血管生成素样蛋白在脂质代谢和心血管疾病中功能和机制的研究进展

曹 玲，周 华

三酰甘油是脂质的组成成分，富含三酰甘油的脂蛋白(triglyceride-rich lipoproteins，TRLs)被脂蛋白脂肪酶水解产生非酯化的甘油和脂肪酸被组织摄取利用。因此，脂蛋白脂酶的功能和活性正常对维持血浆三酰甘油水平至关重要。脂蛋白脂酶在实质细胞(如肌细胞和脂肪细胞)中合成，以同源二聚体活性形式存在，之后分泌到细胞间隙从基底外侧上皮转运进入毛细血管腔开始水解过程，脂蛋白脂酶在这一过程中受到多种转录后调控因子的调节，如载脂蛋白C、糖基磷脂酰肌醇高密度脂蛋白结合蛋白1(GPIHBP1)、血管生成素样蛋白家族等。血管生成素样蛋白是近年来新发现的，与血管生成素结构相似，但不能与血管生成素的酪氨酸激酶受体结合的分泌型糖蛋白，表明血管生成素样蛋白家族具有不同功能。迄今为止，血管生成素样蛋白家族共发现血管生成素样蛋白1～血管生成素样蛋白8的8个家族成员，虽然它们有相似的结构，但具有不同的生理功能。其中血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4和血管生成素样蛋白8通过抑制脂蛋白脂酶活性参与三酰甘油代谢调节，认为与脂质代谢密切相关[1]。现综述血管生成素样蛋白在脂质代谢及心血管疾病中功能和机制的相关研究进展，以探寻高三酰甘油血症及相关心血管疾病的新型生物标志物及潜在治疗靶点。

1 血管生成素样蛋白

血管生成素样蛋白因结构类似于血管生成素而得名，这些成员均包括几个共同的结构域，包括氨基端(N端)信号肽、N端螺旋卷曲结构域(coiled-coil domain，CCD)、羧基端(C端)纤维蛋白原样结构域(fibrinogen-like domain，FLD)和连接区[2]，血管生成素样蛋白8因缺乏FLD认为是血管生成素样蛋白家族的不典型成员。尽管它们有共同的结构，但8个家族成员具有不同的生理功能，在血管生成、干细胞扩张、炎症、组织重塑和脂质代谢中发挥着不同的作用。血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4和血管生成素样蛋白8的共同特征是参与脂质代谢。

血管生成素样蛋白3是由7个外显子组成，其中4个外显子位于C末端，编码FLD。血管生成素样蛋白3中N末端CCD中保守的12个氨基酸共有序列与血管生成素样蛋白4高度同源。血管生成素样蛋白3在C端FLD和N端CCD区之间的连接区被裂解，裂解后释放的CCD片段抑制脂蛋白脂酶，导致血浆三酰甘油水平升高。血管生成素样蛋白3以全长和截断形式在血浆中循环，N-末端结构域释放较全长血管生成素样蛋白3可有效地抑制脂蛋白脂酶活性[3]。血管生成素样蛋白3在人体中仅表达于肝脏，在小鼠中于肝脏、肺及肾脏中表达。

人类进化上高度保守的血管生成素样蛋白4是由406个氨基酸组成。血管生成素样蛋白4是一种不同于血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白8的同源寡聚物。全长血管生成素样蛋白4(f-血管生成素样蛋白4)被几种前蛋白转化酶(PCs)裂解后释放C端FLD，产生N-末端(n-血管生成素样蛋白4)和C-末端(c-血管生成素样蛋白4)，只有f-血管生成素样蛋白4和n-血管生成素样蛋白4抑制脂蛋白脂酶，与脂质代谢相关，c-血管生成素样蛋白4主要与血管生成相关。血管生成素样蛋白4在循环中的全长形式和截断形式可能是组织特异性的，如全长形式主要分布在白色脂肪组织中，而肝脏分泌的主要是截断形式。血管生成素样蛋白4在小鼠中主要于脂肪组织高表达，在人类中高表达于肝脏，脂肪组织中血管生成素样蛋白4表达产物仅占肝脏的10%，其次表达于脂肪组织、胎盘、小肠、心脏等。血管生成素样蛋白4在分泌前形成二聚体和四聚体，而分泌后在典型的前体蛋白转化酶裂解位点发生裂解[4]。裂解后，N端片段寡聚，暂时结合到脂蛋白脂酶。这一过程将脂蛋白脂酶从催化活性二聚体转化为非活性单体，从而降低脂蛋白脂酶活性[5]。

血管生成素样蛋白8与N端结构域和血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4有约20%的序列相同，但血管生成素样蛋白8含有N端CCD，不含C端FLD，故分子大小不到血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4的一半。血管生成素样蛋白8不必被切割移除FLD，而血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白4必须被切割才能发挥生物学活性[6]。血管生成素样蛋白8不能直接抑制脂蛋白脂酶活性，需要与血管生成素样蛋白3形成复合体才可发挥作用[7]。血管生成素样蛋白8是一种摄食诱导的肝细胞因子，在人体血管生成素样蛋白8由肝脏特异性分泌，在小鼠血管生成素样蛋白8主要由肝脏和脂肪组织分泌。

2 血管生成素样蛋白与脂质代谢及心血管疾病关系的遗传学研究

血管生成素样蛋白3功能缺失与血浆三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平有关。达拉斯心脏研究中心招募的多民族个体研究发现，35个非同义序列突变，包括无义突变和移码突变，所有携带血管生成素样蛋白3功能突变的受试者均处于三酰甘油水平的最低四分位数[8]。有研究表明，血管生成素样蛋白3基因功能突变携带者三酰甘油水平较非携带者低27%，LDL-C水平低9%[9]。Stitziel等[10]在1493例心血管疾病病人和3 231名对照者中观察到，调整血浆三酰甘油和LDL-C后，与处于最高浓度的血管生成素样蛋白3浓度个体相比，心肌梗死风险降低了29%。

血管生成素样蛋白4中功能突变可诱导产生良好的血脂谱并降低心血管疾病风险。一项大规模的人群研究发现，血管生成素样蛋白4上E40K失活变体和其他失活与低水平三酰甘油和高水平HDL-C血浆有关[11]。Folsom等[12]研究发现E40K变异与较低的冠心病发生风险有关。72 868例冠心病病人和120 770名对照者进行的一项横断面研究显示，其中错义E40K和其他失活变体与三酰甘油水平降低35%相关，冠心病风险降低了53%[13]。基于人群的研究证实了血管生成素样蛋白8功能缺失与改善循环脂质的关系[14]。

3 血管生成素样蛋白在脂质代谢中的作用机制

血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4和血管生成素样蛋白8在脂质的运输和代谢中发挥着重要作用。在人类和小鼠中，血管生成素样蛋白3缺乏导致血浆三酰甘油和胆固醇水平降低。在小鼠中，血管生成素样蛋白4缺乏与血管生成素样蛋白3缺乏影响相同。在人类中，血管生成素样蛋白4序列变化仅与血浆三酰甘油水平降低有关。血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白4均催化水解酶脂蛋白脂酶结构域展开，导致脂蛋白脂酶二聚体解离为失活的脂蛋白脂酶单体。在体外，血管生成素样蛋白4较血管生成素样蛋白3更有效。血管生成素样蛋白3仅受食物摄入量的适度调节[15]。喂养过程中，血管生成素样蛋白3调节三酰甘油向脂肪组织的转移，但无直接证据支持这一观点。缺乏血管生成素样蛋白3的小鼠脂蛋白脂酶活性增加，重组血管生成素样蛋白3在体外对脂蛋白脂酶有抑制作用，说明血管生成素样蛋白3通过可逆性抑制脂蛋白脂酶活性提高血浆三酰甘油水平，缺乏血管生成素样蛋白3的小鼠脂蛋白脂酶活性增加不明显[16]。禁食期间，脂肪组织中血管生成素样蛋白4表达水平增加，促进活性脂蛋白脂酶二聚体不可逆转化为非活性单体，从而抑制脂蛋白脂酶活性，阻止循环脂蛋白摄取脂肪酸；喂食后，血管生成素样蛋白4表达水平降低，可减轻脂蛋白脂肪酶的抑制作用，促进脂肪组织对膳食脂类吸收；除了禁食外，在运动中，血管生成素样蛋白4在非运动骨骼肌中被诱导，推测血浆三酰甘油可转移到运动肌肉中作为能量来源[17]。有研究显示，抑制脂蛋白脂酶需要寡聚，而不是血管生成素样蛋白4裂解，血管生成素样蛋白4发挥着同源寡聚物的作用[18]。

重组腺病毒在小鼠肝脏中过度表达的血管生成素样蛋白8蛋白导致血浆三酰甘油和非酯化脂肪酸水平升高，并呈剂量依赖性抑制脂蛋白脂酶活性，血管生成素样蛋白8的非同义序列突变可降低介导血管生成素样蛋白3 mRNA的细胞灭活，从而血浆LDL-C和HDL-C水平；血管生成素样蛋白8在进食时上调，在禁食时受到抑制，表明其在餐后三酰甘油脂肪酸向脂肪组织的转运中发挥作用[19]。腺病毒介导的血管生成素样蛋白8在野生型小鼠肝脏中的过度表达提示血浆三酰甘油水平升高，但在缺乏血管生成素样蛋白3的小鼠中三酰甘油未升高，表明血管生成素样蛋白8本身可能是无活性的；血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白8共同表达可增加血浆三酰甘油水平[20]。血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白8可在小鼠血浆或共同表达它们的细胞培养基中共同免疫沉淀[21]。上述研究表明，血管生成素样蛋白8与血管生成素样蛋白3共同作用调节脂质代谢。

血管生成素样蛋白8与血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白4具有相同的功能基序，并在相同的代谢途径中发挥作用，表明其共同工作。血管生成素样蛋白3与血管生成素样蛋白8共同抑制脂蛋白脂酶在氧化组织如心脏和肌肉中的活性，促进喂养时白色脂肪组织库的补充，三酰甘油向脂肪组织转移。血管生成素样蛋白4可阻止空腹状态下血浆三酰甘油摄取到白色脂肪组织和其他组织中，同时刺激脂肪组织脂解，从而有利于使用游离脂肪酸作为燃料。在运动和冷暴露期间，局部血管生成素样蛋白4表达改变和脂蛋白脂酶活性变化可确保肌肉和棕色脂肪组织获得充足的三酰甘油供应，反映了血管生成素样蛋白4的整体作用，特别是将血浆三酰甘油输送到需要的组织。血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白8是否影响运动和冷暴露时血浆三酰甘油分布是未解决的问题。然而，不同组织和不同生理条件下脂蛋白脂酶活性水平可能反映循环血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白8的全身效应和血管生成素样蛋白4局部效应之间的平衡。不同的生理条件下，脂蛋白脂酶活性波动在较大程度上主要由血管生成素样蛋白的调节决定，或部分通过脂蛋白脂酶抑制或其他影响因素变化实现的[22]。

除影响脂蛋白脂酶外，实验研究表明，血管生成素样蛋白3对内皮脂肪酶具有抑制作用，除了脂蛋白脂酶，血管生成素样蛋白3还可抑制内皮脂肪酶[10]。内皮脂肪酶由内皮细胞表达，在血浆中的作用类似于脂蛋白脂酶，是调节血浆HDL-C水平的关键酶。在人类，通过抑制内皮脂肪酶的活性发现，血管生成素样蛋白3含量与HDL-C呈正相关。

4 血管生成素样蛋白的药理靶向性研究

在抗前蛋白转化酶枯草杆菌素/kexin 9型单克隆抗体研究并已广泛用于临床的背景下，两种针对血管生成素样蛋白3的策略在纠正血脂水平方面显示出相当好的前景。不同的小鼠模型中，血管生成素样蛋白3的反义寡核苷酸可介导血管生成素样蛋白3 mRNA的细胞灭活，从而降低血浆三酰甘油和LDL-C，同时降低肝脏三酰甘油积聚，也可改善葡萄糖和胰岛素耐受性，并延缓动脉粥样硬化进展[23]。健康志愿者中，单剂量或多剂量血管生成素样蛋白3反义寡核苷酸可有效降低血浆血管生成素样蛋白3、三酰甘油和非HDL-C，血浆三酰甘油的最大降低幅度为63%[23]。作为一种替代策略，抗血管生成素样蛋白3单克隆抗体可降低不同小鼠模型血浆三酰甘油、LDL-C和HDL-C水平[24]。9例纯合子家族性高胆固醇血症病人抗血管生成素样蛋白3单克隆抗体在4周后将血浆LDL-C、载脂蛋白B和三酰甘油水平降低近50%，且抗血管生成素样蛋白3单克隆抗体降低LDL-C水平作用不依赖于低密度脂蛋白受体(LDLR)，为LDLR基因缺陷病人的降脂治疗提供了新选择[25]。抗血管生成素样蛋白3单克隆抗体是靶向血管生成素样蛋白3的药物，目前已完成3期临床试验。人类临床试验结果证明，进一步研究血管生成素样蛋白3靶向药物用于降低心血管疾病风险的治疗是合理的。

血管生成素样蛋白4功能缺失变体与冠心病风险降低之间的关系已被证实，为血管生成素样蛋白4的靶向药理研究提供了有力的理论依据。小鼠中，血管生成素样蛋白4失活在喂养标准的高脂肪饮食导致致命的表型，其特征是乳糜性腹水和充满Touton巨细胞的肠系膜淋巴结肿大[26]。全身血管生成素样蛋白4失活的治疗前景并不乐观，造血细胞缺乏血管生成素样蛋白4可促进动脉粥样硬化、脂肪组织特异性失活和肝脏特异性血管生成素样蛋白4失活，在降低冠心病风险方面具有更大的研究前景。

5 小 结

1999年发现的血管生成素样蛋白家族第1个成员为血管生成素样蛋白3，目前，血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4和血管生成素样蛋白8逐渐成为研究较多的循环脂质谱调节因子。血管生成素样蛋白在脂质代谢中的功能和机制研究中取得了巨大进展，且进行了大量的研究探讨血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4和血管生成素样蛋白8失活突变的代谢效应及其对心血管疾病的影响。目前，临床工作者正在寻找新的治疗策略改善脂质代谢紊乱及降低心血管疾病发生风险，已获得一些相关的成果，针对血管生成素样蛋白3和血管生成素样蛋白8的第一代抗体及针对血管生成素样蛋白3的反义核苷酸，这些新型的治疗方法尚处于发展初期，为了达到人类应用的安全水平，有必要进一步分析。今后需针对血管生成素样蛋白3、血管生成素样蛋白4和血管生成素样蛋白8进行深入研究，以期改善血脂代谢并降低心血管风险。