瘦素及其相關(guān)信號通路在腹主動脈瘤發(fā)生與進(jìn)展中的影響作用

任金銳，劉長征，顧光超，吳建強(qiáng)，李方達(dá)，張 慧，吉 磊，陳夢寅，鄭月宏

1中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院血管外科，北京 100730 2中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所生物化學(xué)與分子生物學(xué)系，北京 100005 3中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中心，北京 100730

腹主動脈瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)是一種長期慢性動脈擴(kuò)張性疾病，與動脈粥樣硬化、細(xì)胞間細(xì)胞基質(zhì)的降解、炎癥細(xì)胞的浸潤、新生血管的形成有關(guān)，各種蛋白酶和細(xì)胞因子的產(chǎn)生和激活都可導(dǎo)致AAA的發(fā)生與進(jìn)展[1]。在發(fā)達(dá)國家65～85歲的男性中，AAA導(dǎo)致的死亡占所有死亡人數(shù)的1.3%[2]。瘦素是一種內(nèi)源性蛋白質(zhì)，含有167個氨基酸，來源于脂肪細(xì)胞，可以通過抑制進(jìn)食達(dá)到控制食物攝取的作用。除參與調(diào)節(jié)肥胖、糖尿病(diabetes mellitus，DM)等疾病的發(fā)病外，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)瘦素可以刺激和調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、血栓形成、血管新生及動脈粥樣硬化形成等病理機(jī)制，參與到心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)的發(fā)生與進(jìn)展過程。McEntegart等[3]在脂聯(lián)素與冠心病患者心衰、惡病質(zhì)關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)循環(huán)中瘦素水平存在組間差異，瘦素可能在冠心病患者心衰的發(fā)生及進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。另外在外周動脈性疾病(peripheral arterial disease，PAD)研究中發(fā)現(xiàn)，PAD合并高血壓患者瘦素水平升高，PAD合并DM患者瘦素水平高于無DM患者，而女性PAD患者血清瘦素水平高于男性[4]。一項(xiàng)對男性冠心病患者的研究發(fā)現(xiàn)，植物乳酸桿菌299v可以通過減少循環(huán)中白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-12/18和瘦素的含量，增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞功能，減輕炎癥反應(yīng)[5]。

瘦素參與體內(nèi)多種代謝過程，調(diào)控多種代謝性疾病，在動脈粥樣硬化相關(guān)疾病的發(fā)生進(jìn)展過程中發(fā)揮重要作用。本文通過KEGG信號通路分析發(fā)現(xiàn)瘦素與腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)、酪氨酸激酶(Janus kinase，JAK)/信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(signal transducer and activator of transcription，STAT)、細(xì)胞因子-細(xì)胞因子(cytokine-cytokine，CC)受體等多種參與調(diào)節(jié)AAA發(fā)生的信號通路相關(guān)，瘦素可能通過調(diào)節(jié)這些信號通路影響AAA的發(fā)生與進(jìn)展。

瘦素參與調(diào)節(jié)的疾病在AAA發(fā)生與進(jìn)展過程中的影響作用

瘦素的表達(dá)與多種炎癥反應(yīng)和免疫系統(tǒng)密切相關(guān)，并在肥胖、DM發(fā)生和胰島素抵抗的病理生理過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[6]。一項(xiàng)病例對照研究證實(shí)了瘦素受體(leptin receptor，LEPR)基因多態(tài)性與2型糖尿病(type 2 DM，T2DM)風(fēng)險之間的關(guān)系，后續(xù)薈萃分析表明LEPR基因多態(tài)性與T2DM風(fēng)險之間存在顯著相關(guān)性[7]。瘦素和胃促生長素是控制能量穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)內(nèi)分泌關(guān)鍵激素，對它們產(chǎn)生抵抗是肥胖的標(biāo)志[8]。一項(xiàng)長期隨訪調(diào)查顯示，中老年男性中肥胖與較高的AAA發(fā)生風(fēng)險相關(guān)，而DM史往往與較低的AAA發(fā)生風(fēng)險相關(guān)[9]。

DM對AAA形成的影響作用DM在CVD的發(fā)病率和死亡率中有明確的促進(jìn)作用，但既往研究顯示DM在AAA發(fā)生和進(jìn)展過程中起抑制作用。合并分析19項(xiàng)相關(guān)研究(包括9 777例AAA患者)的數(shù)據(jù)顯示，DM患者的AAA直徑增長速度明顯低于非DM患者[10]。一項(xiàng)研究隨訪了13 736名年齡45～64歲的參與者(在1987～1989年期間沒有進(jìn)行過AAA手術(shù))，發(fā)現(xiàn)DM、空腹血糖和血漿瘦素與AAA風(fēng)險呈負(fù)相關(guān)[11]。但也有較多研究認(rèn)為，二甲雙胍可能在AAA發(fā)生進(jìn)展中發(fā)揮抑制作用，因此DM影響AAA的具體作用仍需進(jìn)一步研究證明。

肥胖對AAA形成的影響作用盡管既往研究發(fā)現(xiàn)肥胖與AAA是相互獨(dú)立的關(guān)系，但越來越多的研究證明肥胖相關(guān)循環(huán)因子與CVD發(fā)生、AAA形成有著密切的聯(lián)系[12]。作為瘦素抵抗的標(biāo)志，循環(huán)中瘦素增加在肥胖中很常見，并且與人類的胰島素抵抗和CVD獨(dú)立相關(guān)，肥胖誘導(dǎo)的瘦素抵抗可以損傷大量周圍組織，包括肝臟、胰腺、血小板、血管和心肌[13]。在統(tǒng)計8項(xiàng)調(diào)查隨訪AAA的研究中，體重指數(shù)(body mass index，BMI)與AAA的存在或腹主動脈直徑的增大呈正相關(guān)，腰臀比與AAA呈顯著正相關(guān)；但在另外兩項(xiàng)評估肥胖與AAA增長關(guān)系的研究中，均未報道BMI與AAA進(jìn)展之間存在關(guān)聯(lián)[14]。肥胖與AAA的形成有一定關(guān)系，或可通過肥胖相關(guān)因子的研究進(jìn)一步證明肥胖與AAA形成之間的潛在聯(lián)系。

高脂血癥對AAA形成的影響作用一項(xiàng)納入32項(xiàng)觀察性研究涉及150 134名參與者的薈萃分析研究顯示，他汀類藥物治療可以降低AAA破裂的風(fēng)險、術(shù)后死亡率、全因死亡率和不良事件，高脂血癥與AAA/顱內(nèi)動脈瘤破裂的低風(fēng)險相關(guān)[15]。在5項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究中納入4 914病例和48 002例對照組，通過評估了脂類相關(guān)SNPs基因風(fēng)險評分與AAA風(fēng)險的相關(guān)性以及脂類藥物靶點(diǎn)(HMGCR、CETP、PCSK9)SNPs與AAA風(fēng)險的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯水平的遺傳表達(dá)升高與AAA高風(fēng)險相關(guān)，而高密度脂蛋白膽固醇水平與AAA風(fēng)險降低相關(guān)[16]。

瘦素與多種參與AAA形成的信號通路相關(guān)

根據(jù)KEGG信號通路分析發(fā)現(xiàn)瘦素、LEPR與AMPK、JAK/STAT、CC受體等多種信號通路相關(guān)(圖1)。通過STRING蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)瘦素-LEPR在AMPK、JAK/STAT、CC受體信號通路中發(fā)揮重要作用(圖2)。基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)與AAA的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，其底物包括膠原蛋白、彈性蛋白、糖蛋白和蛋白多糖，同時，主動脈中JAK/STAT、AMPK等信號通路可調(diào)控MMP活化[17]。

AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶；JAK/STAT：酪氨酸激酶/信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白

LEP：瘦素；LEPR：瘦素受體；PRKAG：5′-AMP-激活的蛋白激酶亞基γ；PRKAA1：5′-AMP-激活的蛋白激酶亞基α-1；PRKAB1：5′-AMP-激活的蛋白激酶亞基β-1；SOCS：細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制分子；IRS：胰島素受體底物；DGKZ：二酰基甘油激酶 Z；INSR：胰島素受體；JAK2：酪氨酸激酶-2；PDPK1：磷酸肌苷依賴蛋白激酶1；PIK3R3：磷脂酰肌醇3-激酶調(diào)節(jié)γ；AKT1：絲蘇氨酸蛋白激酶 1；INS：胰島素；RIK3CG：磷脂酰肌醇4，5-二磷酸3-激酶催化亞基 γ亞型

JAK/STAT信號通路參與調(diào)節(jié)AAA的發(fā)生JAK/STAT通路是調(diào)控基因表達(dá)和細(xì)胞活性的重要轉(zhuǎn)錄信號通路，大多數(shù)IL、細(xì)胞集落刺激因子和干擾素(interferon，IFN)均需要通過JAK/STAT途徑介導(dǎo)其作用。對人類AAA組織的基因表達(dá)分析顯示，JAK/STAT依賴性細(xì)胞因子在從正常主動脈到動脈瘤的過渡區(qū)表達(dá)最為豐富，該部位炎癥和組織破壞最為活躍，JAK/STAT通路在AAA發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[18]。炎性巨噬細(xì)胞中IL-6和粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子的表達(dá)增加，促進(jìn)的JAK/STAT3信號通路的激活，刺激巨噬細(xì)胞的效應(yīng)功能，促進(jìn)Th17淋巴細(xì)胞分化，增強(qiáng)MMP表達(dá)促進(jìn)AAA形成[19]。在人主動脈組織中，AAA組織中JAK2/STAT3、IL-17A和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達(dá)水平高于對照組，WP1066(選擇性JAK2/STAT3通路抑制劑)阻斷JAK2/STAT3通路可減弱IL-17A和VEGF相關(guān)的炎癥反應(yīng)，從而抑制AAA的進(jìn)展[20]。S1(抑制JAK/STAT調(diào)節(jié)的合成細(xì)胞滲透肽)通過促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)表型轉(zhuǎn)換、抑制主動脈STAT1/3的激活和MMP的表達(dá)抑制AAA形成[21]。肽基-丙基異構(gòu)酶(peptidyl-propyl isomerase，Pin1)與內(nèi)皮功能障礙有關(guān)，在人類AAA組織中發(fā)現(xiàn)Pin1表達(dá)水平升高，STAT1/3的激活導(dǎo)致Pin1表達(dá)增加促進(jìn)AAA形成[22]。安貝林(embelin)是一種抗腫瘤劑，可通過降低IL-6誘導(dǎo)的STAT3失活抑制AAA的發(fā)生[23]。因此，JAK/STAT通路的激活和相關(guān)細(xì)胞因子過表達(dá)可能促進(jìn)AAA形成。

AMPK信號通路參與調(diào)節(jié)AAA的發(fā)生AMPK即AMP依賴的蛋白激酶，是生物能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子，也是研究DM及其他代謝相關(guān)疾病的核心。VSMC表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺谞顟B(tài)和VSMC凋亡可能是AAA形成的靶機(jī)制，黃嘌呤衍生物可能通過調(diào)節(jié)AMPK信號通路抑制VSMC表型轉(zhuǎn)換和凋亡來抑制AAA[24]。人AAA主動脈內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)水平升高伴有嚴(yán)重的VSMC凋亡，體內(nèi)應(yīng)用生物活性肽中介素-53可明顯降低血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)誘導(dǎo)小鼠的AAA形成并抑制ERS的激活，IMD灌注促進(jìn)ApoE-/-小鼠主動脈AMPK磷酸化，AMPK抑制劑化合物C可阻斷IMD對AngⅡ誘導(dǎo)的VSMC中ERS和細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用，IMD可能通過激活A(yù)MPK磷酸化來抑制ERS，從而對AAA的形成具有保護(hù)作用[25]。在Ang Ⅱ灌注誘導(dǎo)AAA模型中，AAA組織磷酸化AMPK水平明顯低于對照組，AMPK磷酸化激活劑(AMPK phosphorylation activator，AICAR)顯著降低了動脈瘤的發(fā)生率，AICAR減輕了Ang Ⅱ輸注模型的巨噬細(xì)胞浸潤和新生血管，AICAR還能降低AAA誘導(dǎo)過程中促炎癥因子、血管生成因子的表達(dá)和MMP的活性；AMPK激活可抑制核因子κB和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3的激活[26]。DM治療藥物二甲雙胍可以激活A(yù)MPK信號通路，延緩AngⅡ注射模型的AAA進(jìn)展[26]。有研究者發(fā)現(xiàn)，在AAA患者或服用普伐他汀的人類受試者中AMPKα2磷酸化均升高，普伐他汀通過激活A(yù)MPKα2依賴的AP-2α促進(jìn)AAA的形成[27]。脂聯(lián)素可通過AMPK磷酸化途徑直接刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO參與AAA形成[28]。吸煙(尼古丁)通過誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞中AMPKα2介導(dǎo)的2α-甲氧基嘌呤依賴性MMP2表達(dá)促進(jìn)AAA發(fā)生[29]。

CC 受體相互作用通路參與調(diào)節(jié)AAA的發(fā)生細(xì)胞因子是可溶性的細(xì)胞外蛋白或糖蛋白，它們是細(xì)胞間重要的調(diào)節(jié)因子和動員因子，參與先天和適應(yīng)性炎癥宿主防御，細(xì)胞生長、分化，細(xì)胞死亡，血管生成以及旨在恢復(fù)內(nèi)穩(wěn)態(tài)的發(fā)育和修復(fù)過程。細(xì)胞因子是由體內(nèi)各種細(xì)胞釋放出來的，通常是為了響應(yīng)一個激活的刺激，它們通過與靶細(xì)胞表面的特定受體結(jié)合來誘導(dǎo)反應(yīng)，細(xì)胞因子可以按結(jié)構(gòu)分組到不同的家族，它們的受體也可以按結(jié)構(gòu)分組，如CC、CXC、IL1/4/6/10/12/17/28-like、IFN、腫瘤壞死因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β等細(xì)胞因子家族。利用微陣列技術(shù)研究因AngⅡ注射而發(fā)生動脈瘤的小鼠與未發(fā)生動脈瘤小鼠主動脈中表達(dá)差異的基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)炎癥和細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)途徑在AAA小鼠的主動脈內(nèi)上調(diào)，包括CC受體相互作用、白細(xì)胞跨內(nèi)皮遷移、自然殺傷細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性和造血細(xì)胞譜系，與細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)相關(guān)的基因，如一系列MMP的表達(dá)也與AAA形成有關(guān)[30]。通過對20例小AAA(≤55 mm)患者、29例AAA(>55 mm)患者、9例主動脈閉塞疾病患者和10例來自器官捐贈者的對照主動脈標(biāo)本進(jìn)行了微陣列研究，結(jié)果在小AAA和大AAA中分別鑒定了840和1 014個差異表達(dá)基因，其中CC受體相互作用在AAA中被上調(diào)[31]。通過對14例AAA患者的瘤頸標(biāo)本和8例器官供體的對照主動脈標(biāo)本進(jìn)行微陣列研究，在AAA頸部鑒定出1 047個差異表達(dá)基因并進(jìn)行KEGG分析，發(fā)現(xiàn)CC受體相互作用、趨化因子信號通路和抗原處理呈遞相關(guān)基因明顯上調(diào)[32]。有研究采用小鼠模型，使用含有200種細(xì)胞因子、細(xì)胞因子受體和相關(guān)蛋白的抗體陣列測量了生理鹽水對照或AngⅡ誘導(dǎo)的ApoE-/-小鼠AAA組組織中的細(xì)胞因子，并分析了AAA組細(xì)胞因子的分布情況，KEGG富集分析顯示CC受體的相互作用在AAA發(fā)生中發(fā)揮重要作用[33]。

瘦素在AAA發(fā)生與進(jìn)展過程中的影響作用

瘦素作為一種重要的脂肪因子，參與體內(nèi)多種代謝過程，而AAA作為一種與機(jī)體代謝及炎癥反應(yīng)相關(guān)的疾病，兩者之間可能存在潛在聯(lián)系。一項(xiàng)研究納入12 203名65～83歲男性，采用超聲檢查腹主動脈，結(jié)果發(fā)現(xiàn)875名男性腹主動脈直徑大于3 cm，其血清中瘦素水平?jīng)]有明顯變化[12]。但另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)瘦素及其受體在AAA動脈壁中合成增加，對C57小鼠腹主動脈局部覆蓋帶有瘦素的緩釋薄膜后發(fā)現(xiàn)，其腹主動脈直徑增加明顯且MMP-9合成增多促進(jìn)AAA形成[34]。而一項(xiàng)研究通過向AngⅡ誘導(dǎo)AAA小鼠腹腔內(nèi)注射瘦素可以減少M(fèi)MP-2/9的生成，促進(jìn)TGF-b1產(chǎn)生從而抑制AAA的發(fā)生進(jìn)展[35]。在人類AAA血管壁中發(fā)現(xiàn)了瘦素的從頭合成，在AAA來源的平滑肌細(xì)胞中，通過AngⅡ的刺激，瘦素的合成因Ⅰ型血管緊張素受體阻斷而減弱。病變脂肪細(xì)胞和血管周圍脂肪組織通過釋放瘦素誘導(dǎo)IL-18、IL-18r和NCC表達(dá)，增強(qiáng)IL-18作用，促進(jìn)AAA的形成，該研究證實(shí)了AAA病變或血管周圍脂肪組織中的脂肪細(xì)胞通過釋放瘦素促進(jìn)IL-18的作用誘導(dǎo)IL-18受體表達(dá)，IL-18激活動脈壁巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)AAA的形成[36]。瘦素在AAA循環(huán)中的表達(dá)無明顯差異，但在AAA動脈壁組織的局部瘦素表達(dá)則變化明顯，因此，瘦素可能通過旁分泌或自分泌的方式在AAA形成中發(fā)揮重要作用。

總 結(jié)

瘦素在肥胖、DM等代謝性相關(guān)疾病的發(fā)生與進(jìn)展中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用，DM在越來越多的研究中被證明是AAA形成的保護(hù)性因素，但其與AAA的具體影響機(jī)制仍未揭曉。目前肥胖與AAA的關(guān)系尚不明確，肥胖相關(guān)的瘦素抵抗與AAA的關(guān)系值得進(jìn)一步研究。高脂血癥的有效管理在AAA患者中一直備受重視，具體原因多與動脈粥樣硬化相關(guān)，其與AAA之間的聯(lián)系還未能明確。

瘦素參與并調(diào)節(jié)AMPK、JAK/STAT、CC受體等多種信號通路的表達(dá)，多項(xiàng)研究證明AMPK的激活抑制AAA形成，JAK/STAT信號通路的激活可能促進(jìn)AAA的發(fā)生，多種CC受體的相互作用與AAA的形成有著密不可分關(guān)系，但局部組織瘦素和循環(huán)中瘦素的表達(dá)水平變化趨勢在AAA中并不一致，仍需進(jìn)一步研究證明瘦素對AAA的影響作用。