脂肪因子与糖尿病内皮功能障碍的研究进展

袁颜玉，郭青玉综述，邵加庆审校

0 引 言

随着全球经济的快速发展以及人们生活方式的改变，糖尿病的发病率越来越高，糖尿病血管并发症是导致糖尿病患者死亡的主要原因。越来越多的证据表明，糖尿病诱发的内皮功能障碍与其血管并发症的发生与发展密切相关。脂肪因子不仅可通过血液循环直接作用于血管内皮，还能通过影响交感神经系统活性、胰岛素敏感性等方式间接影响内皮功能。血管周围脂肪组织(perivascular adipose tissue，PVAT)既往被认为是一种单纯的血管支撑组织，但随着对PVAT功能认识的不断发展，已发现其能以旁分泌或内分泌的方式调控内皮功能。生理条件下，脂肪组织分泌的多种脂肪因子互相制约、互相平衡，以维持血管稳态，然而，糖尿病相关的代谢紊乱会诱发脂肪组织过度增生以及内分泌功能障碍，继而导致作用于内皮的脂肪因子谱发生改变，并最终导致内皮功能障碍的发生。本文就chemerin、apelin、vaspin等新型脂肪因子在糖尿病内皮功能障碍的发生与发展中所起的作用及其相关的分子机制作一综述。

1 糖尿病与内皮功能障碍

内皮功能障碍包括了血管内皮许多方面的功能性的改变，如血管收缩与舒张功能的失调、炎症反应过度激活、血管新生的失调等。在血管内皮细胞中，胰岛素主要通过两条互相拮抗的信号通路维持血管舒张与收缩功能的平衡。一方面，胰岛素与内皮细胞表面的胰岛素受体结合后，通过激活Raf-1/丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(mitogen-activated extracellular signal regulated kinase，MEK)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)信号通路诱导内皮素-1(endothelin-1，ET-1)的生成[1]；另一方面，胰岛素还能通过级联激活胰岛素受体底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)以及内皮型一氧化氮合成酶(endothelial type nitric oxide synthase，eNOS)诱导NO的生成[2]。然而，糖尿病诱发的上述通路异常会直接导致NO生成减少或者ET-1生成增加，进而引起血管舒张功能障碍。内皮过度的炎症反应会破坏内皮的完整性，进而导致内皮功能障碍，而糖尿病诱发的内皮细胞氧化应激以及核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)信号通路的持续激活已经被证实与内皮炎症因子的高表达密切相关[3]。此外，糖尿病相关的病理过程还会引起血管新生失调，具体表现为：在糖尿病患者的某些组织(如心肌)中，血管新生过程被显著抑制，进而导致组织缺血。而在其他组织(如视网膜)中，促血管形成因子的高表达会诱发过度的血管新生[4]，这些过度生成的新生血管与正常的血管相比更容易发生渗出和出血，并最终导致组织过度增殖以及纤维化。

2 脂肪因子与糖尿病内皮功能障碍

2.1 chemerinchemerin是一种分子量为16 kDa的趋化因子，在脂肪组织、骨骼肌以及血管内皮中均有表达。人类趋化因子受体1(chemokine receptor-like 1，CMKLR1)是最早发现的具有信号传导活性的chemerin受体。chemerin在循环中大多以没有活性的前体形式存在，然后通过丝氨酸蛋白酶对羧基端的剪切作用转化成具有生物学活性的chemerin片段。由于丝氨酸蛋白酶酶切位点不同，前体chemerin会产生多种chemerin亚型，这些chemerin亚型在结构、组织分布、生物学活性等方面都不尽相同。

2.1.1chemerin与血管舒缩功能临床研究证实，2型糖尿病患者血浆中的chemerin水平与血流介导的血管舒张功能呈负相关[5]。进一步的研究表明，chemerin能增加人微血管内皮细胞(human microvascular endothelial cells，HMECs)中活性氧的产生，并且抑制PI3K/Akt信号通路，进而抑制胰岛素诱导的eNOS磷酸化以及NO生成，而CMKLR1拮抗剂能减少活性氧的生成并且改善糖尿病小鼠的血管舒张功能以及胰岛素信号通路的活性[6]。由此可见，chemerin/CMKLR1信号轴与糖尿病诱发的内皮细胞氧化应激以及胰岛素信号通路活性的改变密切相关。此外，有研究指出，chemerin还能通过激活MEK-ERK1/2信号通路增强ET-1介导的血管收缩反应[7]。以上结果均表明，chemerin可能促进了糖尿病血管舒张功能障碍的发生与发展。

2.1.2chemerin与内皮炎症反应迄今为止，chemerin在内皮炎症反应中究竟发挥着怎样的作用还存在一定的争议。体外研究证实，高糖培养的肾小球内皮细胞中的chemerin以及CMKLR1水平显著升高，并且chemerin能诱导肾小球内皮细胞中炎症因子的表达[8]。另外，有研究发现，在HMECs中，chemerin能通过有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)以及PI3K/Akt通路激活NF-κB并诱导下游粘附分子的表达，进而促进单核细胞-内皮细胞之间的粘附[9]。以上研究均证实了chemerin能促进内皮炎症反应的发生进而引起内皮功能障碍。然而，Yamawaki等[10]的研究发现，在人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)中，chemerin能够激活PI3K/Akt/eNOS 信号通路，进而诱导NO的产生，进一步的研究发现，chemerin诱导产生的NO能抑制p38MAPK和NF-κB的激活，进而抑制粘附分子的表达以及后续的单核细胞-内皮细胞粘附。产生这种争议的原因可能是因为不同血管组织中的蛋白酶种类不同，由此产生了不同的chemerin亚型，并且这些chemerin亚型在内皮细胞炎症反应中所发挥的生物学效应存在一定的差异。因此，为进一步明确chemerin在内皮细胞炎症中所起的作用，未来可能需要更精确的检测手段以明确各项研究中发挥相应效应的chemerin亚型。

2.1.3chemerin与血管新生体外研究表明，在炎症因子的刺激下，CMKLR1在内皮细胞中的表达显著增加，并且chemerin能诱导内皮细胞迁移、增生以及小管形成，进而促进血管新生。进一步的研究发现，chemerin能促进MAPK、ERK1/2以及Akt的磷酸化，并且显著增强基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase2，MMP-2)以及MMP-9的活性[11]。鉴于MAPK、ERK1/2以及Akt信号通路均与血管新生有关，而MMP-2以及MMP-9活性增强又是血管新生失调的早期特征，有理由推测chemerin可能通过上述因子相关的信号通路诱发过度的血管新生进而引起内皮功能障碍，至于具体的调节机制以及其它相关的信号分子还有待进一步研究。

2.2apelinapelin最早是由Tatemoto等从牛的胃提取物里分离出来的，是G蛋白偶联受体-APJ受体的内源性配体。人染色体Xq25-26.1上的APLN基因编码产生apelin的前体蛋白，然后在肽链内切酶的作用下，apelin的前体蛋白被裂解成许多不同长度的肽亚型。apelin/APJ在脂肪组织、心肌、血管内皮等多种组织中均有表达，并且参与体液平衡、血管生成、能量代谢等多种生理过程的调节[12]。

2.2.1apelin与血管舒缩功能临床研究表明，apelin能增强高胰岛素血症患者体内内皮依赖性的血管舒张作用，并且减弱ET-1介导的血管收缩反应[13]。动物实验表明，在糖尿病小鼠中，apelin能通过促进Akt以及eNOS磷酸化改善乙酰胆碱诱导的血管舒张功能，并且抑制由血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)诱导的异常血管收缩反应[14]。此外，apelin/APJ信号通路还能增加血管紧张素转换酶-2的基因表达，进而促进AngⅡ向具有血管舒张作用的Ang(1-7)转化[15]。然而，有研究指出，在内皮剥脱的血管中，apelin却发挥着促进血管收缩的作用。进一步的研究证实，在内皮损伤的病理状态下，apelin能透过功能障碍的内皮细胞直接作用于血管平滑肌细胞中的APJ受体[16]，促进肌球蛋白轻链磷酸化进而诱发血管收缩反应[17]。由此可见，apelin对血管舒缩功能的调节在很大程度上取决于内皮的完整性。

2.2.2apelin与内皮炎症反应体外实验证实，在高糖环境下，HMECs中的微小RNA-503(microRNA-503，miR-503)的表达增加而apelin-12的表达减少，并且miR-503抑制剂以及apelin-12均能显著抑制高糖诱导的Jun氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)和p38MAPK磷酸化，进而抑制内皮细胞活性氧生成以及炎症反应。进一步分析表明，miR-503能够与apelin-12基因的非翻译区结合，进而抑制apelin-12表达[18]。由此可见，apelin-12在内皮细胞中发挥着抗氧化以及抗炎作用，而高血糖则通过miR-503抑制apelin-12的表达进而诱发内皮过度的炎症反应。然而，相反的是，有研究指出，apelin-13能诱导HUVECs中过量活性氧生成，进而促进内皮细胞自噬并诱导粘附分子的表达[19]。此外，还有研究指出，apelin能通过激活NF-κB/JNK信号通路诱导HUVECs中粘附分子的表达[20]。由此可见，与chemerin一样，apelin与内皮炎症反应的关系也存在一定的争议，这可能与不同研究中的apelin亚型以及内皮细胞的组织来源不同有关。

2.2.3apelin与血管新生大量研究表明，apelin与血管新生的关系及其具体机制与组织类型密切相关。众所周知，心肌梗死后的血管新生有助于恢复缺血心肌的血流灌注，进而有效地减小心肌梗死的面积。然而，糖尿病会通过抑制血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)以及Ang/内皮细胞TEK酪氨酸激酶(TEK tyrosine kinase, endothelial，Tie2)的表达抑制缺血心肌的血管新生过程，进而导致梗死面积的扩大[21]。动物实验表明，apelin能促进大鼠缺血心肌的血管新生并有效减小心肌梗死面积。体外实验表明，apelin可能通过增加VEGFR2以及Tie-2的表达促进心脏微血管内皮细胞的增殖、迁移以及小管形成，并降低内皮细胞的通透性，进而起到促进血管新生、保护缺血心肌的作用[22]。然而，有研究指出，2型糖尿病患者肾脏中的apelin水平增加，并且进一步的研究发现，apelin能通过上调VEGFR2以及Tie2诱导糖尿病肾小球中异常的血管生成，并且增加肾小球内皮细胞的通透性，进而加速糖尿病肾病的进展[23]。类似的，临床数据表明，增殖性糖尿病视网膜病变患者血清中的apelin水平显著升高[24]，进一步研究表明，缺氧会诱导视网膜内皮细胞中apelin的表达，并且apelin的过表达能通过PI3K-Akt通路诱发过度的视网膜内皮细胞增殖，而抑制apelin信号通路能有效抑制内皮细胞过度增殖并促进周细胞招募[25]。由此可见，apelin可能与糖尿病病理性血管生成密切相关。

2.3vaspinvaspin最早由Wada等在大鼠的内脏白色脂肪组织中发现，其本质上是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂，具有胰岛素增敏、抗炎、抑制细胞凋亡等多种生物学活性。

2.3.1vaspin与血管舒缩功能研究表明，vaspin能显著改善游离脂肪酸诱导的内皮依赖性血管舒张功能障碍。进一步研究指出，vaspin能促进信号传导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription3，STAT3)磷酸化并增强STAT3的DNA结合活性，进而增加二甲基精氨酸二甲胺水解酶Ⅱ(dimethylarginine dimethylaminohydrolaseⅡ，DDAHⅡ)的基因表达[26]。DDAH是eNOS的竞争性抑制剂—不对称二甲基精氨酸的水解酶，其表达水平的上调能促进不对称二甲基精氨酸代谢，进而间接增强NO的生物学活性。此外，还有研究指出，vaspin能与内皮细胞表面的葡萄糖调节蛋白78(glucose regulated protein 78kD，GRP78)/电压依赖阴离子通道(voltage-dependent anion channels，VDAC)复合物结合，进而抑制GRP78以及VDAC的表达，并且促进Akt磷酸化[27]。GRP78是内质网应激特异性标志物，而Akt信号通路又与NO的合成密切相关，因此，vaspin可能通过抑制糖尿病相关的内质网应激改善血管舒张功能障碍。

2.3.2vaspin与内皮炎症反应体外实验表明，vaspin能显著抑制由肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)诱导的NF-κB激活及其下游炎症因子的表达，进而改善内皮细胞的炎症状态，保护内皮的完整性[28]。然而，也有研究表明，vaspin对于TNF-α诱导的炎症因子的表达没有影响[29]。产生这两种不同结果的原因可能是不同研究采用的检测方法以及检测仪器的精确度不同，因此可能需要更多的研究以进一步明确vaspin在内皮炎症反应中所发挥的作用。

2.3.3vaspin与血管新生迄今为止，很少有研究着眼于vaspin与糖尿病血管新生的关系。有临床研究指出，糖尿病视网膜病变患者血清中的vaspin水平显著降低[30]。内皮祖细胞能分化成成熟的内皮细胞，并分泌促生长因子促进血管新生。研究表明，高糖环境下NO生成的减少会导致内皮祖细胞数量减少以及增殖、迁移能力受损[31]，而vaspin能激活PI3K/Akt/eNOS信号通路，进而改善高糖诱发的内皮祖细胞数量减少以及功能障碍[32]。但是，仅凭这两项研究并不能推断vaspin在糖尿病血管新生中究竟扮演怎样的角色，相信将来会有更多的研究来弥补这方面的不足。

2.4其他新型脂肪因子

2.4.1 omentinomentin最早是由Yang等在网膜脂肪组织cDNA文库中发现的，主要在内脏网膜以及心外膜脂肪组织中表达，此外，omentin在小肠、内皮细胞中也有一定的表达。研究表明，omentin参与了糖脂代谢、炎症反应、心血管功能等诸多生理过程的调节[33]。

临床研究表明，糖耐量受损患者循环中的omentin浓度与内皮依赖性血管舒张功能呈正相关[34]。同样的，体外研究证实，omentin可能通过一种不依赖于PI3K/Akt通路的机制诱导eNOS磷酸化以及NO生成，进而促进大鼠离体主动脉的舒张[35]，至于其他eNOS的上游信号通路是否参与omentin介导的血管舒张还有待进一研究。此外，omentin介导的eNOS的活化在抑制内皮炎症反应中也发挥着重要作用。研究表明，omentin能通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(amp-activated protein kinase，AMPK)/eNOS/NO通路抑制TNF-α诱导的c-JNK磷酸化，进而抑制环氧酶-2(cyclo-oxygen-ase2，COX-2)的表达[36]。此外，omentin还能抑制ERK/NF-κB通路的活性，继而下调HUVECs中粘附分子的表达水平，并抑制TNF-α诱导的单核细胞与内皮细胞黏附[37]。至于omentin与血管新生的关系，尚且不能一概而论。研究表明，在缺血环境下，omentin能通过激活Akt/eNOS通路促进血管新生，增加小鼠缺血四肢的毛细血管密度进而促进血流恢复[38]。然而，也有研究发现，omentin能抑制由VEGF诱导的内皮细胞迁移以及血管生成[39]。同样的，临床研究发现，与没有视网膜病变的2型糖尿病患者相比，糖尿病视网膜病变患者血清中的omentin浓度显著减低，并且血清中的omentin浓度与视网膜病变的严重程度呈负相关[40]，这表明omentin可能抑制了视网膜新生血管的形成。由此可见，omentin在内皮功能方面可能发挥着重要的保护作用。

2.4.2FABP-4脂肪酸结合蛋白-4(fatty acid-binding protein-4，FABP-4)是一种脂质分子伴侣，能将脂肪酸转运至线粒体、过氧化物酶体等细胞器中进行脂质氧化。FABP-4主要在脂肪细胞以及巨噬细胞中表达，生理条件下，FABP-4在动脉内皮细胞中没有表达，但氧化应激、内皮损伤等病理过程能诱导内皮细胞异位表达FABP-4[41]。临床研究表明，2型糖尿病患者血浆中的FABP-4/脂联素比值与内皮依赖性血管舒张功能呈反比[42]。同样的，动物实验指出，载脂蛋白E基因敲除的小鼠主动脉内皮细胞中的FABP-4水平显著升高，而FABP-4抑制剂能显著增加eNOS磷酸化以及NO生成，进而改善载脂蛋白E基因敲除诱发的血管舒张功能障碍[43]。进一步的研究指出，FABP-4诱发的NO生成减少可能与内皮细胞中的Gi蛋白功能障碍有关[44]。由此可见，病理状态下内皮细胞中的FABP-4异位表达与血管舒张功能障碍的发生与发展密切相关。

2.4.3CTRP9C1q/肿瘤坏死因子相关蛋白9(C1q/TNF-related protein 9，CTRP9)是C1q/TNF蛋白超家族的一员，与脂联素具有高度的同源性。CTRP9主要在脂肪组织中表达，具有改善糖脂代谢、抑制炎症反应等诸多生物学活性。研究表明，AMPK信号通路在CTRP9介导的内皮相关的生物学效应中扮演着重要的角色。首先，CTRP9能通过激活AMPK抑制TNF-α诱导的NF-κB激活，并且减少下游粘附分子的表达水平[45]。其次，CTRP9还能通过诱导HUVECs中抗氧化酶的表达减轻ox-LDL诱发的氧化应激反应，增加eNOS的活性以及NO的生成，进而促进内皮的修复以及血管新生过程[46]。此外，CTRP9还能通过作用于脂联素受体-1促进HUVECs中的AMPK/Akt/eNOS磷酸化，进而增加NO生成，并诱导内皮依赖性的血管舒张[47]。由此可见，CTRP9可能是内皮功能重要的保护因子之一。

3 结 语

综上所述，不同的脂肪因子在内皮功能中所发挥的作用都不尽相同，并且即使是同一种脂肪因子，在内皮功能的不同方面所起的作用也可能截然相反，如apelin虽然在微血管内皮细胞中发挥抗炎作用，但是其在糖尿病肾小球中会诱导异常的血管生成，并且增加肾小球内皮细胞的通透性，加重内皮功能障碍，因此，我们一定要避免片面地评估某种脂肪因子在内皮功能中所发挥的作用。总的来说，脂肪因子、糖尿病以及内皮功能这三者紧密相连并且互相影响，相信在不久的将来，基于脂肪因子的治疗策略在糖尿病内皮功能障碍的治疗中一定会大放异彩。