王琦 翟愛華 劉玉林 劉旭靜

(1濟(jì)南市第五人民醫(yī)院藥學(xué)部,山東 濟(jì)南 250022;2山東省第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 山東省千佛山醫(yī)院普通外科學(xué);3濟(jì)南市第五人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科)

糖尿病的發(fā)病率逐年遞增,到2040年,全球成年糖尿病患者的比例預(yù)計(jì)將增加到10.4%,即6.42億糖尿病患者〔1〕,嚴(yán)重危害人類的健康。細(xì)胞內(nèi)慢性高血糖和遺傳易感性最終會影響微血管系統(tǒng),導(dǎo)致來自腎臟、眼睛和神經(jīng)系統(tǒng)的并發(fā)癥。Apelin是脂肪細(xì)胞分泌的一種脂肪細(xì)胞因子,在體內(nèi)分布廣泛,具有抗糖尿病的特性。Apelin是血管緊張素Ⅱ 1型受體相關(guān)的G蛋白耦聯(lián)受體(APJ)的特異性配體,越來越多的研究表明,Apelin/APJ系統(tǒng)與糖尿病及微血管病變的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文概括Apelin/APJ系統(tǒng)在糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變、糖尿病周圍血管病變中的作用,為糖尿病微血管并發(fā)癥的治療提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 Apelin/APJ系統(tǒng)

1.1Apelin 1998年,Tatemoto等〔2〕成功發(fā)現(xiàn)了Apelin,指出Apelin是APJ的內(nèi)源性配體。Apelin位于Xq25-q26.3染色體上,其前體肽原含有77種氨基酸,氨基酸序列同源性高達(dá)76%～95%〔3〕。由于蛋白酶體切割的不同位點(diǎn),生成多種Apelin亞型,包括Apelin-12,-13,-16,-17,-19,-28,-31,-36,焦谷氨酸型Apelin-13。較短的異構(gòu)體,如Apelin-13,對APJ受體有較高的親和力〔4〕,C末端至少有12個(gè)氨基酸,是功能所必需的〔5〕。Apelin的亞型在不同器官中分布是不一樣的〔6〕。

1.2APJ受體 APJ 是由人類APLNR基因編碼的377個(gè)氨基酸組成的,它是APJ中α-γ類受體的一員,參與多種生理和病理生理功能。例如,APJ在心血管系統(tǒng)、能量代謝、體液穩(wěn)態(tài)和血管生成等方面發(fā)揮作用〔7〕。APJ雖然在結(jié)構(gòu)和分布上與血管緊張素Ⅱ 1型受體有高度相似性,但對血管緊張素Ⅱ沒有親和性。N端糖基化在調(diào)節(jié)表達(dá)、穩(wěn)定性、折疊和配體的結(jié)合方面起著重要作用。C端尾部的棕櫚?；瘏⑴c其膜結(jié)合,影響APJ的內(nèi)化、二聚體和配體結(jié)合〔8〕。

1.3Apelin/APJ系統(tǒng)的表達(dá) Apelin和受體APJ在組織中廣泛表達(dá)。Apelin在調(diào)節(jié)體液和葡萄糖穩(wěn)態(tài)、攝食行為和免疫功能方面發(fā)揮著重要作用〔9〕。APJ基因在人類脂肪組織和肌肉中的表達(dá)調(diào)控與小鼠相似〔10〕。相對于對照組,APJ mRNA水平在高脂喂養(yǎng)的小鼠的睪丸周圍脂肪、肺、下丘腦、垂體、肝臟、腎臟、肌肉、卵巢、心臟和腎上腺的是沒有差異的,只在腎周脂肪有輕微的表達(dá)量增加〔11〕。也有研究證明,在高脂喂養(yǎng)的小鼠和糖尿病小鼠的骨骼肌中,APJ 的表達(dá)是降低的;在糖尿病小鼠的脂肪組織中,APJ的表達(dá)沒有明顯的變化,但是在高脂喂養(yǎng)的小鼠脂肪組織中,APJ的表達(dá)量增加〔10〕。然而Zhang等〔12〕發(fā)現(xiàn)2型糖尿病小鼠中Apelin陽性染色的腎小球的數(shù)目是增多的,在2型糖尿病病人和小鼠腎臟中,都可檢測到高表達(dá)的Apelin。在腎臟疾病中apelin和APJ在腎臟中的表達(dá)水平可發(fā)生改變。Apelin/APJ系統(tǒng)在糖尿病和糖尿病微血管并發(fā)癥中可能發(fā)揮潛在作用,參與其生理病理過程。

2 Apelin對糖尿病和糖尿病微血管病變的調(diào)控作用

2.1Apelin與糖尿病 一項(xiàng)薈萃分析顯示,與健康成人相比,2型糖尿病的肥胖患者的血漿Apelin水平明顯增加〔13〕。在1型糖尿病中,血漿Apelin的水平也高于健康兒童,胰島素分泌不足導(dǎo)致Apelin濃度增加〔14〕。但現(xiàn)在關(guān)于糖尿病患者中血漿Apelin的水平存在爭議。研究發(fā)現(xiàn),新診斷但尚未治療的2型糖尿病患者其血清Apelin水平降低〔15〕,經(jīng)過治療后,血清Apelin的水平又顯著升高〔16〕。這表明在2 型糖尿病發(fā)生發(fā)展的不同階段,可能會啟動不同的信號通路調(diào)節(jié)Apelin表達(dá),從而影響Apelin的水平。研究證明在肥胖的高胰島素血癥的小鼠和患者中,血漿Apelin水平是升高的,胰島素在體內(nèi)和體外對脂肪細(xì)胞Apelin的產(chǎn)生有直接促進(jìn)作用〔17〕。Apelin和胰島素之間是相互影響的,Apelin的水平既受到胰島素的調(diào)控,也很可能會影響胰島素的產(chǎn)生。S?rhede等〔18〕研究發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)和體外Apelin-36通過改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)抑制葡萄糖刺激的胰島素分泌。Apelin-13被證明可通過激活PI3激酶依賴的磷酸二酯酶3B抑制胰島素對靜脈葡萄糖或胰腺β細(xì)胞的胰高血糖素樣肽1的分泌反應(yīng),并隨后抑制環(huán)磷酸腺苷(cAMP)水平〔19〕。此外,Gourdy等〔20〕研究發(fā)現(xiàn)Apelin在調(diào)控肥胖患者的胰島素敏感性中起著不可或缺的作用。在正常和胰島素抵抗小鼠中Apelin可以提高外周葡萄糖攝取〔21〕。Apelin可作為高胰島素血癥的一個(gè)外源性胰島素增敏劑,與胰島素敏感性密切相關(guān)。Apelin在糖尿病、肥胖等相關(guān)代謝性疾病中,發(fā)揮著重要價(jià)值。

2.2Apelin與糖尿病腎病 糖尿病腎病可引起終末腎衰竭。大約有1/3的糖尿病患者可發(fā)展成為糖尿病腎病。糖尿病腎病的早期臨床表現(xiàn)為腎小球肥大和腎小球基底膜增厚,隨著疾病的發(fā)展,高腎小球?yàn)V過率可導(dǎo)致蛋白尿,最終發(fā)展為終末期腎病。糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,Apelin/APJ系統(tǒng)在糖尿病腎病中起重要作用。與健康受試者相比,2型糖尿病患者血清中Apelin水平較高。尿白蛋白與血清Apelin水平呈正相關(guān)。此外,Apelin增加了KK小鼠尿液中的微量蛋白和肌酐的比例〔12〕。Apelin劑量性增加了腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的遷移、增殖和趨化性,上調(diào)Apelin可促進(jìn)脂肪量增加,促進(jìn)腎小球血管生成,形成異常血管,并通過上調(diào)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)R2和酪氨酸蛋白激酶(Tie)2的表達(dá)來增加滲透性〔12〕。Apelin/APJ系統(tǒng)通過自分泌和旁分泌的方式誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的產(chǎn)生〔22〕。因此Apelin能夠促進(jìn)腎小球的血管生成,通過調(diào)節(jié)VEGF形成異常血管,同時(shí)通過調(diào)節(jié)VEGF增強(qiáng)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的通透性。二磷酸腺苷的表達(dá)增強(qiáng)了腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的通透性。Apelin對糖尿病腎病的血管功能也有調(diào)節(jié)作用。Db/db小鼠腎動脈APJ蛋白降低,對血管緊張素(Ang)Ⅱ和Ang Ⅳ的收縮反應(yīng)增加。但是,補(bǔ)充Apelin后,糖尿病小鼠的腎血管對Ang Ⅱ和乙酰膽堿的異常張力的反應(yīng)則相反。Apelin的這些作用被認(rèn)為主要是通過激活內(nèi)皮型一所氧化氮合酶(eNOS)磷酸化和增強(qiáng)一氧化氮(NO)生成〔23〕。

Apelin對糖尿病腎病的作用是存在爭議的,一部分研究認(rèn)為Apelin可作為治療糖尿病腎病的新工具。Silva等〔24〕研究發(fā)現(xiàn)不同Apelin水平與2型糖尿病的心血管死亡率、住院率、腎功能、心血管危險(xiǎn)因素密切相關(guān)。Apelin水平高的患者有83個(gè)月的高生存率,Apelin水平是死亡和住院的獨(dú)立預(yù)測因子。Chen等〔25〕指出Apelin可通過調(diào)節(jié)組蛋白乙?；饔靡种铺悄虿∧I病的進(jìn)程。在自發(fā)性糖尿病小鼠模型中,尾靜脈注射Apelin后,可以降低糖尿病誘導(dǎo)的腎小球?yàn)V過率,減少蛋白尿,腎小球肥大,腎小球系膜擴(kuò)張和腎臟炎癥的發(fā)生〔25〕。Apelin恢復(fù)了抗氧化酶過氧化氫酶的表達(dá),通過刺激抗氧化途徑發(fā)揮腎保護(hù)作用〔26〕。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠中,Apelin也可以促進(jìn)NO產(chǎn)生,緩解腎臟組織的纖維化,從而減緩糖尿病腎病的進(jìn)程〔27〕。然而另一部分研究證實(shí)Apelin是促進(jìn)糖尿病腎病進(jìn)展的關(guān)鍵因素〔12,28,29〕。糖尿病患者Apelin濃度升高,Apelin可通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、蛋白激酶 B(Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路抑制足細(xì)胞自噬〔30〕或通過抑制蛋白酶體活性〔29〕誘導(dǎo)足細(xì)胞功能障礙,導(dǎo)致細(xì)胞器紊亂、足突消失和足細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致腎小球?yàn)V過膜通透性增加,蛋白尿和腎功能障礙,促進(jìn)糖尿病腎病進(jìn)展。綜上,糖尿病腎病是一個(gè)復(fù)雜的過程,不僅包括腎小球硬化、腎血管病變,還包括腎小管間質(zhì)的纖維化。Apelin的作用與糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展的許多因素有關(guān),如胰島素抵抗、肥胖和糖脂代謝紊亂。

2.3Apelin與糖尿病視網(wǎng)膜病變 糖尿病視網(wǎng)膜病變是一種常見的微血管并發(fā)癥,最終可導(dǎo)致糖尿病患者失明。糖尿病視網(wǎng)膜病變與血管功能障礙和阻塞、視網(wǎng)膜水腫、出血和新生血管異常形成有關(guān)。一旦毛細(xì)血管被阻塞,缺氧刺激血管生長因子,如VEGF和Apelin,引起新生血管的形成〔31〕。新生血管脆弱,易出血,易在玻璃體內(nèi)形成異常的纖維血管組織,導(dǎo)致視力下降。

Apelin可促進(jìn)糖尿病視網(wǎng)膜病變的進(jìn)程〔32〕。與無視網(wǎng)膜病變的2型糖尿病患者相比,增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變患者血清Apelin水平顯著升高。與增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變相比,Apelin水平在非增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變中無統(tǒng)計(jì)學(xué)變化。在增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的視網(wǎng)膜上膜、玻璃體和內(nèi)皮細(xì)胞及視網(wǎng)膜纖維血管膜中Apelin的信使核糖核酸(mRNA)水平顯著升高〔32〕。增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變是一種中晚期糖尿病視網(wǎng)膜病變,是導(dǎo)致嚴(yán)重視力損害甚至失明的主要原因〔33〕。Apelin/APJ通過視網(wǎng)膜新生血管參與增殖期視網(wǎng)膜病變的發(fā)展,在糖尿病視網(wǎng)膜病變中Apelin/APJ的濃度升高〔34〕。Apelin敲除小鼠或細(xì)胞中沉默Apelin,視網(wǎng)膜血管生成減少,延緩糖尿病視網(wǎng)膜病變從非增殖期發(fā)展到增殖期〔35〕,表明Apelin參與了糖尿病視網(wǎng)膜病變。

VEGF參與視網(wǎng)膜滲出、出血和視網(wǎng)膜新生血管的形成,是視網(wǎng)膜血管生成最重要的主要介質(zhì),被認(rèn)為是糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)病的主要因素〔36〕。VEGF、Apelin和血紅素氧合酶(HO)-1與增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生有關(guān)〔36〕。Apelin對糖尿病視網(wǎng)膜病變的影響可能是通過調(diào)節(jié)VEGF來實(shí)現(xiàn)的〔34〕。也有研究報(bào)道,Apelin直接作用于視網(wǎng)膜血管的發(fā)展,與VEGF無關(guān)〔32,37〕。VEGF的水平與糖尿病視網(wǎng)膜病變的嚴(yán)重程度并不完全相關(guān)〔38〕。因此Apelin被認(rèn)為是視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞中的一種新的血管生成因子,可增強(qiáng)視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞RF/6A細(xì)胞的遷移、增殖和毛細(xì)血管樣管的形成,在體內(nèi)可增加基底膜基質(zhì)中毛細(xì)血管樣的形成和血紅蛋白含量〔39〕。Apelin的 mRNA在血管系統(tǒng),尤其是血管內(nèi)皮細(xì)胞中高度表達(dá)〔40〕。Apelin的小干擾RNA不依賴于VEGF/VEGFR 2信號通路抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖〔37〕。動物實(shí)驗(yàn)表明,在缺血性視網(wǎng)膜病變模型中,抑制Apelin可促進(jìn)視網(wǎng)膜血管成熟,而在病理性視網(wǎng)膜血管生成中,抑制Apelin表達(dá)可使內(nèi)皮細(xì)胞從增殖狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒鞝顟B(tài)〔35〕。綜上所述,Apelin參與了糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)展過程,是否可成為除VEGF抑制劑外治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的作用靶點(diǎn)值得深入研究。

2.4Apelin與糖尿病周圍神經(jīng)病變 糖尿病周圍神經(jīng)病變作為糖尿病的主要并發(fā)癥之一,起病隱匿,在糖尿病發(fā)展的不同階段中均可能發(fā)生,高達(dá)10%～20%的2型糖尿病患者在初診時(shí)即存在糖尿病神經(jīng)病變,50%以上的糖尿病病人最終會發(fā)展成糖尿病周圍神經(jīng)病變。然而,此病變在糖尿病早期往往癥狀輕,主要累及小纖維神經(jīng),無典型癥狀,容易被忽視或誤診。但隨著病變程度的加重,波及大直徑的感覺纖維,患者可出現(xiàn)深感覺障礙、腱反射減弱、麻木、疼痛等各種臨床表現(xiàn),若不能及早發(fā)現(xiàn)、干預(yù),會嚴(yán)重影響患者預(yù)后,重者可誘發(fā)足潰瘍,甚至下肢壞疽、截肢。糖尿病周圍神經(jīng)的病因復(fù)雜,是高血糖、氧化應(yīng)激、內(nèi)皮功能障礙等多種因素綜合的結(jié)果。Apelin廣泛存在于整個(gè)神經(jīng)軸的神經(jīng)元胞體和纖維中〔41〕,研究發(fā)現(xiàn),相比于健康成人和未發(fā)生周圍神經(jīng)病變的糖尿病患者,血清Apelin水平在糖尿病周圍神經(jīng)病變中是升高的〔42,43〕。這可能是由于Apelin可改善胰島素敏感性〔20〕和增加葡萄糖使用〔21〕引起的。此外,在糖尿病患者中Apelin升高可能與內(nèi)皮功能障礙和糖尿病患者微血管疾病有關(guān)。Martin等〔44〕研究表明,糖尿病周圍神經(jīng)病變神經(jīng)系統(tǒng)效應(yīng)的共同病理生理學(xué)可能與微血管病有關(guān)。越來越多的證據(jù)表明Apelin可以消除活性氧,保護(hù)皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞,減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡的作用〔45〕。Apelin還可以通過抑制N-甲基-D-天門冬氨酸受體表達(dá)和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的積聚及鈣蛋白酶活性,抑制毒性信號的傳導(dǎo),保護(hù)神經(jīng)避免毒性損傷,抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡〔41〕。血管內(nèi)皮功能障礙、微血管病變及糖尿病患者足部皮膚中表皮神經(jīng)纖維的缺失,均加重糖尿病周圍神經(jīng)病變的發(fā)展。在對小鼠缺血模型的研究中,Apelin可改善缺血后肢的血液灌注,表明Apelin可改善糖尿病足的外周血管灌注和血管功能〔46〕。因此,Apelin水平有可能成為早期發(fā)現(xiàn)糖尿病周圍神經(jīng)病變和糖尿病足的一種保護(hù)性預(yù)測因子,并且?guī)硇碌闹委煼较颉?/p>

綜上,Apelin參與糖尿病和糖尿病微血管病變的發(fā)生發(fā)展,使其極有可能成為治療這些疾病的重要靶分子,但仍有問題亟待解決,如在治療與未治療的糖尿者呈現(xiàn)的血清水平不一致,與糖尿病腎病的關(guān)系呈現(xiàn)雙向性,這可能與糖尿病腎病病理機(jī)制的復(fù)雜性和Apelin的組織分布、信號通路的不同及相互交叉有關(guān)。因此,對這些問題的進(jìn)一步研究,有助于明確Apelin在人體生理病理狀態(tài)下的具體作用及機(jī)制,為防治糖尿病和糖尿病微血管病變提供新的藥物作用靶點(diǎn)。