Apelin在肌少癥中的研究進展

高怡靜 吳秀萍

肌少癥是一種與年齡相關的骨骼肌喪失性疾病，2016年世界衛生組織將肌少癥定義為一種獨立的疾病，其直接或間接造成的不良結局給個人、家庭、社會帶來了一定的經濟負擔和心理問題，是老年人群不可忽視而又常常在臨床工作中被忽視的一種疾病。缺乏便捷的診斷肌少癥的方法是臨床工作中遇到的主要問題。肌少癥的診斷易受到場地、設備的限制，對于一些行動不便以及配合度不佳的病人診斷更為困難，因此，更加便捷的診斷方法就顯得尤為重要。

Apelin是一種脂肪因子，其G蛋白偶聯受體APJ在各種組織中廣泛表達。已發現Apelin在多種疾病（如高血壓、心力衰竭、2型糖尿病）的病理生理中起重要作用。在對肌少癥發生發展機制的研究過程中，Apelin與肌少癥的相關性得到明確，Apelin有可能成為肌少癥的診斷工具及治療靶點。本綜述將從Apelin的生物作用、肌少癥與Apelin的相關性以及Apelin對骨骼肌的影響機制進行論述。

1 Apelin的生物作用

Apelin是體內Apelin受體（APLNR）的內源性配體，其基因位于染色體Xq25?26.1，編碼一個77個氨基酸的前蛋白，目前已檢測出了包括13、31、28、36個氨基酸的Apelin肽，主要活性形式為Apelin?13和Apelin?36［1?2］。Apelin在不同物種中高度保守，并且在所有研究的物種中C末端的13個氨基酸都是完全保守的，這表明Apelin?13可能具有重要的生物學意義。早期因Apelin被發現在脂肪組織中分泌而被稱為脂肪因子，隨著研究深入，發現骨骼肌亦能夠分泌Apelin，因此又被稱為“肌動因子”。有研究指出，在成年人骨骼肌、白色脂肪組織和棕色脂肪組織中，APLNR的表達主要局限于內皮細胞中［3］。Apelin和APJ廣泛存在于各個組織中，包括心臟、肺、腎臟、肝臟、血管、脂肪組織以及骨骼肌中，Apelin與在各個組織中廣泛表達的APJ結合并激活第二信使信號傳導級聯，如AMP依賴的蛋白激酶（AMPK）、磷酸肌醇3激酶／絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶（PI3K／Akt）等信號通路，參與了非常廣泛的生理、病理過程。Apelin／APJ系統與心血管疾病的關系已經引起研究者的廣泛關注，Apelin／APJ系統還參與了神經系統以及細胞凋亡的調節，可能是多種疾病的治療靶點。

大量的研究證明，Apelin是一種心臟保護因子，動物實驗和橫斷面研究均表明，在早期的心力衰竭中，Apelin水平升高，而中、重度心力衰竭時其水平下降［4?5］。內源性Apelin在抑制血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）引起的心臟功能障礙和病理重塑中起著至關重要的作用［6］，Apelin?13也被證明可以通過抑制PI3K／Akt信號通路改善心肌梗死后心力衰竭大鼠的心功能不全、心臟血流動力學受損，并減輕心力衰竭大鼠心臟中成纖維細胞的纖維化程度［7］。Apelin?13治療10周后，可改善糖尿病大鼠的心肌代謝［8］。除此之外，動物和人體研究表明，Apelin能參與調節血壓，促進血管舒張以及精氨酸加壓素的分泌，對抗AngⅡ的血管收縮作用和水鈉潴留。

Apelin在調節代謝方面也有著重要的意義。肥胖會增加血漿Apelin的水平，在肥胖男性人群中，胰島素抵抗指數（homeostasis model assessment?insulin re?sistance，HOMA?IR）降低并且與血清Apelin水平呈正相關［9］。肥胖個體經過不同干預方式減重后，胰島素抵抗水平下降，Apelin水平降低［10］。當胰島素抵抗水平降低時，會導致Apelin水平補償性下降，從而提高胰島素敏感性［11］。Apelin的下降很可能導致胰島素敏感性的改善，而Apelin濃度的進一步降低則可能無法進一步獲益。

2 Aplein與肌少癥的相關性

2.1 肌少癥的定義 2010年歐洲老年人肌少癥工作組將肌少癥定義為一種進行性和普遍性的骨骼肌質量減少、肌力下降的綜合征，伴隨軀體失能、生活質量下降和死亡等不良事件風險增加［12］。

2.2 肌少癥中的Apelin Apelin／APJ系統在衰老過程中起著基礎性作用，被認為是抵抗衰老的治療靶點之一。隨著年齡的增長，體內Apelin、APJ表達降低，引起了一系列的生理病理變化。

肌少癥是年齡相關性疾病，在衰老過程中，導致骨骼肌衰弱的一類功能障礙是線粒體驅動的肌纖維代謝受損，主要特征是能量供應和蛋白質轉換減少，活性氧生成增加。研究證明，缺少Apelin或其受體APLNR的小鼠隨著年齡的增長會出現肌肉功能的顯著變化。骨骼肌收縮會使Apelin水平升高，但這一作用會隨著年齡的增長而減弱。此外，Apelin還可以誘導肌肉細胞增殖和功能增強，抑制骨骼肌萎縮，逆轉年齡相關的肌少癥［13］。

運動能夠提高Apelin水平，同時還可以改善骨骼肌的新陳代謝和功能。研究證實，有氧運動（跑步機和階梯）的小鼠骨骼肌和運動模擬物forskolin處理的C2C12細胞的Apelin和mRNA濃度均升高［14］。

3 Apelin對骨骼肌的影響機制

3.1 Apelin增強線粒體生物發生 蛋白激酶（AMP?activated protein kinase，AMPK）在調節骨骼肌脂肪酸氧化、線粒體功能和生物發生的許多基因的轉錄調控中起著重要作用［15］。其下游分子過氧化物酶體增殖物激活受體g共激活因子1α（peroxisome proliferator?activated receptor g coactivator?1α，PGC?1α）是線粒體生物發生的主要調節劑。作為轉錄共激活因子，在骨骼肌中，PGC?1α可由運動而被強烈激活。研究發現，有2種主要的PGC?1α亞型，其中PGC?1α1介導線粒體的生 物 發生［16］，PGC?1α4介 導血 管 生 成 和 肌 肉肥大［17］。

Apelin通過激活AMPK信號通路來增強線粒體的生物發生［18］。在予以小鼠12個月的Apelin治療后，骨骼肌中缺乏AMPK活性的小鼠表現出了明顯的力量和肌肉橫截面積的下降，證明了在衰老過程中，Apelin對骨骼肌改善作用依賴于AMPK的活性［13］。Apelin可以通過增加骨骼肌線粒體含量來增強線粒體的生物發生。線粒體途徑中酶的含量與活性常常作為線粒體含量的標志物，通過補充外源性Apelin，檸檬酸合酶和烏頭酸酶的活性得到增強，以此來實現增加線粒體DNA的合成，從而增強線粒體的生物發生。外源補充Apelin還可以增加呼吸鏈核（COXⅣ，core1）和線粒體（COXⅠ）編碼蛋白的含量以及線粒體蛋白質輸入和 組 裝 機 制 的 成 分（TIM23、HSP60、HSP72和mtHSP70）［13，19］。

Apelin是否可以通過直接調節PGC?1α來增強線粒體的生物發生仍需要進一步的研究。早期的研究發現，長期通過外源途徑補充Apelin并不能增加動物模型骨骼肌的PGC?1α的表達，反而會增加PGC?1β的表達，這一結果提示Apelin可能在增強生物發生中有著更為復雜的機制。有學者指出Apelin可以通過上調AMPK活性，刺激PGC?1α表達來增強線粒體生物發生和線粒體呼吸功能，同時Apelin能夠通過對PGC?1α基因啟動子的去甲基化作用增強PGC?1α的表達，進一步增強線粒體的生物發生［20］。

3.2 Apelin增強骨骼肌功能 Apelin通過Akt信號通路途徑增強骨骼肌功能，參與調節細胞的生長、代謝、增殖和分化等多種生理活動。PI3K是Akt上游的信號分子，缺乏Akt1和Akt2可導致嚴重的肌肉缺陷［21］。PI3K?Akt通路參與調控細胞凋亡，與疾病的發生密切相關。PI3K活化后的Akt可作用于Bcl?2、Bax等底物，抑制細胞凋亡，從而保護骨骼肌細胞。在AKT下游，Caspase?9是Caspase家族中引起細胞凋亡的關鍵成分之一，Bad是Bcl?2家族中與Bel?2和Bcl?xL相關的促凋亡基因，Akt激活后可以抑制它們的表達，從而調節細胞凋亡。Akt2基因敲除小鼠股直肌中Caspase?3和Caspase?9的水平以及Bax與Bcl?2的比值顯著升高［22］。雷帕霉素靶蛋白（Mammalian target of rapamycin，mTOR）是PI3K相關激酶家族的一員，Akt將其激活可促進細胞生長及蛋白合成。青年骨骼肌供體細胞中，外源添加Apelin后，可增加其Akt的磷酸化，Apelin觸發了Akt下游的mTOR?P70S6激酶（P70 S6 kinase，P70S6K）?4E結合蛋白1（4e?binding protein?1，4E?BP1）的級聯反應，并且這些作用中的大多數在老年供體的細胞中保留［13］。Apelin能夠增強mTOR和P70S6K的磷酸化，促進核糖體的生物發生和翻譯，增加蛋白質的合成，從而增強骨骼肌合成代謝［13］。

3.3 Apelin參與調節骨骼肌的能量代謝 Apelin基因敲除的動物模型表現出了糖耐量的顯著降低及糖耐量受損［23］，與野生對照組相比，Apelin基因敲除的小鼠骨骼肌中GLUT4 mRNA和蛋白以及糖代謝相關基因Gbe1、Phka1、HK2和Pfkm的mRNA表達顯著下降［24］，提示Apelin作用的缺失對骨骼肌葡萄糖的轉運和利用造成了影響。在加入Apelin的骨骼肌成肌細胞C2C12中可以觀察到吸收葡萄糖的能力得到提升［23］，機制可能為：（1）激活骨骼肌中內皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）刺激內皮細胞葡萄糖轉運的酶；（2）調節骨骼肌中胰島素刺激的葡萄糖轉運、攝取的重要介質Akt2；（3）增加骨骼肌GLUT4基因表達，調節骨骼肌糖代謝。

此外，Apelin還可以通過減少肌肉中游離脂肪酸的釋放和增加葡萄糖的吸收來調節能量代謝過程［25?26］。Apelin對能量代謝的調節作用可能是其增強骨骼肌功能的機制之一，但仍需要大量的研究來進行論證。

3.4 Apelin以骨骼肌干細胞為靶向細胞增強骨骼肌再生 骨骼肌是一個高度血管化的器官，肌纖維周圍附著著密集的血管，Apelin與骨骼肌毛細血管化以及內皮細胞分化形成新的血管密切相關，提供了骨骼肌再生過程中血管形成的條件，并使血管生成與肌生成耦合，刺激骨骼肌再生和血管生成［27?28］。肌肉的再生依賴骨骼肌干細胞的活化和增殖能力，通過一系列的反應刺激瞬時擴增的成肌前體細胞（myogenic precursor cell，MPC），表達Pax7、轉錄因子Myf5和MyoD［29］。成人肌肉干細胞（muscle stem cells，MusCs）處于靜止狀態，受到生理或病理刺激時，MusCs會激活并增殖，生成成肌細胞，融合成肌纖維。Apelin可以增強成人肌肉再生過程中瞬時標志物以及衛星細胞標志物的表達［13］，進一步為Apelin促進骨骼肌的再生提供了依據。

3.5 Apelin通 過 調 節FOXO?Atrogin?1／MAFbx和MuRF1抑制骨骼肌萎縮 FOXO家族是與年齡相關的蛋白水解因子，參與調節細胞的增殖、分化和凋亡。Atrogin?1／MAFbx和MuRF1位于P13K／Akt的下游，參與調控肌肉萎縮、骨骼肌蛋白質降解，主要途徑為泛素?蛋白酶體途徑以及自噬溶酶體途徑。Apelin通過活化Akt、抑制FOXO?3的激活［14］實現抑制MuRF1和MAFbx的轉錄表達，參與調控骨骼肌中蛋白質分解的兩個主要途徑，從而抑制骨骼肌萎縮。但骨骼肌萎縮的機制較為復雜，還涉及到神經支配以及血管生成等方面，仍需要大量的研究進一步確定Apelin抑制骨骼肌萎縮的相關機制。

綜上，隨著年齡增長，表達水平下降的Apelin參與了肌少癥的發生發展，進一步了解Apelin的生理學意義，將為Apelin在疾病中的作用以及肌肉代謝的藥理學提供新的見解，使Apelin可能成為治療相關疾病的新靶點。