脂肪細(xì)胞型脂肪酸結(jié)合蛋白在心血管疾病中的作用

朱玉芳 李康 郝冉 蔣睿 車(chē)娟

(1河北醫(yī)科大學(xué),河北 石家莊 050017；2石家莊市人民醫(yī)院;3河北女子職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

肥胖是代謝綜合征和心血管疾病(CVD)發(fā)生發(fā)展的主要危險(xiǎn)因素，并且內(nèi)臟型的肥胖和非脂肪組織中的包括心臟在內(nèi)的異位脂肪積累都與心臟結(jié)構(gòu)異常和心臟代謝風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)〔1〕。相關(guān)研究表明肥胖、超重和CVD的發(fā)生呈正相關(guān)，肥胖和超重者患心力衰竭(HF)的風(fēng)險(xiǎn)更大〔2〕。數(shù)據(jù)表明，肥胖與HF的風(fēng)險(xiǎn)直接相關(guān)，與代謝狀態(tài)無(wú)關(guān)〔3〕。

脂肪組織作為一種內(nèi)分泌器官，產(chǎn)生和分泌多種生物活性因子，即脂肪因子，參與脂肪組織與包括心臟在內(nèi)的周?chē)鞴僦g的交流。研究最多的脂肪因子是脂聯(lián)素、瘦素、抵抗素、纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1和腫瘤壞死因子(TNF)-α。然而越來(lái)越多的證據(jù)表明脂肪細(xì)胞型脂肪酸結(jié)合蛋白(FABP)4是參與代謝疾病和CVD發(fā)展的重要脂肪因子。FABP4相關(guān)的心臟重構(gòu)和心功能障礙可能直接導(dǎo)致HF的發(fā)生〔4〕。除了脂肪細(xì)胞外，巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、心臟和心外膜脂肪組織中表達(dá)FABP4，相關(guān)研究也進(jìn)一步支持了FABP4對(duì)肥胖和代謝的心功能異常發(fā)展的內(nèi)分泌或旁分泌效應(yīng)。本文重點(diǎn)闡述FABP4作為脂質(zhì)伴侶的重要作用及FABP4作為CVD的心臟代謝預(yù)測(cè)因子和作為CVD治療靶點(diǎn)的可能性。

1 FABP4的結(jié)構(gòu)、作用

根據(jù)哺乳動(dòng)物不同組織的FABPs分布，已鑒定出至少9種不同的FABP亞型，F(xiàn)ABP4是其中一種。

盡管FABP家族不同成員之間的序列識(shí)別范圍很廣(15%～70%)，所有成員都有相似的三維結(jié)構(gòu)，都以形成橢圓形的β-折疊桶為特征，即由10條反向平行的β鏈形成，桶狀結(jié)構(gòu)的一端有2個(gè)短α螺旋，形成一個(gè)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)域，是FABP結(jié)合配體的入口〔1〕，口徑顯著大于與之結(jié)合的脂質(zhì)，沒(méi)有結(jié)合脂肪酸的FABPs的入口更加開(kāi)放。

FABPs是一個(gè)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)伴侶家族，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)細(xì)胞中的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和反應(yīng)，并與代謝和炎癥相關(guān)聯(lián)。與FABPs的其他成員一樣，F(xiàn)ABP4能夠可逆地與疏水配體〔如飽和和不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸(FA)、類(lèi)花生酸類(lèi)物質(zhì)和其他脂類(lèi)(Co)〕結(jié)合，除了FABP1可結(jié)合兩種脂肪酸外，通常FABP可結(jié)合一個(gè)長(zhǎng)鏈脂肪酸，具體來(lái)說(shuō)，可促進(jìn)脂肪酸到細(xì)胞中的特定細(xì)胞器〔如線粒體、過(guò)氧化物酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)和細(xì)胞核〕的轉(zhuǎn)運(yùn)，在細(xì)胞層面參與脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和應(yīng)答的調(diào)控。另外，F(xiàn)ABP4還參與調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)中酶的活性和脂滴的儲(chǔ)存，參與FA向類(lèi)花生酸類(lèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和白三烯的穩(wěn)定。

由于結(jié)構(gòu)上的差異，每一種脂肪酸具有不同的配體選擇性和結(jié)合親和力。在脂肪酸結(jié)合親和力測(cè)定中，F(xiàn)ABP4對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪酸的親和力和選擇性通常高于白蛋白。亞油酸和α-亞麻酸是必需的多不飽和脂肪酸，在基礎(chǔ)條件下和FABP4的親和力最高，這提示轉(zhuǎn)運(yùn)亞油酸和α-亞麻酸是FABP4的一種生理功能。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，除棕櫚酸外，F(xiàn)ABP4與大多數(shù)脂肪酸的親和力均降低，這表明在特定的條件，如肥胖引起的氧化應(yīng)激下，棕櫚酸作為一種飽和脂肪酸和FABP4具有較高的親和力〔5〕。

此外，F(xiàn)ABP4還通過(guò)一種與特定蛋白-蛋白相互作用的分子機(jī)制增強(qiáng)了激素敏感脂肪酶(HSL)的水解活性，F(xiàn)ABP4通過(guò)參與遞送特定的過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)激動(dòng)劑，包括胰島素致敏劑和亞油酸，從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞核核調(diào)節(jié)PPAR活性。而且只有當(dāng)FABP4與PPARγ型(PPARγ)激動(dòng)劑結(jié)合時(shí)，F(xiàn)ABP4核定位信號(hào)才存在于蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中。同時(shí)，結(jié)合非PPAR活化劑(包括油酸酯或硬脂酸鹽)的FABP4配體不會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定的核定位信號(hào)〔1〕?？傊?，F(xiàn)ABP4是控制脂質(zhì)代謝和胰島素敏感性的有關(guān)的調(diào)控蛋白。

由PPAR激動(dòng)劑(如吡格列酮)和或鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)體(SGLT)2抑制劑(如卡格列凈)誘導(dǎo)的FABP4水平的增加，可能作為亞油酸和α-亞麻酸的載體發(fā)揮生理功能〔6〕。因此，必須加強(qiáng)飲食治療，以減少內(nèi)臟脂肪的積累，并防止FABP4與棕櫚酸的結(jié)合，特別是在使用PPARγ激動(dòng)劑和或者SGLT2抑制劑時(shí)。

盡管缺少N端分泌信號(hào)序列，已有研究報(bào)告FABP4從脂肪細(xì)胞中的分泌與通過(guò)AC-PKA和GC-PKG信號(hào)通路調(diào)節(jié)的脂肪分解有關(guān)聯(lián)〔7〕，并在包括心臟在內(nèi)的幾個(gè)器官中充當(dāng)脂肪因子。

2 FABP4與心臟能量供應(yīng)

考慮到FABP4作為FA載體的作用，這種蛋白對(duì)心肌細(xì)胞收縮和心肌重塑的作用可能是通過(guò)調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞能量產(chǎn)生的底物攝取來(lái)實(shí)現(xiàn)的。健康心臟的能量需求70%由FAs來(lái)滿足，20%由葡萄糖滿足，乳酸和酮體構(gòu)成心臟剩余的能量來(lái)源〔8〕。從循環(huán)到心肌細(xì)胞的底物攝取是一個(gè)由毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)精細(xì)調(diào)節(jié)的過(guò)程。與具有大開(kāi)口的、允許包括白蛋白和乳糜殘余物的微粒通過(guò)的竇狀ECs相比，心臟毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中的FA轉(zhuǎn)運(yùn)涉及毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)中與FA具有高度親和力的蛋白質(zhì)。因此，F(xiàn)ABP4可能有助于心臟代謝紊亂的失調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)外部底物如FAs到心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)而導(dǎo)致收縮功能的缺陷和HF。

由于FABP4受PPARγ的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，該核受體可能通過(guò)調(diào)控ECs中的FABP4和其他FA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白而促進(jìn)經(jīng)內(nèi)皮FA的轉(zhuǎn)運(yùn)。PPARγ激活通過(guò)FABP4和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)酶(FAT)/CD36的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，誘導(dǎo)人心臟微血管ECs攝取FA。有趣的是，F(xiàn)ABP4或CD36的敲除部分抑制了PPARγ誘導(dǎo)的FA攝取效應(yīng)〔9〕，提示這兩種PPARγ靶點(diǎn)都參與了這一過(guò)程。盡管如此，還需要進(jìn)一步的研究，以充分闡明FABP4在調(diào)控底物攝取及其這些底物在心臟中的利用的角色。

3 FABP4的表達(dá)

FABP4在脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中被強(qiáng)烈誘導(dǎo)表達(dá)，這導(dǎo)致了它作為脂肪細(xì)胞分化標(biāo)志的建議。與脂肪細(xì)胞相似，F(xiàn)ABP4在單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化過(guò)程中也有表達(dá)，其表達(dá)受多種促炎因子的調(diào)節(jié)〔10〕。類(lèi)似于巨噬細(xì)胞，單核細(xì)胞來(lái)源的樹(shù)突細(xì)胞在分化過(guò)程中表達(dá)FABP4。

在正常條件下FABP4在毛細(xì)血管和靜脈的內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，而在動(dòng)脈中不表達(dá)。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)-A治療，通過(guò)VEGF受體-2或基本成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)誘導(dǎo)FABP4在內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)，F(xiàn)ABP4的表達(dá)又促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和促進(jìn)血管的生成〔11〕。細(xì)胞衰老和氧化應(yīng)激也誘導(dǎo)微血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)FABP4。此外，損傷的動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中FABP4被異位誘導(dǎo)〔12〕。

近年來(lái)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明FABP4在心肌細(xì)胞中也有表達(dá)，心肌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)FABP4加劇了壓力超負(fù)荷引起的心肌肥厚反應(yīng)，心肌細(xì)胞分泌的FABP4可能通過(guò)自分泌/旁分泌的方式激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)和相關(guān)的肥大信號(hào)〔13〕。然而，由于對(duì)細(xì)胞膜上可能存在的FABP4受體的了解有限，目前還無(wú)法做出最終的結(jié)論。Elie等〔14〕研究發(fā)現(xiàn)在CVD患者中，心包腔是一種獨(dú)特的脂肪細(xì)胞因子微環(huán)境，特別是FABP4主要來(lái)源于心臟。Obokata等〔15〕研究發(fā)現(xiàn)FABP4水平在急性心肌梗死發(fā)生后的早期顯著升高，并在院外心搏驟停幸存者中顯著升高，可能是由于伴有急性CVD的腎上腺素能過(guò)度驅(qū)動(dòng)，使心外膜脂肪中的FABP4迅速釋放所致。另外，有臨床證據(jù)證明HF患者血清中FABP4濃度明顯高于非HF患者，這種聯(lián)系隨HF嚴(yán)重程度而顯著增加〔4〕。相反，在3T3-L1脂肪細(xì)胞中用W-3脂肪酸〔16〕和西他列汀〔17〕處理降低了FABP4表達(dá)。巨噬細(xì)胞中，用阿托伐他汀治療和二甲雙胍(抗糖尿病藥、降血糖藥)〔18〕治療后降低了FABP4表達(dá)。FABP4的表達(dá)受轉(zhuǎn)錄因子CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBPs)和PPARγ在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控〔19〕。此外，環(huán)磷酸腺苷(cAMP)通過(guò)釋放FABP啟動(dòng)子中的負(fù)性調(diào)節(jié)元件進(jìn)一步控制FABP表達(dá)。此外，Schlottmann等〔20〕研究發(fā)現(xiàn)FABP4的分泌也由細(xì)胞內(nèi)鈣依賴(lài)性通路調(diào)節(jié)。

4 FABP4缺乏的表型

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，F(xiàn)ABP4缺乏對(duì)因遺傳或飲食引起的肥胖者糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化性CVD的發(fā)展有保護(hù)作用，如增加高脂致動(dòng)脈粥樣硬化飲食喂養(yǎng)的載脂蛋白(Apo)E缺乏小鼠的存活率及減少主動(dòng)脈粥樣硬化病變〔19〕；還可以改善非糖尿病和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠的左室功能及減輕缺血/再灌注誘導(dǎo)的心肌損傷〔21〕。

人類(lèi)FABP4啟動(dòng)子(T-87C)基因功能變異，導(dǎo)致脂肪組織表達(dá)FABP4降低，更低的血清三酰甘油水平，顯著降低Ⅱ型糖尿病和冠狀動(dòng)脈疾病〔22〕。

FABP4和FABP5的氨基酸同源性為52%，F(xiàn)ABP5作為FABP4相關(guān)脂伴侶，與多種脂肪酸具有相似的親和力和選擇性〔1〕。除了脂肪細(xì)胞和巨噬細(xì)胞以外，F(xiàn)ABP5與FABP4在心臟和腎臟中的微血管內(nèi)皮細(xì)胞甚至是大血管的內(nèi)皮細(xì)胞〔23〕中共表達(dá)。FABP5缺失抑制低密度脂蛋白受體缺乏的小鼠在西式高膽固醇飲食中的動(dòng)脈粥樣硬化。FABP4和FABP5聯(lián)合缺乏小鼠(FABP4-/-FABP5-/-)對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的保護(hù)作用比FABP4或FABP5缺乏的小鼠更多〔19〕。FABP4-/-FABP5-/-小鼠經(jīng)心肌和骨骼肌毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞攝取脂肪酸有缺陷，并在禁食期間，代償性上調(diào)這些組織中葡萄糖消耗〔24〕。

5 FABP4可作為CVD的心臟代謝預(yù)測(cè)因子

FABP4除了作為肥胖的生物標(biāo)志物以外〔25〕，根據(jù)第三代弗雷明翰心臟研究組的數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)ABP4與體重指數(shù)(BMI)、三酰甘油、總膽固醇、舒張期血壓、高密度脂蛋白水平降低和腎小球?yàn)V過(guò)率受損(eGFR)這些代謝綜合征不同因素有關(guān)〔26〕。

由于代謝綜合征和胰島素抵抗與CVD密切相關(guān)，相關(guān)研究也提出血液中FABP4水平和CVD之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)〔27〕，Liu等〔28〕報(bào)道了血漿FABP4水平與男性Ⅱ型糖尿病患者的CVD死亡率升高相關(guān)，F(xiàn)ABP4水平能預(yù)測(cè)長(zhǎng)期心血管事件和死亡。一項(xiàng)為期12年的前瞻性研究表明，F(xiàn)ABP4作為一種生物標(biāo)記物的潛在作用，是預(yù)測(cè)個(gè)體患CVD的潛在的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，顯示FABP4的預(yù)測(cè)值超過(guò)基于傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)因子〔29〕。

在人類(lèi)中，循環(huán)FABP4水平與頸動(dòng)脈內(nèi)膜中層厚度增加、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷及狹窄冠狀動(dòng)脈數(shù)目有關(guān)〔30〕。Furuhashi等〔31〕研究發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)的FABP4水平與作為動(dòng)脈粥樣硬化標(biāo)志的頸動(dòng)脈內(nèi)膜中膜厚度的變化獨(dú)立相關(guān)，表明FABP4水平預(yù)測(cè)了動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。

近年來(lái)，循環(huán)FABP4可能被證明是急性冠脈綜合征患者危險(xiǎn)分層的一種有用的預(yù)后生物標(biāo)志物〔32〕。此外，F(xiàn)ABP4是冠心病或急性缺血性腦卒中患者心血管預(yù)后的重要預(yù)測(cè)因子〔33〕。Furuhashi等〔5〕發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈狹窄評(píng)分與冠狀靜脈-動(dòng)脈間FABP4有較強(qiáng)相關(guān)性，多因素分析顯示，F(xiàn)ABP4是在傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素調(diào)整后冠狀動(dòng)脈狹窄嚴(yán)重程度的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。毛帥等〔34〕研究發(fā)現(xiàn)FABP4參與了整個(gè)心肌梗死的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程，能夠間接的反映出心肌梗死患者的病情、危險(xiǎn)程度，與患者的心室重構(gòu)之間存在相關(guān)性。此外，F(xiàn)ABP4與心臟的改變有直接關(guān)系，并且與HF已有的特征〔如氨基末端B型利鈉肽前體(NT-proBNP)〕直接相關(guān)。Liu等〔4〕研究發(fā)現(xiàn)FABP4濃度是HF的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。這些發(fā)現(xiàn)支持FABP4作為肥胖或者炎癥相關(guān)CVD的潛在介質(zhì)的作用，能預(yù)測(cè)動(dòng)脈粥樣硬化、急性冠脈綜合征、HF等CVD的發(fā)生和發(fā)展。

6 FABP4作為CVD的潛在治療靶點(diǎn)

考慮到FABP4被認(rèn)為是代謝相關(guān)CVD的一個(gè)貢獻(xiàn)者，該分子的藥理調(diào)節(jié)可能被認(rèn)為是治療CVD，尤其是HF的一種潛在的治療方法。由于FABP4表達(dá)降低的個(gè)體會(huì)降低CVD的風(fēng)險(xiǎn)，此外，F(xiàn)ABP4的藥理抑制作用對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)物模型中動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成也有明顯的保護(hù)作用，這些提示FABP4的藥理抑制作用可能對(duì)CVD有一定的抑制作用，治療策略的重點(diǎn)是抑制或減少FABP4的循環(huán)水平。在美國(guó)食品藥品管理局(FDA)篩選批準(zhǔn)的藥物中，發(fā)現(xiàn)了幾種作為FABP-結(jié)合分子的高親和力FABP4抑制劑的藥物，包括廣譜抗生素左氧氟沙星〔35〕。此外，目前已有幾種合成的FABP4抑制劑〔36，37〕。其中，BMS 309403是阻礙FAs與FABP4結(jié)合的一種口服活性小分子。與FABP4內(nèi)部的脂肪酸結(jié)合位點(diǎn)相互作用，抑制內(nèi)源性脂肪酸的結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，BMS 309403被證明能改善胰島素抵抗、糖尿病、脂肪肝和動(dòng)脈粥樣硬化。另一種FABP4抑制劑HTS 01037也能減弱巨噬細(xì)胞的促炎作用〔38〕。這些顯示了FABP4抑制劑對(duì)炎癥相關(guān)疾病的潛在影響。有研究也證明了用FABP4的抗體中和分泌FABP4可作為治療胰島素抵抗、Ⅱ型糖尿病和血管損傷〔10〕的可行途徑。用短發(fā)夾RNA(shRNA)直接靶向肥胖糖尿病小鼠脂肪組織中FABP4的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的作用〔39〕。此外，使用FABP4受體拮抗劑，尤其是PA結(jié)合的FABP4，將是一種新的治療策略，盡管FABP4受體尚未確定〔17〕。雖然實(shí)驗(yàn)證據(jù)強(qiáng)烈支持抑制FABP4作為治療與代謝有關(guān)的CVD的一種新興的方法，但臨床使用的FABP4抑制劑的有效性和安全性也還需要進(jìn)一步的研究。

7 結(jié) 語(yǔ)

FABP4除了在脂肪細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中表達(dá)，在心肌細(xì)胞和心外膜脂肪組織也有表達(dá)，已被確認(rèn)是一種與CVD有關(guān)的新型脂肪因子。FABP4與代謝綜合征、胰島素抵抗、輕度炎癥、動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)，因此，它被認(rèn)為是CVD的心臟代謝預(yù)測(cè)因子。

實(shí)驗(yàn)研究支持FABP4與心臟改變有直接關(guān)系。然而，參與FABP4所致心功能不全的分子機(jī)制研究才剛剛開(kāi)始出現(xiàn)。雖然有研究提出FABP4通過(guò)調(diào)節(jié)經(jīng)內(nèi)皮細(xì)胞到心肌細(xì)胞的能量供應(yīng)來(lái)控制心肌功能。然而，F(xiàn)ABP4在胰島素抵抗的心肌細(xì)胞或心臟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況下調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)，也尚不清楚這種分子是否能被心肌細(xì)胞內(nèi)化，并參與細(xì)胞內(nèi)如炎癥、脂質(zhì)氧化或脂質(zhì)存儲(chǔ)這些過(guò)程的調(diào)節(jié)。所以還需要進(jìn)一步研究才能充分了解該分子在心臟調(diào)節(jié)、細(xì)胞應(yīng)答中的作用。FABP4在多種CVD中作用重大，它可能是治療CVD的一個(gè)新靶點(diǎn)〔40〕，抑制FABP4，中和或消除分泌的FABP4，或?qū)ABP4的未知受體使用可能的拮抗劑，可能是對(duì)抗CVD的一種有效的治療策略。除了研究對(duì)預(yù)防或改善HF或其它CVD的潛在影響外，還必須做更多的研究來(lái)確定這些藥物的安全性，是否可以安全地應(yīng)用于人類(lèi)，并證明藥物對(duì)CVD的療效。