脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白在心血管疾病中的作用

朱玉芳 李康 郝冉 蒋睿 车娟

(1河北医科大学,河北 石家庄 050017；2石家庄市人民医院;3河北女子职业技术学院)

肥胖是代谢综合征和心血管疾病(CVD)发生发展的主要危险因素，并且内脏型的肥胖和非脂肪组织中的包括心脏在内的异位脂肪积累都与心脏结构异常和心脏代谢风险增加有关〔1〕。相关研究表明肥胖、超重和CVD的发生呈正相关，肥胖和超重者患心力衰竭(HF)的风险更大〔2〕。数据表明，肥胖与HF的风险直接相关，与代谢状态无关〔3〕。

脂肪组织作为一种内分泌器官，产生和分泌多种生物活性因子，即脂肪因子，参与脂肪组织与包括心脏在内的周围器官之间的交流。研究最多的脂肪因子是脂联素、瘦素、抵抗素、纤溶酶原激活物抑制剂(PAI)-1和肿瘤坏死因子(TNF)-α。然而越来越多的证据表明脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(FABP)4是参与代谢疾病和CVD发展的重要脂肪因子。FABP4相关的心脏重构和心功能障碍可能直接导致HF的发生〔4〕。除了脂肪细胞外，巨噬细胞、树突状细胞、心脏和心外膜脂肪组织中表达FABP4，相关研究也进一步支持了FABP4对肥胖和代谢的心功能异常发展的内分泌或旁分泌效应。本文重点阐述FABP4作为脂质伴侣的重要作用及FABP4作为CVD的心脏代谢预测因子和作为CVD治疗靶点的可能性。

1 FABP4的结构、作用

根据哺乳动物不同组织的FABPs分布，已鉴定出至少9种不同的FABP亚型，FABP4是其中一种。

尽管FABP家族不同成员之间的序列识别范围很广(15%～70%)，所有成员都有相似的三维结构，都以形成椭圆形的β-折叠桶为特征，即由10条反向平行的β链形成，桶状结构的一端有2个短α螺旋，形成一个螺旋-转角-螺旋结构域，是FABP结合配体的入口〔1〕，口径显著大于与之结合的脂质，没有结合脂肪酸的FABPs的入口更加开放。

FABPs是一个细胞内脂质伴侣家族，负责调节细胞中的脂质转运和反应，并与代谢和炎症相关联。与FABPs的其他成员一样，FABP4能够可逆地与疏水配体〔如饱和和不饱和长链脂肪酸(FA)、类花生酸类物质和其他脂类(Co)〕结合，除了FABP1可结合两种脂肪酸外，通常FABP可结合一个长链脂肪酸，具体来说，可促进脂肪酸到细胞中的特定细胞器〔如线粒体、过氧化物酶体、内质网(ER)和细胞核〕的转运，在细胞层面参与脂质转运和应答的调控。另外，FABP4还参与调节细胞质中酶的活性和脂滴的储存，参与FA向类花生酸类物质的转化和白三烯的稳定。

由于结构上的差异，每一种脂肪酸具有不同的配体选择性和结合亲和力。在脂肪酸结合亲和力测定中，FABP4对长链脂肪酸的亲和力和选择性通常高于白蛋白。亚油酸和α-亚麻酸是必需的多不饱和脂肪酸，在基础条件下和FABP4的亲和力最高，这提示转运亚油酸和α-亚麻酸是FABP4的一种生理功能。在氧化应激状态下，除棕榈酸外，FABP4与大多数脂肪酸的亲和力均降低，这表明在特定的条件，如肥胖引起的氧化应激下，棕榈酸作为一种饱和脂肪酸和FABP4具有较高的亲和力〔5〕。

此外，FABP4还通过一种与特定蛋白-蛋白相互作用的分子机制增强了激素敏感脂肪酶(HSL)的水解活性，FABP4通过参与递送特定的过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)激动剂，包括胰岛素致敏剂和亚油酸，从细胞质到细胞核核调节PPAR活性。而且只有当FABP4与PPARγ型(PPARγ)激动剂结合时，FABP4核定位信号才存在于蛋白质的三维结构中。同时，结合非PPAR活化剂(包括油酸酯或硬脂酸盐)的FABP4配体不会导致稳定的核定位信号〔1〕。总之，FABP4是控制脂质代谢和胰岛素敏感性的有关的调控蛋白。

由PPAR激动剂(如吡格列酮)和或钠-葡萄糖共转运体(SGLT)2抑制剂(如卡格列净)诱导的FABP4水平的增加，可能作为亚油酸和α-亚麻酸的载体发挥生理功能〔6〕。因此，必须加强饮食治疗，以减少内脏脂肪的积累，并防止FABP4与棕榈酸的结合，特别是在使用PPARγ激动剂和或者SGLT2抑制剂时。

尽管缺少N端分泌信号序列，已有研究报告FABP4从脂肪细胞中的分泌与通过AC-PKA和GC-PKG信号通路调节的脂肪分解有关联〔7〕，并在包括心脏在内的几个器官中充当脂肪因子。

2 FABP4与心脏能量供应

考虑到FABP4作为FA载体的作用，这种蛋白对心肌细胞收缩和心肌重塑的作用可能是通过调节心肌细胞能量产生的底物摄取来实现的。健康心脏的能量需求70%由FAs来满足，20%由葡萄糖满足，乳酸和酮体构成心脏剩余的能量来源〔8〕。从循环到心肌细胞的底物摄取是一个由毛细血管内皮细胞(ECs)精细调节的过程。与具有大开口的、允许包括白蛋白和乳糜残余物的微粒通过的窦状ECs相比，心脏毛细血管内皮细胞中的FA转运涉及毛细血管内皮细胞质中与FA具有高度亲和力的蛋白质。因此，FABP4可能有助于心脏代谢紊乱的失调，通过调节外部底物如FAs到心肌细胞的转运而导致收缩功能的缺陷和HF。

由于FABP4受PPARγ的转录调控，该核受体可能通过调控ECs中的FABP4和其他FA转运蛋白而促进经内皮FA的转运。PPARγ激活通过FABP4和脂肪酸转运酶(FAT)/CD36的转录调控，诱导人心脏微血管ECs摄取FA。有趣的是，FABP4或CD36的敲除部分抑制了PPARγ诱导的FA摄取效应〔9〕，提示这两种PPARγ靶点都参与了这一过程。尽管如此，还需要进一步的研究，以充分阐明FABP4在调控底物摄取及其这些底物在心脏中的利用的角色。

3 FABP4的表达

FABP4在脂肪细胞分化过程中被强烈诱导表达，这导致了它作为脂肪细胞分化标志的建议。与脂肪细胞相似，FABP4在单核细胞向巨噬细胞分化过程中也有表达，其表达受多种促炎因子的调节〔10〕。类似于巨噬细胞，单核细胞来源的树突细胞在分化过程中表达FABP4。

在正常条件下FABP4在毛细血管和静脉的内皮细胞中表达，而在动脉中不表达。血管内皮生长因子(VEGF)-A治疗，通过VEGF受体-2或基本成纤维细胞生长因子(bFGF)诱导FABP4在内皮细胞表达，FABP4的表达又促进了内皮细胞的增殖和促进血管的生成〔11〕。细胞衰老和氧化应激也诱导微血管内皮细胞表达FABP4。此外，损伤的动脉内皮细胞中FABP4被异位诱导〔12〕。

近年来的动物实验研究表明FABP4在心肌细胞中也有表达，心肌细胞中过表达FABP4加剧了压力超负荷引起的心肌肥厚反应，心肌细胞分泌的FABP4可能通过自分泌/旁分泌的方式激活细胞外调节蛋白激酶(ERK)和相关的肥大信号〔13〕。然而，由于对细胞膜上可能存在的FABP4受体的了解有限，目前还无法做出最终的结论。Elie等〔14〕研究发现在CVD患者中，心包腔是一种独特的脂肪细胞因子微环境，特别是FABP4主要来源于心脏。Obokata等〔15〕研究发现FABP4水平在急性心肌梗死发生后的早期显著升高，并在院外心搏骤停幸存者中显著升高，可能是由于伴有急性CVD的肾上腺素能过度驱动，使心外膜脂肪中的FABP4迅速释放所致。另外，有临床证据证明HF患者血清中FABP4浓度明显高于非HF患者，这种联系随HF严重程度而显著增加〔4〕。相反，在3T3-L1脂肪细胞中用W-3脂肪酸〔16〕和西他列汀〔17〕处理降低了FABP4表达。巨噬细胞中，用阿托伐他汀治疗和二甲双胍(抗糖尿病药、降血糖药)〔18〕治疗后降低了FABP4表达。FABP4的表达受转录因子CCAAT/增强子结合蛋白(C/EBPs)和PPARγ在转录水平上的调控〔19〕。此外，环磷酸腺苷(cAMP)通过释放FABP启动子中的负性调节元件进一步控制FABP表达。此外，Schlottmann等〔20〕研究发现FABP4的分泌也由细胞内钙依赖性通路调节。

4 FABP4缺乏的表型

在动物实验模型中，FABP4缺乏对因遗传或饮食引起的肥胖者糖尿病和动脉粥样硬化性CVD的发展有保护作用，如增加高脂致动脉粥样硬化饮食喂养的载脂蛋白(Apo)E缺乏小鼠的存活率及减少主动脉粥样硬化病变〔19〕；还可以改善非糖尿病和链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠的左室功能及减轻缺血/再灌注诱导的心肌损伤〔21〕。

人类FABP4启动子(T-87C)基因功能变异，导致脂肪组织表达FABP4降低，更低的血清三酰甘油水平，显著降低Ⅱ型糖尿病和冠状动脉疾病〔22〕。

FABP4和FABP5的氨基酸同源性为52%，FABP5作为FABP4相关脂伴侣，与多种脂肪酸具有相似的亲和力和选择性〔1〕。除了脂肪细胞和巨噬细胞以外，FABP5与FABP4在心脏和肾脏中的微血管内皮细胞甚至是大血管的内皮细胞〔23〕中共表达。FABP5缺失抑制低密度脂蛋白受体缺乏的小鼠在西式高胆固醇饮食中的动脉粥样硬化。FABP4和FABP5联合缺乏小鼠(FABP4-/-FABP5-/-)对动脉粥样硬化的保护作用比FABP4或FABP5缺乏的小鼠更多〔19〕。FABP4-/-FABP5-/-小鼠经心肌和骨骼肌毛细血管内皮细胞摄取脂肪酸有缺陷，并在禁食期间，代偿性上调这些组织中葡萄糖消耗〔24〕。

5 FABP4可作为CVD的心脏代谢预测因子

FABP4除了作为肥胖的生物标志物以外〔25〕，根据第三代弗雷明翰心脏研究组的数据表明，FABP4与体重指数(BMI)、三酰甘油、总胆固醇、舒张期血压、高密度脂蛋白水平降低和肾小球滤过率受损(eGFR)这些代谢综合征不同因素有关〔26〕。

由于代谢综合征和胰岛素抵抗与CVD密切相关，相关研究也提出血液中FABP4水平和CVD之间有很强的关联〔27〕，Liu等〔28〕报道了血浆FABP4水平与男性Ⅱ型糖尿病患者的CVD死亡率升高相关，FABP4水平能预测长期心血管事件和死亡。一项为期12年的前瞻性研究表明，FABP4作为一种生物标记物的潜在作用，是预测个体患CVD的潜在的独立危险因素，显示FABP4的预测值超过基于传统的风险预测因子〔29〕。

在人类中，循环FABP4水平与颈动脉内膜中层厚度增加、冠状动脉粥样硬化负荷及狭窄冠状动脉数目有关〔30〕。Furuhashi等〔31〕研究发现基础的FABP4水平与作为动脉粥样硬化标志的颈动脉内膜中膜厚度的变化独立相关，表明FABP4水平预测了动脉粥样硬化的进展。

近年来，循环FABP4可能被证明是急性冠脉综合征患者危险分层的一种有用的预后生物标志物〔32〕。此外，FABP4是冠心病或急性缺血性脑卒中患者心血管预后的重要预测因子〔33〕。Furuhashi等〔5〕发现冠状动脉狭窄评分与冠状静脉-动脉间FABP4有较强相关性，多因素分析显示，FABP4是在传统危险因素调整后冠状动脉狭窄严重程度的独立预测因子。毛帅等〔34〕研究发现FABP4参与了整个心肌梗死的发生及发展过程，能够间接的反映出心肌梗死患者的病情、危险程度，与患者的心室重构之间存在相关性。此外，FABP4与心脏的改变有直接关系，并且与HF已有的特征〔如氨基末端B型利钠肽前体(NT-proBNP)〕直接相关。Liu等〔4〕研究发现FABP4浓度是HF的独立危险因素。这些发现支持FABP4作为肥胖或者炎症相关CVD的潜在介质的作用，能预测动脉粥样硬化、急性冠脉综合征、HF等CVD的发生和发展。

6 FABP4作为CVD的潜在治疗靶点

考虑到FABP4被认为是代谢相关CVD的一个贡献者，该分子的药理调节可能被认为是治疗CVD，尤其是HF的一种潜在的治疗方法。由于FABP4表达降低的个体会降低CVD的风险，此外，FABP4的药理抑制作用对动脉粥样硬化动物模型中动脉粥样硬化斑块的形成也有明显的保护作用，这些提示FABP4的药理抑制作用可能对CVD有一定的抑制作用，治疗策略的重点是抑制或减少FABP4的循环水平。在美国食品药品管理局(FDA)筛选批准的药物中，发现了几种作为FABP-结合分子的高亲和力FABP4抑制剂的药物，包括广谱抗生素左氧氟沙星〔35〕。此外，目前已有几种合成的FABP4抑制剂〔36，37〕。其中，BMS 309403是阻碍FAs与FABP4结合的一种口服活性小分子。与FABP4内部的脂肪酸结合位点相互作用，抑制内源性脂肪酸的结合。在实验模型中，BMS 309403被证明能改善胰岛素抵抗、糖尿病、脂肪肝和动脉粥样硬化。另一种FABP4抑制剂HTS 01037也能减弱巨噬细胞的促炎作用〔38〕。这些显示了FABP4抑制剂对炎症相关疾病的潜在影响。有研究也证明了用FABP4的抗体中和分泌FABP4可作为治疗胰岛素抵抗、Ⅱ型糖尿病和血管损伤〔10〕的可行途径。用短发夹RNA(shRNA)直接靶向肥胖糖尿病小鼠脂肪组织中FABP4的表达，发现了类似的作用〔39〕。此外，使用FABP4受体拮抗剂，尤其是PA结合的FABP4，将是一种新的治疗策略，尽管FABP4受体尚未确定〔17〕。虽然实验证据强烈支持抑制FABP4作为治疗与代谢有关的CVD的一种新兴的方法，但临床使用的FABP4抑制剂的有效性和安全性也还需要进一步的研究。

7 结 语

FABP4除了在脂肪细胞和巨噬细胞中表达，在心肌细胞和心外膜脂肪组织也有表达，已被确认是一种与CVD有关的新型脂肪因子。FABP4与代谢综合征、胰岛素抵抗、轻度炎症、动脉粥样硬化有关，因此，它被认为是CVD的心脏代谢预测因子。

实验研究支持FABP4与心脏改变有直接关系。然而，参与FABP4所致心功能不全的分子机制研究才刚刚开始出现。虽然有研究提出FABP4通过调节经内皮细胞到心肌细胞的能量供应来控制心肌功能。然而，FABP4在胰岛素抵抗的心肌细胞或心脏中的作用尚未被探索。目前尚不清楚FABP4是否在缺乏脂肪酸的情况下调节细胞信号，也尚不清楚这种分子是否能被心肌细胞内化，并参与细胞内如炎症、脂质氧化或脂质存储这些过程的调节。所以还需要进一步研究才能充分了解该分子在心脏调节、细胞应答中的作用。FABP4在多种CVD中作用重大，它可能是治疗CVD的一个新靶点〔40〕，抑制FABP4，中和或消除分泌的FABP4，或对FABP4的未知受体使用可能的拮抗剂，可能是对抗CVD的一种有效的治疗策略。除了研究对预防或改善HF或其它CVD的潜在影响外，还必须做更多的研究来确定这些药物的安全性，是否可以安全地应用于人类，并证明药物对CVD的疗效。