脂蛋白相关磷脂酶A2和YKL-40在2型糖尿病及其大血管病变发病中的意义

任丽珏(综述)，王云枝(审校)

(包头医学院第一附属医院内分泌科，内蒙古 包头 014010)

糖尿病是威胁人类健康和社会发展的代谢紊乱性疾病，已成为继心血管和恶性肿瘤之后的第三大非传染病，其大血管并发症是糖尿病致死、致残的主要原因，糖尿病大血管病变的病理基础是动脉粥样硬化。在糖尿病死亡原因中，动脉粥样硬化约占80%。近年来研究表明，炎性反应是糖尿病并发动脉粥样硬化的发病机制之一[1]。炎性因子引起的血管内皮炎性反应在糖尿病及其大血管病变的病情演变过程中具有重要作用。脂蛋白相关磷脂酶A2(lipoprotein-associated phospholipase A2,Lp-PLA2)是一种炎性细胞来源的磷脂酶类，几丁质酶3样蛋白1(Chitinase 3-like protein 1,YKL-40)有促进炎症的生物功能。现就Lp-PLA2、YKL-40与2型糖尿病及其大血管病变的机制及研究进展进行如下综述。

1 Lp-PLA2、YKL-40的结构与分布

1.1Lp-PLA2的结构与分布 Lp-PLA2是磷脂酶超家族中的一员，它在生物界中分布广泛，在多种动物(如节肢动物、爬行动物、哺乳动物)的细胞、组织和体液中均可分离出Lp-PLA2。Lp-PLA2有3个亚型：1个血浆Lp-PLA2亚型以及2个细胞内的Lp-PLA2亚型[2-3]。人血浆Lp-PLA2在1995年首次克隆成功，是由441个氨基酸残基组成的一种丝氨酸脂酶，相对分子质量为45×103，呈非钙离子依赖性，其编码基因位于染色体的6p12～6p21.1。Lp-PLA2主要由成熟的巨噬细胞、单核细胞等炎性细胞合成和分泌，并受炎性介质的调节。在血浆中80%与低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)结合，与载脂蛋白B结合，并且Lp-PLA2有显著地结合于小而密LDL的倾向，15%～20%与高密度脂蛋白结合，其余与极低密度脂蛋白结合[4]。

1.2YKL-40的结构与分布 YKL-40是与肝素和几丁质结合的糖化蛋白，是哺乳动物甲壳酶样蛋白家族成员之一，但不具有甲壳酶活性，最早是在非泌乳期牛的乳汁分泌物中发现的，因其肽链N端起始的3个氨基酸分别为酪氨酸(Y)、赖氯酸(K)和亮氨酸(L)，且相对分子质量为40×103，故名YKL-40。人类YKL-40的基因位于染色体1上[5]。在体外，YKL-40由不同分化阶段及活化的巨噬细胞分泌。在人体，YKL-40主要由血管内皮细胞及巨噬细胞分泌[6]。另外，活化的中性粒细胞、软骨细胞、滑液细胞、骨母细胞、成纤维样滑膜细胞及肿瘤细胞也可分泌。Johansen等[5]曾在内分泌腺、肝、肾、肾上腺、胃肠道、淋巴结、脂肪、乳腺组织等一系列正常组织类型的cDNA库中发现了YKL-40基因。YKL-40在炎性环境下可由特定的颗粒通过胞外分泌来释放[7]。对正常人体YKL-40高表达于代谢活性高或增殖能力强的细胞，在炎症部位的巨噬细胞中有大量表达[8]。

2 Lp-PLA2、YKL-40的生物学效应

2.1Lp-PLA2的生物学效应 Lp-PLA2被称为血小板活化因子乙酰水解酶，是一种血管特异性炎症酶，能水解血小板活化因子使之失去活性，故能减少炎症和血栓的形成，具有抗炎和抗动脉粥样硬化作用；同时它又能水解低密度脂蛋白上的氧化卵磷脂，生成溶血卵磷脂和氧化型非酯化脂肪酸，后两者是促炎介质，可刺激产生黏附分子和细胞因子，损伤血管内皮细胞，引起单核细胞浸润、泡沫细胞沉积、促进粥样斑块形成及使粥样斑块不稳定，因此Lp-PLA2同时具有促动脉粥样硬化形成的作用。经临床及实验室的研究结果均证实后者的作用更大。Lp-PLA2在血浆中的活性与浓度存在一定的相关性，且因可能与雌激素水平有关，女性体内Lp-PLA2活性低于男性[9-10]。

2.2YKL-40的生物学效应 关于YKL-40的生物学作用还未完全阐明，目前主要有以下生物学功能[11]：①生长因子活性，具有成纤维生长因子的作用；②肝素结合能力，YKL-40具有单一的肝素结合位点，主要通过与靶细胞表面或细胞外基质中肝素类物质相结合发挥细胞黏附、增生、迁移、分化、组织重塑等作用；③参与炎症过程，YKL-40由活化的巨噬细胞、中性粒细胞、血管平滑肌细胞、关节软骨细胞及肿瘤细胞分泌并参与炎性反应。

3 Lp-PLA2、YKL-40与2型糖尿病

3.1Lp-PLA2与2型糖尿病 近年来，国内外多项研究表明，2型糖尿病患者血清中Lp-PLA2水平高于对照组[12-14]。Lp-PLA2是胰岛素依赖性酶，有报道，随着胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)程度的加重而其活性减低[15]。

3.1.1IR IR是2型糖尿病发病机制之一，氧化应激和低水平的炎性反应在其中发挥了一定作用。胰岛素与细胞膜表面的胰岛素受体结合，由配体蛋白和多种蛋白激酶组成的信号通路传递多种信号，刺激细胞吸收葡萄糖，诱导胆固醇合成并促进脂肪细胞储存能量，促进毛细血管扩张而改善微循环等。在机体持续性低水平炎症刺激下，Lp-PLA2促进炎性因子的级联释放，胰岛素受体信号负反馈环路受阻，在一定程度上加速了IR的进程。IR可致内皮细胞受损，激活凝血系统，致血小板释放Lp-PLA2增加，触发炎性因子参与炎性反应。Lp-PLA2水解底物释放的过多的非酯化脂肪酸也可引起IR。机制：①加速肝脏糖异生，增加葡萄糖的释出，导致肝脏IR[16-17]；②使脂类沉积于骨骼肌内，导致骨骼肌IR；③抑制葡萄糖氧化[18]；④中、长链非酯化脂肪酸的受体GPR40可能参与了非酯化脂肪酸对胰岛β细胞脂毒性作用[19]；⑤会通过中间产物(如二酰甘油或神经胺)引起IR。

3.1.2β细胞结构与功能障碍 Lp-PLA2促进炎性因子的级联释放，触发的氧化应激过程导致β细胞凋亡；此外，过多的非酯化脂肪酸可以通过影响葡萄糖转运子2的功能、破坏葡萄糖激酶、损伤线粒体而引起β细胞凋亡。减少了胰岛素的合成和分泌。

3.1.3小而密LDL水平增加 糖尿病患者循环中小而密LDL水平增加，而Lp-PLA2在小而密LDL上活性最高[20-21]。同时来自于因血糖增高氧化产生的自由基可能增加脂蛋白的氧化，从而增加Lp-PLA2水平。

3.2YKL-40与2型糖尿病 国内外众多研究表明，2型糖尿病患者体内血浆YKL-40显著升高，但其机制尚不明确[22-26]。有研究显示，YKL-40水平升高与糖尿病患者体内长期处于高血糖状态有关，且与IR和血脂参数呈正相关[22,27]。高饱和脂肪摄入、运动量少的生理状态及2型糖尿病、肥胖的病理过程均有YKL-40的参与。YKL-40可能是肥胖、炎症及2型糖尿病之间有联系的因子之一[6,28]。Catalán等[27]也证实，2型糖尿病合并肥胖患者血清YKL-40水平与IR及炎性因子存在相关性，经低热量摄入减轻体质量后YKL-40水平亦随之下降。但也有研究认为,在2型糖尿病患者中YKL-40是与肥胖无关的标记[29]。在人体内，YKL-40也可受多种细胞因子、炎性介质(如肿瘤坏死因子α、白细胞介素6)的刺激从而表达上调[30]。众所周知，肿瘤坏死因子α可直接作用于胰岛素信号转导系统、增强胰岛素受体底物1和胰岛素受体底物2的丝氨酸磷酸化、刺激脂肪分解提高非酯化脂肪酸水平等途径诱发和加重IR；白细胞介素6通过激活肝细胞和脂肪细胞及血管内皮细胞分泌大量急性相蛋白、损害胰岛β细胞的功能、减少胰岛素受体作用、减弱JAK细胞因子信号转导分子等途径造成IR，并且在2型糖尿病患者体内均增高。

4 Lp-PLA2、YKL-40与2型糖尿病大血管病变

2型糖尿病并发的大血管损伤中，动脉粥样硬化起着非常重要的作用。临床实践已表明，糖尿病人群中动脉粥样硬化的患病率更高，发病年龄轻，病情严重且进展快，其主要原因是长期的高血糖使糖基化终末产物增多，导致氧化应激和炎性反应加剧[30]。临床常见的疾病,如冠状动脉粥样硬化性心脏病、脑卒中和下肢动脉硬化、坏疽等。

4.1Lp-PLA2与2型糖尿病大血管病变 商丽娜等[13]和杨冰等[14]通过检测健康人、单纯2型糖尿病组及糖尿病并大血管病变组的血浆Lp-PLA2，发现Lp-PLA2水平依次为糖尿病并大血管病变组﹥单纯糖尿病组﹥对照组，平衡多种影响因素后，Lp-PLA2仍与糖尿病并大血管病变有直接相关性，证明Lp-PLA2与2型糖尿病动脉粥样硬化密切相关，对预测糖尿病大血管并发症发生有一定价值。Lp-PLA2引起2型糖尿病大血管病变机制：①促进动脉粥样斑块形成，在糖尿病这个病理条件下，氧化应激系统被激活，活性氧类被大量释放，诱导内皮细胞损伤和炎性介质释放，促使LDL氧化为氧化型低密度脂蛋白LDL(oxidized low density lipoprotein,oxLDL)，使Lp-PLA2产生增加和活性增高，诱导或加剧炎性反应、促进动脉粥样斑块形成和发展；同时，Lp-PLA2水解血小板活化因子和氧化磷脂，生成更强的炎性因子、溶血卵磷脂和氧化型非酯化脂肪酸，诱导产生黏附因子和细胞因子，导致单核细胞从管腔向内膜聚集，并衍生为巨噬细胞，巨噬细胞吞噬oxLDL变成泡沫细胞，泡沫细胞增多聚集成动脉粥样硬化性斑块。②局部炎性反应，Lp-PLA2由活化的内膜粒细胞分泌，在此部位，反应性产物生成溶血卵磷脂、氧化型非酯化脂肪酸再进一步活化粒细胞，导致产生更多Lp-PLA2，形成促炎物质的持续正调节，导致循环血液黏稠，从而促进了粥样斑块的进展和稳定性的减弱。③损伤血管内皮，糖尿病与血管内皮功能关系密切，内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化的早期改变。Lp-PLA2增强了脂蛋白代谢，升高了局部氧化压力，使血管内皮细胞受损、功能失调；同时促进内皮表达白细胞介素1、肿瘤坏死因子等炎性细胞因子,从而加重内皮的损伤，进一步加强局部炎性反应。溶血卵磷脂也可破坏完整的血管内皮，导致平滑肌细胞增殖过度及向内膜迁移，减少一氧化氮等活性物质的释放(一氧化氮具有减轻内皮细胞损伤、减少白细胞吸附、抑制血小板聚集和平滑肌细胞增殖等作用)；氧化型非酯化脂肪酸导致细胞缩小、间隙及通透性增大，使脂蛋白更易流入内膜下，从而促进动脉粥样硬化的发生、发展。④加速斑块不稳定，Lp-PLA2能正向调节巨噬细胞凋亡，促进斑块不稳定。同时，Lp-PLA2介导的细胞因子可引起斑块表达基质金属蛋白酶，其降解纤维帽的平滑肌细胞和胶原基质，使斑块变得脆弱、破裂，导致血栓形成和不良大血管事件的发生。

4.2YKL-40与2型糖尿病大血管病变 有关YKL-40与2型糖尿病大血管并发症的关系，国内外学者已进行了一些初步的研究，提示YKL-40参与2型糖尿病合并大血管并发症的发生，且反映其血管动脉粥样硬化程度，对2型糖尿病患者大血管病变的早期识别有重要的临床参考价值[22,32-33]。国内学者也研究了糖尿病合并冠状动脉粥样硬化性心脏病的患者，体内血清YKL-40显著升高，且水平与冠状动脉病变程度呈正相关，说明糖尿病患者冠状动脉粥样硬化斑块局部炎性反应更剧烈，斑块持续处于不稳定状态，YKL-40可能参与了糖尿病患者冠状动脉病变的发生发展，并可能作为糖尿病患者冠状动脉斑块不稳定及冠状动脉狭窄严重程度的预测因子[34-35]。

2型糖尿病大血管并发症患者中YKL-40水平升高的确切机制目前仍不清楚，推测其可能的机制有：①长期的高血糖使糖基化终末产物增多，导致氧化应激，使LDL转化为oxLDL加剧，导致血管内皮细胞受损而引发炎性反应。巨噬细胞吞噬脂质并分泌大量的YKL-40，YKL-40可以影响单核细胞向载脂巨噬细胞分化，还可促进血管平滑肌的增生和迁移，后者是通过影响透明质酸的合成而完成的，从而促进动脉粥样硬化的形成。同时，YKL-40促进形成新生小血管，改变血管内皮细胞的表型，使血管内皮细胞重塑、增殖、趋化、黏附、迁移，导致局部血管壁动脉粥样硬化斑块不稳定且进展迅速[22]。②血清YKL-40与糖尿病患者IR存在相关性[22,27]。对于2型糖尿病患者来说，IR常常与高胰岛素血症伴发，高胰岛素血症可以导致多种生长因子沉积于动脉壁上；刺激动脉平滑肌以及结缔组织增生及移位；促进内皮细胞表达内皮素基因，加强缩血管作用；降低纤溶酶的活性，促进血液凝固，从而促进动脉粥样硬化形成。③已有研究发现,糖尿病及动脉粥样硬化患者血清中白细胞介素6升高[36]。白细胞介素6浓度上升一定程度可刺激YKL-40的释放[37]。

5 小 结

动脉粥样硬化是2型糖尿病及其大血管病变的主要病因，炎症是公认的促进动脉粥样硬化发生与发展的重要环节。越来越多的试验证实，炎性因子Lp-PLA2、YKL-40与2型糖尿病及其大血管病变相关，两者均可促进2型糖尿病患者动脉粥样硬化的发生、发展。探讨2型糖尿病大血管并发症与血清Lp-PLA2、YKL-40的关系，有可能为其预防及治疗提供新的靶点。降低体内Lp-PLA2、YKL-40的水平和活性将可能是预防及治疗2型糖尿病大血管并发症的一种新的策略，其抑制剂具有很大的应用前景。

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