脂联素的生物学特性及其功能研究进展

杨裕华 王际莘 (山东省疾病预防控制中心，山东 济南 25004)

脂联素(adiponectin，ADN，亦称 aPM1、Acrp30、GBP28 和Adipo Q)，1995年首次报告cDNA编码的分子为脂肪细胞补体相关蛋白(Acrp30)〔1〕，主要由成熟的脂肪细胞分泌，尽管脂肪组织分泌ADN，但其水平在肥胖患者是下降的，并与肥胖呈负相关。在肥胖相关并发症如2型糖尿病(T2DM)、心血管病和肝功能异常时呈低ADN水平，其具有胰岛素增敏、抗炎、抗动脉粥样硬化和心脏保护作用，对骨形成也有影响。在肥胖及其相关疾病中，血循环中的ADN是下降的〔2〕。

1 ADN生物学基础

ADN是单基因转录体，编码于染色体3q27.3，与胶原和补体1q(C1q)同源，其单体全长247个氨基酸，由4个区域构成：一个N端信号肽、一个变异区(有种的差异)、一个胶原区(它的α螺旋柄由多个G-X-X重复序列组成)和一个球形区(约140个氨基酸)，后者连接ADN受体〔3〕。ADN的球形区可被溶解，并显示与肿瘤坏死因子-α(TNF-α)有明显的同源性。脂肪酸蛋白有广泛的翻译后修饰(PTMs)作用。ADN的有效多聚化是依赖较多的PTMs作用，特别是胶原区内的PTMs。PTMs包括：(1)唾液酸化(2)糖基化(3)羟基化(4)二硫键形成。在循环血液中，ADN可形成三聚体〔低分子量(LMW)，占ADN的25%〕、六聚体〔中分子量(MMW)，占ADN总量的25%-35%〕和高分子量(HMW，占40%-50%)的多聚体，后者是由4～6个非共价键构成的三聚体组成12～18个多聚体〔4〕。小鼠的实验研究表明：ADN半衰期差异依赖于其分子形式，循环中HMW的ADN维持较长时间，并长于 LMW(分别为9和4.5 h)〔5〕。球形区域是分子的其余部分，且独立存在于循环中。多聚体形成、分泌的调节以及各种多聚体形成的生物学意义仍需研究。目前认为HMW形式最具生物活性并与胰岛素敏感紧密相关。PTMs的作用：(1)巯基介导的ADN潴留，有利于多聚化和分泌〔6〕。ADN直接作用结合于内质网固有蛋白44(ERP44)，使ADN受巯基介导存在于内质网，从而延缓ADN分泌，促进PTMs和多聚化。通过ERo1-Lα这一ERP44的配偶体，能以氧产生二硫键，使其转移至蛋白上，例如ERP44和蛋白质二硫化物异构酶(PDI)，由ERP44释放ADN，二硫键氧化还原样蛋白LA(DsbL-A)还直接结合于ADN，起类似ERP44作用或代偿作用，高水平表达这些伴侣蛋白可导致有效的ADN分泌，这与循环中的高ADN水平有关，特别是HMW的ADN。相反，当肥胖或糖尿病或实验性减低这些伴侣蛋白表达则 AND降低〔7〕。(2)琥珀酸化抑制ADN多聚化及其分泌，单聚体的ADN琥珀酸化表明：琥珀酸化修饰作用可防止多聚体的形成，包括三聚体，还可阻滞ADN的分泌。在高血糖和糖尿病时，琥珀酸化是增加的，由于三羧酸循环中间产物的累积，这一修饰作用在减少ADN水平上的潜在意义是显而易见的〔8〕。(3)唾液酸化可减少ADN的清除，ADN的去唾液酸化可迅速清除循环中的ADN并吸收进入肝细胞，这一修饰作用决定着循环中ADN的半衰期。在炎症状态，包括糖尿病和心血管病则上调增加(唾液酸转移酶)和去除(唾液酸酶/神经氨酸酶)唾液酸酶的活性增加，以减少唾液酸含量的可能性，这会使ADN清除增加，因此造成低 ADN 血症〔9〕。

2 ADN功能和作用

ADN有广泛的生物功能，越来越多的研究表明：各种多聚体有不同的靶组织/不同生物学效应，在代谢中起关键作用，包括脂肪酸氧化、调节糖脂代谢、抑制肝糖产出和增加肝和骨骼肌的胰岛素敏感性。HMW多聚体介导肝脏的ADN作用，而骨骼肌的各种多聚体的重要性仍有争论，虽然新近报告提示HMW的ADN还可成为主要的效应因子〔10〕。当前治疗T2DM的药物包括噻唑烷二酮(TZD)类，即超氧化化物酶体增殖蛋白活化受体(PPAR)-γ促效剂TZD介导的胰岛素增敏作用与增加循环中ADN的HMW水平以及增加伴侣蛋白表达密切相关〔11〕。下一代非 TZD选择性 PPAR-γ促效剂现正在临床试验，似乎有可能成为未来治疗的重点，也是通过改进ADN而产生大量有益作用。ADN受体(AdipoR)分为ADN受体1(AdipoR1)、AdipoR2和钙黏蛋白(于血管内皮平滑肌细胞发现)。AdipoR1主要在骨骼肌表达，与球形的ADN三聚体有较好的亲和力，也与激活腺苷-砭酸活化激酶(AMPK)有密切关系。AdipoR2在肝脏中高表达，并与MMW(六聚体)和HMW(12～18聚体)的ADN有较好的亲和力，也与激活PPAR-γ有密切关系。在肝脏ADN与受体结合将导致脂肪的β氧化增加和糖异生减少。在肌肉，ADN与受体结合导致脂肪β氧化增加和糖吸收增加。以上对增加肝脏和骨骼肌的胰岛素敏感性降低血糖和减少组织的三酰甘油起作用〔12〕。目前认为ADN和内脂素是脂肪和胰岛素抵抗连接的桥梁。

2.1 ADN糖代谢功能 (1)ADN通过刺激AMPK磷酸化，增加胰岛素的敏感性。(2)通过促进糖转运体GLUT4移动至细胞表面，活化AMPK，最终促进糖的吸收。(3)ADN通过对磷酸果糖激酶的磷酸化增加糖酵解。(4)通过使乙酰辅酶A羧基酶的失活，增加脂肪酸氧化〔13〕。(5)通过抑制游离脂肪酸诱生的胰岛素信号通路异常，改善胰岛素敏感及血糖控制。(6)ADN通过抑制糖异生和促进骨骼肌对糖的吸收，使之对胰岛素增敏。(7)通过活化PPAR-γ调节糖脂代谢〔14〕。

2.2 ADN的心血管功能 ADN的心血管作用起源于其作为血管舒张剂的功能〔15〕。(1)以ADN治疗可对心肌梗死后病理性心脏的重构起缓冲作用〔16〕。(2)ADN促进血管舒张是通过增加血管内皮一氧化氮合酶(NOS)和前列腺素合酶的表达〔17〕。(3)ADN通过内皮NOS增加内皮NO的产生，其刺激AMPK通路，影响血管紧张。(4)在内皮细胞改善胰岛素敏感性通过 Akt(一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶)介导激活内皮NOS，增加血管舒张。(5)新近研究提示，ADN经打开K+通道使离体的主动脉环和肠系膜动脉舒张〔15〕。

2.3 ADN的抗炎功能 (1)ADN抑制巨噬细胞中内毒素诱生的TNF-α表达。(2)ADN上调源于单核细胞的巨噬细胞IL-10，进而上调组织中对基质金属蛋白酶(MMP)-1的抑制〔18〕。(3)还发现ADN对前炎症因子白介素-6(IL-6)有抑制作用。(4)ADN还抑制另一主要的前炎症巨噬细胞产物-IFN-γ。(5)IL-1活性部分通过IL-1受体拮抗剂(IL-1Ra)调节，ADN对IL-1的特异性抑制是通过结合于IL-1受体。(6)ADN通过cAMP依赖途径抑制内皮细胞NF-κB途径，并以饱和方式特异性结合于人内皮细胞，从而抑制TNF-α诱生的几个黏附分子的表达，如血管黏附分子(VCAM)-1、细胞间黏附分子(ICAM)-1和E-选择素〔19〕。(7)动物实验表明：ADN极大地防止各种炎症模型，而这些模型的特点是增加TNF-α合成，进一步支持ADN对TNF-α的作用〔20〕。(8)经氧化的LDL或高糖处理后的内皮细胞中，ADN抑制超氧化物自由基的产生〔21〕。(9)ADN抑制生长因子诱生的平滑肌细胞增殖和泡沫细胞的转化的炎症过程。(10)ADN活化p38丝裂原活化蛋白激酶。(11)增加内皮细胞NO的产生。

2.4 ADN抗动脉硬化功能 ADN几乎在动脉硬化发生的所有阶段发挥有益作用，其分子机制〔22〕：(1)减少血管内皮黏附分子的表达。(2)抑制血管平滑肌细胞的增殖和迁移。(3)抑制巨噬细胞向泡沫细胞的转换。(4)抗氧化和抗炎作用。

2.5 ADN与骨形成 研究显示肥胖对骨质疏松起保护作用。然而，以去除成骨细胞因子增强骨密度还带来对胰岛素敏感性的损伤，并有可能引起内脏脂肪增加〔23，24〕。ADN在骨的胰岛素敏感对脂肪平衡上起重要作用。最近研究报告成骨细胞因子的基因操作所致的代谢改变可依赖于ADN〔25〕。基因去除成骨细胞因子编码的酪氨酸磷酸酶蛋白(OST-PTP)和成骨细胞因子骨钙素则出现有关胰岛素敏感和肥胖的相对表型〔23〕。胚胎干细胞磷酸酶(Esp)失活与改善胰岛素敏感性与改善碳水化合物和血脂参数、减少肝脏脂肪含量、改善糖耐量和增加线粒体活性有关〔23〕。相比之下，去除骨钙素可减少ADN水平，导致胰岛素抵抗和肥胖〔23〕。相反，已知重组的骨钙素通过增加胰岛素和ADN水平可改善糖的平衡。研究显示，骨钙素可通过增加ADN表达及其血ADN水平影响胰岛素分泌〔23〕。新近研究提示，ADN直接涉及骨量调节。体外分析表明，ADN可通过AdipoR1促进骨细胞增殖〔26〕，这与早先报告的AdipoR1在成骨细胞中表达相一致。ADN可进一步发挥抗细胞因子诱生骨吸收的保护作用，这是通过对破骨细胞生成的直接抑制。然而，体内研究表明，骨密度和循环血中的ADN水平呈负相关。特别是新近报告小鼠过度表达ADN可表现为较野生小鼠在功能加强的各种生物力学上的实质性减弱，显示ADN抑制骨的形成。有研究表明，ADN与骨丢失相关，这些标志物包括：碱性磷酸酶、骨钙素交叉连接N端肽的Ⅰ型胶原蛋白〔27，28〕。

3 ADN的其他调节功能

ADN的抗炎和抗动脉硬化功能部分是通过ADN抑制巨噬细胞产生TNF-α和对骨髓单核细胞祖细胞的抑制及诱生凋亡〔29〕。内皮细胞黏附分子的表达和最后减少单核细胞的黏附，减少单核细胞运动至内皮下区域和抑制粥样斑块的发生。ADN还诱生抗炎因子和细胞因子，如IL-10或IL-Ra，对这些作用通过抑制癌细胞的生长和与肿瘤形成相关的血管生成产生抗癌作用〔30〕，低的ADN水平与人的各类癌有关，推测低ADN在肥胖者中增加癌的发生起作用〔31〕。超重和肥胖者有较低比例的HMW，但其机制尚不清〔32〕。前炎症细胞因子如脂肪组织中的TNF-α、IL-6和活性氧ROS可作为ADN基因表达的自分泌和旁分泌的抑制物。胰岛素将下调AdipoR1和AdipoR2的表达。因此，髙胰岛素血症常常与肥胖的代谢综合征有关，并通过改变AdipoR的利用率对“脂联素抵抗”起作用〔12〕。当高胰岛素血症和糖尿病时，ADN的HMW下调。然而，胰岛素及胰岛素样生长因子也可刺激人内脏脂肪合成ADN。目前脑的LMW的ADN对食欲调节的影响尚未确定〔33〕。

4 ADN基因多态性与疾病

ADN基因单核苷酸多态性(SNPs)主要在启动子区(-11426A/G，-11377C/G 和-11391G/A)、外显子 2+45G15G(T/G)和内含子2+276G/T，前者与 T2DM和糖尿病肾病(DN)发病有关，后二者对T2DM、肥胖和DN发病敏感，还与T1DM发病有较强的关系。由启动子区域的多态性和内含子2SNP+276G/T构建的单倍体与循环中的ADN水平有关。并且后二者是目前最为常见的〔34〕。研究表明，ADN在糖尿病、肥胖和胰岛素抵抗的发病上起重要作用，与健康人相比，T2DM和肥胖者血中ADN水平显著减少。ADN基因连锁不平衡区的基因多态性包括启动子区、外显子2-内含子2的边界区，与T2DM、肥胖、DN和胰岛素抵抗有关。因此，血 ADN水平及ADN基因多态性可作为糖尿病及其并发症、肥胖和其他代谢疾病早期诊断和临床预测的标志物。

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