Apelin在肌少症中的研究进展

高怡静 吴秀萍

肌少症是一种与年龄相关的骨骼肌丧失性疾病，2016年世界卫生组织将肌少症定义为一种独立的疾病，其直接或间接造成的不良结局给个人、家庭、社会带来了一定的经济负担和心理问题，是老年人群不可忽视而又常常在临床工作中被忽视的一种疾病。缺乏便捷的诊断肌少症的方法是临床工作中遇到的主要问题。肌少症的诊断易受到场地、设备的限制，对于一些行动不便以及配合度不佳的病人诊断更为困难，因此，更加便捷的诊断方法就显得尤为重要。

Apelin是一种脂肪因子，其G蛋白偶联受体APJ在各种组织中广泛表达。已发现Apelin在多种疾病（如高血压、心力衰竭、2型糖尿病）的病理生理中起重要作用。在对肌少症发生发展机制的研究过程中，Apelin与肌少症的相关性得到明确，Apelin有可能成为肌少症的诊断工具及治疗靶点。本综述将从Apelin的生物作用、肌少症与Apelin的相关性以及Apelin对骨骼肌的影响机制进行论述。

1 Apelin的生物作用

Apelin是体内Apelin受体（APLNR）的内源性配体，其基因位于染色体Xq25⁃26.1，编码一个77个氨基酸的前蛋白，目前已检测出了包括13、31、28、36个氨基酸的Apelin肽，主要活性形式为Apelin⁃13和Apelin⁃36［1⁃2］。Apelin在不同物种中高度保守，并且在所有研究的物种中C末端的13个氨基酸都是完全保守的，这表明Apelin⁃13可能具有重要的生物学意义。早期因Apelin被发现在脂肪组织中分泌而被称为脂肪因子，随着研究深入，发现骨骼肌亦能够分泌Apelin，因此又被称为“肌动因子”。有研究指出，在成年人骨骼肌、白色脂肪组织和棕色脂肪组织中，APLNR的表达主要局限于内皮细胞中［3］。Apelin和APJ广泛存在于各个组织中，包括心脏、肺、肾脏、肝脏、血管、脂肪组织以及骨骼肌中，Apelin与在各个组织中广泛表达的APJ结合并激活第二信使信号传导级联，如AMP依赖的蛋白激酶（AMPK）、磷酸肌醇3激酶／丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（PI3K／Akt）等信号通路，参与了非常广泛的生理、病理过程。Apelin／APJ系统与心血管疾病的关系已经引起研究者的广泛关注，Apelin／APJ系统还参与了神经系统以及细胞凋亡的调节，可能是多种疾病的治疗靶点。

大量的研究证明，Apelin是一种心脏保护因子，动物实验和横断面研究均表明，在早期的心力衰竭中，Apelin水平升高，而中、重度心力衰竭时其水平下降［4⁃5］。内源性Apelin在抑制血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）引起的心脏功能障碍和病理重塑中起着至关重要的作用［6］，Apelin⁃13也被证明可以通过抑制PI3K／Akt信号通路改善心肌梗死后心力衰竭大鼠的心功能不全、心脏血流动力学受损，并减轻心力衰竭大鼠心脏中成纤维细胞的纤维化程度［7］。Apelin⁃13治疗10周后，可改善糖尿病大鼠的心肌代谢［8］。除此之外，动物和人体研究表明，Apelin能参与调节血压，促进血管舒张以及精氨酸加压素的分泌，对抗AngⅡ的血管收缩作用和水钠潴留。

Apelin在调节代谢方面也有着重要的意义。肥胖会增加血浆Apelin的水平，在肥胖男性人群中，胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessment⁃insulin re⁃sistance，HOMA⁃IR）降低并且与血清Apelin水平呈正相关［9］。肥胖个体经过不同干预方式减重后，胰岛素抵抗水平下降，Apelin水平降低［10］。当胰岛素抵抗水平降低时，会导致Apelin水平补偿性下降，从而提高胰岛素敏感性［11］。Apelin的下降很可能导致胰岛素敏感性的改善，而Apelin浓度的进一步降低则可能无法进一步获益。

2 Aplein与肌少症的相关性

2.1 肌少症的定义 2010年欧洲老年人肌少症工作组将肌少症定义为一种进行性和普遍性的骨骼肌质量减少、肌力下降的综合征，伴随躯体失能、生活质量下降和死亡等不良事件风险增加［12］。

2.2 肌少症中的Apelin Apelin／APJ系统在衰老过程中起着基础性作用，被认为是抵抗衰老的治疗靶点之一。随着年龄的增长，体内Apelin、APJ表达降低，引起了一系列的生理病理变化。

肌少症是年龄相关性疾病，在衰老过程中，导致骨骼肌衰弱的一类功能障碍是线粒体驱动的肌纤维代谢受损，主要特征是能量供应和蛋白质转换减少，活性氧生成增加。研究证明，缺少Apelin或其受体APLNR的小鼠随着年龄的增长会出现肌肉功能的显著变化。骨骼肌收缩会使Apelin水平升高，但这一作用会随着年龄的增长而减弱。此外，Apelin还可以诱导肌肉细胞增殖和功能增强，抑制骨骼肌萎缩，逆转年龄相关的肌少症［13］。

运动能够提高Apelin水平，同时还可以改善骨骼肌的新陈代谢和功能。研究证实，有氧运动（跑步机和阶梯）的小鼠骨骼肌和运动模拟物forskolin处理的C2C12细胞的Apelin和mRNA浓度均升高［14］。

3 Apelin对骨骼肌的影响机制

3.1 Apelin增强线粒体生物发生 蛋白激酶（AMP⁃activated protein kinase，AMPK）在调节骨骼肌脂肪酸氧化、线粒体功能和生物发生的许多基因的转录调控中起着重要作用［15］。其下游分子过氧化物酶体增殖物激活受体g共激活因子1α（peroxisome proliferator⁃activated receptor g coactivator⁃1α，PGC⁃1α）是线粒体生物发生的主要调节剂。作为转录共激活因子，在骨骼肌中，PGC⁃1α可由运动而被强烈激活。研究发现，有2种主要的PGC⁃1α亚型，其中PGC⁃1α1介导线粒体的生 物 发生［16］，PGC⁃1α4介 导血 管 生 成 和 肌 肉肥大［17］。

Apelin通过激活AMPK信号通路来增强线粒体的生物发生［18］。在予以小鼠12个月的Apelin治疗后，骨骼肌中缺乏AMPK活性的小鼠表现出了明显的力量和肌肉横截面积的下降，证明了在衰老过程中，Apelin对骨骼肌改善作用依赖于AMPK的活性［13］。Apelin可以通过增加骨骼肌线粒体含量来增强线粒体的生物发生。线粒体途径中酶的含量与活性常常作为线粒体含量的标志物，通过补充外源性Apelin，柠檬酸合酶和乌头酸酶的活性得到增强，以此来实现增加线粒体DNA的合成，从而增强线粒体的生物发生。外源补充Apelin还可以增加呼吸链核（COXⅣ，core1）和线粒体（COXⅠ）编码蛋白的含量以及线粒体蛋白质输入和 组 装 机 制 的 成 分（TIM23、HSP60、HSP72和mtHSP70）［13，19］。

Apelin是否可以通过直接调节PGC⁃1α来增强线粒体的生物发生仍需要进一步的研究。早期的研究发现，长期通过外源途径补充Apelin并不能增加动物模型骨骼肌的PGC⁃1α的表达，反而会增加PGC⁃1β的表达，这一结果提示Apelin可能在增强生物发生中有着更为复杂的机制。有学者指出Apelin可以通过上调AMPK活性，刺激PGC⁃1α表达来增强线粒体生物发生和线粒体呼吸功能，同时Apelin能够通过对PGC⁃1α基因启动子的去甲基化作用增强PGC⁃1α的表达，进一步增强线粒体的生物发生［20］。

3.2 Apelin增强骨骼肌功能 Apelin通过Akt信号通路途径增强骨骼肌功能，参与调节细胞的生长、代谢、增殖和分化等多种生理活动。PI3K是Akt上游的信号分子，缺乏Akt1和Akt2可导致严重的肌肉缺陷［21］。PI3K⁃Akt通路参与调控细胞凋亡，与疾病的发生密切相关。PI3K活化后的Akt可作用于Bcl⁃2、Bax等底物，抑制细胞凋亡，从而保护骨骼肌细胞。在AKT下游，Caspase⁃9是Caspase家族中引起细胞凋亡的关键成分之一，Bad是Bcl⁃2家族中与Bel⁃2和Bcl⁃xL相关的促凋亡基因，Akt激活后可以抑制它们的表达，从而调节细胞凋亡。Akt2基因敲除小鼠股直肌中Caspase⁃3和Caspase⁃9的水平以及Bax与Bcl⁃2的比值显著升高［22］。雷帕霉素靶蛋白（Mammalian target of rapamycin，mTOR）是PI3K相关激酶家族的一员，Akt将其激活可促进细胞生长及蛋白合成。青年骨骼肌供体细胞中，外源添加Apelin后，可增加其Akt的磷酸化，Apelin触发了Akt下游的mTOR⁃P70S6激酶（P70 S6 kinase，P70S6K）⁃4E结合蛋白1（4e⁃binding protein⁃1，4E⁃BP1）的级联反应，并且这些作用中的大多数在老年供体的细胞中保留［13］。Apelin能够增强mTOR和P70S6K的磷酸化，促进核糖体的生物发生和翻译，增加蛋白质的合成，从而增强骨骼肌合成代谢［13］。

3.3 Apelin参与调节骨骼肌的能量代谢 Apelin基因敲除的动物模型表现出了糖耐量的显著降低及糖耐量受损［23］，与野生对照组相比，Apelin基因敲除的小鼠骨骼肌中GLUT4 mRNA和蛋白以及糖代谢相关基因Gbe1、Phka1、HK2和Pfkm的mRNA表达显著下降［24］，提示Apelin作用的缺失对骨骼肌葡萄糖的转运和利用造成了影响。在加入Apelin的骨骼肌成肌细胞C2C12中可以观察到吸收葡萄糖的能力得到提升［23］，机制可能为：（1）激活骨骼肌中内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）刺激内皮细胞葡萄糖转运的酶；（2）调节骨骼肌中胰岛素刺激的葡萄糖转运、摄取的重要介质Akt2；（3）增加骨骼肌GLUT4基因表达，调节骨骼肌糖代谢。

此外，Apelin还可以通过减少肌肉中游离脂肪酸的释放和增加葡萄糖的吸收来调节能量代谢过程［25⁃26］。Apelin对能量代谢的调节作用可能是其增强骨骼肌功能的机制之一，但仍需要大量的研究来进行论证。

3.4 Apelin以骨骼肌干细胞为靶向细胞增强骨骼肌再生 骨骼肌是一个高度血管化的器官，肌纤维周围附着着密集的血管，Apelin与骨骼肌毛细血管化以及内皮细胞分化形成新的血管密切相关，提供了骨骼肌再生过程中血管形成的条件，并使血管生成与肌生成耦合，刺激骨骼肌再生和血管生成［27⁃28］。肌肉的再生依赖骨骼肌干细胞的活化和增殖能力，通过一系列的反应刺激瞬时扩增的成肌前体细胞（myogenic precursor cell，MPC），表达Pax7、转录因子Myf5和MyoD［29］。成人肌肉干细胞（muscle stem cells，MusCs）处于静止状态，受到生理或病理刺激时，MusCs会激活并增殖，生成成肌细胞，融合成肌纤维。Apelin可以增强成人肌肉再生过程中瞬时标志物以及卫星细胞标志物的表达［13］，进一步为Apelin促进骨骼肌的再生提供了依据。

3.5 Apelin通 过 调 节FOXO⁃Atrogin⁃1／MAFbx和MuRF1抑制骨骼肌萎缩 FOXO家族是与年龄相关的蛋白水解因子，参与调节细胞的增殖、分化和凋亡。Atrogin⁃1／MAFbx和MuRF1位于P13K／Akt的下游，参与调控肌肉萎缩、骨骼肌蛋白质降解，主要途径为泛素⁃蛋白酶体途径以及自噬溶酶体途径。Apelin通过活化Akt、抑制FOXO⁃3的激活［14］实现抑制MuRF1和MAFbx的转录表达，参与调控骨骼肌中蛋白质分解的两个主要途径，从而抑制骨骼肌萎缩。但骨骼肌萎缩的机制较为复杂，还涉及到神经支配以及血管生成等方面，仍需要大量的研究进一步确定Apelin抑制骨骼肌萎缩的相关机制。

综上，随着年龄增长，表达水平下降的Apelin参与了肌少症的发生发展，进一步了解Apelin的生理学意义，将为Apelin在疾病中的作用以及肌肉代谢的药理学提供新的见解，使Apelin可能成为治疗相关疾病的新靶点。