載脂蛋白A1及其模擬肽在眼科疾病中的研究新進(jìn)展

蘇焜儀 綜述 胡潔，胡安娣娜 審校

(中山大學(xué)中山眼科中心眼底外科，眼科國家重點(diǎn)實驗室，廣州 510060)

近來流行病學(xué)研究[1]發(fā)現(xiàn)：血漿高密度脂蛋白(high-density lipoprotein，HDL)水平升高可使心血管疾病的患病風(fēng)險降低，它們之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中，載脂蛋白A1(apolipoprotein A1，apoA1)約占HDL蛋白組成成分的70%，是HDL的主要蛋白質(zhì)成分，構(gòu)成了HDL承載磷脂和膽固醇的骨架[2-3]。它是一種多功能蛋白質(zhì)，其作用有抗動脈粥樣硬化[3-4]、參與膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)[5-7]，調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)[8-10]、抗氧化[11]、抑制腫瘤[3]等。ApoA1在心血管疾病中研究較多，而在眼科中的作用探討甚少。近幾年多項研究結(jié)果表明apoA1表達(dá)水平與眼科疾病相關(guān)，在眼科疾病的早期診斷、治療及預(yù)后方面進(jìn)行初步的探討。因此，進(jìn)一步研究apoA1及其模擬肽在眼科疾病中的作用機(jī)制可能為眼科疾病的診療帶來新啟示。

1 ApoA1 及其模擬物

ApoA1的一級結(jié)構(gòu)由243個氨基酸組成，由10個兩親性的α卵形螺旋結(jié)構(gòu)組成它的二級結(jié)構(gòu)，分子質(zhì)量約為28 kDa[12]。兩親性的性質(zhì)使它的肽蛋白既能隔離脂質(zhì)，又能在水環(huán)境中穿行。ApoA1是比脂質(zhì)水平更穩(wěn)定的蛋白片段，不受膳食狀態(tài)的顯著影響[13]。因此，研究apoA1比HDL更具有現(xiàn)實意義。Reddy等[4]合成了第1個apoA1模擬肽，是一種短螺旋肽，模擬肽由18個氨基酸組成，分子質(zhì)量2.31 kDa，隨后通過修飾，能夠模擬apoA1的功能。基于疏水面上苯丙氨基酸(F)殘基的數(shù)量，apoA1模擬肽分為2F，3F，4F，5F，6F及7F。動物實驗證明4F及5F有很高的活性[14]，其中4F顯示出物理化學(xué)特性最有利并且生物活性最高。4F具有抗炎作用，因為它以高親和力結(jié)合氧化磷脂和脂肪酸氫過氧化物在細(xì)胞膜上，而且明顯比apoA1本身更抗動脈粥樣硬化。4F顯著減少動物模型大動脈粥樣硬化病變[4,15-16]。4F抑制ApoE null小鼠動脈粥樣硬化，不改變血漿膽固醇，但清除血漿中氧化脂質(zhì)，從而建立4Fs改善脂質(zhì)介導(dǎo)炎癥的作用[14]。4F有2種合成形式，全左旋-氨基酸(L-4F)合成及全右旋-氨基酸(D-4F)合成，目前也廣泛地被應(yīng)用于科研中[17]。體外研究[18-19]顯示：L-4F和D-4F兩種同分異構(gòu)體有著類似特性，但L-4F蛋白質(zhì)在胃腸道更易受蛋白酶水解，因此不能口服，而D-4F動物實驗及人體試驗均證實口服使用的安全性及有效性。D-4F具有18個氨基酸肽鏈片段，包含4個F殘基，并由其合成D-氨基酸。D-4F具有抗動脈粥樣硬化[20]、逆向轉(zhuǎn)運(yùn)膽固醇和抗炎等作用[21]，且臨床試驗已證實人體口服apoA1模擬肽D-4F安全有效，因此臨床應(yīng)用前景最大。其他正在被研究的apoA1模擬肽有apoA Kringle V和apoA1結(jié)合蛋白等。

2 ApoA1 在視光學(xué)疾病的研究進(jìn)展

ApoA1被認(rèn)為是有效的近視蛋白生物標(biāo)志物，視網(wǎng)膜中apoA1的水平可以有效抑制近視的發(fā)展。近視是視力下降的最常見原因，由于眼軸伸長可能導(dǎo)致高度近視性疾病或誘發(fā)其他眼部并發(fā)癥。

Bertrand等[22]通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究檢測了透鏡誘導(dǎo)性近視(lens-induced myopia，LIM)或透鏡誘導(dǎo)性遠(yuǎn)視(lens-induced hyperopia，LIH)的雛雞視網(wǎng)膜中表達(dá)差異的蛋白，發(fā)現(xiàn)LIH眼視網(wǎng)膜的apoA1表達(dá)水平呈升高趨勢。氧化應(yīng)激和脂質(zhì)代謝是參與補(bǔ)償性眼軸增長的途徑。玻璃體腔注射過氧化物酶體增殖劑激活受體激動劑(PPAR-alpha agonist)可抑制眼部生長，從而增加視網(wǎng)膜apoA1的表達(dá)[23-24]。因此，apoA1被認(rèn)為是近視眼發(fā)育的“停止”信號，它被認(rèn)為是有效的近視蛋白生物標(biāo)志物。雛雞LIH視網(wǎng)膜及鞏膜apoA1水平升高，提示視網(wǎng)膜中的apoA1可以有效抑制近視的發(fā)展，可能抑制轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-beta 28的激活，對眼球生長起阻滯信號作用。視黃酸是一種已被證實的調(diào)節(jié)近視眼生長的信號，Summers等[25]發(fā)現(xiàn)雛雞脈絡(luò)膜和鞏膜中的apoA1與視黃酸具有一種新的調(diào)節(jié)反饋機(jī)制，它以濃度依賴的方式控制出生后的眼球生長。Chun等[26]研究玻璃體apoA1的表達(dá)差異，進(jìn)一步證實了apoA1與過度眼球生長有關(guān)。除apoA1外，目前被鑒定為眼生長差異的生物標(biāo)志物還有卵轉(zhuǎn)鐵蛋白(ovotransferrin)、羥基茜草素(purpurin)等[27]，它們都屬于結(jié)合蛋白一類，確切作用尚不清楚。但apoA1與許多已知在調(diào)節(jié)眼睛生長中重要的神經(jīng)遞質(zhì)的潛在相互作用。這一系列的研究表明近視與代謝有關(guān)，并伴有視網(wǎng)膜蛋白水平的能量生成改變和氧化應(yīng)激，而apoA1作為一種有效的近視蛋白生物標(biāo)志物以研究它在抑制近視進(jìn)展中的作用。

3 ApoA1 在角膜疾病的研究進(jìn)展

在眼前節(jié)中，apoA1存在于角膜基質(zhì)細(xì)胞、角膜角質(zhì)細(xì)胞和角膜內(nèi)皮細(xì)胞[28]。若apoA1缺乏可致：丹吉爾病(Tangier disease，TD)、魚眼病(fish eye disease，F(xiàn)ED)和卵磷脂膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶(lecithin-cholesterol acyltransferase，LCAT)缺乏癥[29]。丹吉爾病和魚眼病是由轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ATP結(jié)合盒運(yùn)轉(zhuǎn)體A1(ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)和LCAT突變引起的[30-31]。LCAT是肝分泌的一種酶，與血液中的HDL一起循環(huán)。這種酶對血漿膽固醇酯化起到催化作用，增加HDL攜帶膽固醇的能力，并可從組織中清除膽固醇。目前研究的主要機(jī)制為：apoA1缺乏，脂質(zhì)清除機(jī)制出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致膽固醇在角膜基質(zhì)內(nèi)沉積，在臨床上可表現(xiàn)為不同程度的角膜混濁[30-31]，可嚴(yán)重影響視力。在某些情況下，需要角膜移植才能恢復(fù)正常視力。角膜混濁，是由于角膜的脂質(zhì)(包括膽固醇)的積累所致。這三種疾病與膽固醇從組織反向轉(zhuǎn)運(yùn)(reverse cholesterol transport，RCT)異常有關(guān)，并伴有缺陷和異常的HDL顆粒分布[28]。ApoA1等載脂蛋白與ABCA1相互作用產(chǎn)生盤狀HDL，apoD可激活LCAT，但apoA1是LCAT最有效的激活劑，研究發(fā)現(xiàn)apoA1在角膜中不表達(dá)，但它聚集在角質(zhì)細(xì)胞中。

4 ApoA1 及其模擬肽在玻璃體視網(wǎng)膜疾病中的研究進(jìn)展

ApoA1在RCT中起重要作用。Tserentsoodol等[33-34]推測含有apoA1的HDL通過清除有害的氧化脂質(zhì)促進(jìn)了脂質(zhì)在視網(wǎng)膜內(nèi)的運(yùn)輸。發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)中apoA1 mRNA的水平高于神經(jīng)上皮層，表明RPE是眼內(nèi)apoA1的主要來源。D-4F可以清除細(xì)胞內(nèi)活性氧，抑制脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生，提高內(nèi)源性抗氧化活性。D-4F可以通過抑制氧化低密度脂蛋白(oxidized lowdensity lipoprotein，oxLDL)誘導(dǎo)的色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)下調(diào)來降低氧化應(yīng)激和靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(vein endothelial cells，VEC)損傷[33-35]。Biswas等[36]研究表明：線粒體膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (translocator protein，TSPO)在人和小鼠RPE細(xì)胞中高表達(dá)，顯著增加了膽固醇從RPE細(xì)胞向apoE，apoA1和HDLs的外排。隨著年齡的增長，RPE的TSPO表達(dá)降低，膽固醇外排受損，這可能增加了RPE分泌的Bruch膜脂蛋白(Bruch’s membrane lipids，BrM-LPs)消除脂質(zhì)的負(fù)擔(dān)[37]。

Zhang等[38]通過糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)10年前瞻性隊列研究推測apoA1水平升高可能是DR的保護(hù)因素之一。在DR患者中，血清apoA1水平呈負(fù)相關(guān)[39]。Sasongko等[40]用logistic回歸模型分析DR的新型風(fēng)險標(biāo)志物，血清apoA1水平下降和視網(wǎng)膜小動脈彎曲程度可能是DR的新的獨(dú)立危險標(biāo)記。在臨床研究中，在糖尿病患者中玻璃體apoA1的水平上調(diào)[41]，這表明apoA1是一個強(qiáng)有力的活性氧清除器，可能保護(hù)糖尿病患者的視網(wǎng)膜免受氧化應(yīng)激[42]。Ding等[43]推測由于apoA1是氧化反應(yīng)物的有效清除劑，故DR的環(huán)境可以刺激apoA1表達(dá)。Simó等[44]還假設(shè)視網(wǎng)膜apoA1產(chǎn)生增加是一種對抗DR的保護(hù)性代償機(jī)制，因此，視網(wǎng)膜apoA1產(chǎn)生較少的DR患者更有可能出現(xiàn)視網(wǎng)膜脂質(zhì)沉積和高硬滲出物形成。Tan等[45]發(fā)現(xiàn)：apoA1能抑制高糖環(huán)境下人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞(retinal vascular endothelial cells，RVECs)中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達(dá)，由此對人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞(human retinal vascular endothelial cells，HRECs)的增生、遷移和成管能力起到抑制作用，對高糖環(huán)境中的RVECs提供保護(hù)作用，為DR的診斷治療及預(yù)防提供新的思路。

一項Meta分析[46]指出：晚期年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)與氧化、脂質(zhì)沉積、補(bǔ)體激活和巨噬細(xì)胞募集的途徑有關(guān)。全基因組相關(guān)性研究表明，AMD的病理生理是基于脂質(zhì)代謝失調(diào)、氧化應(yīng)激和慢性炎癥[47]。含膽固醇的軟玻璃膜疣和視網(wǎng)膜下結(jié)節(jié)樣沉積物(subretinal drusenoid deposits，SDDs)分別發(fā)生于RPE基底外側(cè)和根尖側(cè)，是晚期AMD的獨(dú)立危險因素[48]。通過透射電鏡，發(fā)現(xiàn)軟玻璃膜疣富含脂質(zhì)[49-50]，包括載脂蛋白B，E和A1的大脂蛋白顆粒[51]。Fang等[52-54]推斷apoA1結(jié)合蛋白(apoA1 binding protein，AIBP)增強(qiáng)了內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的膽固醇外排，在內(nèi)皮細(xì)胞中，AIBP與含apoA1的HDL結(jié)合，加速膽固醇外流，從而降低脂質(zhì)筏的含量，抑制脂質(zhì)筏錨定的血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而限制血管生成[55]。Mao等[56]則推斷AIBP以一種分泌酶依賴的方式下調(diào)Notch，以此抑制小鼠的病理視網(wǎng)膜新生血管生成，從而調(diào)節(jié)血管生成。

5 ApoA1 的模擬肽在眼科疾病中的治療

ApoA1模擬肽在眼科疾病的中的治療研究主要集中在眼部抗血管生成疾病上。最初，研究者主要關(guān)注apoA Kringle V(Kringle 5-like domain)。KV11是一種來源于人apoA KV的小型聚體肽。Zhao等[57]發(fā)現(xiàn)它在體外可有效抑制視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞遷移，在體內(nèi)可降低視網(wǎng)膜病理新生血管形成，且同時具有足夠的視網(wǎng)膜穿透能力和良好的安全性。AU6，同為來源于apoA Kringle V的新型六氨基酸肽，也能有效抑制致病性脈絡(luò)膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV)[58]。KV11和AU6成為眼部抗血管生成治療的潛在候選藥物。隨后，Rudolf等[59]先發(fā)現(xiàn)apoA1模擬肽4F是一種治療重要的AMD疾病過程的新方法，從藥理學(xué)角度發(fā)現(xiàn)4F可減少酯化膽固醇(esterified cholesterol，EC)和恢復(fù)Bruch膜的超顯微結(jié)構(gòu)。然后在老年非靈長類動物模型中[60]，通過玻璃體腔注射L-4F，可清除Bruch膜中性脂質(zhì)、酯化膽固醇和膜攻擊復(fù)合物。ApoA1模擬肽4F為治療AMD的潛在病因提供了一個新方法。近來，Zhu等[55]發(fā)現(xiàn)：apoA1結(jié)合蛋白(binding protein，AIBP)聯(lián)合抗VEGF治療，可有效克服抗VEGF耐藥并有效抑制CNV，因此該聯(lián)合方案是一種有前景的對抗CNV抗VEGF耐藥性的治療方案。

6 結(jié)語

ApoA1在脂質(zhì)代謝與眼科疾病的研究中扮演著重要的角色，apoA1可以有效抑制近視的發(fā)展，控制眼軸伸長；可加速膽固醇逆向運(yùn)轉(zhuǎn)，防治膽固醇在角膜基質(zhì)內(nèi)沉積，減少角膜混濁；加快視網(wǎng)膜脂質(zhì)逆向運(yùn)轉(zhuǎn)，降低氧化應(yīng)激和內(nèi)皮細(xì)胞損傷，抑制視網(wǎng)膜新生血管生成；減少脂質(zhì)堆積，恢復(fù)Br uch膜顯微結(jié)構(gòu)。而apoA1模擬肽可模擬apoA1的作用，其中D-4F具有分子質(zhì)量小、易合成、口服安全有效的優(yōu)勢，更適合臨床應(yīng)用及推廣。ApoA1模擬肽率先在眼部抗血管生成疾病的研究中小有成效，但目前apoA1及其模擬肽作用的具體機(jī)制尚未完全清楚，將來需要更多的研究深入探討，為眼科疾病的治療提供新思路。