血管生成素样蛋白家族在脂代谢中的作用研究进展

朱苗苗 周 洁 秦彦文

血管生成素样蛋白家族(angiopoietin-like proteins, ANGPTLs)是一类分泌蛋白，其结构与血管生成素蛋白家族的成员具有很大相似性，并对脂代谢、血管生成和干细胞生物学等具有多种效应[1-2]。然而，ANGPTLs不结合血管生成素受体，提示ANGPTLs的功能可能与血管生成素不同。ANGPTL家族包含八个成员，除ANGPTL5只在人类表达，其他ANGPTLs成员在人类和小鼠中均有表达[1]。ANGPTL1-7都由N端卷曲螺旋结构域和C端纤维蛋白原结构域组成，ANGPTL8是ANGPTL家族的非典型成员，缺乏N端卷曲螺旋结构域和C端纤维蛋白原结构域[3]。另外，ANGPTL在N端含有高度疏水性的区域，这是蛋白质分泌信号序列的典型特征，ANGPTL8的N端结构域与ANGPTL3和ANGPTL4有20%的同一性，表明它们可能具有相似的功能[1]。研究报道，ANGPTLs中ANGPTL3、ANGPTL4和ANGPTL8均可影响脂质代谢[1]。故本文主要综述ANGPTL3、ANGPTL4、ANGPTL8在脂代谢中的作用及其机制。

1.血管生成素样蛋白3

血管生成素样蛋白3是由460个氨基酸构成的糖蛋白，分子量为70kDa，该基因位于染色体1p31.1-p22.3，有7个外显子，在人和小鼠体内，ANGPTL3是肝脏特异性表达分泌的因子，具有两个功能结构域，即N端卷曲螺旋结构域和C端纤维蛋白原结构域，ANGPTL3经前体蛋白转换酶识别 ANGPTL3蛋白的221-224位，切割去掉C端纤维蛋白原结构域后，释放其N端结构域，才会变得有活性[2]。

(1)血管生成素样蛋白3与脂代谢的关系 临床研究表明，ANGPTL3在脂代谢中发挥重要作用。通过对家族性混合低脂血症家系进行全外显子测序，ANGPTL3功能缺失突变的纯合子或复合杂合子患者血清中TG、VLDL-C、LDL-C和HDL-C的水平都显著降低[2]。在一个混合性低脂血症家系中，ANGPTL3功能缺失变异携带者与非携带者相比，血清TG减少17%、LDL-C减少12%，冠心病发病率下降34%，循环中ANGPTL3浓度最低的个体与最高浓度者相比，心肌梗死发生率降低35%[4]。一项多中心研究对58 335例参与者进行全外显子测序，ANGPTL3功能缺失型变异携带者的TG、HDL-C和LDL-C水平显著低于非携带者，ANGPTL3抗体能使血脂异常患者空腹TG水平降低76%、LDL-C水平降低23%；在血脂异常小鼠中，与对照组相比，ANGPTL3单克隆抗体能显著减少动脉粥样硬化病变面积和坏死脂质核心[5]。人体给予ANGPTL3反义寡核苷酸6周后，ANGPTL3水平降低，同时也降低了致动脉粥样化的脂蛋白(包括TG、非HDL-C、载脂蛋白B和载脂蛋白C-III)的水平[6]。小鼠靶向给予ANGPTL3的反义寡核苷酸，ANGPTL3水平降低，血清TG和LDL-C水平均降低，肝TG含量降低，同时减缓了动脉粥样硬化的发展[6]。对3例纯合子家族性高胆固醇血症患者给予ANGPTL3抗体(REGN1500)后，血清LDL-C水平降低了46%[7]。目前，血清ANGPTL3与血脂水平的关系是不一致的。有研究表明，循环ANGPTL3与血清LDL-C和HDL-C的水平呈显著正相关，但是与血清TG没有相关性；但是，另一项研究表明，循环ANGPTL3和HDL-C水平呈正相关，但与血清TG水平呈负相关[2]。有待于进一步研究。

(2)血管生成素样蛋白3ANGPTL3调节脂代谢的机制 ANGPTL3参与脂质代谢的第一个证据来自KK / San小鼠的研究，ANGPTL3功能缺失后，小鼠表现为极低的血清TG水平，此外，ANGPTL3过表达后成功的逆转了这种表型，并导致了野生型小鼠的高TG血症[2]。后续的其他研究，也验证了这一表型，在小鼠中敲除ANGPTL3能降低血清TG和胆固醇水平，VLDL-TG的清除率增加[2]。

体内水解TG的酶主要是脂蛋白酯酶(lipoprotein lipase, LPL)，LPL主要表达于氧化或储存游离脂肪酸的组织中，如心脏、骨骼肌、棕色脂肪组织和白色脂肪组织，在这些实质细胞中，LPL被糖基磷脂酰肌醇锚定的高密度脂蛋白结合蛋白1(GPIHBP1)转运并附着到毛细血管内皮发挥水解TG的作用，以二聚体为活性状态[8]。ANGPTL3敲除小鼠表现出心脏和骨骼肌中表现出较高的LPL活性，表明ANGPTL3抑制心脏和骨骼肌组织中的LPL活性[9]。ANGPTL3主要是通过抑制LPL的活性而使TG水平升高[2]。在体外细胞水平研究表明ANGPTL3可与ANGPTL8结合，并且该复合物是ANGPTL3有效的结合和抑制LPL的必须物[10]。与N-末端结构域结合的ANGPTL3单克隆抗体，能增加小鼠和猴子血清LPL酶活性，降低血清TG水平[11]。除了影响LPL活性，ANGPTL3还能抑制内皮酯酶的活性，在ANGPTL3敲除鼠中表现出低HDL-C水平，在体外HEK293细胞水平进一步研究，ANGPTL3是通过抑制内皮酯酶的活性，从而降低血浆HDL-C水平[2]。

由上可知，ANGPTL3主要抑制LPL和内皮酯酶两种酶的活性，来发挥调节TG和HDL-C的作用。但是，由于LPL或内皮酯酶不能水解胆固醇，所以ANGPTL3缺乏导致低LDL-C水平的机制仍然难以捉摸。新近一项研究，分别向野生型小鼠、LDLR-/-、LRP1-/-、APOE-/-小鼠体内注射ANGPTL3中和抗体(REGN1500)，结果发现与对照抗体组相比，中和抗体组血清LDL-C水平均降低，ANGPTL3的失活不影响肝脏对含ApoB的脂蛋白的分泌[12]。但是，在LDLR-/-小鼠中给予ANGPTL3抗体，与对照空抗体组相比LDL-C水平降低、ApoB100的分泌减少和LDL / VLDL摄取增加；ApoB100转基因的LDLR-/-小鼠与非ApoB100转基因组相比，给予ANGPTL3抗体后LDL-C水平降低减少，说明小鼠拮抗ANGPTL3是通过减少ApoB100的分泌和增加LDL / VLDL摄取，从而导致低LDL-C水平[13]。但是其具体机制尚不清楚，还有待进一步研究。

2.血管生成素样蛋白4

ANGPTL4是由406个氨基酸组成的糖蛋白，分子量为45-65kDa，其基因位于染色体19p13.3，有7个外显子。在人体和小鼠中，ANGPTL4分布较广泛，主要在白色脂肪组织和肝脏中表达，在小肠和心脏组织也均有表达[3]。研究表明，ANGPTL4也需要切割去掉C端纤维蛋白原结构域后，才会变得有活性，运动和禁食可诱导ANGPTL4的表达，主要通过脂肪细胞中的过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)而实现，与ANGPTL3类似，前体蛋白酶可识别ANGPTL4蛋白161-164位的前蛋白转化酶识别序列(RRKP)，从而切割释放其N端卷曲螺旋结构域，来发挥抑制LPL的作用[1]。

(1) ANGPTL4与脂代谢的关系 多项全基因组关联分析(genome-wide association studies, GWAS)结果表明，ANGPTL4基因变异与血脂水平有关。丹麦哥本哈根心脏研究中心多人种研究表明ANGPTL4的E40K变异与血清TG和HDL-C浓度降低有关，在南亚和欧洲人群中，ANGPTL4功能缺失型变异可使血清TG降低35%[14]，同时，可使冠心病的发病风险降低53%[14]。研究表明，冠心病患者血清ANGPTL4水平明显高于正常对照组，但是，多因素回归分析结果显示ANGPTL4与冠心病的严重程度之间并没有持续的正相关关系[15]。

(2) ANGPTL4调节脂代谢的机制 ANGPTL4 敲除小鼠禁食状态下白色脂肪和肌肉中的LPL活性均较高，导致了严重的低甘油三酯血症，而在进食状态下，肌肉中LPL活性被抑制，因此与空腹状态相比，TG稍有增高。ANGPTL4蛋白可抑制LPL二聚体的形成，将LPL转化为无活性的单体，从而不可逆地抑制LPL活性[1]。生理状态下， ANGPTL4可以结合并抑制与GPIHBP1结合的LPL的活性，并可极大降低LPL对GPIHBP1的亲和力[16]。

缺乏ANGPTL4的小鼠血清TG水平降低，反之，ANGPTL4过表达会使血清TG增加[17]。小鼠体内注射抗ANGPTL4 N端结构域的单克隆抗体，同样会使血清TG水平降低，ANGPTL4的单克隆抗体在小鼠和猴子中能降低TG水平[18]。与野生型小鼠相比ANGPTL4-/-小鼠TG、LDL-C、HDL-C和TC均降低，ApoE-/-小鼠中ANGPTL4的缺乏可显著抑制巨噬细胞形成泡沫细胞，从而抑制ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化的发生发展；但是，小鼠造血细胞中ANGPTL4的缺失，可通过调节骨髓祖细胞扩增和分化，促进泡沫细胞形成和血管炎症来增加动脉粥样硬化形成[19]。

3.血管生成素样蛋白8

ANGPTL8是ANGPTL家族的非典型成员，又名GM6484、RIFL、lipasin和betatrophin，是由198个氨基酸构成的分泌蛋白，分子量为22kDa，其基因位于染色体19p13.2 a，其结构缺少C端纤维蛋白原结构域、糖基化位点和形成二硫键的氨基酸[3]。在人体，ANGPTL8由肝脏特异性表达分泌，而在小鼠，ANGPTL8主要由肝脏和脂肪组织分泌[20]。与ANGPTL3、ANGPTL4不同，ANGPTL8不需要经过切割就可保持有活性的状态[3]。禁食抑制ANGPTL8的表达，但是再喂养可高度诱导其表达，缺乏不同类型固醇调节元件结合蛋白(Srebp)的同种小鼠，进食后ANGPTL8表达均增加[20]，这表明，除进食外，ANGPTL8的表达还受多种因素的调节，且这种调节独立于Srebp。在HepG2细胞中，AMPK可以抑制LXR / SREBP-1信号通路，诱导ANGPTL8的表达[21]，并且在葡萄糖存在的情况下，胰岛素能促进ANGPTL8的表达[22]。 此外，甲状腺激素也可上调ANGPTL8的表达[23]。

(1)血管生成素样蛋白8与脂代谢的关系 多个GWAS研究结果均显示ANGPTL8基因变异与脂质谱有关。在欧裔美洲人、非裔美洲人和西班牙人群中，单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)rs2278426(R59W)变异均与LDL-C和HDL-C水平相关[20]。同样，包含4 361例墨西哥人群的GWAS研究结果显示，WW纯合子的HDL-C比RR纯合子低14%[24]；DHS队列中的非裔美国人的WW纯合子的LDL-C水平比在RR纯合子低15%[24]。在中国汉族人群中，携带ANGPTL8 rs2278426(GA / AA)型的人群的TC和LDL-C水平均低于GG型。但是，在中国仫佬族人群中，这些基因型之间的血脂水平没有发现差异[25]。在欧洲人群中，ANGPTL8 rs145464906(从CAG到TAG)变异，导致了ANGPTL8蛋白的截短，使得 HDL-C水平增加10mg / dL，TG水平降低15%[26]，SNP rs737337也被发现与HDL-C水平相关[3]。 人体中，循环ANGPTL8浓度与血清TG、LDL-C水平显著正相关，与糖尿病患者的HDL-C水平呈负相关[27]。 然而，另一项研究显示ANGPTL8浓度与血脂水平无关[28]，而HDL-C低或TG水平高的血脂异常患者，血清ANGPTL8浓度显著降低[29]。我们猜测，这些差异可能是由于高血糖的影响，因为血糖水平与循环ANGPTL8浓度有关[30]。循环ANGPTL8与血脂水平之间的关系目前仍不一致，有待进一步研究。

(2) ANGPTL8调节脂代谢的机制 ANGPTL8敲除小鼠，心脏和骨骼肌中的LPL活性明显增高[31]，这表明ANGPTL8可负向调节这两种组织中的LPL活性。ANGPTL8也是通过抑制LPL酶活性，导致血浆脂质水平发生变化[31]。研究表明，ANGPTL8与LPL结合的残基序列中，约有100个与ANGPTL4同源[3]，这提示ANGPTL8抑制LPL酶活性的机制可能与ANGPTL4相似。缺乏ANGPTL8的小鼠，LPL活性增高，血浆TG水平降低，TG清除率增加；反之，在小鼠肝脏中过表达ANGPTL8，LPL活性降低，可导致血清TG水平显著增加[32]。此外，ANGPTL8的单克隆抗体(表位为E97IQVEE)中和降低了小鼠血清TG水平[31]，ANGPTL8有望成为高脂血症的新的治疗靶点。

4.展望 ANGPTL3、ANGPTL4、ANGPTL8蛋白在血浆脂质代谢过程中发挥重要作用，三者均可通过抑制LPL活性而调节体内TG水平，而对胆固醇水平产生影响的机制有待进一步研究。本课题组在家族性高胆固醇血症及早发冠心病患者筛查ANGPTL3、ANGPTL4和ANGPTL8的基因变异，并探讨其对胆固醇代谢和早发动脉粥样硬化的影响及机制，以期望提供有力证据。目前，ANGPTL3单克隆抗体降低LDL-C已进入第三临床试验阶[33]。ANGPTL家族有望成为治疗血浆脂质代谢异常、防治冠心病的一个新的治疗靶点。ANGPTL4和ANGPTL8是否可以在临床上降低胆固醇以降低心血管事件的发病风险，仍有待进一步研究。