董俐 羅曉紅 牛小娟

糖尿病和動脈粥樣硬化性心血管疾病的流行已成為現今全球健康問題的重中之重。研究表明，肌肉量減少、脂肪增多及胰島素抵抗(IR)均與糖尿病及動脈粥樣硬化進展有關[1]。肌生成抑制素(myostatin，Mstn)是在肌肉組織中表達的一種分泌性生長因子，對骨骼肌具有負調節(jié)作用[2-3]。Mstn可參與并激活轉化生長因子β(transforming growth factorβ, TGF-β)信號傳導，通過調節(jié)NF-κB、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等信號通路調控骨骼肌生長、分化，并參與糖代謝、脂代謝，此過程涉及多種生理機制，如內皮損傷、氧化應激、炎癥反應及免疫調節(jié)[4-5]。近期大量研究表明，Mstn與糖尿病及心血管疾病風險呈正相關[6]。在動物實驗中，破壞小鼠的Mstn基因不僅能夠改善全身胰島素敏感性，而且能夠通過減少肝動脈粥樣硬化性脂蛋白的過度分泌來對抗高脂血癥，延緩動脈粥樣硬化的發(fā)展。本文就Mstn在T2DM及動脈粥樣硬化中的作用研究進行綜述。

1 Mstn的概況

1.1 Mstn的發(fā)現與基因結構 Mstn是1997年由Mcphemrn等[2]從小鼠骨骼肌cDNA文庫中通過克隆得到的TGF-β超蛋白家族的新成員，又被稱為生長/分化因子8(growth and differentiation factor 8, GDF-8)。人類Mstn于1998年實現首次克隆，常以二聚體復合物的形式出現，基因位于染色體2q33.2，由3個外顯子和2個內含子組成，全長約7.7 kb，含375個氨基酸，蛋白分子量為45～55 ku[7]。受Mstn影響的基因組區(qū)域稱為Callipyge基因座，在人類中也稱為14q32基因座[8]。

Mstn作為TGF-β超家族中的激活素/Mstn亞群，同其他家族成員的成熟結構域信號約有90%的相同性，但Mstn基因C端氨基酸序列相對更短。Lee等[9]對人、鼠、牛等多種動物的Mstn基因進行克隆測序后，得出了在進化過程中Mstn呈高度同源保守性的結論。

1.2 Mstn的調控及生物學作用 Mstn主要通過激活特定的激活素RⅡB受體(activin type ⅡB receptor, ACTRⅡB)來抑制成肌干細胞中表達的蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Akt/mTOR)通路并促進成肌細胞增殖而產生生物學效應[10]，其表達主要受叉頭框轉錄因子O(forkhead box transcription factor O, FoxO)的影響。相關文獻指出，Mstn可通過抑制IGF-I/P13K/Akt骨骼肌增生通路使肌肉萎縮[11]。在該過程中，Mstn可通過抑制Akt的磷酸化提高FoxO的活性，進而激活泛素蛋白水解系統，增強肌肉萎縮基因的表達。另外，FoxO1可通過結合Mstn啟動子區(qū)域來增強啟動子活性，誘導Mstn表達量增加，同時使得連接有Mstn啟動子的熒光素酶載體的活性增強，進一步抑制成肌細胞的分化[12]。

近期研究表明，除骨骼肌和心肌外，Mstn也存在于脂肪、心臟及腦等多種組織器官中，并與多種疾病的發(fā)生相關[1]。目前Mstn的生物學作用主要涉及以下幾個方面：(1)參與糖代謝，抑制其表達對IR具有改善作用。Mstn可能通過以下兩種方式參與糖代謝調節(jié)：一是肌肉質量低很可能導致葡萄糖處理能力下降，IR加劇[5-6]；二是通過TNF-α等炎癥因子影響胰島細胞和脂質代謝干預血糖[4]。(2)Mstn的缺失可延緩動脈粥樣硬化血脂異常和動脈粥樣硬化的發(fā)展[1]。有研究表明，心臟器質性病變及心力衰竭病人血漿Mstn濃度明顯增高[13]。(3)參與脂質代謝[14]。(4)抑制肌肉生長[2]。

2 Mstn與T2DM

動物研究發(fā)現，敲除Mstn基因能夠增加肌肉質量，減少脂肪量，并改善IR[15]。后續(xù)研究認為，Mstn基因敲除誘導的肌肉增加和脂肪減少與葡萄糖利用率和胰島素敏感性升高有關[16]。此外，在人類和小鼠模型研究中，肌肉和血漿中的Mstn水平升高與肥胖以及1型糖尿病和T2DM均有關。但是Mstn對葡萄糖代謝影響的體外研究結果是矛盾的。有研究發(fā)現，Mstn可抑制胎盤細胞系中的葡萄糖攝取，但Antony等[17]發(fā)現使用人胎盤提取物可增加葡萄糖攝取。

T2DM的發(fā)病機制復雜，一般認為與IR、胰島B細胞分泌功能受損、肝糖分泌過多等有關，前兩者被認為是T2DM的病理生理基礎，其中IR與骨骼肌質量相關[18]。導致IR的可能機制有：(1)炎癥反應?！癟2DM是一種慢性炎性反應性疾病”這一觀點已得到普遍認可。(2)胰島素信號通路受損。具體涉及蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)、SH3GL2蛋白(src homlogy 3-donain growth factor receptor or-bound 2-like, SH3GL2)等一系列具有調控胰島信號轉導的蛋白[19]。

Mstn影響葡萄糖代謝的機制可能歸因于以下兩點。一是肌肉組織本身。在正常人群中，骨骼肌對葡萄糖的清除率可達80%，且骨骼肌是體內最大的糖原儲備庫和胰島素敏感性組織，故骨骼肌質量與T2DM密切相關[20]。在相關研究中，僅抑制骨骼肌中的Mstn信號傳導而不干預脂肪代謝，胰島素敏感性有明顯改善[21]。Mstn可作為氧化劑，通過NF-κB和NADPH氧化酶的TNF-α信號傳導在骨骼肌細胞中產生活性氧(ROS)誘導氧化應激[13]。二是可能通過炎性因子，比如TNF-α等干預血糖調節(jié)。有研究發(fā)現，大量TNF-α可破壞胰島B細胞直接誘發(fā)IR導致糖尿病，同時，TNF-α還具有促進脂肪分解的作用，進而引起血漿游離脂肪酸水平升高，誘發(fā)高胰島素血癥與IR[20]。Wilkes等[13]在研究小鼠Mstn基因表達與IR的實驗中發(fā)現，Mstn的產生可能導致TNF-α等炎性反應因子增多，促進脂質在肝臟中儲存并誘導IR。此外，在該實驗中，與對照小鼠相比，敲除Mstn基因的小鼠肌肉組織中Akt中的絲氨酸473的磷酸化水平顯著增高。Akt是胰島素的許多代謝作用所必需的多效激酶。Akt底物之一的糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3, GSK3)中絲氨酸21/9的磷酸化水平也明顯增高，這一現象進一步證實了Mstn的缺乏可以改善IR[21]。

3 Mstn與動脈粥樣硬化

Joshua等[1]在驗證Mstn缺失引起體質量增加、改善心臟性能和血管功能的假說時發(fā)現，Mstn的減少導致小鼠體內β-腎上腺素水平增高，冠狀動脈和肌肉微循環(huán)中的小動脈擴張，而主動脈則不受影響。該研究認為Mstn的缺失部分模擬了運動對心血管功能的影響，顯著增加了瘦肌肉的質量，并導致骨骼肌血管內皮依賴性的舒張增強[16]。這表明，肌肉質量增加可以充當針對心臟功能、β-腎上腺素能系統和血管內皮一氧化氮生物利用度導致的動脈粥樣硬化的病理狀態(tài)的緩沖。該研究確定了Mstn缺失對心血管系統的影響[1]，關鍵發(fā)現是：(1)Mstn缺失對基礎代謝沒有明顯作用；(2)Mstn的缺失增加了左室短軸縮短率；(3)血管反應性增加，尤其是在肌肉發(fā)達者中，對血管內皮的刺激作用更顯著。在探索急性心肌梗死(AMI)后GDF8與肌鈣蛋白I峰值水平之間關系的過程中，Alexandre等[21]認為GDF8水平可以反映AMI期間的心肌損害程度，且GDF8失活是預防與缺血性心血管疾病發(fā)展相關的危險因素的潛在目標。

動脈粥樣硬化是一種慢性炎性反應性疾病，特點是受累動脈的病變從血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖并遷移形成新的內膜開始，先后有多種病變合并存在，VSMC、巨噬細胞等多種細胞參與該過程[22]。Mstn不僅在心肌細胞表達，而且在VSMC中表達，Eveline等[8]進一步證明，直接抑制Mstn基因區(qū)域的14q32 microRNA的表達，可減少血管內膜增生以及巨噬細胞浸潤和粥樣斑塊形成，且可刺激新生血管形成。

Mstn與多種心血管危險因素相關，而高血壓是動脈粥樣硬化的主要危險因素之一[23]。在代謝綜合征小鼠模型中，GDF8缺失導致肌肉量增加并阻止了血壓升高，肌肉質量下降是肥胖引起心血管功能障礙的一種新的危險因素[24]。高脂血癥是動脈粥樣硬化的獨立危險因素，Mstn的活性與載脂蛋白B100(ApoB100)、總膽固醇水平等呈正相關，破壞Mstn不僅改善了高脂飲食引起的脂肪積累，而且減少了肝動脈粥樣硬化性脂蛋白的分泌，保護肝臟，對抗促動脈粥樣硬化性血脂異常的發(fā)展[14-15,22]。

4 Mstn與T2DM合并動脈粥樣硬化

目前已明確Mstn與糖尿病和動脈粥樣硬化均相關，但與糖尿病合并心血管疾病的相關研究較少，其機制尚未闡明。Tu等[6]認為血脂異常發(fā)揮了重要作用。一方面，Mstn可能直接參與脂肪代謝，加快內皮細胞脂質沉積，同時可能會促使機體釋放炎癥因子損傷內皮，增加T2DM和動脈粥樣硬化風險[1,14]。另一方面，胰島素可以作為脂肪分解和肝臟極低密度脂蛋白(very low-density lipoprotein，VLDL)產生的重要調節(jié)劑[23]。當發(fā)生胰島代謝功能紊亂時，血脂代謝出現異常，并導致高脂飲食的小鼠出現動脈粥樣硬化[22]。肥胖的IR小鼠模型在出生后用中和抗體阻斷Mstn，可顯著改善葡萄糖波動，降低循環(huán)中的甘油三酯，并增加脂肪組織來源的細胞因子脂聯素(adiponectin，APN)的循環(huán)濃度[25]。已知APN是唯一被證明與心血管疾病、代謝綜合征及糖尿病呈負相關的脂肪因子[26]。LDL受體/Mstn雙敲除小鼠的VLDL生成減少，脂質分布得到改善，表明缺乏Mstn似乎也可以保護LDL受體無效的小鼠免于血脂異常和動脈粥樣硬化形成[15]。

糖尿病和動脈粥樣硬化都可視為代謝綜合征的表現，Mstn可作用于兩種疾病發(fā)病機制的多個環(huán)節(jié)，其中與胰島素代謝紊亂和炎癥反應引起的內皮損傷關系密切，且高脂血癥的作用越來越受到重視。提示Mstn與T2DM合并動脈粥樣硬化的發(fā)病密切相關。

5 臨床意義與展望

有多項研究表明，拮抗Mstn策略在肌少癥、肥胖癥等疾病中發(fā)揮作用。Mstn抑制劑在治療老年人肌肉衰減綜合征方面有重要作用，甚至有研究稱Mstn抑制劑可以改變進行性假肥大性肌營養(yǎng)不良(progressive pseudo-hypertrophic muscular dystrophy，DMD)的表型[27]。使用Mstn抗體對肩袖撕裂后的肌萎縮、纖維化、脂肪浸潤等肌肉退變有一定的抑制作用[28]。目前，對人使用Mstn抑制劑已顯示出其在增加肌肉量和減少脂肪量方面的特異性、安全性和有效性[29-30]。

Mstn對T2DM及動脈粥樣硬化的預防以及新的治療方向上有著積極的意義。Mstn不僅可以抵抗皮下和內臟脂肪的蓄積及IR，還可以防止血脂異常以及延緩動脈粥樣硬化的發(fā)展。這些研究展示了Mstn抑制劑可作為預防或治療T2DM及動脈粥樣硬化的有效藥物的可能性。通過檢測糖脂代謝異常病人血中的 Mstn水平，可以早期預測、識別心血管事件發(fā)生的高危病人，把 T2DM的干預提前到糖耐量減低(impaired glucose tolerance，IGT)階段，同時為防治T2DM及糖尿病血管病變提供新的藥物治療靶向。因此，研究Mstn對人類的生理健康意義重大，可能有助于揭示糖尿病及動脈粥樣硬化形成的機制，并可為防治糖尿病并發(fā)癥及嚴重心血管事件提供新的方案?？赏ㄟ^檢測肥胖人群Mstn水平，預測及預防T2DM及動脈粥樣硬化，幫助肥胖病人找到有效的減肥方式，同時，Mstn抑制劑可能作為能夠改善IR和阻止脂肪積累及延緩動脈粥樣硬化進展的新型藥物被廣泛使用。雖然理論上Mstn應用前景廣闊，但由于其作用機制尚不明確，且其抑制劑對人體的安全性尚有爭議，故仍需進行進一步的研究來闡明及證實。