血管生成素樣蛋白3與2型糖尿病及其并發癥的相關性研究進展

張揚，胡雪劍，任建功

(蘭州大學第二醫院內分泌與代謝病科，蘭州 730030)

隨著肥胖兒童人數的增加，兒童和青少年的糖代謝異常(包括空腹血糖受損、糖耐量受損和糖尿病)逐漸增多[1]。青年人群因超重肥胖引發的2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)越來越常見，我國新診斷的糖尿病中早發型T2DM(年齡30～43歲)約占1/5，三酰甘油、胰島素抵抗指數水平較高與早發型T2DM診斷獨立相關[2]。與晚發型T2DM相比，早發型T2DM更早出現微血管和大血管并發癥(提前13～20年)[3]，糖尿病并發癥的年輕化趨勢引起人們的廣泛關注。T2DM不再是老年性疾病，其所致的體內長期代謝紊亂狀態被認為是許多疾病的獨立危險因素，我國的T2DM及其并發癥的發生風險較高，心血管疾病、視力喪失、腎衰竭和截肢等糖尿病慢性并發癥嚴重威脅患者生命。

目前關于T2DM的發病機制仍不明確，盡管糖代謝異常定義并解釋了糖尿病及其癥狀和并發癥，但對T2DM發病機制的理解越來越集中于脂質代謝紊亂。血管生成素樣蛋白(angiopoietin-like protein，ANGPTL)3被認為在調節脂質代謝中有顯著作用，近來發現ANGPTL3有多重生物學功能，在糖尿病、動脈粥樣硬化、造血干細胞增殖、癌細胞侵襲、肝纖維化和風濕性疾病等的發生發展中發揮作用[4]?，F就ANGPTL3與T2DM及其并發癥的相關性研究進展予以綜述，以探討ANGPTL3在T2DM治療中的意義。

1 ANGPTL3的結構與作用

1.1ANGPTL3的結構 ANGPTL家族在結構上與血管生成素相似，其家族成員包括ANGPTL1～8，各家族成員具有相似的結構與功能。人ANGPTL3位于1p31區，包含460個氨基酸，是一種肝特異性分泌蛋白[5]，在病變視網膜及腎組織也有表達。其結構包含1個N端螺旋結構域(coiled-coil domain，CCD)、連接域和1個C端纖維蛋白原樣結構域(fibrinogen like domain，FLD)。CCD內的16～210氨基酸特別是32～55氨基酸結構域是脂蛋白酶(lipoprotein lipase，LPL)參與脂代謝調節的特異性位點，FLD的237～460氨基酸與整合素αVβ3受體結合調節血管生成[6]。肝臟前蛋白轉化酶、ANGPTL8作用于連接域的221～222氨基酸和224～225氨基酸位點，使ANGPTL3裂解釋放CCD和FLD，這種裂解對體內ANGPTL3的激活起重要作用[7]。見圖1。

ANGPTL：血管生成素樣蛋白；LPL：脂蛋白酶；EL：內皮脂肪酶

1.2ANGPTL3在脂質代謝調節中的作用 ANGPTL3可通過多種作用機制調節各類脂蛋白代謝，被視為人類脂蛋白代謝的關鍵調節因子，尤其是對三酰甘油和高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol，HDL-C)的調節。研究普遍認為ANGPTL3裂解產生的CCD可抑制LPL的活性，LPL可附著于血管內皮細胞表面并催化乳糜微粒和極低密度脂蛋白中的三酰甘油水解，去除三酰甘油后乳糜微粒和極低密度脂蛋白殘體可通過特定的肝臟受體清除，高ANGPTL3循環可引起富含三酰甘油的脂蛋白水平升高[7]。ANGPTL3還可通過其CCD的肝因子結合位點抑制內皮脂肪酶的活性來調節HDL-C，內皮脂肪酶可通過其磷脂酶活性水解HDL-C顆粒中的磷脂酰膽堿的Sn-1酯鍵，通過釋放溶血磷脂酰膽堿降低HDL-C[8]。另外，在調節低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)時，ANGPTL3不僅依賴脂蛋白酶的作用，其表達缺失可降低LDL-C中載脂蛋白B-100的分泌、增加肝臟及氧化組織LDL-C受體的表達，通過增加LDL-C攝取降低LDL-C水平[9]。

1.3ANGPTL3在糖代謝調節中的作用 ANGPTL3與胰島素敏感性密切相關，并可進一步影響糖代謝調節。高糖飲食可誘導ANGPTL3的表達，經1～3個月高糖喂養恒河猴的血漿ANGPTL3水平增加30%～40%[10]。研究認為，ANGPTL3啟動子區域存在肝X受體α作用位點，高糖可能通過增加人肝細胞的脂質含量激活肝X受體α，進而引起ANGPTL3基因轉錄和表達[11]。胰島素是體內調節糖代謝的主要因子，胰島素信號可直接對ANGPTL3表達產生抑制作用[12]。臨床研究發現，血漿ANGPTL3水平與胰島素水平及胰島素抵抗指數呈正相關[13]，故推測ANGPTL3有影響胰島素敏感性的作用。ANGPTL3可直接與脂肪細胞表面結合并觸發游離脂肪酸釋放，游離脂肪酸水平過高會導致骨骼肌對胰島素產生抵抗作用[14]。而ANGPTL3的缺失與胰島素敏感性增強有關[15]。研究發現，ANGPTL3可促進極低密度脂蛋白-三酰甘油在進食狀態小鼠的白色脂肪組織中沉積，而不沉積于氧化組織(骨骼肌、心臟褐色脂肪等組織)，在未進食情況下，ANGPTL3缺失小鼠的肝臟、脂肪組織、心臟的脂肪含量并未減少，但葡萄糖攝取量卻增加10倍，故認為ANGPTL3失活時白色脂肪組織代償性攝取葡萄糖，以供應脂肪生成所需熱量，從而增加胰島素敏感性[16]。

2 ANGPTL3與T2DM

T2DM往往與胰島素分泌及作用缺陷有關，這種缺陷可能與T2DM患者體內代謝紊亂、低度炎癥狀態、腸道菌群結構和功能異常等密切相關。而ANGPTL3與脂質代謝、胰島素敏感性密切相關，且普遍認為T2DM人群的血漿ANGPTL3水平升高[17]。ANGPTL3可能通過以下機制促進T2DM進展：①循環ANGPTL3水平升高可抑制脂肪酶活性，減少脂質水解，從而升高血脂，高脂血癥和胰島素抵抗之間的聯系被廣泛認可，二酰甘油和神經酰胺被認為是脂質誘導胰島素抵抗的介質，高脂血癥時，二酰甘油和神經酰胺含量增高，激活新型蛋白激酶C、蛋白磷酸酶2A及下游信號傳導通路來損傷肌肉對胰島素敏感性引起糖耐量異常[18]。T2DM往往伴隨肥胖，下丘腦作為能量代謝中樞參與調節與肥胖密切相關的攝食行為。ANGPTL3也可通過下丘腦脂質維持能量平衡，不同于外周ANGPTL3對LPL的抑制作用，下丘腦中的ANGPTL3可激活LPL活性，引起下丘腦神經元對脂質的攝取增加，下丘腦發出的能量過剩信號導致小鼠攝食減少、體重減輕，這種調節與厭食和肥胖密切相關[19]。②低度炎癥狀態已成為T2DM病因學的一個突出因素，流行病學研究表明，C反應蛋白、白細胞介素等炎癥因子是T2DM的重要預測因子[20]，且循環ANGPTL3與炎癥獨立正相關[21]，ANGPTL3可能通過作用于整合素αVβ3促進炎癥信號引起各類靶器官損害。③腸道微生物群調節葡萄糖的作用與T2DM和肥胖有關，ANGPTL4可通過調節腸道細菌影響葡萄糖耐量，與野生小鼠相比，缺乏ANGPTL4小鼠的糖耐量有所改善，但當腸道菌群被抗生素抑制后，上述葡萄糖耐量的改善被消除[22]。ANTPTL3與ANGPTL4有高度同源性，故推測ANGPTL3可能與腸道菌群相互作用并影響血糖，仍需進一步探索。綜上所述，ANGPTL3可能通過誘導高脂血癥、調節攝食行為、激活炎癥信號、調節腸道菌群等作用機制參與T2DM的發生發展。

3 ANGPTL3與T2DM并發癥

3.1ANGPTL3在糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)中的作用 DR作為成人失明的主要原因之一，其進行性加重常常與糖尿病病程、血脂異常、高血壓、肥胖等因素相關。ANGPTL3可能通過以下作用促進DR進展:①高脂血癥與DR呈正相關，尤其在硬性滲出和糖尿病性黃斑水腫中，其機制可能為脂蛋白通過引起系膜細胞增殖、上調內皮素、減少內皮細胞數量和減少一氧化氮等方式影響血管活性來調節DR的發展[23]。②高糖可刺激人視網膜微血管內皮細胞中ANGPTL3的表達[24]，DR患者血清ANGPTL3和血管內皮生長因子水平較健康人群升高，且其表達水平隨視網膜病變的嚴重程度的增加而升高[25]。高糖刺激或ANGPTL3過表達后，糖尿病大鼠視網膜上的炎癥因子和凋亡因子的表達水平也相應升高，用靶向ANGPTL3的干擾小RNA降低糖尿病大鼠ANGPTL3的表達后，上述因子的表達均較前降低，故推測ANGPTL3可能通過刺激炎癥因子和凋亡因子的表達促進DR進展。③整合素是由α和β亞單位獨特組合的膜蛋白，通過調節內皮細胞的黏附、遷移、增殖、凋亡等方式參與炎癥介導的癌癥微血管形成[26]。ANGPTL3與整合素αVβ3受體結合可刺激蛋白激酶B磷酸化，上調內皮祖細胞miR-126的表達，從而促進視網膜內皮祖細胞的促血管生成能力，導致視網膜新生血管形成，抑制整合素αVβ3受體后，ANGPTL3的血管生成作用被阻斷[27]。綜上，ANGPTL3可能通過誘導高脂血癥、刺激炎癥因子和凋亡因子以及促進新生血管形成等作用促進DR進展。

3.2ANGPTL3在糖尿病腎病中的作用 糖尿病腎病的發生與T2DM病程關系尚不確切，在新診斷T2DM時就可出現，大多以微量白蛋白尿為早期臨床表現，隨著尿蛋白逐漸增多而出現血清肌酐升高，最終進展為腎衰竭[28]。ANGPTL3可能通過以下作用損傷腎小球并促進糖尿病腎病進展：①高脂血癥可導致腎小球硬化和腎小管間質纖維化，高甘油三酯血癥和高膽固醇血癥可導致大鼠足細胞損傷和腎小球局灶節段性硬化，LDL-C被系膜細胞氧化后可刺激促炎因子、促纖維化細胞因子和血管活性物質釋放，引起腎單位結構功能改變[29]，故推測ANGPTL3通過誘導高脂血癥在糖尿病腎病中發揮致病作用。此外，ANGPTL4亦被認為是誘導糖尿病腎病的潛在作用因子，與單純T2DM患者相比，糖尿病腎病患者的ANGPTL4水平顯著升高，且ANGPTL4與白蛋白/肌酐比值和血清肌酐呈正相關，可見糖尿病腎病中ANGPTL4的致病作用可能與其抑制LPL活性的作用有關[30]。②原發性腎病綜合征以大量蛋白尿為特征，原發性腎病綜合征患兒腎小球和腎小管中ANGPTL3的表達程度不同，微小病變腎病綜合征(以足細胞損害突出的病理類型)患兒腎臟中ANGPTL3的表達顯著增加，并與其蛋白尿程度呈正相關[31]。ANGPTL3可通過損傷足細胞參與蛋白尿的生成，其機制可能為ANGPTL3的FLD結合并激活整合素αVβ3及下游黏附斑激酶/磷脂酰肌醇-3-激酶信號通路，誘發足細胞肌動蛋白重排，使足細胞之間的寬度增加，促進尿蛋白形成[32]。胰島素樣生長因子1可用于預測早期糖尿病腎病，其通過與整合素αvβ3和纖維連接蛋白相互作用誘導系膜細胞遷移，引起糖尿病腎病的病理改變[33]，故推測ANGPTL3的FLD端結合并激活整合素αVβ3誘導系膜細胞遷移，參與糖尿病腎病病理改變。總之，ANGPTL3可通過以上多種作用機制引起足細胞損傷、系膜細胞遷移、腎小球纖維化等病理變化，誘導糖尿病腎病發生發展。

3.3ANGPTL3在糖尿病周圍神經病變(diabetic peripheral neuropathy，DPN)中的作用 DPN作為神經退行性病變常因累及周圍感覺運動神經和自主神經而出現不同的臨床差異性表現，嚴重時可引起無痛性心肌梗死、糖尿病足潰瘍、壞疽，甚至導致截肢[28]。ANGPTL3可能與DPN發病相關的作用機制為：①高脂血癥在糖尿病前期就開始誘導神經髓鞘脂質的缺失，這種神經的破壞作用早于高糖血癥、高胰島素血癥或胰島素抵抗所誘發的神經病變[34]。研究顯示，神經元中膽固醇氧化為氧化甾醇可介導組織損傷，LDL被活性氧類氧化后與氧化低密度脂蛋白受體1、Toll樣受體4等結合，激活一系列信號級聯反應，引起炎癥和活性氧類積累；高脂血癥還可通過β氧化生成過量游離脂肪酸，引發全身和局部炎癥[35]，高脂血癥通過上述多重作用損傷施萬細胞及外周神經系統，參與DPN的發生與發展。②骨橋蛋白通過與細胞表面受體αVβ3結合，通過蛋白激酶Cα信號轉導通路促進神經前體細胞、小膠質細胞、施萬細胞的增殖并抑制其凋亡，從而起保護性作用[36]。目前尚缺乏ANGPTL3與DPN相關性的臨床研究，ANGPTL3是否通過引起高脂血癥、胰島素抵抗和激活骨橋蛋白-αVβ3-蛋白激酶Cα信號通路參與DPN進展還需要進一步研究的證實。

3.4ANGPTL3在糖尿病大血管病變中的作用 T2DM患者往往存在動脈粥樣硬化性大血管病變，如頸股動脈粥樣硬化、冠心病、腦卒中等糖尿病慢性并發癥。研究發現，血漿ANGPTL3與頸動脈和股動脈內膜-中膜厚度、冠狀動脈狹窄程度呈正相關[37-38]，且高水平ANGPTL3與急性心肌梗死、缺血性腦梗死的風險密切相關，被認為是發生心血管事件的獨立危險因素[39]。ANGPTL3通過脂質和非脂質作用促進動脈粥樣硬化，在脂質作用方面，富含三酰甘油的脂蛋白生成的殘余脂蛋白顆粒更易致動脈粥樣硬化，而殘余脂蛋白顆粒水平往往與體質指數、空腹血糖水平、糖化血紅蛋白水平呈正相關[40]，因此高殘余脂蛋白顆粒水平更易損傷T2DM患者的血管內皮細胞；且ANGPTL3高表達抑制LPL激活，引起富含三酰甘油的脂蛋白和殘余脂蛋白顆粒的清除減少，進而促進動脈粥樣硬化[41]。在非脂質作用方面，ANGPTL3的FLD激活整合素αVβ3，αVβ3的一些配體(如骨橋蛋白)可以刺激平滑肌細胞向血管內膜遷移并聚集，巨噬細胞表達αVβ3可抑制清除受體A和CD36的表達，從而導致泡沫細胞形成。ANGPTL3通過αVβ3介導的炎癥、泡沫細胞和新生斑塊形成的作用，促進動脈粥樣硬化斑塊進展[42]。綜上，ANGPTL3通過誘導高脂血癥、促進炎癥、介導泡沫細胞形成等方式引起T2DM患者的大血管病變。

4 抗ANGPTL3治療

一項前瞻性隊列研究發現，攜帶ANGPTL3基因單核苷酸多態性中rs11207997基因人群的糖尿病患病風險降低，可能與血清總膽固醇和三酰甘油水平長期降低有關[43]。研究表明，ANGPTL3水平降低可以改善胰島素敏感性，Vupanorsen是一種反義寡核苷酸類藥物，通過與肝ANGPTL3信使RNA片段結合而滅活，以降低循環ANGPTL3水平，用反義寡核苷酸類藥物治療肥胖小鼠的腹膜葡萄糖及胰島素水平均較未治療肥胖小鼠降低[44]。雖然反義寡核苷酸類藥物可顯著降低T2DM患者的ANGPTL3及脂蛋白的水平[45]，但治療后6個月的血糖參數變化不明顯，可能與ANGPTL3沒有完全滅活或觀察周期有限有關。通過降低ANGPTL3水平改善高糖血癥及炎癥狀態仍有待進一步研究，這可能與T2DM的長期獲益有關。

單克隆抗體類藥物Evinacumab能特異性阻斷或干擾循環ANGPTL3的活性[46]，注射分子靶向藥Evinacumab和Vupanorsen后，可劑量依賴性地降低血脂異常健康志愿者的三酰甘油和膽固醇水平，認為ANGPTL3可作為治療混合型高脂血癥的潛在靶點。除明顯的降脂作用外，Evinacumab和Vupanorsen均能縮小動脈斑塊的面積、延緩動脈粥樣硬化進展、降低心血管疾病的發生率。在糖尿病腎病方面，Dai等[47]認為，ANGPTL3基因敲除可通過挽救足細胞解離和凋亡來減輕足細胞的丟失，有效延緩腎小球硬化的形成?，F已有抗血管內皮生長因子藥物用于DR的臨床治療[48]，鑒于ANGPTL3與血管內皮生長因子都具有促血管形成作用，推測ANGPTL3將成為治療糖尿病腎病和DR的新靶點。

5 小結與展望

ANGPTL3與T2DM及并發癥的發生發展密切相關，T2DM患者的高血糖、高血脂狀態刺激循環ANGPTL3水平升高，進而引起體內能量代謝紊亂及胰島素抵抗加重，并激活炎癥通路損傷各靶器官，該惡性循環通過脂質與非脂質作用促進糖尿病及血管并發癥的惡化，因此抗ANGPTL3治療對于糖尿病治療具有多重獲益。抗ANGPTL3治療具有明顯的降脂、心血管保護作用，但降糖及改善胰島素敏感性的作用相對不明顯，還仍需進一步長期實驗觀察。另外，由于糖尿病腎病、DR等并發癥的發病機制較復雜，T2DM患者抗ANGPTL3治療的獲益仍需進一步探索。靶向藥物Vupanorsen和Evinacumab治療T2DM具有高效、方便、不良反應小等特點。因此，抗ANGPTL3治療將為臨床T2DM代謝紊亂及并發癥的治療帶來新思路。