血管生成素样蛋白与胰岛素抵抗和糖代谢的关系及在多囊卵巢综合征中的作用

王静楠，张肖红，郝晓莹

多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是一种代谢紊乱性妇科内分泌疾病，其发病机制尚不明确，越来越多的研究支持高胰岛素血症和胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）在PCOS发病机制中发挥核心作用，在不同层次上参与PCOS的发病，大部分PCOS患者存在不同程度的IR，这增加了PCOS患者发生心血管疾病和2型糖尿病（type-2 diabetes mellitus，T2DM）的风险。PCOS患者卵巢组织中也存在IR和糖代谢异常，从而影响卵泡的正常发育，导致PCOS患者排卵障碍[1]。血管生成素样蛋白（angiopoietin-like proteins，ANGPTLs）家族是一类分泌型糖蛋白，目前已发现8个成员，即ANGPTL1～ANGPTL8。ANGPTLs在结构上与血管生成素相似，但不能与血管生成素经典靶向受体结合，这也使ANGPTLs的功能不同于血管生成素[2]。ANGPTLs具有不同的生物学功能，其中在IR和糖代谢中的作用是新的研究热点，参与了内分泌代谢性疾病的发生发展。ANGPTLs在PCOS中的作用逐渐受到学者的关注，但是，目前研究主要集中于ANGPTLs在PCOS中的表达情况，关于ANGPTLs参与PCOS发病机制的相关研究十分有限。现就ANGPTLs参与IR和糖代谢的机制及其与PCOS关系的最新研究进展进行综述。

1 ANGPTLs参与IR的机制

1.1 ANGPTL2ANGPTL2在慢性脂肪组织炎症和IR中发挥重要作用。Kitazawa等[3]首次证明了ANGPTL2是一个新的昼夜节律基因，在小鼠血清和附睾脂肪组织中均表现出昼夜节律性，肥胖和IR可以破坏ANGPTL2的节律性，减少ANGPTL2在高峰期的表达，进一步研究发现，在ANGPTL2表达高峰期通过腹腔注射重组人ANGPTL2可以降低db/db糖尿病小鼠的血糖、胰岛素、三酰甘油和脂肪酸水平，提高胰岛素敏感性，这表明ANGPTL2昼夜节律的紊乱与代谢紊乱性疾病密切相关，给予ANGPTL2可以改善IR和葡萄糖耐量。与以上研究结果不同的是，Sasaki等[4]研究发现，通过尾静脉注射腺病毒介导的人ANGPTL2（adenovirus mediated human ANGPTL2，Ad-ANGPTL2）过表达会导致db/db小鼠的葡萄糖耐量受损和胰岛素敏感性降低，同时诱导白色脂肪组织中促炎基因的表达，促进白色脂肪组织中CD8+T淋巴细胞浸润，随后诱导巨噬细胞聚集和促炎M1型巨噬细胞极化，表明ANGPTL2可能通过巨噬细胞和T淋巴细胞的聚集和激活促进脂肪组织炎症，导致全身IR。上述两种相反的实验结果可能与注射ANGPTL2时的db/db小鼠年龄（分别是8周龄和12周龄）不同有关，IR的严重程度因db/db小鼠的年龄不同而不同，因为脂肪细胞可能会暴露在更多的促炎环境中，并产生更多的脂肪因子，肥胖程度越高，IR程度越高；其次，注射不同的ANGPTL2可能导致ANGPTL2的表达水平不同，注射Ad-ANGPTL2后，小鼠血浆ANGPTL2水平维持在15～45 ng/mL，并在第14天仍保持不变，而且在Ad-ANGPTL2开始表达ANGPTL2蛋白后，小鼠持续暴露于ANGPTL2蛋白的刺激中，这会诱导慢性炎症，加重IR，而注射重组人ANGPTL2后小鼠ANGPTL2的表达水平超过100 ng/mL，并且可能含有更多的多聚体ANGPTL2，关于单体和多聚体ANGPTL2的功能差异仍需要进一步研究。Kim等[5]研究发现在肥胖患者的脂肪细胞中，ANGPTL2 mRNA的表达与炎症和内质网应激相关基因的表达呈正相关，同时ANGPTL2可以上调巨噬细胞中基质金属蛋白酶9 的表达，表明局部微环境改变可增加ANGPTL2的表达，从而促进脂肪组织炎症、组织重塑和全身IR。

1.2 ANGPTL3ANGPTL3缺失与胰岛素敏感性增加有关。ANGPTL3可能通过增强脂肪组织的脂解作用使脂肪酸增加，降低胰岛素受体底物磷酸化，减弱胰岛素抑制糖原分解的作用，增强糖异生，导致IR[6]。下调ANGPTL3可以减少在IR时肝细胞中占主导地位的富含三酰甘油的极低密度脂蛋白1（very low-density lipoprotein 1，VLDL1）型颗粒的分泌，增加胰岛素敏感性并改善IR，同时，胰岛素可以抑制ANGPTL3的表达，且呈剂量依赖性[7]。Nidhina Haridas等[8]为研究胰岛素对人体内ANGPTL3的影响，对18例非糖尿病高加索女性输注胰岛素和20%葡萄糖，通过每5 min测量血糖来调整葡萄糖输注速率以维持正常血糖，在正常血糖高胰岛素血症发生3 h和6 h后检测血浆ANGPTL3水平，发现胰岛素可显著降低血浆ANGPTL3的表达。但是Zhao等[9]在T2DM患者血浆中并未观察到胰岛素水平与ANGPTL3具有相关性，进一步实验发现，注射胰岛素后并未导致T2DM小鼠血液中ANGPTL3水平改变，也不会影响体外肝细胞中ANGPTL3的生成，表明在糖尿病状态下胰岛素对ANGPTL3的调控是复杂的。

1.3 ANGPTL4Ruppert等[10]发现禁食状态下，人血浆和脂肪组织中ANGPTL4表达升高与胰岛素水平下降有关，同时导致脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）活性下降，抑制循环三酰甘油的清除，导致高三酰甘油血症，最终引起IR，此外，在培养的人原代脂肪细胞中发现，胰岛素可直接抑制ANGPTL4的表达。Kim等[11]发现ANGPTL4在啮齿类动物的胰岛α细胞中大量表达，而在胰岛β细胞中不表达，ANGPTL4敲除后的小鼠首先表现为胰岛畸形，如棒状、菱形和花生状，这提示ANGPTL4在胰岛形态中起重要作用；其次，ANGPTL4敲除小鼠表现出糖耐量受损，研究发现这是胰岛素分泌减少而不是胰岛素敏感性降低导致的，进一步研究发现外源性ANGPTL4 会增加环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的表达，ANGPTL4可能通过激活cAMP/蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）信号通路来刺激胰岛β细胞分泌胰岛素，可见ANGPTL4在调节胰岛素分泌和胰岛形态中发挥重要作用。总之，胰岛素可以抑制ANGPTL4 的表达，同时ANGPTL4可以调节胰岛素的分泌和表达。

1.4 ANGPTL7Xu等[12]首次发现ANGPTL7可以加重IR。该研究发现T2DM患者血清和T2DM小鼠血清中ANGPTL7水平均显著升高，进一步研究发现，在HepG2细胞系和小鼠体内过表达ANGPTL7会使胰岛素信号传导受损，过表达ANGPTL7可上调细胞因子信号转导抑制因子3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）的表达，其与胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate 1，IRS1）结合后促进IRS1泛素化和降解，胰岛素信号传导受损，降低胰岛素敏感性，加重IR；过表达ANGPTL7还可增加丝裂原激活蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）/细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路中ERK1/2的磷酸化水平，MAPK/ERK通路对胰岛素代谢途径起负反馈调节，ERK的激活通过负反馈抑制蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）通路，阻断胰岛素代谢途径，加重IR。目前关于ANGPTL7导致IR的机制仍有待进一步研究。

1.5 ANGPTL8Zhang等[2]研究表明，小鼠原代肝细胞中过表达ANGPTL8可能通过增强胰岛素介导的磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/Akt信号通路中Akt的磷酸化，促进糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）和叉头框蛋白O1（forkhead box protein O1，FoxO1）的磷酸化，从而改善胰岛素敏感性。Luo等[13]研究表明ANGPTL8可能通过减少巨噬细胞浸润和促进巨噬细胞向抗炎表型的极化来调节炎症环境，从而减轻脂肪细胞炎症，改善肥胖引起的IR。以上研究表明，ANGPTL8高表达可改善IR。但Hao等[14]在T2DM-IR模型小鼠肝组织中观察到ANGPTL8和GSK-3β明显高表达，过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α （peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，PGC-1α）呈低表达，此外，在HepG2-IR细胞中下调ANGPTL8可以促进葡萄糖消耗和糖原合成，抑制炎症发生，通过降低GSK-3β和增加PGC-1α的表达可提高胰岛素敏感性，改善肝脏的IR。可见，ANGPTL8表达水平在改善糖耐量和IR中的作用尚不明确。

2 ANGPTLs参与糖代谢的机制

2.1 ANGPTL3Garcés等[15]发现在基础状态下，拉丁美洲肥胖非糖尿病男性血清中ANGPTL3水平高于非肥胖健康对照组，口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test，OGTT）期间2组ANGPTL3水平短期内保持不变，提示血清ANGPTL3似乎不参与糖代谢的短期调控。Park等[16]在一项长达10年的前瞻性随访研究中发现，ANGPTL3中携带rs11207997 T等位基因的韩国老年人患糖尿病风险较低，rs11207997的T等位基因遗传变异可能会持续影响脂肪组织中的葡萄糖摄取和脂肪积累，导致糖耐量和胰岛素敏感性受损。

2.2 ANGPTL4关于ANGPTL4在小鼠糖代谢中的研究，比较公认的观点是ANGPTL4功能缺失可以改善葡萄糖耐量，提高胰岛素敏感性[17]。目前研究的争议点在于过表达ANGPTL4在小鼠糖代谢中的作用，Xu等[18]研究发现，通过尾静脉注射腺病毒介导的ANGPTL4过表达会导致db/db小鼠血糖水平下降，肝糖原合成增加，肝组织胰岛素敏感性增加，提示过表达ANGPTL4可能通过抑制基础葡萄糖输出和提高胰岛素敏感性来抑制肝细胞合成葡萄糖，从而改善糖耐量。Mandard等[19]发现ANGPTL4转基因小鼠在喂养高脂饮食后血糖水平没有变化，但糖耐量明显受损。这些差异可能是ANGPTL4在不同小鼠模型以及不同组织中过表达程度不同造成的。关于T2DM人群中ANGPTL4水平的研究结果也存在争议，Xu等[18]发现T2DM患者血清ANGPTL4水平明显低于非T2DM人群，与空腹血糖及HOMA-IR呈负相关，经罗格列酮治疗8周后，T2DM患者血清ANGPTL4水平显著升高，提示ANGPTL4具有降血糖和增加胰岛素敏感性的作用。而Barja-Fernandez等[20]在一项横断面研究中发现，与非肥胖人群[体质量指数（body mass index，BMI）为（22.7±2.2）kg/m2]相比，肥胖者血浆中ANGPTL4水平升高，在糖耐量异常的肥胖者[BMI为（44.3±5.7）kg/m2]中则明显升高，且与空腹血糖、糖化血红蛋白和HOMA-IR呈正相关。Gusarova等[21]对欧洲成年参与者进行ANGPTL4全外显子测序，发现ANGPTL4中p.E40K基因变异会导致ANGPTL4功能缺失，降低ANGPTL4抑制LPL的能力，改善葡萄糖稳态和胰岛素敏感性，降低T2DM的风险。

2.3 ANGPTL5Liu等[22]研究发现T2DM患者血浆中ANGPTL5水平明显升高，在校正年龄和血糖后，ANGPTL5水平与BMI、腰围、腰臀比呈正相关，在校正年龄和血脂后，ANGPTL5水平仍与空腹血糖、空腹胰岛素、糖化血红蛋白、HOMA-IR呈强正相关，上述结果表明，相比ANGPTL5与脂代谢紊乱指标的相关性，ANGPTL5与糖代谢紊乱指标的相关性更高。

2.4 ANGPTL6ANGPTL6可以通过抑制糖异生来维持血糖平衡，ANGPTL6通过激活大鼠肝细胞中PI3K/Akt/FoxO1信号通路从而降低葡萄糖-6-磷酸酶的表达，抑制肝细胞中糖异生途径，以浓度依赖的方式抑制葡萄糖产生[23]。Fan等[24]通过纵向队列研究首次发现人血清ANGPTL6表达水平与糖尿病发生率呈负相关。然而，糖尿病前期受试者血清ANGPTL6表达水平明显高于正常受试者，在OGTT期间，葡萄糖刺激和急性高血糖时血清ANGPTL6会代偿性分泌增加，进一步细胞实验也证实，高葡萄糖处理可以上调HepG2细胞中ANGPTL6的表达，而高胰岛素处理后ANGPTL6的表达没有明显变化，以上提示高水平ANGPTL6是一种预测人类糖尿病的有效生物标志物，同时，ANGPTL6也是一种潜在保护性因子，在高糖刺激下血清ANGPTL6表达升高可以帮助维持葡萄糖稳态。

2.5 ANGPTL8Zhao等[25]研究发现，通过腺病毒在肝脏中特异性过表达ANGPTL8，可以减少db/db小鼠葡萄糖生成和提高胰岛素敏感性，改善糖耐量，进一步小鼠原代肝细胞实验表明，过表达ANGPTL8可以激活PI3K/Akt/FoxO1信号通路，抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的表达，从而抑制肝脏糖异生，以上结果表明，肝脏过表达ANGPTL8通过抑制糖尿病小鼠肝脏糖异生从而调节葡萄糖代谢。大量动物实验表明ANGPTL8高表达可以改善IR和糖耐量，但这与T2DM患者血液中ANGPTL8的表达水平存在矛盾，Hao等[14]观察到54例T2DM儿童血清中ANGPTL8水平明显高于健康儿童，与空腹血糖、胰岛素和HOMA-IR呈正相关。Abu-Farha等[26]的横断面研究发现，T2DM患者血浆和脂肪组织中ANGPTL4和ANGPTL8表达水平均高于非T2DM者，ANGPTL3只在T2DM患者血浆中高表达。此外，在非T2DM人群中ANGPTL3和ANGPTL8存在关联，在肥胖人群中ANGPTL4与ANGPTL8存在关联。ANGPTL3/4/8是LPL的生理性抑制剂，ANGPTL8可以调控ANGPTL3和ANGPTL4的表达，进食状态下，ANGPTL8表达升高，形成ANGPTL3/8复合物，可有效抑制LPL活性，减少棕色脂肪组织、心脏和肌肉中三酰甘油的清除，将血浆三酰甘油重新分配到白色脂肪组织中储存，同时，ANGPTL8 可以抑制ANGPTL4的表达，促进脂肪组织中的LPL活性[27]。

3 ANGPTLs在PCOS中的作用

3.1 ANGPTLs通过IR参与PCOS卵泡异常发育Liu等[28]研究发现，ANGPTL1和ANGPTL2 mRNA在PCOS患者MⅡ期卵母细胞中呈高表达，且在卵母细胞成熟过程中表达紊乱，由于ANGPTL1和ANGPTL2在病理血管生成、雄激素合成、IR和脂肪细胞中发挥重要作用，提示上述原因可能导致了PCOS卵母细胞发育异常。薛茜文等[29]研究发现，与非PCOS患者相比，PCOS患者MⅡ期卵母细胞中ANGPTL2基因高表达（P＜0.05），ANGPTL1基因表达稍低（P＞0.05），表明ANGPTL2可能与PCOS卵母细胞发育和成熟的关系更加密切。由于上述两项研究的研究人员来自同一团队，研究的参与者是相同的，因此不同的研究结果可能与不同的研究方法以及不同的试剂盒有关。Wang等[30]发现与正常对照组相比，PCOS未治疗组大鼠卵巢组织ANGPTL2表达明显升高，卵巢组织结构紊乱，部分卵泡内未见卵母细胞，黄体稀少，颗粒细胞层减少，这可能与ANGPTL2通过促进PI3K/Akt信号通路加重IR从而导致卵泡闭锁有关；与PCOS未治疗组相比，PCOS二甲双胍治疗组大鼠卵巢组织ANGPTL2表达下降，卵巢可见处于不同发育阶段的卵泡，有部分黄体，颗粒细胞排列紧密，提示二甲双胍可能通过降低ANGPTL2的表达改善IR，从而促进卵泡发育。以上研究提示ANGPTL2可能与PCOS卵泡的异常发育具有更紧密的关联，具体作用机制以及ANGPTL2与IR的关系有待进一步研究。

3.2 ANGPTLs 通 过IR 和 糖 代 谢 参 与PCOS 发病Vatannejad 等[31]首次发现伊朗PCOS患者血清ANGPTL3呈高表达，ANGPTL3水平与葡萄糖稳态参数（空腹血糖、空腹胰岛素和HOMA-IR）呈正相关，在调整相关混杂因素后，血清ANGPTL3水平升高与PCOS状态独立相关，同时血清ANGPTL3水平升高与IR有关，ANGPTL3预测PCOS患病的血清ANGPTL3最佳临界值为178.79 pg/mL，敏感度为83%，特异度为72%，但并没有阐明ANGPTL3与PCOS发生IR的机制。关于ANGPTL4在PCOS中的表达水平存在争议，Günes¸等[32]发现PCOS患者血清ANGPTL4水平较健康女性显著升高，而应雪娇等[33]研究发现PCOS患者血清ANGPTL2 水 平 升 高，ANGPTL4 水 平 降 低，ANGPTL2与ANGPTL4呈负相关，相互调节维持动态平衡。Elci等[34]研究表明，PCOS患者血清ANGPTL6水平升高，肥胖型PCOS女性ANGPTL6表达水平显著升高，且与心血管风险指标——纤溶酶原激活物抑制剂1、同型半胱氨酸的表达水平呈正相关，提示ANGPTL6升高可能与PCOS女性心血管风险增加相关。Varikasuvu等[35]的一项系统回顾和荟萃分析发现，按不同BMI分为正常体质量和肥胖体质量PCOS组，与各自对照组相比，正常体质量和肥胖体质量PCOS患者血液中ANGPTL8水平均明显升高；在BMI相匹配的PCOS 组和对照组中，PCOS 组血液中ANGPTL8水平更高，提示PCOS本身会导致血液中ANGPTL8水平增加，与BMI无关。此外，IR程度越高的PCOS患者血液中ANGPTL8水平越高，提示PCOS患者ANGPTL8水平升高可能与IR有关，同时，ANGPTL8水平与雄激素水平呈正相关，由于ANGPTL8主要由肝脏产生，提示肝脏-卵巢轴可能在PCOS的发生发展中起关键作用。He等[36]研究发现PCOS血清中ANGPTL8水平与脂肪组织IR呈正相关，且独立于其他影响因素，经二甲双胍治疗可有效降低脂肪组织IR和血清ANGPTL8水平，推测二甲双胍可能通过改善IR减少ANGPTL8分泌，关于二甲双胍是否可以直接抑制ANGPTL8的合成和分泌尚待进一步研究。有学者得出了相反的结论，PCOS患者血液中ANGPTL8水平低于健康对照组，且与空腹血糖、空腹胰岛素和HOMA-IR呈负相关，与睾酮水平呈正相关，这可能与PCOS的异质性以及研究方法、样本量、检测方法和参与者不同有关[37]。由此可见，ANGPTLs与PCOS的研究主要集中于ANGPTLs在PCOS中的表达情况，大多数ANGPTLs在PCOS中表达水平升高，并且与PCOS中IR程度密切相关，这提示ANGPTLs很可能通过IR和糖代谢参与了PCOS的发病。虽然目前关于ANGPTLs参与PCOS发病机制的研究十分有限，但也为今后的研究提供了新方向。

4 结语

ANGPTLs通过不同的途径在IR和糖代谢中发挥重要作用，目前关于ANGPTL1、ANGPTL5 和ANGPTL7在IR和糖代谢中的研究较少，ANGPTLs部分成员在IR和糖代谢中的研究结果存在争议，相关作用机制有待更深入的研究和探索。ANGPTL1、ANGPTL2主要通过IR参与PCOS卵泡的异常发育，ANGPTL4、ANGPTL8在PCOS中的表达水平存在争议，ANGPTL5、ANGPTL7在PCOS中未见相关研究报道。大部分研究只表明ANGPTLs在PCOS中呈高表达，并且与PCOS的代谢紊乱明显相关，二甲双胍治疗可有效降低其表达水平，但无法预测ANGPTLs与PCOS患者IR之间的因果关系。进一步研究探索ANGPTLs与IR的关系以及ANGPTLs参与PCOS发生发展的分子机制，有助于加深对PCOS发病机制的研究，以期为PCOS的病因、预测、诊断和治疗提供新思路。