劉娟婧 楊志明

(1.山西醫(yī)科大學,山西 太原 030000;2.山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院心內科,山西 太原 030000)

代謝性心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是因代謝異常(如肥胖、糖尿病、血脂異常等)引起心血管損害的一組臨床綜合征,表現(xiàn)為動脈粥樣硬化性CVD,以心臟性猝死、心力衰竭等為主要結局[1],受老齡化社會及不良飲食、生活習慣影響,發(fā)病率和死亡率逐年攀升。衛(wèi)生組織已將肥胖和糖尿病確立為CVD的主要危險因素[2],非酒精性脂肪肝是CVD的一個新興危險因素;研究發(fā)現(xiàn),白脂素作用于全身多組織器官促進上述危險因素的發(fā)生發(fā)展,也可減輕氧化應激和動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)負荷保護心肌細胞。

1 白脂素概述

2016年,Romere等[3]在研究新生兒早衰癥時發(fā)現(xiàn)白脂素,它由15號染色體q21.1的FBN1基因的最后2個(65、66號)外顯子編碼、弗林蛋白酶切割原纖維蛋白前體(FBN1基因編碼)C端而來;主要由白色脂肪產生分泌,胰島β細胞可自行分泌[4],在肝細胞、腎皮質遠端小管細胞、心臟心肌細胞、胃底表面上皮細胞、睪丸間質細胞、大腦皮層神經元、軟骨細胞、頜下腺和腮腺的紋狀管和小葉間導管[5-6]、軟骨細胞[7]中均可檢測到白脂素,可以調節(jié)糖脂代謝、食欲、炎癥反應、自噬和氧化應激,見圖1。

注:AMPK/mTOR,腺苷酸活化蛋白激酶/雷帕霉素靶蛋白;G-cAMP-PKA,G蛋白-環(huán)磷酸腺苷-蛋白激酶A;PKCδ/SERCA,蛋白激酶Cδ/肌質網鈣泵;GLUT4,葡萄糖轉運蛋白4;Ptard,蛋白酪氨酸磷酸酶受體δ;EndMT,內皮間質轉化;ABCA1,ATP結合盒轉運蛋白A1;ABCG1,ATP結合盒轉運蛋白G1;RCT,膽固醇逆向轉運;MSCs,間充質干細胞;SOD2,線粒體超氧化物歧化酶2;Nrf2,核轉錄因子紅系2相關因子2;UCP1,解偶聯(lián)蛋白1。

2 白脂素與代謝性CVD機制

2.1 白脂素與肥胖相關CVD

肥胖癥每年造成約500萬人過早死亡,是CVD的獨立危險因素,是全球死亡的主要原因[8]。據(jù)研究[9],循環(huán)中白脂素可以透過血腦屏障激活G-cAMP-PKA通路提高下丘腦AgRP+神經元活性,在不影響基礎代謝的情況下刺激食欲產生肥胖;并且白脂素的升高抑制寒冷環(huán)境下核轉錄因子紅系2相關因子2表達,降低解偶聯(lián)蛋白 1和過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α的mRNA和蛋白水平,上調成脂基因表達,抑制白色脂肪褐變同時降低產熱,導致脂肪組織內脂質沉積[10],進一步造成肥胖。大量臨床研究[11-12]證實,白脂素與肥胖程度和向心性肥胖相關指標(如體重指數(shù)和腰臀比等)呈正相關,是早期肥胖的生物標志物。目前仍缺乏白脂素與肥胖相關CVD的隊列研究及病例對照研究。炎癥反應是肥胖介導CVD的重要機制,脂肪組織釋放的炎癥介質可出現(xiàn)全身性外溢,肥胖人群表現(xiàn)出循環(huán)炎性因子持續(xù)低水平地升高,一方面促進血管重構和血管壁內層巨噬細胞、肥大細胞等的堆積,并誘發(fā)氧化應激導致內皮功能紊亂和血管炎癥,長期刺激導致AS的產生;另一方面,促進細胞凋亡和基質降解從而破壞AS斑塊的穩(wěn)定性。內臟型脂肪組織與代謝性疾病風險升高密切相關,其中心外膜脂肪組織在CVD中的危險作用已經得到證實[13],而心外膜脂肪組織能否分泌白脂素并參與AS和心肌細胞損傷尚不明確。

白脂素是抑制肥胖的新靶點,外周大麻素受體1拮抗劑AM6545可以降低白脂素并減輕谷氨酸鈉飲食誘導的低代謝和下丘腦肥胖[14];FBN1基因表達受催產素的抑制,使白脂素水平降低進而遏制食欲并改善糖脂代謝[15];白脂素單克隆抗體降低Leprdb/db突變(肥胖模型)小鼠的白脂素、每日食物攝入量和體重[9];研究白脂素具體促食受體可以為肥胖的治療提供新方向,Liu等[16]發(fā)現(xiàn)OLFR734(人源OR4M1的同源基因)缺陷小鼠刺鼠關聯(lián)蛋白神經元活性和隔夜攝食量遠低于野生型小鼠,而在隨意喂養(yǎng)時食欲及體重并未降低,推測白脂素激活OLFR734嗅覺受體刺激AgRP+神經元和嗅球增強食欲。2022年,Mishra等[17]使用熒光RNA原位雜交標記和定量PCR的方法排除OLFR734作為白脂素的食欲受體,并用免疫共沉淀的方法篩選出膜結合受體——蛋白酪氨酸磷酸酶受體δ(protein tyrosine phosphatase receptor δ,Ptprd),于小鼠循環(huán)中引入Ptprd配體結構域隔離白脂素和Ptprd,小鼠均出現(xiàn)明顯的AgRP+活性、食欲和體重下降,但血糖仍可升高,證明Ptprd是白脂素的促食欲受體。在腦脊液中引入Ptprd相關競爭性配體以拮抗白脂素或可成為潛在特異性治療肥胖的途徑,關于抗白脂素治療肥胖能否降低CVD風險及其貢獻價值將會是未來工作的重點。

2.2 白脂素與糖尿病相關CVD

白脂素升高血糖的分子作用機制獨立于胰高血糖素和兒茶酚胺軸,并形成高胰島素血癥:在空腹時,循環(huán)白脂素作用于肝臟OLFR734受體,激活GPCR-cAMP-PKA通路,刺激肝糖釋放升高血糖[3],而OLFR734基因敲除小鼠仍可受到白脂素作用誘導血糖升高[18],說明肝臟上有除OLFR734之外的其他作用受體,有待眾多學者深入研究發(fā)現(xiàn)。此外,白脂素作用于胰腺和骨骼肌促進胰島素抵抗,對于骨骼肌細胞,白脂素上調蛋白激酶Cδ磷酸化、抑制肌質網鈣泵表達,上調內質網應激(胰島素受體底物1等)和核因子-κB核轉位介導的炎癥水平,降低胰島素敏感性[19],但可激活AMPK信號,上調葡萄糖轉運蛋白4,增強葡萄糖攝取能力;對于胰島β細胞,該細胞可以自分泌白脂素,通過TLR4/JNK磷酸化通路,增加核因子-κB磷酸化、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和巨噬細胞趨化蛋白1的釋放和活性氧(reactive oxygen species,ROS)的產生,促進β細胞炎癥和氧化應激,介導胰島β細胞功能障礙、分泌減少,并通過AMPK/mTOR通路途徑促進β細胞凋亡,加劇胰島素抵抗[4]。循環(huán)白脂素在胰島素抵抗人類和小鼠中病理性升高[3],2型糖尿病中升高的白脂素與空腹血糖、甘油三酯、糖化血紅蛋白和胰島素抵抗呈正相關[20],白脂素濃度隨糖尿病進展和病程延長而升高[15,21]。綜上,白脂素升高血糖,減少胰島β細胞胰島素分泌,降低骨骼肌胰島素敏感性,增強胰島素抵抗,并促進以高血糖和胰島素抵抗為特征的糖尿病的發(fā)展。

2.2.1 白脂素與糖尿病心肌病

白脂素介導的糖尿病促進心肌細胞損傷。心肌能量代謝紊亂和氧化應激是糖尿病心肌病的重要發(fā)病機制[22],心肌葡萄糖和脂肪酸代謝失衡是造成心肌能量代謝紊亂的重要原因[23]。正常心臟所需的能量70%由脂肪酸提供,30%由葡萄糖提供[24];心肌細胞葡萄糖攝取依賴于跨膜的葡萄糖轉運蛋白4,脂肪酸攝取的速率主要由游離脂肪酸濃度決定。一方面,高血糖和胰島素抵抗使游離脂肪酸濃度升高,葡萄糖轉運蛋白4內化入細胞,糖尿病心肌細胞底物向游離脂肪酸氧化增加轉變,介導更多ROS的產生[24];另一方面,糖尿病心肌抗氧化蛋白——線粒體超氧化物歧化酶2表達降低[25],雙重作用增強了氧化應激對糖尿病心肌細胞的損害。

白脂素對糖尿病環(huán)境中心肌細胞有特殊的保護機制。心肌細胞內含豐富的線粒體,進行活躍能量代謝的同時產生大量ROS,但抗氧化劑含量較其他器官低下,因此極易受氧化應激損傷。在高糖環(huán)境中,升高的白脂素可以抑制氧化產物生成并抑制小鼠心肌細胞凋亡,但分子機制并未闡明。Zhang等[26]的研究顯示,白脂素可以增強骨髓間充質干細胞對氧化應激的抵抗作用,治療缺血性心臟病、抑制心肌纖維化,該作用是通過激活ERK1/2通路減少氧化產物生成并上調線粒體超氧化物歧化酶2(重要的抗氧化蛋白)表達實現(xiàn)的。線粒體超氧化物歧化酶2在心肌細胞中可否受到白脂素的調節(jié)將是后續(xù)研究的重點,這對于減輕缺血缺氧和再灌注所致的心肌氧化應激損傷有重要意義。亦有研究[27]表明,白脂素能夠增強線粒體質子泄露和線粒體呼吸從而減輕缺氧損傷,線粒體功能狀態(tài)的改變可能是白脂素對心臟的代償性保護機制,發(fā)現(xiàn)白脂素在心肌細胞的具體受體是強化該作用的關鍵。

2.2.2 白脂素與糖尿病血管病變

白脂素通過糖尿病間接促進血管病變。AS是糖尿病重要的大血管并發(fā)癥;內皮功能障礙是最早期的病理變化[28],在氧化應激損傷作用下,最終導致內皮細胞死亡、脂質進入、炎癥細胞侵襲和血管平滑肌細胞增殖。高血糖通過糖基化終末產物沉積和氧化應激等作用加速AS斑塊的形成。胰島素抵抗時,PI3K通路受損,NO產生減少,MAPK通路被激活,增加血管緊張素-1分泌,導致內皮功能障礙;此外,還刺激血管平滑肌細胞的增殖和游離脂肪酸的過度釋放,增強氧化應激損傷。

白脂素可直接參與血管損傷。有研究[29]表明,白脂素可能在2型糖尿病中頸AS、下肢外周血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中起一定作用。在具體對外周血管疾病的試驗[30]中發(fā)現(xiàn),白脂素以轉化生長因子-β依賴性方式直接誘導內皮間質轉化,這是血管內皮功能障礙和血管重構的關鍵步驟,加速了AS斑塊間充質細胞的形成。

白脂素通過減輕氧化應激并促進膽固醇逆向轉運(reverse cholesterol transport,RCT)發(fā)揮血管保護作用。Chen等[31]發(fā)現(xiàn),白脂素可以上調SPG20編碼蛋白spartin水平,減少ROS的產生,抑制高糖環(huán)境下心臟微血管內皮細胞的氧化應激,減輕糖尿病心臟微血管內皮損傷,白脂素可能是治療冠狀動脈微循環(huán)障礙的潛在靶點。此外,Zou等[32]發(fā)現(xiàn),白脂素可以抑制THP-1巨噬細胞衍生泡沫細胞和ApoE-/-小鼠的脂質積累,減輕AS負荷,該作用是通過激活p38/Elk-1信號通路促進ATP結合盒轉運蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1)和ATP結合盒轉運蛋白G1(ATP-binding cassette transporter G1,ABCG1)轉錄進一步促進RCT實現(xiàn)的。RCT是高密度脂蛋白負責AS斑塊消退的主要機制,通過被動擴散或與B族Ⅰ型清道夫受體或ABCA1的相互作用進行膽固醇從巨噬細胞的外排,酯化后轉運至肝臟處理排泄;超過50%的膽固醇外排由ABCA1進行,膽固醇的外排是RCT的限速步驟,白脂素對于ABCA1系統(tǒng)發(fā)揮積極效應,因此或許可以增強白脂素作用,促進RCT以減輕AS。

2.3 白脂素與非酒精性脂肪性肝病相關CVD

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)也被稱為代謝功能障礙相關脂肪性肝病,呈進行性發(fā)展,早期多無臨床癥狀,因轉氨酶水平升高或影像學特征的偶然發(fā)現(xiàn)而引起醫(yī)學關注。大量流行病學研究均證明NAFLD是CVD的獨立危險因素:一項大型薈萃分析[33]顯示NAFLD與流行CVD和突發(fā)CVD的風險增加相關;另一項基于16項觀察性研究共34 043例患者的薈萃分析[34]亦得出相似的結論,且7年的平均隨訪時間中,NAFLD患者發(fā)生致命或非致命性心血管事件的風險比無NAFLD的患者高64%;NAFLD與冠狀動脈鈣化程度之間呈顯著的正相關,冠狀動脈鈣化積分可能有效識別未來心血管事件風險更大的NAFLD患者[35];NAFLD的嚴重程度可能與CVD患者的Syntax評分存在關聯(lián),3級NAFLD患者的主要亞組顯示出更高的住院死亡率、支架內血栓形成率和長期死亡率[36]。目前對NAFLD和CVD之間的因果關系仍存在爭議,但已明確將二者聯(lián)系起來的病理生理機制包括內皮功能障礙、脂質代謝改變、全身炎癥、不穩(wěn)定性斑塊形成、氧化應激和胰島素抵抗[37],介導NAFLD患者心血管系統(tǒng)的結構、功能和電活動的破壞,從而增加CVD的風險,如高血壓、AS、心律失常、心肌功能障礙、心臟瓣膜變形和靜脈血栓[38]。

白脂素可能促進NAFLD的形成參與到這一“多重打擊”過程,Liu等[12]對36例NAFLD肥胖兒童和39例無NAFLD肥胖兒童進行比較,發(fā)現(xiàn)NAFLD的存在上調了白脂素和谷丙轉氨酶水平,并且血清白脂素濃度與TNF-α和谷丙轉氨酶呈正相關,TNF-α是NAFLD慢性炎癥中升高的促炎因子,這提示白脂素與兒童和青少年NAFLD的病理機制密切相關。白脂素對NAFLD的貢獻機制尚不清楚,Liu等[12]猜測可能有以下3種:(1)肥胖患者過量的白脂素介導的高胰島素血癥和高血糖導致肝臟脂質輸入輸出失衡出現(xiàn)肝脂肪變性;(2)增加糖分和食物攝入參與脂肪的從頭合成造成肝臟脂肪堆積;(3)通過TLR4/JNK介導的炎癥促進代謝紊亂。具體的機制仍需要更多的分子及動物實驗進行驗證。

3 白脂素與CVD臨床研究

2型糖尿病患者血清白脂素與血漿AS指數(shù)呈正相關。Acara等[39]研究了白脂素與診斷為不穩(wěn)定型心絞痛并接受經皮冠狀動脈介入治療患者的Syntax評分之間的關聯(lián),發(fā)現(xiàn)白脂素水平與Syntax評分呈正相關,目前臨床尚無可有效預測不穩(wěn)定型心絞痛冠狀動脈病變程度的生物標志物,白脂素或許是合適的,但仍需要大樣本研究驗證;冠狀動脈疾病患者血清白脂素水平較高,且與發(fā)生CVD的風險增加有關[40],但白脂素較低的擴張型心肌病患者在5年內預后不良[27]。白脂素對CVD的病理作用同時呈現(xiàn)出危險和保護作用,或許由某一致病因素打破了這一平衡,參與者的異質性可能是臨床研究中白脂素相反作用的原因。

4 總結

白脂素在能量代謝中發(fā)揮著復雜而重要的作用,通過促進肥胖、糖尿病和NAFLD的發(fā)生構成CVD的巨大風險,直接抑制心肌細胞氧化損傷,在AS的病理機制中表現(xiàn)并不統(tǒng)一,其對心血管臨床意義也存在巨大爭議;白脂素在心臟和血管的具體受體和綜合臨床表現(xiàn)仍有待于更多基礎實驗和大型臨床研究進行揭示,以期能為不穩(wěn)定型心絞痛臨床決策提供信息,并特異性發(fā)揮減輕氧化損傷和促進RCT的作用治療代謝性CVD。