脂肪細胞型脂肪酸結合蛋白在心血管疾病中的作用

朱玉芳 李康 郝冉 蔣睿 車娟

(1河北醫科大學,河北 石家莊 050017；2石家莊市人民醫院;3河北女子職業技術學院)

肥胖是代謝綜合征和心血管疾病(CVD)發生發展的主要危險因素，并且內臟型的肥胖和非脂肪組織中的包括心臟在內的異位脂肪積累都與心臟結構異常和心臟代謝風險增加有關〔1〕。相關研究表明肥胖、超重和CVD的發生呈正相關，肥胖和超重者患心力衰竭(HF)的風險更大〔2〕。數據表明，肥胖與HF的風險直接相關，與代謝狀態無關〔3〕。

脂肪組織作為一種內分泌器官，產生和分泌多種生物活性因子，即脂肪因子，參與脂肪組織與包括心臟在內的周圍器官之間的交流。研究最多的脂肪因子是脂聯素、瘦素、抵抗素、纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1和腫瘤壞死因子(TNF)-α。然而越來越多的證據表明脂肪細胞型脂肪酸結合蛋白(FABP)4是參與代謝疾病和CVD發展的重要脂肪因子。FABP4相關的心臟重構和心功能障礙可能直接導致HF的發生〔4〕。除了脂肪細胞外，巨噬細胞、樹突狀細胞、心臟和心外膜脂肪組織中表達FABP4，相關研究也進一步支持了FABP4對肥胖和代謝的心功能異常發展的內分泌或旁分泌效應。本文重點闡述FABP4作為脂質伴侶的重要作用及FABP4作為CVD的心臟代謝預測因子和作為CVD治療靶點的可能性。

1 FABP4的結構、作用

根據哺乳動物不同組織的FABPs分布，已鑒定出至少9種不同的FABP亞型，FABP4是其中一種。

盡管FABP家族不同成員之間的序列識別范圍很廣(15%～70%)，所有成員都有相似的三維結構，都以形成橢圓形的β-折疊桶為特征，即由10條反向平行的β鏈形成，桶狀結構的一端有2個短α螺旋，形成一個螺旋-轉角-螺旋結構域，是FABP結合配體的入口〔1〕，口徑顯著大于與之結合的脂質，沒有結合脂肪酸的FABPs的入口更加開放。

FABPs是一個細胞內脂質伴侶家族，負責調節細胞中的脂質轉運和反應，并與代謝和炎癥相關聯。與FABPs的其他成員一樣，FABP4能夠可逆地與疏水配體〔如飽和和不飽和長鏈脂肪酸(FA)、類花生酸類物質和其他脂類(Co)〕結合，除了FABP1可結合兩種脂肪酸外，通常FABP可結合一個長鏈脂肪酸，具體來說，可促進脂肪酸到細胞中的特定細胞器〔如線粒體、過氧化物酶體、內質網(ER)和細胞核〕的轉運，在細胞層面參與脂質轉運和應答的調控。另外，FABP4還參與調節細胞質中酶的活性和脂滴的儲存，參與FA向類花生酸類物質的轉化和白三烯的穩定。

由于結構上的差異，每一種脂肪酸具有不同的配體選擇性和結合親和力。在脂肪酸結合親和力測定中，FABP4對長鏈脂肪酸的親和力和選擇性通常高于白蛋白。亞油酸和α-亞麻酸是必需的多不飽和脂肪酸，在基礎條件下和FABP4的親和力最高，這提示轉運亞油酸和α-亞麻酸是FABP4的一種生理功能。在氧化應激狀態下，除棕櫚酸外，FABP4與大多數脂肪酸的親和力均降低，這表明在特定的條件，如肥胖引起的氧化應激下，棕櫚酸作為一種飽和脂肪酸和FABP4具有較高的親和力〔5〕。

此外，FABP4還通過一種與特定蛋白-蛋白相互作用的分子機制增強了激素敏感脂肪酶(HSL)的水解活性，FABP4通過參與遞送特定的過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)激動劑，包括胰島素致敏劑和亞油酸，從細胞質到細胞核核調節PPAR活性。而且只有當FABP4與PPARγ型(PPARγ)激動劑結合時，FABP4核定位信號才存在于蛋白質的三維結構中。同時，結合非PPAR活化劑(包括油酸酯或硬脂酸鹽)的FABP4配體不會導致穩定的核定位信號〔1〕。總之，FABP4是控制脂質代謝和胰島素敏感性的有關的調控蛋白。

由PPAR激動劑(如吡格列酮)和或鈉-葡萄糖共轉運體(SGLT)2抑制劑(如卡格列凈)誘導的FABP4水平的增加，可能作為亞油酸和α-亞麻酸的載體發揮生理功能〔6〕。因此，必須加強飲食治療，以減少內臟脂肪的積累，并防止FABP4與棕櫚酸的結合，特別是在使用PPARγ激動劑和或者SGLT2抑制劑時。

盡管缺少N端分泌信號序列，已有研究報告FABP4從脂肪細胞中的分泌與通過AC-PKA和GC-PKG信號通路調節的脂肪分解有關聯〔7〕，并在包括心臟在內的幾個器官中充當脂肪因子。

2 FABP4與心臟能量供應

考慮到FABP4作為FA載體的作用，這種蛋白對心肌細胞收縮和心肌重塑的作用可能是通過調節心肌細胞能量產生的底物攝取來實現的。健康心臟的能量需求70%由FAs來滿足，20%由葡萄糖滿足，乳酸和酮體構成心臟剩余的能量來源〔8〕。從循環到心肌細胞的底物攝取是一個由毛細血管內皮細胞(ECs)精細調節的過程。與具有大開口的、允許包括白蛋白和乳糜殘余物的微粒通過的竇狀ECs相比，心臟毛細血管內皮細胞中的FA轉運涉及毛細血管內皮細胞質中與FA具有高度親和力的蛋白質。因此，FABP4可能有助于心臟代謝紊亂的失調，通過調節外部底物如FAs到心肌細胞的轉運而導致收縮功能的缺陷和HF。

由于FABP4受PPARγ的轉錄調控，該核受體可能通過調控ECs中的FABP4和其他FA轉運蛋白而促進經內皮FA的轉運。PPARγ激活通過FABP4和脂肪酸轉運酶(FAT)/CD36的轉錄調控，誘導人心臟微血管ECs攝取FA。有趣的是，FABP4或CD36的敲除部分抑制了PPARγ誘導的FA攝取效應〔9〕，提示這兩種PPARγ靶點都參與了這一過程。盡管如此，還需要進一步的研究，以充分闡明FABP4在調控底物攝取及其這些底物在心臟中的利用的角色。

3 FABP4的表達

FABP4在脂肪細胞分化過程中被強烈誘導表達，這導致了它作為脂肪細胞分化標志的建議。與脂肪細胞相似，FABP4在單核細胞向巨噬細胞分化過程中也有表達，其表達受多種促炎因子的調節〔10〕。類似于巨噬細胞，單核細胞來源的樹突細胞在分化過程中表達FABP4。

在正常條件下FABP4在毛細血管和靜脈的內皮細胞中表達，而在動脈中不表達。血管內皮生長因子(VEGF)-A治療，通過VEGF受體-2或基本成纖維細胞生長因子(bFGF)誘導FABP4在內皮細胞表達，FABP4的表達又促進了內皮細胞的增殖和促進血管的生成〔11〕。細胞衰老和氧化應激也誘導微血管內皮細胞表達FABP4。此外，損傷的動脈內皮細胞中FABP4被異位誘導〔12〕。

近年來的動物實驗研究表明FABP4在心肌細胞中也有表達，心肌細胞中過表達FABP4加劇了壓力超負荷引起的心肌肥厚反應，心肌細胞分泌的FABP4可能通過自分泌/旁分泌的方式激活細胞外調節蛋白激酶(ERK)和相關的肥大信號〔13〕。然而，由于對細胞膜上可能存在的FABP4受體的了解有限，目前還無法做出最終的結論。Elie等〔14〕研究發現在CVD患者中，心包腔是一種獨特的脂肪細胞因子微環境，特別是FABP4主要來源于心臟。Obokata等〔15〕研究發現FABP4水平在急性心肌梗死發生后的早期顯著升高，并在院外心搏驟停幸存者中顯著升高，可能是由于伴有急性CVD的腎上腺素能過度驅動，使心外膜脂肪中的FABP4迅速釋放所致。另外，有臨床證據證明HF患者血清中FABP4濃度明顯高于非HF患者，這種聯系隨HF嚴重程度而顯著增加〔4〕。相反，在3T3-L1脂肪細胞中用W-3脂肪酸〔16〕和西他列汀〔17〕處理降低了FABP4表達。巨噬細胞中，用阿托伐他汀治療和二甲雙胍(抗糖尿病藥、降血糖藥)〔18〕治療后降低了FABP4表達。FABP4的表達受轉錄因子CCAAT/增強子結合蛋白(C/EBPs)和PPARγ在轉錄水平上的調控〔19〕。此外，環磷酸腺苷(cAMP)通過釋放FABP啟動子中的負性調節元件進一步控制FABP表達。此外，Schlottmann等〔20〕研究發現FABP4的分泌也由細胞內鈣依賴性通路調節。

4 FABP4缺乏的表型

在動物實驗模型中，FABP4缺乏對因遺傳或飲食引起的肥胖者糖尿病和動脈粥樣硬化性CVD的發展有保護作用，如增加高脂致動脈粥樣硬化飲食喂養的載脂蛋白(Apo)E缺乏小鼠的存活率及減少主動脈粥樣硬化病變〔19〕；還可以改善非糖尿病和鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠的左室功能及減輕缺血/再灌注誘導的心肌損傷〔21〕。

人類FABP4啟動子(T-87C)基因功能變異，導致脂肪組織表達FABP4降低，更低的血清三酰甘油水平，顯著降低Ⅱ型糖尿病和冠狀動脈疾病〔22〕。

FABP4和FABP5的氨基酸同源性為52%，FABP5作為FABP4相關脂伴侶，與多種脂肪酸具有相似的親和力和選擇性〔1〕。除了脂肪細胞和巨噬細胞以外，FABP5與FABP4在心臟和腎臟中的微血管內皮細胞甚至是大血管的內皮細胞〔23〕中共表達。FABP5缺失抑制低密度脂蛋白受體缺乏的小鼠在西式高膽固醇飲食中的動脈粥樣硬化。FABP4和FABP5聯合缺乏小鼠(FABP4-/-FABP5-/-)對動脈粥樣硬化的保護作用比FABP4或FABP5缺乏的小鼠更多〔19〕。FABP4-/-FABP5-/-小鼠經心肌和骨骼肌毛細血管內皮細胞攝取脂肪酸有缺陷，并在禁食期間，代償性上調這些組織中葡萄糖消耗〔24〕。

5 FABP4可作為CVD的心臟代謝預測因子

FABP4除了作為肥胖的生物標志物以外〔25〕，根據第三代弗雷明翰心臟研究組的數據表明，FABP4與體重指數(BMI)、三酰甘油、總膽固醇、舒張期血壓、高密度脂蛋白水平降低和腎小球濾過率受損(eGFR)這些代謝綜合征不同因素有關〔26〕。

由于代謝綜合征和胰島素抵抗與CVD密切相關，相關研究也提出血液中FABP4水平和CVD之間有很強的關聯〔27〕，Liu等〔28〕報道了血漿FABP4水平與男性Ⅱ型糖尿病患者的CVD死亡率升高相關，FABP4水平能預測長期心血管事件和死亡。一項為期12年的前瞻性研究表明，FABP4作為一種生物標記物的潛在作用，是預測個體患CVD的潛在的獨立危險因素，顯示FABP4的預測值超過基于傳統的風險預測因子〔29〕。

在人類中，循環FABP4水平與頸動脈內膜中層厚度增加、冠狀動脈粥樣硬化負荷及狹窄冠狀動脈數目有關〔30〕。Furuhashi等〔31〕研究發現基礎的FABP4水平與作為動脈粥樣硬化標志的頸動脈內膜中膜厚度的變化獨立相關，表明FABP4水平預測了動脈粥樣硬化的進展。

近年來，循環FABP4可能被證明是急性冠脈綜合征患者危險分層的一種有用的預后生物標志物〔32〕。此外，FABP4是冠心病或急性缺血性腦卒中患者心血管預后的重要預測因子〔33〕。Furuhashi等〔5〕發現冠狀動脈狹窄評分與冠狀靜脈-動脈間FABP4有較強相關性，多因素分析顯示，FABP4是在傳統危險因素調整后冠狀動脈狹窄嚴重程度的獨立預測因子。毛帥等〔34〕研究發現FABP4參與了整個心肌梗死的發生及發展過程，能夠間接的反映出心肌梗死患者的病情、危險程度，與患者的心室重構之間存在相關性。此外，FABP4與心臟的改變有直接關系，并且與HF已有的特征〔如氨基末端B型利鈉肽前體(NT-proBNP)〕直接相關。Liu等〔4〕研究發現FABP4濃度是HF的獨立危險因素。這些發現支持FABP4作為肥胖或者炎癥相關CVD的潛在介質的作用，能預測動脈粥樣硬化、急性冠脈綜合征、HF等CVD的發生和發展。

6 FABP4作為CVD的潛在治療靶點

考慮到FABP4被認為是代謝相關CVD的一個貢獻者，該分子的藥理調節可能被認為是治療CVD，尤其是HF的一種潛在的治療方法。由于FABP4表達降低的個體會降低CVD的風險，此外，FABP4的藥理抑制作用對動脈粥樣硬化動物模型中動脈粥樣硬化斑塊的形成也有明顯的保護作用，這些提示FABP4的藥理抑制作用可能對CVD有一定的抑制作用，治療策略的重點是抑制或減少FABP4的循環水平。在美國食品藥品管理局(FDA)篩選批準的藥物中，發現了幾種作為FABP-結合分子的高親和力FABP4抑制劑的藥物，包括廣譜抗生素左氧氟沙星〔35〕。此外，目前已有幾種合成的FABP4抑制劑〔36，37〕。其中，BMS 309403是阻礙FAs與FABP4結合的一種口服活性小分子。與FABP4內部的脂肪酸結合位點相互作用，抑制內源性脂肪酸的結合。在實驗模型中，BMS 309403被證明能改善胰島素抵抗、糖尿病、脂肪肝和動脈粥樣硬化。另一種FABP4抑制劑HTS 01037也能減弱巨噬細胞的促炎作用〔38〕。這些顯示了FABP4抑制劑對炎癥相關疾病的潛在影響。有研究也證明了用FABP4的抗體中和分泌FABP4可作為治療胰島素抵抗、Ⅱ型糖尿病和血管損傷〔10〕的可行途徑。用短發夾RNA(shRNA)直接靶向肥胖糖尿病小鼠脂肪組織中FABP4的表達，發現了類似的作用〔39〕。此外，使用FABP4受體拮抗劑，尤其是PA結合的FABP4，將是一種新的治療策略，盡管FABP4受體尚未確定〔17〕。雖然實驗證據強烈支持抑制FABP4作為治療與代謝有關的CVD的一種新興的方法，但臨床使用的FABP4抑制劑的有效性和安全性也還需要進一步的研究。

7 結 語

FABP4除了在脂肪細胞和巨噬細胞中表達，在心肌細胞和心外膜脂肪組織也有表達，已被確認是一種與CVD有關的新型脂肪因子。FABP4與代謝綜合征、胰島素抵抗、輕度炎癥、動脈粥樣硬化有關，因此，它被認為是CVD的心臟代謝預測因子。

實驗研究支持FABP4與心臟改變有直接關系。然而，參與FABP4所致心功能不全的分子機制研究才剛剛開始出現。雖然有研究提出FABP4通過調節經內皮細胞到心肌細胞的能量供應來控制心肌功能。然而，FABP4在胰島素抵抗的心肌細胞或心臟中的作用尚未被探索。目前尚不清楚FABP4是否在缺乏脂肪酸的情況下調節細胞信號，也尚不清楚這種分子是否能被心肌細胞內化，并參與細胞內如炎癥、脂質氧化或脂質存儲這些過程的調節。所以還需要進一步研究才能充分了解該分子在心臟調節、細胞應答中的作用。FABP4在多種CVD中作用重大，它可能是治療CVD的一個新靶點〔40〕，抑制FABP4，中和或消除分泌的FABP4，或對FABP4的未知受體使用可能的拮抗劑，可能是對抗CVD的一種有效的治療策略。除了研究對預防或改善HF或其它CVD的潛在影響外，還必須做更多的研究來確定這些藥物的安全性，是否可以安全地應用于人類，并證明藥物對CVD的療效。