血清載脂蛋白CⅢ在2型糖尿病中的作用研究進展

王雅芝,陳慧

(蘭州大學第二醫(yī)院內分泌代謝科，蘭州 730030)

糖尿病是目前全球增長最快的疾病之一，預計2045年將有6.93億成年人患病[1]。糖尿病以2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)為主，約占糖尿病的90%[2]。T2DM的發(fā)生與骨骼肌、肝臟和脂肪組織等外周組織器官中發(fā)生胰島素抵抗(insulin resistance，IR)引起胰島素需求增加和自身胰島β細胞分泌胰島素相對不足相關[3]。血糖控制不佳可導致眼、腎、神經(jīng)、血管等多種器官組織并發(fā)癥，最終出現(xiàn)器官功能不全甚至衰竭[4]。

T2DM的發(fā)病原因與遺傳、環(huán)境、免疫、年齡和生活習慣等因素相關，但具體的發(fā)病機制尚不完全清楚[5]。載脂蛋白(apolipoprotein,Apo)CⅢ是血漿中三酰甘油水平的獨立危險因素和關鍵調節(jié)因素，可以促進動脈粥樣硬化斑塊的形成，增加冠心病的患病風險[6]。有研究發(fā)現(xiàn)，ApoCⅢ除了參與脂質代謝的過程，還可能在葡萄糖穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[7]。另一項臨床研究證實，ApoCⅢ可作為糖尿病發(fā)生的強風險標志物[8]。現(xiàn)就血清ApoCⅢ在2型糖尿病中的作用研究進展予以綜述。

1 T2DM患者的血脂代謝

糖尿病是一種物質代謝紊亂疾病，也稱“糖脂病”。目前研究表明，糖尿病引發(fā)的血脂紊亂特點為空腹及餐后的三酰甘油、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)及小而致密的低密度脂蛋白水平升高，高密度脂質白(high density lipoprotein，HDL)水平降低[9]，且其中伴隨著血脂的定量、定性及動力學改變[10]。研究表明，IR是糖尿病性脂代謝紊亂的主要誘因[10]。在脂肪組織中，胰島素會抑制激素敏感性脂肪酶(hormone sensitive lipase，HSL)的活性，導致脂肪分解下降；而在肝臟組織中，胰島素會抑制微粒體三酰甘油轉移蛋白的轉錄，后者介導三酰甘油向新生ApoB的轉移。ApoB是極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)主要的表面蛋白，體內的量主要由其降解速率決定，而降解受到脂化的影響。當機體發(fā)生IR，一方面，血漿中游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)生成增加，ApoB降解減少，導致VLDL生成增加，而VLDL中富含三酰甘油及ApoCⅢ；另一方面，升高的FFA以及ApoCⅢ會降低脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase，LPL)的活性，導致VLDL降解減少，最終導致高三酰甘油血癥。但高三酰甘油會刺激膽固醇酯轉移蛋白酶的活性，使得富含三酰甘油脂蛋白(triacylglycerol-rich lipoproteins，TRLs)中的三酰甘油部分轉移到HDL與LDL中。兩種TRLs在LPL與肝脂肪酶作用下分別被降解，LDL成為小而致密的低密度脂蛋白，HDL則被代謝清除。

2 ApoCⅢ的分子特點及調節(jié)

ApoCⅢ是由ApoCⅢ基因編碼表達的一種糖蛋白，由99個氨基酸殘基組成。當去除由20個氨基酸組成的肽段后，形成由79個氨基酸組成的成熟ApoCⅢ。ApoCⅢ由小腸和肝臟產(chǎn)生，主要存在于TRLs，也表達于HDL和LDL上。根據(jù)ApoCⅢ第74位蘇氨酸殘基所帶的唾液酸數(shù)目，可將ApoCⅢ分為3種亞型：ApoCⅢ0，ApoCⅢ1與ApoCⅢ2，每種亞型分別占ApoCⅢ總量的10%、55%、35%[11]。葡萄糖與胰島素對ApoCⅢ的調節(jié)作用相反，使人體穩(wěn)態(tài)下ApoCⅢ的分泌保持穩(wěn)定。胰島素可以通過阻止叉頭框蛋白O1(forkhead box protein O1，F(xiàn)oxO1)移位入細胞核對ApoCⅢ進行負調控，而FoxO1可以與ApoCⅢ啟動子結合上調其表達。葡萄糖則通過轉錄因子碳水化合物應答元件結合蛋白及肝細胞核因子-4a上調ApoCⅢ。在發(fā)生胰島素缺乏或抵抗的情況下，激素的不敏感性與高血糖狀態(tài)可促進ApoCⅢ的合成，這有助于解釋T2DM患者體內ApoCⅢ水平升高的情況。飲食中攝入過多的飽和脂肪酸也可以間接影響ApoCⅢ而增加三酰甘油水平，因為飽和脂肪酸可激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1β上調ApoCⅢ水平[12]。總之，激素、遺傳、生活方式等均可以影響ApoCⅢ的調控[11]。

3 ApoCⅢ與T2DM

3.1ApoCⅢ對T2DM中脂代謝的影響 ApoCⅢ在TRLs代謝中具有重要作用，其水平升高不僅會引起三酰甘油增加，同時也會通過促炎作用加速動脈粥樣硬化斑塊的形成，增加冠心病的患病風險。例如，在T2DM患者中，與不含ApoCⅢ的LDL相比，富含ApoCⅢ的LDL表現(xiàn)出脂質成分的改變，與蛋白聚糖的結合增加，脂蛋白保留增加。脂蛋白在動脈壁內膜中滯留的增加促進了脂蛋白修飾，這是一種炎癥反應，是動脈粥樣硬化發(fā)生的早期步驟[13]。而在ApoCⅢ基因突變的個體中，三酰甘油的水平和心血管疾病的風險較低。與非T2DM的患者相比，T2DM患者胰島中ApoCⅢ陽性細胞數(shù)量增加，ApoCⅢ的分泌率也明顯升高[14]。因此，可以推測增高的ApoCⅢ可以加重血脂代謝紊亂，與T2DM發(fā)病有一定的聯(lián)系。ApoCⅢ可以通過以下途徑影響T2DM患者的脂代謝：①ApoCⅢ可以通過LDL受體及LDL受體相關蛋白1減弱ApoE介導的肝臟攝取TRLs及其殘體，促進高三酰甘油血癥的發(fā)生。在缺乏ApoE的情況下，降低ApoCⅢ依然可以減少血清中的三酰甘油。②ApoCⅢ是LPL和肝脂肪酶的抑制劑。ApoCⅢ阻止LPL與脂質結合，從而導致酶活性降低，可以影響LPL對TRLs的降解。而ApoCⅡ是LPL的輔助因子，可以激活LPL從而促進TRLs的代謝。T2DM患者ApoCⅡ、ApoCⅢ的水平及ApoCⅡ/ApoCⅢ的比值明顯增高，而這種升高與三酰甘油的升高密切相關。③蛋白多糖是一種血管細胞外基質分子，可以沉積和保留脂蛋白；ApoCⅢ水平的增加可改變ApoCⅢ/ApoB摩爾比高的糖尿病患者體內LDL的脂質組成，這有利于ApoB與蛋白多糖結合，促進動脈粥樣硬化的發(fā)生。④與不含ApoCⅢ的HDL相比，含有ApoCⅢ的HDL可以促進細胞的凋亡通路，減弱HDL的有益作用。⑤ApoCⅢ可以促進ApoB以及VLDL的合成及分泌，主要通過增加富含三酰甘油VLDL的產(chǎn)生，而其他載脂蛋白不受影響[15]。ApoCⅢ基因多態(tài)性中研究最多的是SstI多態(tài)性(它是在ApoCⅢ基因中發(fā)現(xiàn)的第一個多態(tài)性位點)。基因組學已經(jīng)證實，SstI多態(tài)性可以使得三酰甘油水平升高，增加心血管疾病發(fā)生風險[11]。此外，遺傳學的方法提供了強有力的證明，在低三酰甘油血癥的患者中，ApoCⅢ的C端脂質結合域功能缺失突變，抑制了ApoCⅢ對富含三酰甘油的VLDL組裝和分泌的刺激作用[16]。以上機制可以說明ApoCⅢ可以介導高三酰甘油的發(fā)生，是糖尿病脂代謝的一個重要調控靶點。通過調控ApoCⅢ水平可以在一定程度上控制T2DM患者脂質代謝異常和心血管疾病的發(fā)生。

3.2ApoCⅢ引發(fā)T2DM可能的機制 乳糜微粒、LDL、HDL、VLDL等熟知的脂代謝指標已經(jīng)不足以完成對糖尿病脂代謝的描述。已有研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者中存在一些特別的脂代謝紊亂[7]，如血漿ApoB、ApoCⅡ、ApoCⅢ及ApoE水平增高，而ApoAⅠ及ApoM水平降低，這些載脂蛋白水平的異常與糖尿病的易感性及其并發(fā)癥相關。

3.2.1ApoCⅢ與IR IR是一種由遺傳和環(huán)境因素引起的糖、脂代謝紊亂的病理狀態(tài)，IR的發(fā)生與慢性低水平炎癥相關。內質網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress，ERS)、Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)則可以激活炎癥介質，在IR中起重要作用[17]。當營養(yǎng)過剩致血清葡萄糖和脂質水平升高時，就會發(fā)生IR。IR可以上調ApoCⅢ基因的表達。在糖代謝正常的情況下，胰島素可以介導FoxO1的磷酸化、核轉錄活性的喪失，以實現(xiàn)自身信號的轉導。而在T2DM患者中，IR阻止了FoxO1的磷酸化，增加了ApoCⅢ的含量。反之，ApoCⅢ也可以誘導IR。在過表達ApoCⅢ的轉基因小鼠中發(fā)現(xiàn)與肝臟脂質分解代謝相關的基因，如肉堿棕櫚酰轉移酶1和線粒體解偶聯(lián)蛋白2 表達減少，導致肝臟新生脂肪增加，激活蛋白激酶C，從而損害胰島素信號，誘導肝臟IR的發(fā)生[18]。此外，ApoCⅢ在骨骼肌的肌管中可以誘導ERS，激活核因子κB，增加胰島素受體底物1絲氨酸殘基的磷酸化來減弱胰島素信號，增加炎癥介質的表達。ERS發(fā)生后可以誘導絲氨酸磷酸化抑制胰島素信號的轉導，下調脂肪細胞胰島素受體的水平，破壞激素的敏感性。當肌管與 TLR-2的中和抗體一起孵育時，發(fā)現(xiàn)ApoCⅢ介導的ERS、炎癥反應及IR被消除，說明TLR-2可能是影響ApoCⅢ發(fā)揮作用的重要受體[18]。綜上可知，ApoCⅢ與IR可互為因果。ApoCⅢ可以誘導IR的發(fā)生，從而影響胰島素正常發(fā)揮作用，并促進脂肪聚集，引發(fā)脂代謝紊亂，最終可能誘導T2DM發(fā)生。

3.2.2ApoCⅢ與胰島β細胞功能受損 IR與 β細胞功能密切相關。隨著IR程度的加重，β細胞功能逐步衰竭，最終胰島素分泌受損，出現(xiàn)明顯的高血糖。因此，IR和β細胞功能障礙被認為是T2DM發(fā)生、發(fā)展的重要因素。而ApoCⅢ在IR、β細胞功能障礙和T2DM的發(fā)生之間起橋梁作用。?vall等[3]認為IR可以增強胰島內ApoCⅢ的局部表達，使得肝臟在產(chǎn)生高水平ApoCⅢ的基礎上，影響胰島β細胞的功能與成活。Juntti-Berggren和Berggren[19]的試驗也證明，ApoCⅢ水平升高會影響胰島細胞對Ca2+的處理以及對胰島素的敏感性，最終導致葡萄糖穩(wěn)態(tài)受損和糖尿病。其中，Ca2+起重要的調節(jié)作用。具體來說，ApoCⅢ可以通過增加電壓門控L型Ca2+通道的密度和電導率來增加胰島細胞質內的Ca2+濃度，促進胰島β細胞的凋亡[20]。將ApoCⅢ基因敲除的胰島移植到全身ApoCⅢ水平高的糖尿病小鼠體內，發(fā)現(xiàn)在無炎癥的情況下細胞質內游離Ca2+濃度升高。雖然具體的分子機制不清楚，但考慮與清道夫受體B1(scavenger receptor type B1，SR-B1)/β1整合素依賴的蛋白激酶A的共激活和Src(首個發(fā)現(xiàn)的原癌基因)激酶的激活有關。此外，將胰島素瘤細胞-1E暴露于濃度為10 μg/ml的ApoCⅢ中，24 h后發(fā)現(xiàn)，該細胞凋亡增加了2倍，而其中的機制涉及p38促分裂原活化的蛋白激酶和胞外信號調節(jié)激酶1/2的磷酸化[21]。但一項基礎實驗發(fā)現(xiàn)，ApoCⅢ過表達的轉基因小鼠與年齡、性別匹配的野生型同窩小鼠在進食和禁食條件下均保持正常血糖，且胰島β細胞的功能和結構也相似[22]。通過以上可以看出，ApoCⅢ與胰島β細胞的凋亡之間有一定聯(lián)系，其中涉及多條信號通路，具體機制并不完全清楚。推測，如果通過一定方式阻斷ApoCⅢ及其相關通路，可能在一定程度上有助于預防T2DM的發(fā)生、發(fā)展。

3.2.3ApoCⅢ與LPL LPL是全身脂質分配和代謝的最重要物質之一，它可以介導TRLs在血管內的水解，有利于細胞攝取FFA。當肝臟和肌肉過表達LPL時，肝內脂肪酸代謝物的積累會導致糖原合酶胰島素活化受到抑制，組織中的內源葡萄糖產(chǎn)生增加。LPL基因的突變會導致全身胰島素敏感性受損。在6例雜合LPL基因突變的攜帶者和11名健康對照者中，發(fā)現(xiàn)與對照者相比，基因突變患者空腹三酰甘油水平升高，且葡萄糖處置率和非氧化性的葡萄糖代謝明顯受損[23]。另有研究人員發(fā)現(xiàn)，在接受冠狀動脈旁路移植術的患者中，與無T2DM的患者相比，有T2DM患者心外膜脂肪組織中的LPL活性增高，這可能與糖基磷脂酰肌醇錨定的高密度脂蛋白結合蛋白1和血管生成素樣蛋白4相關[24]。以上研究結果表明，LPL和脂肪、葡萄糖的代謝密切相關，且在糖代謝紊亂時LPL可能進一步影響脂代謝。

LPL在大腦中高度表達，主要表達于人和小鼠大腦的巨噬細胞和小膠質細胞中[25]，其可以促進下丘腦對脂肪酸的吸收，下調食欲生成神經(jīng)肽的表達，從而減少食物的攝入與抑制葡萄糖的產(chǎn)生。ApoCⅢ在下丘腦中表達，在腦室內注射ApoCⅢ可以抑制LPL的活性，刺激夜間進食，表明ApoCⅢ水平增加可以促進攝食，最終導致肥胖和碳水化合物穩(wěn)態(tài)惡化[14]。同樣，在ApoCⅢ基因缺陷的小鼠體內發(fā)現(xiàn)，LPL活性增加，更易發(fā)生肥胖和肝臟的IR[26]。總之，LPL可以介導脂肪的正常代謝，并有助于穩(wěn)定血糖水平。ApoCⅢ作為LPL的抑制劑可以干擾能量物質的正常代謝，加重IR，最終可能引發(fā)T2DM和高脂血癥。

3.2.4ApoCⅢ與HDL HDL一直被認為是預防冠心病進展的保護因素。除了可以促進膽固醇轉運入肝，HDL還可以調節(jié)胰腺細胞分泌胰島素、骨骼肌攝取葡萄糖以及抑制炎癥來改善葡萄糖代謝，主要的成分為ApoAI。注射重組人ApoAI小鼠的血漿葡萄糖濃度降低、糖耐量改善、胰島素分泌增加及心肌和骨骼肌對葡萄糖的攝取增加。目前臨床主要通過HDL膽固醇(HDL cholesterol，HDL-C)水平評估HDL。但數(shù)據(jù)表明，“HDL的質量”，即其中包含的Apo成分可能在解釋HDL功能方面更有價值[27]。當HDL中的ApoAⅠ/ApoCⅢ比例顯著增高時，HDL的抗氧化作用顯著提高[28]。此外有研究發(fā)現(xiàn)，脂質轉運體ATP結合盒亞型A1可以促進含有ApoCⅢ 的HDL合成并且可以預防ApoCⅢ 誘導的高三酰甘油血癥[27]。

當HDL中存在ApoCⅢ會減弱HDL對葡萄糖代謝的有益作用。與血漿總ApoCⅢ相比，HDL中包含的ApoCⅢ與胰島素敏感性降低的相關性更強[29]。ApoCⅢ可以通過循環(huán)三酰甘油在HDL的代謝中發(fā)揮作用，具體機制主要包括延遲TRLs的清除，促進脂蛋白的產(chǎn)生及延緩三酰甘油的降解[30]。此外，ApoCⅢ可以抑制HDL介導的抗炎作用。但當HDL中缺乏ApoCⅢ時，HDL則可在體外抑制單核細胞與內皮細胞的黏附，減少對血管損害。有研究表明，HDL中的ApoCⅢ可以減弱脂蛋白的保護作用，促進糖尿病的發(fā)生[29]。當HDL中缺乏ApoCⅢ，則與糖尿病的發(fā)生負相關。以上結果提示，ApoCⅢ會削弱HDL對機體的保護作用，在一定程度上介導糖尿病的發(fā)生。目前，包含ApoCⅢ的HDL是新發(fā)T2DM的主要獨立預測因子，由于ApoCⅢ本身是糖尿病的強風險標志物，它在HDL中的存在可能會損害HDL的抗糖尿病特性。因此定期監(jiān)測ApoCⅢ水平，及時干預，可能有助于穩(wěn)定HDL的結構，減弱對HDL“質量”的損害，在一定程度上減少T2DM的發(fā)生風險。

4 抗ApoCⅢ治療

ApoCⅢ可以介導激素、酶、脂蛋白等，促進T2DM的發(fā)生。因此，它可作為一個相應的治療靶點，通過調控改善血脂、血糖。目前現(xiàn)有的治療措施包括生活方式的干預及藥物的使用。

4.1生活方式的調節(jié) ApoCⅢ與三酰甘油的代謝密切相關。因此可以通過下調三酰甘油改善ApoCⅢ水平。肥胖與IR密切相關，通過一定時間中等強度的有氧運動減重可以顯著降低三酰甘油與ApoCⅢ水平，提高胰島素的敏感性[31]。另一方面，可以通過調控飲食改善T2DM患者的代謝紊亂。美國糖尿病協(xié)會的營養(yǎng)指南對膳食來源提出了具體建議：碳水化合物應主要來自蔬菜、水果、全谷物、豆類和乳制品；脂肪最好由單不飽和脂肪和多不飽和脂肪組成[32]。糖尿病患者的理想飲食模式被研究最多的是低碳水化合物、低脂肪和地中海飲食(利于健康，簡單、清淡以及富含營養(yǎng)的飲食)[33]。后者這種飲食模式可以改善空腹血糖水平，減輕IR、縮小腰圍及降低血壓。因此，運動和飲食是調控血糖、血脂必不可少的環(huán)節(jié)。

4.2相關藥物的應用 一項薈萃分析表明，他汀類藥物可以顯著降低血清ApoCⅢ水平[34]。一方面，他汀類藥物可以通過抑制ρ-信號激活過氧化物酶體增殖物激活受體α通路減少人類HepG2(人肝細胞癌)細胞ApoCⅢ的合成。另一方面，他汀類藥物可以降低VLDL的生成速率并增加其分解代謝，降低肝臟ApoB信使RNA(messenger RNA,mRNA)的轉錄和ApoB的分泌，導致血漿VLDL-ApoB水平降低，以降低三酰甘油水平。此外，他汀類藥物治療可提高血漿TRLs的清除率。由于ApoCⅢ水平升高與TRLs升高有關，因此認為他汀類藥物是一種降低ApoCⅢ的選擇。貝特類降脂藥物同樣也可以降低血漿ApoCⅢ水平。有學者對102例T2DM患者在非諾貝特治療前后的血漿樣本進行分析。用質譜法進行非靶向和靶向脂質分析及Apo測定，結果顯示非諾貝特不僅降低了血脂水平，包括降低三酰甘油、總膽固醇和LDL-C，升高HDL-C，還降低了血漿ApoCⅢ和神經(jīng)酰胺水平。其中，神經(jīng)酰胺是參與T2DM和動脈粥樣硬化的重要生物活性脂類[35]。具體降脂的機制考慮與過氧化物酶體增殖物激活受體的激活相關，抑制ApoCⅢ mRNA的轉錄。

反義寡核苷酸ApoCⅢ抑制劑Volanesorsen是由20個硫代脫氧核苷酸組成的反義寡核苷酸，目前正進行Ⅲ期臨床試驗。用Volanesorsen直接靶向ApoCⅢ mRNA是唯一能誘導ApoCⅢ水平顯著降低的治療方法，可以用來治療家族性乳糜微粒血綜合征和高三酰甘油血癥，在臨床上顯示出良好的應用前景。其作用機制如下：①干擾核糖體組裝的空間；②特異性地與 ApoC Ⅲ mRNA 的3′非翻譯區(qū)結合，通過核糖核酸酶 H1降解與其配對的mRNA，導致蛋白質產(chǎn)量下降，循環(huán)及肝臟中 ApoC Ⅲ生成減少，促進血漿三酰甘油的清除；③進入細胞核后通過抑制mRNA剪接或抑制5′帽形成來干擾mRNA成熟[36]。經(jīng)過多次的Ⅲ期臨床試驗后，發(fā)現(xiàn)該藥展現(xiàn)出良好的降低ApoCⅢ的功效。一項納入15例T2DM和高三酰甘油患者的隨機、雙盲、安慰劑對照試驗評估了Volanesorsen對三酰甘油與IR的影響，患者以2∶1比例隨機接受Volanesorsen 300 mg或安慰劑，結果發(fā)現(xiàn)，與安慰劑相比，Volanesorsen可以顯著降低血漿ApoCⅢ和三酰甘油水平，同時提高全身的胰島素敏感性。在給藥結束后，糖化白蛋白、果糖胺、糖化血紅蛋白水平顯著降低[37]。而另一項Ⅲ期臨床試驗，對66例家族性乳糜微粒血綜合征患者進行為期52周的隨機、雙盲、對照試驗發(fā)現(xiàn)，Volanesorsen降低ApoCⅢ與三酰甘油的效果良好[38]。雖然這些臨床試驗展現(xiàn)出Volanesorsen良好的應用前景，但應用過程中出現(xiàn)了不良反應，如血小板減少癥、注射部位反應、肌痛、疲倦、肝腎功能受損等。同時，由于以上試驗納入的目標人群太少，需要進一步擴大患者數(shù)量以驗證該藥的安全性和有效性，以滿足未來T2DM及高三酰甘油血癥患者的醫(yī)療需求。

5 小 結

糖尿病發(fā)病機制涉及遺傳、環(huán)境、免疫等因素。而血清ApoCⅢ水平的升高在糖代謝紊亂中起一定作用，促進T2DM的發(fā)生。相關的機制可能涉及胰島β細胞的凋亡、IR、LPL及HDL等因素，但其具體機制尚不清楚。目前，經(jīng)臨床試驗證明有效、降低ApoCⅢ的藥物主要有他汀類、貝特類及反義寡核苷酸。反義寡核苷酸Volanesorsen可以通過干擾ApoCⅢ mRNA的轉錄減少ApoCⅢ的生成，改善IR，提高胰島素敏感性，有良好的應用前景。但在使用過程中應注意其不良反應。