2023膜联蛋白A家族与代谢性疾病的研究进展.docx

2023膜联蛋白A家族与代谢性疾病的研究进展摘要膜联蛋白A(AnxA)家族是钙离子依赖的磷脂结合蛋白膜联蛋白超家族的成员，参与膜转运等多种细胞功能。研究表明，AnxA与炎症、细胞分化与增殖等过程密切相关，在肥胖、糖尿病等代谢性疾病的发生发展中起重要作用。该文着重阐述了AnXA家族主要成员在糖尿病、肥胖、动脉粥样硬化、代谢相关脂肪性肝病等代谢性疾病中的作用，并探讨其机制及潜在的治疗前景。膜联蛋白亦称钙磷脂结合蛋白，是一类钙离子依赖的膜磷脂结合蛋白超家族，广泛存在于原核和真核生物体内，根据不同种属分为A、B、C、D、E其中A代表脊椎动物1。以往对膜联蛋白A(AnnexinAAnXA)家族的研究主要集中在生物膜的形成、离子通道的建立和信号转导等方面。随着现代生物科技的快速发展，越来越多的证据显示，AnxA在细胞分化与增殖、凋亡与自噬、调控抗炎反应等细胞生命活动中发挥重要作用2,并通过调节上述过程参与糖尿病等代谢性疾病的发生与发展。AnxA家族有12个已知的成员(AnxA1A11和AnxAI3),目前与代谢性疾病相关的研究主要集中于AnxA1、AnxA2和AnxA5,其他成员的相关研究甚少,本文就AnxA1、AnxA2和AnxA5在代谢病领域的研究进展作一综述。一、AnXA家族的结构和功能膜联蛋白是一个高度保守的多基因蛋白家族，是一类钙离子依赖的膜磷脂结合蛋白，于1978年首次被发现，迄今已发现了超过1OOO个膜联蛋白亚家族的成员。在脊椎动物中有12个已知的膜联蛋白，它们共同构成了AnxA家族。大多数AnxA家族蛋白都有一个进化上高度保守的C-末端核心区，该区域由4个同源重复序列组成，其中包含一个钙结合位点，并以钙离子依赖的方式介导蛋白与带负电荷的磷脂的特异性结合。序列分析表明，与同源性的蛋白核心不同，N沫端区域在进化过程中长度和氨基酸序列上表现出很大的变异性是AnXA结构和功能的主要调节元件1AnxA家族分布范围广泛，其中AnxA1、AnxA2和AnxA5几乎普遍表达于人体各个组织和细胞中。AnxAI相对分子质量约为37000,不仅通过调控细胞增殖、分化、凋亡和自噬等参与多种生理活动，同时也是一种有效的内源性抗炎介质,可通过与甲酰肽受体(formylpeptidereceptor,FPR)结合发挥抗炎作用，是糖皮质激素的主要抗炎效应分子之一。AnxA2相对分子质量约为36000,目前认为AnxA2是介导膜相关蛋白复合体的一种连接蛋白，调节白细胞的募集和炎性介质的释放，从而参与炎症小体的激活、自端口细胞凋亡的启动。AnXA5相对分子质量约为35000-36000,可通过Ca2+依赖的方式与磷脂结合,尤其对暴露磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)的细胞膜具有高亲和力,从而发挥抗炎、抗凋亡及抗凝等功能1,2。二、AnXA与代谢性疾病随着经济的快速发展和生活方式的改变，糖尿病、肥胖、脂肪肝、血脂异常等代谢性疾病的患病率在全球呈现快速上升趋势。代谢性疾病发病机制较为复杂，脂肪功能紊乱、胰岛素抵抗、慢性炎症和免疫失衡是其发病的共同通路，但确切机制尚未完全明确，探明其病理生理机制是目前代谢病领域的研究热点。近年来，膜联蛋白作为重要的细胞代谢和炎症调节蛋白，与代谢，豚病的相关性日益受到重视。一系列的研究表明AnxA家族成员A1、A2、A5等通过抗炎、抗凝、改善胰岛素抵抗、调节脂质代谢等作用，在糖尿病、肥胖及动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)等疾病中发挥着重要的调控作用，有望成为肥胖相关代谢，蝮病的潜在干预靶点。(一)AnxA与糖尿病1.AnxAI与糖尿病：PUrViS等(2019年)3研究发现，与野生型(wildtype,WT)小鼠相比,高脂饮食喂养的AnxAI基因敲除小鼠(AnxAI-/-)体重、血糖及胰岛素水平明显升高。外源性补充AnXAl能明显降低小鼠体重、血糖水平及胰岛素抵抗，其作用机制可能是通过抑制Ras同源家族成员A(RAShomologousfamilymemberA,RhoA)活性,调控胰岛素受体底物-1(insulinreceptorsubstrate-1zIRS-1)磷酸化水平，促进肝脏、肌肉组织胰岛素信号转导，从而减轻外周胰岛素抵抗。OhniShi等4研究发现，胰腺组织AnxAI主要在胰岛细胞中表达。与禁食大鼠相比，口服葡萄糖后大鼠的B细胞胰岛素分泌颗粒中AnxAI的含量明显增加，提示AnxAI可能与葡萄糖刺激的胰岛素分泌(glucosestimulatesinsulinsecretion,GSIS)相关。离体胰岛实验表明在高糖环境下，AnxAI通过丝氨酸磷酸化参与细胞GSIS的调节。RaCkham等5通过体外实验证实，外源性补充AnXAI能显著促进B细胞的GSIS功能,而且其作用呈浓度依赖性。进一步体内研究发现移植AnxAI预培养的胰岛能明显降低链眠佐菌素(Streptozotocin,STZ)诱导的糖尿病小鼠血糖水平。Yoon等6报道AnxAI受体激动剂通过调控骨骼肌蛋白激酶C-Qf言号通路改善高脂诱导小鼠的糖耐量异常及胰岛素抵抗。以上证据显示，AnxA主要是通过减轻胰岛素抵抗、改善胰岛素分泌等机制来发挥调控血糖代谢的作用。目前一些关于AnxAI与糖尿病的临床研究显示，1型或2型糖尿病患者血清AnxAI水平较正常对照组均明显升高3,7。进一步研究发现，血清AnxAI水平与糖尿病患者的脂代谢水平如总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇(low-densitylipoproteincholesterolzLDL-C)及脂肪肝指数呈正相关,推测糖脂代谢异常可引起AnXAl代偿性增高3。近来研究表明,AnxAI不仅参与调控糖代谢，还能延缓糖尿病并发症的发生与发展。Purvis等(2018年)7研究发现,与WT小鼠相比，敲除AnxAI基因加重STZ糖尿病小鼠肾脏及心肌病变，而给予重组人AnXAI能明显改善肾脏及心脏功能,其机制与激活心肌及肾脏组织磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B、抑制丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedPrOteinkinaSe,MAPK)信号通路有关。JeliniC等8报道AnXAl能明显改善肥胖糖尿病小鼠血管的硬化程度与病理性重构，其作用可能是通过与FPR结合抑制血管炎症反应而实现的。WU等9报道AnXAl通过与FPR结合激活肉毒碱棕檎酰基转移酶IB(Carnitinepalmitoyltransferase1B,CPT1b)信号通路，改善肾小管上皮细胞脂代谢紊乱，从而减轻糖尿病肾脏损伤。目前关于AnxAI在糖尿病及并发症的保护作用主要集中在动物实验，其临床价值有待进一步研究。2,AnxA2与糖尿病：在糖尿病和(或)高血糖的情况下，纤溶系统功能失衡是血栓和AS形成的关键因素。AnxA2作为内皮细胞上组织纤溶酶原激活物(tissue-typeplasminogenactivator,t-PA)受体，在调节纤溶酶原活性方面发挥着重要作用。研究表明，高糖诱导内皮细胞AnxA2功能障碍是糖尿病纤溶活性降低的主要机制之一。高糖刺激不仅能抑制内皮细胞AnxA2蛋白和mRNA表达,而且通过AnxA2糖基化使其与t-PA结合功能丧失，从而降低纤溶酶活性。而重组AnxA2干预能明显改善高糖诱导引起的纤溶损伤10。另有研究发现在1型糖尿病(type1diabetesmellitus,T1DM)大鼠缺血性脑梗死模型中，与单纯使用大剂量t-PA相比联合使用AnxA2与小剂量t-PA不仅能明显减少梗死体积、增加梗死周围皮层脑血管密度，同时能加速梗死后神经功能的恢复11o以上研究为AnxA2成为糖尿病脑梗死溶栓治疗策略之一提供依据。AnxA2不仅是纤溶酶活性的重要调控分子,而且通过胰岛素信号通路参与糖代谢的调节。Wang等12报道在棕相酸处理3T3-L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型中,AnxA2能明显抑制胰岛素刺激的葡萄糖摄取，降低IRS-1表达及磷酸化水平。而敲低AnxA2不仅能促进脂肪细胞对葡萄糖摄取，而且能明显改善高脂喂养的肥胖小鼠糖耐量异常及胰岛素抵抗，其机制可能与AnxA2通过激活核因子B(nuclearfactorkappa-B,NF-B)炎症通路,负性调控胰岛素信号转导有关。目前关于AnXA2与糖尿病相关性的临床研究较少。He等13报道糖尿病患者血清AnxA2水平明显高于正常对照组，进一步分析发现血清AnxA2水平与糖尿病患者的心脏射血分数、短轴缩短率及肾小球滤过率呈负相关，提示AnxA2可能是糖尿病血管并发症的生物标记物之一。3,AnxA5与糖尿病：An×A5具有抗凝、抗炎等作用，在自身免疫炎症、血栓等疾病中发挥重要的调节作用1。TlDM作为一种自身免疫系统疾病，更易发生血栓事件。为了探索AnxA5及抗体与T1DM的相关性，Bakar等14检测TlDM患者及健康对照组血AnXA5蛋白和基因表达水平。在此基础上分离血小板，采用流式方法测定与血小板结合的抗AnxA5抗体水平。结果显示，与健康对照组相比，T1DM患者血AnxA5蛋白和基因表达水平显著降低。而抗AnxA5抗体水平及其阳性率显著高于对照组，表明An×A5及抗体系统可能在T1DM血栓形成过程中发挥关键作用。另有研究发现重组人AnxA5能明显缩短胰岛移植的T1DM小鼠血糖达标的时间，其机制可能与抑制移植胰岛中的炎性细胞T、巨噬细胞浸润，减轻炎症反应相关15。然而，关于AnxA5如何参与T1DM免疫介导胰岛功能及并发症的机制还有待进一步研究来阐明。（二）AnxA与肥胖脂肪组织代谢异常剧巴胖发生的病理生理基础16。一系列研究表明,AnxAI与脂肪细胞的增殖、分化及脂解等过程密切相关。Akasheh等17报道，与WT小鼠相比，高脂饮食喂养的AnXAI-小鼠的体重、脂肪含量及血清瘦素水平显著升高，同时内脏脂肪细胞体积明显增大。进一步研究发现，AnxAI-/-小鼠内脏脂肪甘油三酸酯脂肪酶、激素敏感性脂肪酶等脂解酶表达明显下调。K。SiCka等18采用人前脂肪细胞体外诱导成熟细胞模型，发现成熟脂肪细胞中AnxAI基因表达是前脂肪细胞的60倍，同时成脂基因脂联素的表达也明显增加。在此基础上，他们比较了正常与肥胖人群血清AnxAI水平，结果提示肥胖人群血清AnXAl水平明显降低，并与体重指数、体脂及腰臀比呈负相关。此外，Ahmed等19报道罗格列酮治疗2周后肥胖患者的皮下脂肪中AnxAI蛋白表达明显上调，提示AnXAl可能是肥胖干预的潜在靶点。也有研究发现肥胖患者较正常对照组血AnxAI（尤其是裂解形式的AnxAI）水平显著升高，且与白细胞介素（InterleUkinJL）-6水平呈正相关，推测AnxAI血清水平的升高可能继发于肥胖患者炎症状态20。关于AnxAI在脂肪代谢及抗肥胖中的作用仍有待更多的证据来证实。虽然目前有一些关于AnxA2与肥胖的相关性研究，但尚未有一致结论。JimeneZ-GomeZ等21研究发现饮食结构改变不仅能改善代谢综合征患者胰岛素抵抗及脂代谢异常，同时能降低皮下脂肪组织AnxA2表达。进一步分析发现，皮下脂肪组织AnxA2的表达与血清甘油三酯及抵抗素水平呈正相关，与胰岛素敏感指数呈负相关。相反,Bouwman等22对超重/肥胖受试者进行5周极低热量饮食干预，结果显示干预后肥胖患者的体重指数和体脂含量明显降低,而皮下脂肪组织AnxA2水平却明显升高。动物实验显示，高脂诱导的肥胖小鼠内脏脂肪组织AnXA2蛋白水平较正常饮食组明显升高，而敲低AnxA2能降低高脂诱导肥胖小鼠的体重12。总之，以上研究提示脂肪可能是AnXA2发挥调控代谢作用的组织之一，但其确切的作用及机制有待进一步研究。(三)AnxA与ASAnxAI作为一种内源性抗炎分子，通过与血管内皮细胞、白细胞和巨噬细胞上FPR结合，在AS病变过程中扮演着重要角色。AnxAI不仅通过抑制趋化因子诱导的中性粒细胞/单核细胞整合素卬/呢的活性,减少白细胞向斑块部位迁移，而且降低中性粒细胞/单核细胞与内皮细胞之间的黏附，使单核细胞无法进入组织并转变成巨噬细胞，调节AS的早期炎症23,24。另外，AnxAI通过诱导中性粒细胞凋亡，并促进巨噬细胞吞噬凋亡的中性粒细胞，从而发挥其抗炎、稳定斑块及延缓AS进展的作用25z26AS作为一种慢性炎症疾病，优先发生在血流紊乱(disturbedbloodflow,d-flow)动脉分支或弯曲部位27。研究表明zd-Flow诱导的整合素激活是内皮功能受损及AS斑块早期形成的机制之一，AnxA2通过抑制d-flow区域整合素c1激活，减少内皮活化,降低单核细胞与血管内皮的黏附程度延缓AS的发生与发展28o另有研究发现，AnxA2是一种枯草杆菌前蛋白转换酶9(proproteinconvertasesubtilisin/kexintype9,PCSK9)的内源性抑制剂，通过与PCSK9结合抑制低密度脂蛋白受侬lowdensitylipoproteinreceptor,LDLR)降解，降低血清LDL-C水平29,30。一项关于AnxA2基因多态性与心血管风险的研究表明，单核苜酸变异位点rs17845226携带A等位基因纯合子(AA)患者AnxA2基因表达明显低于AC杂合子和CC纯合子，而血清LDL-C水平和冠心病的风险明显增加，推测AnxA2通过抑制PSK9活性降低LDL-C水平，延缓AS进展,减少心血管事件发生31。AnxA5作为调节炎性代谢、细胞凋亡及血栓形成的重要分子，参与AS的发生和发生过程中的多个环节。首先，AnxA5抑制单核细胞募集，减少单核细胞与血管内皮细胞黏附，减轻早期炎症引起的血管内皮损伤和斑块形成32。其次，AnxA5减少斑块部位的巨噬细胞数量及浸润，降低斑块内的细胞凋亡率，抑制促炎因子肿瘤坏死因子-a(tumornecrosisfactor-zTNF-a)的分泌，促进抗炎IL-10的分泌，缓解局部炎症和增加斑块的稳定性33。AnxA5还通过减少巨噬细胞对氧化型低密度脂蛋白(oxidizedlowdensitylipoprotein,ox-LDL)的结合和摄取，抑制泡沫细胞的形成，延缓AS的进展34。此外，An×A5作为一种抗凝因子，通过抑制血管内膜磷脂酶A2活性，减少AS血栓的形成和斑块破裂35。以上研究提示，AnxA5有望成为抗AS的潜在治疗靶点。(四)AnxA与代谢相关脂肪性肝病非酒精性三肪性肝病(nonalcoholicfattyliverdisease,NAFLD)目前称为代谢相关脂肪性肝病，是终末期肝病常见的病因之一。非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholicSteatohepatitis,NASH)是NAFLD的严重类型和进展阶段，其炎症和纤维化是NASH最重要的组织学特征36。1.ocatelli等37报道，与正常小鼠相比，NASH小鼠肝脏组织中AnxAI明显上调,主要集中在巨噬细胞,而且与肝脏脂肪变性程度相关。在此基础上,研究者采用基因敲除小鼠模型，发现AnxAI缺乏会加重NASH小鼠肝组织的炎症和纤维化。进一步研究发现，AnxAI一方面抑制巨噬细胞浸润和调控极化改变，减轻肝脏组织局部炎症，另一方面抑制巨噬细胞半学廉凝集素-3表达,从而延缓肝脏纤维化进展。研究者同时发现NASH患者肝脏组织中AnxAI的表达明显上调，但是否与其严重程度相关尚没有一致结论,推测AnxAI升高可能是继发于肝脏炎症及纤维化的代偿性改变，确切机制有待进一步探讨。与AnXAI作用不同，Wang等38报道敲低AnXA2能改善NASH小鼠的肝纤维化，而肝细胞过表达AnxA2促进小鼠肝脏的胶原沉积，加速NAFLD进展。其机制可能与肝细胞AnxA2促进骨桥蛋白的表达，以旁分泌的方式激活肝脏星状细胞(hepaticstellatecells,HSC)有关，而活化HSC正是肝纤维化形成的中心环节。进一步研究发现AnXA2激活HSC的通路与Notch信号有关，阻断Notch不仅能降低AnxA2诱导的骨桥蛋白分泌，也能反向抑制AnxA2表达，提示AnxA2-Notch环可能是NAFLD发生发展的关键环节。XU等39研究发现AnXA5不仅能减少NASH小鼠肝脏脂质沉积、炎症细胞浸润及肝细胞坏死，还能明显延缓肝脏纤维化进展。进一步研究发现，AnxA5通过与丙酮酸激酶M2(pyruvatekinaseM2,PKM2)相互作用，诱导NASH小鼠肝巨噬细胞的代谢重编程，从糖酵解切换为氧化磷酸化,从而促进活化的巨噬细胞表型从促炎M1表型转变为抗炎M2表型，抑制TNF-CQIL-1等血清炎症细胞因子，同时增加IL-10等抗炎细胞因子的水平，从而发挥抗炎症及纤维化作用。综上，AnxA家族可通过调控炎症、凝血/纤溶平衡、细胞增殖凋亡等生命活动在糖尿病、肥胖、AS及代谢相关脂肪性肝病中发挥重要作用。其中AnxAI作为抗炎分子,不仅能调控糖脂代谢，还能改善糖尿病、肥胖相关大血管、微血管并发症，延缓AS的发生和发展。AnxA2作为纤溶系统的重要调控分子，不仅能改善高糖诱导的纤溶损伤，而且在糖尿病脑梗死及AS病变中发挥抗血栓及稳定斑块等作用。然而，AnxA2对肥胖及脂质代谢的影响目前还存在一定的争议。AnxA5作为抗凝、抗凋亡及抗炎分子,不仅能调节TlDM的胰岛功能及血栓形成、改善肝脏脂质及纤维化，还具有抗AS及稳定斑块的作用。目前也有基础研究证实，AnxA及其衍生多肽在代谢性疾病中的保护作用，但临床应用还有待更多证据来支持。尽管已有多项研究证实AnxA与代谢性疾病之间的密切关联，但其具体调控机制目前仍不清楚，尤其是许多相关信号通路的研究不够深入，例如AnxAVFPR通路中FPR功能多样且复杂，AnxA2-Notch调节环具体的信号通路尚未明确。期待通过转录组学、蛋白质组学、脂质组学和代谢组及生物成像等创新技术，深入探讨AnXA调控代谢性疾病的分子机制，以期为寻找代谢性疾病干预的新靶点、拓宽AnxA家族的作用领域提供更多的科学依据。