蛋白家族第1個成員為血管生成素樣蛋白3，目前，血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8逐漸成為研究較多的循環脂質譜調節因子。血管生成素樣蛋白在脂質代謝中的功能和機制研究中取得了巨大進展，且進行了大量的研究探討血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8失活突變的代謝效應及其對心血管疾病的影響。目前，臨床工作者正在尋找新的治療策略改善脂質代謝紊亂及降低心血管疾病發生風險，已獲得一些相關的成果，針對血管生成素樣蛋白3和血管生成素樣蛋白8的第一代抗體及針對血管生成素樣蛋白3的反義核苷酸，這些新型的治療方法尚處于發展初期，為了達到人類應用的安全水平，有必要進一步分析。今后需針對血管生成素樣蛋白3、血管生成素樣蛋白4和血管生成素樣蛋白8進行深入研究，以期改善血脂代謝并降低心血管風險。