王燦，蔣建東，王愛平，孔維佳

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院a.藥物研究所，b.醫(yī)藥生物技術(shù)研究所，北京100050)

半乳糖凝集素(galectin,Gal)-3作為Gal家族的一員在多種組織和細(xì)胞中表達(dá)[1]。Gal-3參與調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及細(xì)胞間相互作用、免疫反應(yīng)、組織器官纖維化等[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，Gal-3的異常與人體多個系統(tǒng)(如心血管、呼吸、消化、神經(jīng)以及泌尿生殖系統(tǒng))的慢性疾病密切相關(guān)[2-5]，并與細(xì)胞惡變和惡性腫瘤的發(fā)生相關(guān)[2-3]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，代謝性疾病和心血管疾病的發(fā)病率不斷升高，嚴(yán)重危害人民健康并耗費(fèi)大量醫(yī)療資源。臨床上，代謝性疾病和心血管疾病常同時發(fā)生，如未有效控制可形成惡性循環(huán)，威脅人們的健康。研究顯示，Gal-3分子在代謝性疾病和心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮重要的生物學(xué)作用，并可能成為潛在的治療靶點(diǎn)[4-5]?，F(xiàn)就Gal-3與代謝性疾病和心血管疾病的關(guān)系進(jìn)行綜述，以期為代謝性疾病和心血管疾病的防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 Gal-3的結(jié)構(gòu)和功能

Gal-3由LGALS3基因編碼，屬于Gal家族，其C端的碳水化合物結(jié)合區(qū)域能夠特異性結(jié)合相關(guān)糖蛋白配體上的半乳糖殘基，其N端區(qū)域富含脯氨酸、甘氨酸和酪氨酸的重復(fù)肽段[6]。Gal-3不僅以單體的形式存在，還可形成二聚體甚至多聚體[6-7]，這種多聚體形成是通過Gal-3的N端實(shí)現(xiàn)的，因而對C端的功能無影響。

研究表明，Gal-3在細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核以及細(xì)胞表面均有分布[6]，提示該蛋白分子可能具有多種生物學(xué)作用。在細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中，Gal-3能夠與其他蛋白發(fā)生蛋白-蛋白相互作用，參與前體信使RNA的剪接，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路以及細(xì)胞黏附[6]。在細(xì)胞表面，Gal-3通過其C端的碳水化合物結(jié)合區(qū)域與細(xì)胞膜糖蛋白的半乳糖殘基結(jié)合，在鞘糖脂介導(dǎo)細(xì)胞膜彎曲的情況下，與糖蛋白配體一起形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而參與調(diào)控網(wǎng)格蛋白非依賴載體的形成[8]。細(xì)胞對CD44蛋白分子的攝取以及對整合素β1的內(nèi)吞作用均是通過這種網(wǎng)格蛋白非依賴載體的介導(dǎo)完成[8]。進(jìn)一步研究表明，Gal-3在細(xì)胞膜表面形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、參與形成的網(wǎng)格蛋白非依賴載體在晚期糖基化終末產(chǎn)物/晚期脂質(zhì)氧化終末端產(chǎn)物的結(jié)合、內(nèi)化和降解過程中起重要作用[8-9]。

2 Gal-3與代謝性疾病

2.1Gal-3與肥胖 血液和脂肪細(xì)胞內(nèi)的Gal-3均在肥胖的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。一項(xiàng)針對50歲左右正常人群的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，血Gal-3水平與年齡、血壓、血脂以及體質(zhì)指數(shù)等心血管疾病危險因素呈正相關(guān)[10]。Weigert等[11]針對男性人群進(jìn)行的一項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與體重正常者相比，單純肥胖以及肥胖合并糖尿病患者血液Gal-3水平顯著升高；血液Gal-3水平與體質(zhì)指數(shù)、瘦素、抵抗素、白細(xì)胞介素-6以及年齡呈正相關(guān)。Pang等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，與體重正常女性相比，單純肥胖女性(代謝正常)血液Gal-3水平明顯升高，Gal-3水平與體質(zhì)指數(shù)和血液白細(xì)胞介素-6水平呈正相關(guān)。Dencker等[13]對8～11歲兒童的研究發(fā)現(xiàn)，兒童總體脂含量、腹部脂肪含量、腹部脂肪分布、左心室質(zhì)量、左心房大小以及2年內(nèi)體重增量均與血液Gal-3水平呈正相關(guān)，提示Gal-3的水平與肥胖的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。

給予Wistar大鼠高脂飲食后發(fā)現(xiàn)，肥胖大鼠脂肪組織內(nèi)Gal-3水平、細(xì)胞外膠原含量、脂肪細(xì)胞分化程度以及炎癥反應(yīng)均顯著升高，而Gal-3抑制劑柑橘果膠對于肥胖大鼠體重和脂肪組織重量無明顯影響，但卻能顯著降低肥胖大鼠脂肪組織中Ⅰ型和Ⅵ型膠原蛋白含量，也能降低過氧化物酶體增殖物激活受體γ、脂肪酸結(jié)合蛋白-4和脂蛋白脂酶等脂肪代謝關(guān)鍵基因的表達(dá)水平；同時在3T3-L1脂肪細(xì)胞中驗(yàn)證了柑橘果膠的這種作用[14]。Krautbauer等[1]研究發(fā)現(xiàn)，棕櫚酸、油酸、亞油酸等自由脂肪酸以及白細(xì)胞介素-6通過促進(jìn)脂肪細(xì)胞內(nèi)Gal-3的表達(dá)而導(dǎo)致肥胖。近期研究表明，天然產(chǎn)物小檗堿能夠通過降低Gal-3的表達(dá)抑制原代前脂肪細(xì)胞分化、增殖以及高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠肥胖發(fā)生，敲低Gal-3能夠模擬小檗堿的上述作用，而過表達(dá)Gal-3則能夠阻斷小檗堿的上述作用；深入研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿下調(diào)Gal-3基因表達(dá)的分子機(jī)制包括抑制Gal-3基因啟動子的活性以及通過上調(diào)微RNA let-7d的表達(dá)水平而降低Gal-3信使RNA的穩(wěn)定性[15]。以上研究表明，脂肪組織細(xì)胞內(nèi)Gal-3的高表達(dá)在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖發(fā)生過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，Gal-3有望成為治療肥胖及相關(guān)代謝性疾病的新的靶點(diǎn)。

2.2Gal-3與非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH) NASH是由非酒精因素引起的肝臟脂肪蓄積、炎癥細(xì)胞浸潤、肝功能損害以及纖維化的病理生理狀態(tài)。Gal-3可能與NASH的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，敲除Gal-3小鼠能夠抵抗高脂飲食誘導(dǎo)的肝臟脂肪積聚、炎癥反應(yīng)以及纖維化[16]。在肝纖維化患者和四氯化碳誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化模型中，發(fā)生纖維化的肝臟中的Gal-3表達(dá)水平均顯著上調(diào)[3,17]。Gal-3參與調(diào)控四氯化碳誘導(dǎo)的小鼠肝臟纖維化。研究發(fā)現(xiàn)，四氯化碳能夠誘導(dǎo)Gal-3基因敲除小鼠和Gal-3基因沉默小鼠肝臟中轉(zhuǎn)化生長因子-β表達(dá)、肝臟損傷以及肝臟炎癥反應(yīng)；但誘導(dǎo)星狀細(xì)胞活化以及膠原蛋白水平升高的能力被顯著削弱[17]。以上研究表明，Gal-3通過參與調(diào)控轉(zhuǎn)化生長因子-β誘導(dǎo)的肝星狀細(xì)胞活化在四氯化碳誘導(dǎo)小鼠肝纖維化進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，Gal-3有望成為治療NASH的潛在藥物靶點(diǎn)。

鑒于Gal-3在NASH中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，研究人員嘗試研發(fā)針對Gal-3的抑制劑用于治療NASH。GR-MB-02是一種Gal-3抑制劑，該化合物在NASH小鼠和大鼠中均表現(xiàn)出良好的藥理作用[18]。一項(xiàng)對將發(fā)展為肝纖維化NASH患者的隨機(jī)雙盲臨床試驗(yàn)中，與安慰劑組相比，給藥組患者服用不同劑量的GR-MB-02(2、4、8 mg/kg)未見明顯毒副作用；之后每周1次，連續(xù)服藥3周也未見明顯毒副作用；藥動學(xué)結(jié)果表明，GR-MB-02血漿藥物濃度具有良好的劑量依賴性[19]。以上研究為后續(xù)驗(yàn)證GR-MB-02治療NASH引發(fā)肝纖維化有效性的Ⅱ期臨床試驗(yàn)提供了支持。

2.3Gal-3與2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)和糖尿病腎病 Gal-3可能與T2DM的發(fā)生有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者血液Gal-3水平顯著高于前期T2DM患者，且前期T2DM患者血液Gal-3水平顯著高于正常人群，同時血液Gal-3水平與空腹血糖、餐后2 h血糖、C反應(yīng)蛋白以及胰島素抵抗指數(shù)呈正相關(guān)；多重線性回歸分析顯示，血液Gal-3水平是T2DM的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo)[20]。Li等[4]研究發(fā)現(xiàn)，肥胖患者以及肥胖動物血液Gal-3水平顯著升高，Gal-3通過與肝細(xì)胞、肌肉細(xì)胞以及脂肪細(xì)胞上的胰島素受體的半乳糖殘基結(jié)合，抑制了胰島素與胰島素受體的正常結(jié)合和下游胰島素信號通路，繼而導(dǎo)致肝細(xì)胞、肌肉細(xì)胞以及脂肪細(xì)胞的胰島素抵抗；同時還發(fā)現(xiàn)，腹腔注射外源性Gal-3能夠誘導(dǎo)正常飲食小鼠胰島素抵抗，而敲除Gal-3或給予Gal-3抑制劑能夠顯著改善高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)[4]。另有研究表明，天然產(chǎn)物小檗堿能夠顯著降低血清Gal-3水平以及高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗，而過表達(dá)Gal-3能夠抑制小檗堿的這種作用，表明小檗堿通過降低血清Gal-3水平抑制高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗[15]。以上研究提示，Gal-3抑制劑有可能用于T2DM的治療。

Gal-3與糖尿病腎病也存在密切聯(lián)系，研究表明，Gal-3在糖尿病患者腎小球中的表達(dá)顯著上調(diào)，且腎小球中Gal-3陽性細(xì)胞數(shù)量與患者尿蛋白含量呈正相關(guān)[21]，提示腎小球中Gal-3的表達(dá)水平與糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。此外，糖尿病患者血清Gal-3水平隨患者腎臟功能的降低而升高[2]。

3 Gal-3與心血管疾病

3.1Gal-3與動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)和冠心病 As是血管內(nèi)膜對于損傷的炎癥增生性反應(yīng)，單核巨噬細(xì)胞在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。一項(xiàng)關(guān)于As的橫斷面研究指出，血液Gal-3水平的升高與頸動脈粥樣硬化的發(fā)生具有顯著相關(guān)性，提示Gal-3可作為治療As的潛在靶點(diǎn)[22]。另有研究表明，As發(fā)生部位富集的巨噬細(xì)胞和泡沫細(xì)胞會分泌大量的Gal-3[23]，而Gal-3會募集并激活更多的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[3,24]。另一項(xiàng)研究表明，Gal-3通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)參與As的發(fā)生[25]。研究發(fā)現(xiàn)，As無癥狀受試者血漿Gal-3水平與頸動脈內(nèi)中膜厚度呈正相關(guān)，而頸動脈內(nèi)膜中層厚度是As的替代標(biāo)志物；與正常對照組相比，頸動脈粥樣硬化患者血漿Gal-3水平顯著升高；對外周動脈疾病患者隨訪5年發(fā)現(xiàn)，血漿Gal-3水平與心血管疾病患者的病死率呈正相關(guān)[25]。以上研究表明，血漿Gal-3水平在As發(fā)生發(fā)展中起重要作用。給予由人髓系白血病單核細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的巨噬細(xì)胞小檗堿預(yù)處理能夠顯著抑制氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞活化和Gal-3蛋白表達(dá)水平的上調(diào)；過表達(dá)Gal-3能夠阻斷小檗堿的上述作用，經(jīng)皮冠狀動脈介入治療后的患者口服小檗堿3個月后，血漿Gal-3水平顯著降低[24]。Gal-3抑制劑柑橘果膠能抑制載脂蛋白E表達(dá)缺失小鼠As斑塊的增大[26-27]。這些研究從另一方面證明了Gal-3能夠促進(jìn)As的形成和發(fā)展。

Jansen等[28]報道顯示，穩(wěn)定性冠心病患者血液中Gal-3水平與受影響冠狀動脈數(shù)量、心力衰竭發(fā)病史等相關(guān)。Kang等[29]比較急性心肌梗死、不穩(wěn)定型心絞痛以及穩(wěn)定型心絞痛患者血液中Gal-3的水平發(fā)現(xiàn)，心肌梗死患者血液中Gal-3的水平顯著高于不穩(wěn)定型心絞痛患者，且不穩(wěn)定型心絞痛患者血液中Gal-3的水平顯著高于穩(wěn)定型心絞痛患者。以上研究表明，血液中Gal-3的水平可能與冠心病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，并有可能成為冠心病治療的新靶點(diǎn)[29]。

3.2Gal-3與心力衰竭 心肌炎癥和纖維化是心力衰竭的病理特征，Gal-3可作為心肌炎癥和纖維化的生物標(biāo)志物，且Gal-3與心力衰竭的發(fā)生和惡化密切相關(guān)。2004年，Sharma等[30]首次報道了Gal-3與心力衰竭的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重高血壓伴心力衰竭大鼠失代償性心臟中的Gal-3表達(dá)水平是代償性心臟的5倍多。心室活檢顯示，主動脈狹窄且射血分?jǐn)?shù)降低大鼠心臟中的Gal-3表達(dá)水平高于單純射血分?jǐn)?shù)降低大鼠。有研究發(fā)現(xiàn)，校正年齡、性別、心力衰竭嚴(yán)重程度和腎功能不全的影響后，Gal-3可作為預(yù)測心力衰竭患者病死率的重要因子[31]。將外源性Gal-3注入大鼠心包膜能夠誘導(dǎo)大鼠心室重塑和心力衰竭，而給予Gal-3抑制劑N-乙?；?絲氨酸-天冬氨酰-賴氨酰-脯氨酸能夠抑制Gal-3的上述作用[32]。以上研究表明，心臟組織中Gal-3表達(dá)的升高與心力衰竭的發(fā)生密切相關(guān)，并有可能成為治療心力衰竭的新靶點(diǎn)。

3.3Gal-3與血管栓塞 血管栓塞是導(dǎo)致心肌梗死、腦卒中等心血管事件最直接的原因。2015年，DeRoo等[33]首次從動物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)兩個層面揭示Gal-3結(jié)合蛋白和Gal-3參與了靜脈血栓形成。動物實(shí)驗(yàn)中，在小鼠的紅細(xì)胞、血小板、微粒以及下腔靜脈中同時檢測到Gal-3結(jié)合蛋白和Gal-3的表達(dá)，而單核淋巴細(xì)胞中僅檢測到Gal-3的表達(dá)，推測Gal-3與Gal-3結(jié)合蛋白可能是通過介導(dǎo)血液不同成分的相互結(jié)合參與靜脈血栓形成；該研究還發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比，靜脈血栓小鼠血管壁中Gal-3的表達(dá)顯著升高，且血栓中Gal-3結(jié)合蛋白和Gal-3也高表達(dá)，血栓形成量與血栓中Gal-3的水平以及靜脈血管壁中白細(xì)胞介素-6的表達(dá)水平呈正相關(guān)；靜脈血栓的免疫組織化學(xué)染色結(jié)果顯示，Gal-3結(jié)合蛋白與Gal-3的結(jié)合參與了靜脈血栓形成。在結(jié)扎下腔靜脈誘導(dǎo)的小鼠血栓模型中發(fā)現(xiàn)，與正?；蛐托∈笙啾?，Gal-3基因敲除小鼠血栓形成明顯減少，給予外源重組Gal-3能夠使Gal-3基因敲除小鼠血栓形成恢復(fù)至正?；蛐托∈蟮乃健４送?，血液循環(huán)系統(tǒng)中Gal-3的水平與急性靜脈血栓形成呈正相關(guān)。研究表明，血清Gal-3的水平與心房顫動患者左心耳重塑和血栓形成密切相關(guān)，多因素線性回歸分析顯示，Gal-3是心房顫動患者左心耳血栓形成的獨(dú)立決定因素[34]。

Fashanu等[35]對血漿Gal-3水平與As發(fā)生率的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在排除年齡、性別、種族、體質(zhì)指數(shù)、糖尿病狀態(tài)以及腎功能的影響后，靜脈血栓發(fā)生率與Gal-3水平呈正相關(guān)，Gal-3 有可能成為防治血管栓塞的新靶點(diǎn)。

4 小 結(jié)

Gal-3表達(dá)水平的上調(diào)或Gal-3水平的升高均可促進(jìn)代謝性疾病和心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展，通過抑制Gal-3的表達(dá)或降低血液循環(huán)系統(tǒng)中Gal-3的水平可預(yù)防或治療代謝性疾病和心血管疾病。多種Gal-3抑制劑可用于代謝性疾病和心血管疾病的防治，其中GR-MB-02用于治療NASH引發(fā)的肝纖維化已進(jìn)入臨床研究階段。目前研發(fā)的Gal-3抑制劑多是通過抑制Gal-3功能發(fā)揮作用，而不是降低Gal-3的表達(dá)水平，未來可對此進(jìn)行深入研究。天然產(chǎn)物小檗堿通過多靶點(diǎn)協(xié)同作用在防治代謝性疾病和心血管疾病方面表現(xiàn)出良好的藥理活性和安全性，其能夠顯著降低動物和人體血液中Gal-3的水平[15,24]。在后續(xù)研究中探究Gal-3分子與小檗堿多種作用靶點(diǎn)的關(guān)系有助于進(jìn)一步了解或揭示小檗堿復(fù)雜的藥物作用體系，有希望為代謝性疾病和心血管疾病的治療提供新的藥物。