脂联素心肌保护效应的研究进展*

刘　华综述　张德玲审校

zdlme@whu.edu.cn



脂联素心肌保护效应的研究进展*

刘华1,2综述张德玲1,#审校

zdlme@whu.edu.cn

【摘要】脂联素(Adiponectin, ADPN)是一种主要由脂肪组织分泌的脂肪因子，具有增加胰岛素敏感性、抗动脉粥样硬化、抗炎等效应。ADPN作为心脏疾病的重要保护因子，其在心肌肥厚、心肌缺血-再灌注损伤、糖尿病心肌病中的保护机制研究受到广泛关注，有望为相关疾病的诊断和防治提供新策略。

【关键词】脂联素；心肌肥厚；缺血-再灌注损伤；糖尿病心肌病

脂联素(Adiponectin, ADPN)是一种主要由脂肪组织分泌的脂肪因子，与其受体结合后，通过一系列细胞信号通路发挥胰岛素增敏、抗动脉粥样硬化、抗炎等效应。大量研究证实ADPN可调节心脏能量代谢、抑制心肌肥大和重塑、抑制间质纤维化、抗心肌细胞凋亡等[1]；而血浆低ADPN水平是高血压、冠状动脉病变和心肌梗死等的独立危险因素[2]。因此认为ADPN是心脏疾病的重要保护因子，包括对糖尿病性心脏病的保护作用[3]，以及预防心脏疾病的重要靶点。本文综述ADPN对心肌肥厚、心肌缺血-再灌注损伤、糖尿病心肌病保护作用及机制的研究进展。

1概述

1995年，Scherer等[4]发现了主要由脂肪细胞合成及分泌的ADPN，命名为Acrp30，或称apM1、AdipoQ、GBP28。近年研究表明，非脂肪细胞也可表达ADPN，如心肌细胞[5]、肝细胞[6]等。全长型ADPN包括四个区域：分泌信号序列、可变区、N-末端胶原结构域及C-末端胶原结构域；还有少部分ADPN直接以C端球状结构域形式存在，谓之球状ADPN(Globular Adiponectin, gAd)[7]。健康人血浆ADPN含量为2-20 mg/L，约占血浆蛋白量的0.01%。血浆中ADPN以三聚体、六聚体和多聚体等形式存在，其中多聚体ADPN具备生物学活性[8]。

ADPN表达水平受到多种因素调节，如二硫键氧化还原酶A类似蛋白(DsbA-L)促进脂肪细胞分泌ADPN以及ADPN多聚体的形成[9]；而内质网应激、氧化应激及促炎因子等负向调节ADPN的合成及分泌[8]。血浆ADPN水平与腹部脂肪量呈负相关，即肥胖者ADPN分泌明显较低[10]，这可能与肥胖诱导内质网应激以及肥胖者脂肪细胞内DsbA-L表达降低密切相关[8]。

目前已发现三种ADPN受体：AdipoR1、AdipoR2及T-钙黏蛋白(T-cadherin)。研究表明，小鼠全身组织广泛表达AdipoR1，在骨骼肌表达最丰富。AdipoR1对gAd有高度亲和性，而对全长型ADPN亲和性较低；AdipoR2主要表达于肝脏，对gAd和全长型ADPN均为中度亲和性[11]；T-cadherin是一种新发现的ADPN受体，在心肌细胞高表达，有研究报道T-cadherin是介导ADPN对心肌保护作用的必需受体；但由于其缺乏细胞内结构域，可能作为ADPN结合蛋白而发挥信号传导作用[12]。

ADPN与其受体结合后，可激活下游信号分子腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、p38促丝裂原蛋白激酶(p38 MAPK)和过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPAR-α)等，发挥干预糖尿病、抗炎、心血管保护等生物学作用。Mao等[13]发现ADPN受体激活下游信号分子需要衔接蛋白[包含PH区域、PTB区域、亮氨酸拉链结构1(APPL1)]的介导才能完成。APPL1通过PTB结构域直接与AdipoR1和AdipoR2的胞内段结合并介导ADPN下游信号的传导，对调节糖脂代谢和胰岛素敏感性有关键作用[13-15]；同时，APPL1与ADPN受体结合后介导ADPN下游信号AMPK的激活，对ADPN的心血管保护效应也有重要作用[16, 17]。衔接蛋白[包含PH区域、PTB区域、亮氨酸拉链结构2(APPL2)]是APPL1的同源异构体，但APPL2在骨骼肌细胞内的ADPN信号通路中起负向调节作用，通过与APPL1竞争ADPN受体的结合位点，抑制APPL1与ADPN受体结合，从而阻断ADPN信号通路的传递[18]。APPL1与APPL2在ADPN信号传导中的这种调节模式可能有利于ADPN对糖脂代谢平衡的调控。

2ADPN对心肌的保护效应

2.1ADPN与心肌肥厚

心肌肥厚是心脏为适应各种刺激而产生的心肌细胞体积增大，常在高血压、心脏瓣膜病等压力负荷增加的情况下发生。适当肥厚的心肌能克服室壁压力，维持心室功能；当心肌肥厚不足以克服室壁压力时，心脏重塑加重，表现为心室腔进行性扩大、心肌纤维化并伴心肌收缩功能减退，最终发展为心力衰竭。因此，心肌肥厚是引起心血管病发生率和死亡率显著增高的独立危险因素。流行病学调查发现，血浆ADPN水平与心肌肥厚密切相关。Mitsuhashi等[19]报道，与血浆高ADPN水平人群相比，血浆低ADPN水平人群更易发生左心室肥厚。另有实验发现，ADPN基因敲除小鼠，由于ADPN缺乏，其压力超负荷诱导的心肌肥厚向心力衰竭的发展进程加快、死亡率增加[20]；相反，如果对ADPN基因敲除、野生型或糖尿病db/db小鼠过度表达ADPN，则可减轻压力超负荷诱导的心肌肥厚[21]。这些研究证实ADPN对心肌肥厚有改善作用。

大量研究显示，压力超负荷、肾上腺素、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、内皮素-1等多种刺激因素诱导的心肌肥厚机制与心肌细胞外信号调节激酶(ERK)、核因子-κB(NF-κB)的激活密切相关。尤其是ERK的活化，是促进心肌肥厚发展的关键步骤[21, 22]。有研究认为，ADPN可抑制AngⅡ诱导的实验大鼠心肌重构，其机制为ADPN通过激活AMPK信号而抑制了ERK信号及NF-kB活化引起的心肌肥厚[23]。另有研究发现，ADPN通过APPL1介导激活AMPK，可抑制NF-κB活化，减少AngⅡ诱导的新生大鼠心肌肥厚及成纤维细胞纤维化[24]。研究还证实在ADPN应对压力超负荷的适应性新生血管生成过程中，AMPK发挥了重要的信号传导作用[20]。

2.2ADPN与心肌缺血-再灌注损伤(Ischemia-Reperfusion Injury, IRI)

心脏是高度需氧和耗能的器官，心肌缺血后尽早恢复再灌注，可使绝大部分心肌功能得到恢复。但如果在特定缺血时间窗口恢复再灌注，心肌组织会发生IRI。氧化应激是IRI的主要发生机制之一。心肌IRI时，活性氧(ROS)大量产生引起的氧化/硝化应激对线粒体膜造成损害，释放过多细胞色素C，从而激活半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)，启动凋亡程序，造成心肌细胞的不可逆转性损伤[25]。

ADPN对心肌IRI有保护作用。研究表明，ADPN可以减少实验小鼠IRI心肌的梗死面积及心肌细胞凋亡[26]；向心肌缺血后的实验猪冠状动脉内注入ADPN，可显著减少其心肌梗死面积，改善左心室功能[27]。

ADPN对心肌IRI的保护机制主要在于ADPN可减少心肌IRI导致的氧化/硝化应激损伤、炎症反应和心肌细胞凋亡等[28]。研究发现， ADPN基因敲除小鼠的心肌内氧自由基、一氧化氮等ROS产物明显多于野生型小鼠，而引起了严重的氧化/硝化应激；而在心肌再灌注前注射gAd可逆转各项病理指标的增高，充分表明ADPN对IR导致的心肌氧化/硝化应激损伤有拮抗作用[26]。进一步研究证明，ADPN抗心肌氧化/硝化应激效应主要由蛋白激酶A(PKA)信号通路介导[29]。另外，ADPN可抑制脂多糖诱导的促炎因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)合成，减轻心肌IRI，是ADPN通过活化的环氧化酶-2(COX-2)信号介导抗炎效应，如促进前列腺素E2合成等[30]实现的。AMPK信号也参与介导ADPN对IRI的保护效应[30-32]。心肌IRI实验中，AMPK缺陷小鼠心肌受损程度较野生型小鼠明显加重，给予ADPN处理可显著减轻野生型小鼠的心肌损伤，但对AMPK缺陷小鼠的心肌保护作用明显较弱，提示AMPK在ADPN对IRI心肌保护效应中有重要的介导作用[31]，但其介导途径并不清楚。在AMPK缺陷小鼠中，PKA介导的ADPN抗氧化/硝化应激效应并不受AMPK影响，表明AMPK信号通路与PKA信号通路对ADPN的心肌保护效应并无交联[29]。AMPK与COX-2介导的ADPN抗炎效应的信号通路也无交联，因为在培养的心肌细胞中，抑制AMPK对ADPN激活COX-2发挥抗炎效应没有任何影响，而抑制COX-2的作用也不影响AMPK活化介导ADPN的作用[30]。表明ADPN通过几条独立的信号途径，包括PKA介导的抗氧化/硝化应激效应、COX-2介导的抗炎效应、AMPK介导的心肌保护效应来发挥对心肌IRI的保护作用。

缺氧/复氧损伤实质上是IRI的中心环节，体外实验常用缺氧/复氧模型来模拟IRI。缺氧/复氧损伤可引起线粒体ROS增多、内质网应激，最终启动凋亡途径导致心肌细胞凋亡。研究发现，ADPN可显著减少缺氧/复氧诱导的大鼠心肌H9c2细胞内线粒体ROS大量增加及心肌细胞凋亡。当用siRNA干扰AdipoR1或APPL1表达后，ADPN对细胞内ROS和Caspase-3生成的抑制作用明显减弱，说明AdipoR1/APPL1信号通路可介导ADPN对缺氧/复氧诱导的心肌细胞凋亡的保护效应[33]。另外，ADPN可通过激活磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶(PI3K/Akt)信号通路，上调新生大鼠心肌细胞内质网Ca2+-ATP酶活性来抑制内质网应激，进而减轻缺氧/复氧诱导的心肌IRI[34]。

2.3ADPN与糖尿病心肌病(Diabetic Cardiomyopathy，DCM)

DCM是由高血糖、高血脂和炎症等多种病理因素诱导，继发于糖尿病心脏微血管病变和心肌代谢紊乱所致的特殊心肌病[35]。包括DCM在内的心血管并发症是糖尿病患者死亡的主要原因[36]。

DCM的发病机制复杂，一般认为，高血糖、高血脂诱导的心肌能量代谢异常及氧化损伤是其重要机制之一[37]。DCM的特征性病理表现是心肌间质纤维化，严重时可导致心脏重塑及心力衰竭的发生[35]；心肌细胞凋亡在DCM发展过程中的作用也不容忽视，2型糖尿病人群及糖尿病模型动物的心脏中均存在较多心肌细胞凋亡[38, 39]。特异性凋亡阻断剂不仅能减少糖尿病鼠早期心肌细胞凋亡，也有效阻止糖尿病心肌纤维化[40]。

临床研究表明，血浆ADPN水平与DCM的发生发展密切相关，下调ADPN是延缓DCM发展、改善其预后的保护措施[41, 42]。ADPN通过APPL1介导的AMPK活化，可以增加心肌细胞对脂肪酸和葡萄糖的摄取[16]，从而减少心肌能量代谢异常引起的心肌肥厚及心脏重塑[37]，促进心肌成纤维细胞迁移至受损组织，并激活基质金属蛋白酶(MMP)降解细胞外基质，延缓糖尿病对心肌的损伤，改善心功能[17]。动物实验证实，采用链脲佐菌素(STZ)诱导的DCM大鼠，ADPN通过激活核因子E2相关因子2(Nrf2)和Brahma相关基因1(Brg1)促进血红素氧合酶1(HO-1)生成及抗氧化能力，从而减少高糖诱导的心肌氧化应激损伤、心肌肥厚，逆转心室功能紊乱[43]。细胞研究也提示，ADPN可通过上调HO-1 mRNA转录水平，降低高糖诱导的心肌细胞氧化应激损伤及心肌细胞凋亡[44]。可见ADPN对DCM具有广泛的保护作用。

3小结

综上所述，ADPN是一种对心脏具有保护作用的脂肪因子，可以减少心肌细胞凋亡，抑制心肌肥厚、心肌纤维化及心脏重塑。ADPN通过抗氧化应激、抗炎、调节心肌能量代谢等多种信号机制保护受损心肌，其中，APPL1介导AMPK活化是ADPN信号传导的重要途径。同时，ADPN与心肌肥厚、IRI及DCM关系的深入研究，有望为相关疾病的临床治疗提供新思路。

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刘华(1987-)，女，汉族，硕士研究生，研究方向：糖尿病及心血管疾病的分子机制

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*[基金项目]教育部博士点新教师基金(20110141120052)

[中图分类号]R363.2+1

[文献标识码]A

[文章编号]1005-1740(2016)02-0070-05

作者简介：本文

本文2015-12-04收到，2016-03-12修回