Apelin／APJ系统与糖尿病关系的研究进展

王 娜，鲍晓雪（综述），薛 鹏，李玉坤 （审校）

（河北医科大学第三医院内分泌二科，河北省骨科生物力学重点实验室，河北 石家庄050051）

1993年，O′Dowd等［1］发现一种新的 G蛋白耦联受体，因其氨基酸序列与血管紧张素Ⅱ同源性高达54%，又被称为血管紧张素样蛋白质J（angiotensin receptor-like protein J receptor，APJ）受体。直到1998年，孤儿受体APJ的内源性配体Apelin，才被日本学者 Tatemoto等［2］利用“反向药理学”方法首次在牛胃的分泌物中提取。放射性配体结合实验表明，Apelin是APJ的特异性配体，是一种由脂肪细胞分泌的新型脂肪细胞因子，在人体内分布广泛，参与多种生理病理过程。由于Apelin／APJ系统与2型糖尿病的发生发展密切相关，将其作为药物设计的新靶点引起国内外科学家的关注。现就Apelin／APJ系统与糖尿病关系的研究进展综述如下。

1 Apelin／APJ系统

1.1 Apelin的生物学特性 人Apelin基因位于染色体xq25-26.3，相对分子质量为12 876，包含2个内含子和3个外显子。人、牛、大鼠和小鼠的Apelin前体肽均由77个氨基酸组成，其C-端的氨基酸在4个物种间完全保守，并富含肽酶酶解的碱性氨基酸残基结合位点，是Apelin的主要功能区域。可被分解为 Apelin-12、Apelin-13、Apelin-16、Apelin-17、Apelin-19、Apelin-36、焦谷氨酸型Apelin-13等不同亚型。早在发现伊始，Apelin-13、Apelin-17及Apelin-36亚型的区别已被阐述：Apelin-13和Apelin-17作用比Apelin-36高8～60倍；Apelin-36与APJ结合比Apelin-13更牢固，作用更持久［2］。

1.2 APJ的生物学特性 APJ含377个氨基酸残基，基因位于11号染色体q12，是7次跨膜G蛋白耦联受体家族成员之一［1］。G蛋白耦联受体是一类通过G蛋白介导跨膜信号转导的膜受体的总称，在人体内分布广泛。目前，已经发现有超过750种不同的G蛋白受体；更重要的是，以G蛋白为靶点的药物比例高达25%［3］。APJ没有亚型，是目前惟一已知的Apelin受体。

1.3 Apelin／APJ的分布及功能 G蛋白包含4种主要的亚族，即 Gαs、Gαi／o、Gαq／11、Gα12／13。每一亚族耦联特定信号通路：Gαs激活腺苷酸环化酶；Gαi／o抑 制 磷 脂 酶 C（phyospholipase C，PLC）；Gαq／11激活磷脂酶C，增加细胞内Ca2＋的浓度；Gα12／13调节鸟苷酸环化酶，进而调节激动蛋白的功能。目前发现，Apelin／APJ系统耦联 Gαi／o、Gαq／11亚族，且不同亚型对激活下游通路的倾向性不同。Apelin／APJ系统在人体组织分布广泛，具有抗炎、调节血管张力、抑制细胞增殖、调节体液平衡、促进血管发生等多种重要生物学功能，参与循环、神经、内分泌、免疫、消化和运动系统等组织器官的生理病理过程。Apelin可分泌至血循环系统中，其在血液的浓度因其检测方法不同而结果不同。

Apelin表达于成熟脂肪组织及未分化的前脂肪细胞，并且随着脂肪细胞分化Apelin表达水平增加，其中白色脂肪组织Apelin表达水平高，而褐色脂肪组织表达水平较低。脂肪组织具有广泛的分泌谱，可分泌大量脂肪细胞因子和大量生物活性物质。脂肪因子中有的仅来自脂肪细胞，而有的还来自体内其他组织，多种因素可调控它们的表达与分泌，而它们自身之间也相互影响，在维持人体正常的生理功能方面发挥着巨大的作用，并参与许多疾病的生理病理进程。

2 Apelin／APJ系统与糖尿病

Apelin是一种胰岛细胞分泌肽，可表达于胰岛细胞，增加胰岛细胞数量，调节β细胞合成胰岛素的功能。Habchi等［4］研究发现，1型和2型糖尿病患者血清Apelin水平明显升高，且1型糖尿病患者血清Apelin水平高于2型。Erdem等［5］研究未治疗的2型糖尿病肥胖患者，发现其血浆Apelin水平显著低于健康对照组。Kadoglou等［6］发现治疗后2型糖尿病患者Apelin水平明显升高。Apelin的生理作用是促进胰岛素分泌，但在病理状态下，血清Apelin水平降低，应用降糖药物影响Apelin水平。

许多研究都证实Apelin与胰岛素之间关系密切。Guo等［7］认为Apelin-13通过激活磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）通路，降低胰岛β细胞内环磷三腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）浓度，从而抑制高糖诱导的胰岛素分泌。Attané等［8］进一步研究发现，高剂量Apelin（1μmol／L）促进胰岛素的分泌，低剂量Apelin（10～100nmol／L）抑制胰岛素的分泌。胰岛素结合脂肪细胞表面的胰岛素受体后，激活PI3K、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）和有丝分裂原活化蛋白激酶通路，诱导Apelin表达，升高的Apelin水平可以反馈抑制胰岛素的分泌，形成反馈抑制环路［7］。

糖尿病发病的关键环节是胰岛素抵抗，胰岛素抵抗是指胰岛素作用的靶器官对胰岛素的敏感性降低，表现为葡萄糖摄取障碍、糖原合成减少、脂肪氧化不充分导致脂肪积累和细胞氧化应激损伤；为了维持体内血糖平衡，常表现高胰岛素血症。体内外实验均表明，Apelin增强胰岛素通路AMP依赖的蛋白激酶（activated protein kinase，AMPK）／人胰岛细胞受体底物1（insulin receptor substrate 1，IRS1），促进心肌葡萄摄取和利用［9］；而家鼠腹膜内注射Apelin-13通过增强胰岛素通路Jin氨基末端激酶［jun N-terminal kinase（JNK）-IRS1-丝氨酸／苏氨酸 蛋 白 激 酶 （serine／threonine protein kinase，Akt）-糖原合成酶激酶（glycogen synthase kinase，GSK）］，可逆转肿瘤坏死因子引发的肝糖原合成减少，降低血糖［10］。Apelin还能增强AMPK通路，促进骨骼肌［8］和脂肪组织［11］葡萄糖摄取，从而改善胰岛素抵抗。

3 Apelin／APJ系统与糖尿病大血管病变

研究证实，高血糖增加心血管事件的危险性，HbA1c每增加1%，心绞痛和心肌梗死的发生率增加11%［12］。糖尿病大血管病变的发生不仅与非糖尿病性高血压、脂质代谢紊乱有关，还与长期慢性的高血糖致内皮细胞功能紊乱、氧化应激、炎症等多种因素有关。Apelin可以减少脂肪细胞分泌的炎症因子如肿瘤坏死因子α和白细胞介素的表达［13］，降低动脉巨噬细胞的数量，减弱血管炎性反应。

另一方面，Apelin通过激活心肌细胞内PLC、PKC、Na-H-ATP酶及Na-Ca-ATP酶发挥正性肌力作用［14］。Zeng等［15］应用 Apelin基因治疗糖尿病小鼠模型后，通过上调SIRT3，增加血管内皮细胞生长因子（vascular endothellal growth factor（VEGF）／血管内皮细胞生长因子受体2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR）、促血管生成素1及其受体Tie2（Angiopoietin-1）Ang-1／Tie-2的表达，减少高糖诱导的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）形成和内皮细胞凋亡，从而增加心肌血管密度，有利于受损心肌修复，降低了糖尿病心血管疾病的风险。

4 Apelin／APJ系统与糖尿病肾病

糖尿病肾病早期病理改变为肾实质肥大和肾小球系膜变薄。Day等［16］研究1型糖尿病雄性大鼠发现，长期Apelin-13干预后，其通过抗过氧化氢酶氧化作用延缓肾实质及肾小球肥大，拮抗肾炎，减少尿蛋白。与此不同，Zhang等［17］研究2型糖尿病大鼠发现，Apelin-13干预后，肾小球内皮细胞上的VEGF2受体表达增多，病理性血管新生，肾小球通透性增加，尿蛋白增多。Day等［16］分析认为，Apelin促进血管新生的作用会降低减少尿蛋白的肾脏保护作用。我们推测，病理状态下，Apelin对1型糖尿病和2型糖尿病的作用之所以不同，可能受体内胰岛素分泌水平的影响。另外，Apelin作用广泛，当其促进血管新生作用超过抗氧化作用后，则主要表现为促进糖尿病肾病的进展。而且，近来有关糖尿病肾病的研究多集中在Apelin-13亚型，其他亚型在肾脏局部的表达及作用有待研究。

5 Apelin／APJ系统与糖尿病视网膜病变

糖尿病视网膜病变是导致失明的重要原因，尤其是在增殖期，糖尿病增殖期视网膜病变的主要表现为视网膜新生血管的形成、神经胶质纤维酸性蛋白和VEGF表达增多。Qin等［18］体外实验发现，高糖状态下，Apelin-13在视网膜局部的表达增多，通过PI3K／Akt和MEK／ERK通路增强视网膜色素上皮细胞的增殖、迁移。而在活体状态下，尤其是情况更为复杂的人体内，Apelin对糖尿病视网膜病变的影响鲜有研究。Du等［19］将糖尿病患者分为无视网膜病变组、视网膜病变组、增殖期视网膜病变组，在增殖期视网膜病变组血清Apelin-13水平显著高于其他2组。可见，Apelin促进病理性血管新生，加速已经发生的糖尿病视网膜病变向增殖期进展［20］。Apelin在病理状态下的分布可能已经改变，对于糖尿病微血管病变，其促进病理血管新生的作用明显超过其他保护性生理作用；另一方面，也表明Apelin参与多种信号通路的生物学作用过程，这些信号通路间可能存在交叉影响。

6 Apelin／APJ系统与糖尿病神经病变

Apelin在中枢神经系统内广泛表达，通过抑制大脑皮质细胞中活性氧的产生、线粒体膜电位去极化、细胞色素C的释放以及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3）的激活，促进Akt和细胞外信号调节激酶1／2（extracellular signal-regulated kinase 1／2，ERK1／2）的 磷 酸 化，减 少 神 经 细 胞 凋 亡［21］。Apelin可以通过拮抗过氧化氢酶的氧化作用，清除ROS来防止糖尿病神经病变的发生［21］。另一方面，Lv等［22］在动物研究中发现，在小鼠蛛网膜下腔注射醋酸诱导内脏痛模型中，Apelin-13可发挥镇痛样作用，这成为糖尿病周围神经病变治疗的新方向。

7 Apelin／APJ系统与糖尿病骨代谢

Apelin／APJR系统在人成骨细胞表达［23］，能诱导人成骨细胞PI3K下游底物Akt的活化，促进人成骨细胞增殖；还可诱导人成骨细胞Bc1-2蛋白质表达，抑制Bax蛋白质表达和细胞色素C的分泌及Caspase-3的裂解活化，从而抑制成骨细胞凋亡［24］。Apelin／APJR系统对骨代谢方面的影响少见报道。Wattanachanya等［25］发现Apelin基因敲除的小鼠皮质松质骨密度均增加，应用骨组织形态计量学方法证实骨形成及骨矿化程度加深。Apelin对骨代谢的影响多集中成骨细胞水平，Apelin对破骨细胞的作用仍不清楚。

8 小结

Apelin与糖尿病的发生发展密切相关。Apelin与胰岛素互相调节，存在反馈抑制环路。Apelin延缓糖尿病大血管病变和糖尿病神经病变，而对糖尿病微血管病变的作用具有双向性，这可能与Apelin的组织分布及各信号通路交叉影响有关，如体质量指数、血脂、炎症因子等其他代谢因子综合调控。在糖尿病骨代谢方面，Apelin与成骨细胞的关系更密切，但与破骨细胞及骨细胞的关系有待挖掘。总之，Apelin参与糖尿病发生发展过程，但应进一步探索Apelin与体内其他代谢因子间的关系，从而明确Apelin在人体生理病理状态下的具体影响，为防治糖尿病及其并发症提供新的药物靶点。

［1］ O′Dowd BF，Heiber M，Chan A，et al.A human gene that shows identity with the gene encoding the angiotensin receptor is located on chromosome 11［J］.Gene，1993，136（1／2）：355-360.

［2］ Tatemoto K，Hosoya M，Habata Y，et al.Isolation and characterization of a novel endogenous peptide ligand for the human APJ receptor［J］.Biochem Biophys Res Commun，1998，251（2）：471-476.

［3］ Overington JP，Al-Lazikani B，Hopkins AL.How many drug targets are there？［J］.Nat Rev Drug Discov，2006，5（12）：993-996.

［4］ Habchi M，Duvillard L，Cottet V，et al.Circulating apelin is increased in patients with type 1or type 2diabetes and is associated with better glycaemic control［J］.Clinical Endocrinology，2014，81（5）：696-701.

［5］ Erdem G，Dogru T，Tasci I，et al.Low plasma apelin levels in newly diagnosed type 2diabetes mellitus［J］.Exp Clin Endocrinol Diab，2008，166（5）：289-292.

［6］ Kadoglou NP，Tsanikidis H，Kapelouzou A，et al.Effects of rosiglitazone and metformin treatment on apelin，visfatin，and ghrelin levels in patients with type 2diabetes mellitus［J］.Metabolism，2010，59（3）：373-379.

［7］ Guo L，Li Q，Wang W，et al.Apelin inhibits insulin secretion in pancreatic beta-cells by activation of PI3-kinasephosphodiesterase 3B［J］.Endocr Res，2009，34（4）：14-54.

［8］ AttanéC，Foussal C，Le Gonidec S，et al.Apelin treatment increases complete fatty acid oxidation，mitochondrial oxidative capacity，and biogenesis in muscle of insulinresistant mice［J］.Diabetes，2012，61（2）：310-320.

［9］ Xu S，Han P，Huang M，et al.In vivo，ex vivo，and in vitro studies on apelin′s effect on myocardial glucose uptake［J］.Peptides，2012，37（2）：320-326.

［10］ Chu J，Zhang H，Huang X，et al.Apelin ameliorates TNF-αinduced reduction of glycogen synthesis in the hepatocytes through G protein-coupled receptor APJ［J］.PLoS One，2013，8（8）：e57231.

［11］ AttanéC，Daviaud D，Dray C，et al.Apelin stimulates glucose uptake but not lipolysis in human adipose tissue ex vivo［J］.J Mol Endocrinol，2011，46（1）：21-28.

［12］ UK Prospective Diabetes Study Group.Effect of intensive blood-glucos e control with metformin on complication in overweight with type 2diabetes（UKPDS 34）［J］.Lancet，1998，352（9131）：854-865.

［13］ Koguchi W， Kobayashi N， Takeshima H，et al.Cardioprotective effect of apelin-13on cardiac performance and remodeling in end-stage heart failure［J］.Circ J，2012，76（1）：137-144.

［14］ Wang M，Gupta RC，Rastogi S，et al.Effects of acute intravenous infusion of apelin on left ventricular function in dogs with advanced heart failure［J］.J Cardiac Fail，2013，19（7）：509-516.

［15］ Zeng H，He X，Hou X，et al.Apelin gene therapy increases myocardial vascular density and ameliorates diabetic cardiomyopathy via upregulation of sirtuin 3［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2014，306（4）：H585-597.

［16］ Day RT，Cavaglieri RC，Feliers D.Apelin retards the progression of diabetes nephropathy［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2013，303（6）：F788-800.

［17］ Zhang BH，Wang W，Wang H，et al.Promoting effects of the adipokine，apelin，on diabetic nephropathy［J］.PLoS One，2013，8（4）：1-11.

［18］ Qin D，Zheng XX，Jiang YR.Apelin-13induces proliferation，migration，and collagenⅠ mRNA expression in human RPE cells via PI3K／Akt and MEK／Erk signaling pathways［J］.Mol Vis，2013，19：2227-2236.

［19］ Du JH，Li X，Li R，et al.Elevation of serum apelin-13 associated with proliferative diabetic retinopathy in type 2 diabetic patients［J］.Int J Ophthalmol，2014，7（6）：968-973.

［20］ McKenzie JA，Fruttiger M，Abraham S，et al.Apelin is required for non-neovascular remodeling in the retina［J］.Am J Pathol，2012，180（1）：399-409.

［21］ 张祥建.Apelin-13通过激活 ERK1／2、PI-3K／Akt信号通路对局灶性脑缺血再灌注小鼠发挥神经保护作用［D］.石家庄：河北医科大学，2014.

［22］ Lv SY，Qin YJ，Wang NB，et al.Supraspinal antinociceptive effect of Apelin-13in a mouse visceral pain model［J］.Peptides，2012，37（1）：165-170.

［23］ Xie H，Tang SY，Cui RR，et al.Apelin and its receptor are expressed in human osteoblasts［J］.Regul Pept，2006，134（2／3）：118-125.

［24］ Tang SY，Xie H，Yuan LQ，et al.Apelin stimulates proliferation and suppresses apoptosis of mouse osteoblast cell line MC3T3-E1via JNK and PI3-K／Akt signaling pathways［J］.Peptides，2007，28（3）：708-718.

［25］ Wattanachanya L，Lu WD，Kundu RK，et al.Increased bone mass in mice lacking the adipokine apelin［J］.Endocrinology，2013，154（6）：2069-2080.