脂联素及其基因多态性与糖尿病并发症之间的相关性研究

Study on the Correlation between Adiponectin and Its Gene Polymorphism and Diabetic Complications

摘要: 脂联素(adiponectin)由脂肪细胞分泌，在糖脂代谢、能量代谢、以及心血管系统的生理调节和病理生理中都起着一定作用，与糖尿病、高血压和代谢综合征等疾病密切相关。脂联素在不同种族、年龄、性别的群体中的表达有差异。脂联素具有保护心血管的作用，可预示糖尿病大血管严重程度。本文就脂联素的受体、单核苷酸多态性，脂联素与糖尿病各种并发症的相关性进行了综述。

Abstract: Adiponectin is secreted by adipocytes and plays a role in glycolipid metabolism, energy metabolism, physiological regulation and pathophysiology of the cardiovascular system. It is closely related to diabetes, hypertension and metabolic syndrome. The expression of adiponectin in different ethnic, age and gender groups is different. Adiponectin has a cardiovascular protection effect, which can predict the severity of large vessels in diabetes. This article reviews the receptor of adiponectin, single nucleotide polymorphism, and the correlation between adiponectin and various complica-tions of diabetes.

1. 研究背景

糖尿病(diabetes mellitus, DM)是发病率位居世界前列的慢性非传染病之一，由于社会经济、人口结构、以及生活方式等各种社会因素的改变，DM患病率及致残率随之逐年增加，疾病负担日益加重，严重影响人类的生活质量 [1] 。2021年国际糖尿病联盟(international diabetes federation, IDF)数据表明：2021年全球20~79岁糖尿病患者总数达5.366亿，预计到2030年及2045年将增加至6.428亿及7.837亿。而中国大陆20~79岁糖尿病患者总数达1.409亿，预计到2030年将增加至1.641亿(https://diabetesatlas.org/en/)。DM主要分为1型糖尿病、2型糖尿病、特殊类型糖尿病及妊娠期糖尿病4种类型。在所有DM类型中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)是最主要的类型，约占DM的90%~95% [2] 。T2DM以胰岛素抵抗和胰岛素进行性分泌不足为主要特征。胰岛素是在胰岛β细胞中合成并分泌的一种蛋白质类激素，对机体内的血糖降低具有重要作用。当靶器官或靶组织无法对胰岛素产生正常的响应时，称为胰岛素敏感性下降或胰岛素抵抗。T2DM是遗传和环境因素的复合病因引起的一组临床综合征，其发病因素有很多，如：遗传、环境和生活方式等，目前仍未完全阐明。其中遗传因素是T2DM发生发展的主要因素。目前已有许多研究表明，多个基因与T2DM明显相关，因此深入研究与T2DM相关的易感基因对T2DM的病因及发病机制具有重要意义。脂联素(adiponectin, APN)是脂肪组织分泌最为丰富的一种脂肪因子，具有改善胰岛素抵抗、抗炎、抗动脉粥样硬化等作用 [3] [4] [5] 。因其具有以上特性，既往已有研究表明APN在T2DM、肥胖、代谢综合征(metabolic syndrome, MS)、心血管疾病中起重要作用，且血清APN水平与血清高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein-cholesterol, HDL-C)浓度呈正相关，与体重指数(body mass index, BMI)、血压、低密度脂蛋白胆固醇、甘油三酯(triglycerides, TG)、空腹血糖(fasting plasma glucose, FPG)、糖化血红蛋(glycosylatedhemoglobin, HbA1c)呈负相关 [6] ，值得注意的是，血清APN水平在患有T2DM的个体中降低。本文就APN及APN基因单核苷酸多态性与T2DM及其并发症的研究进展进行综述，为APN及APN基因多态性与T2DM及其并发症的相关性提供参考。

2. 脂联素与糖尿病的关系

全基因组扫描显示，脂联素基因存在于易患2型糖尿病和MS的部位。Schaffler等人对脂联素基因突变的分析表明，基因2外显子(即T→G[Glyl5Gly])中的单核酸突变是野生型等位基因的0.9频率和0.1突变频率的静态突变。两个GG基因型之一患有青春期早期的成人糖尿病，另一个患有脂肪萎缩型糖尿病综合征，G等位基因患者的平均血浆脂联素浓度较低。脂联素T→C基因[R112C]在外显子3中也具有单核酸变异，这是一个错误的突变，野生型等位基因的频率为0.97，突变频率为0.03。R112C突变患者的血浆脂联素浓度显着降低 [7] 。Stumvoil等人研究了脂联素+94 (外显子2) T→G突变与代谢异常之间的关系，在371名非糖尿病患者中，GG + GT基因型的BMI明显高于TT基因型。GG + GT基因型个体的胰岛素敏感性低于TT基因型个体，进一步的研究表明，G基因型诱导的差异仅在没有家族史的亚组中观察到。Hara等人最近报道，日本人群中基因型为+45 G/G或+276 G/G的人患2型糖尿病的风险高于T/T基因型的人，而基因型为276 G/G的人的红外线指数高于T/T基因型的人 [8] 。在BMI升高的个体中，+276 G等位基因与血浆脂联素水平呈负相关。另一项研究发现，2型糖尿病患者的脂联素I164T突变频率显着增加，具有I164T突变的患者的血浆脂联素水平低于没有突变的患者，并且脂联素TG基因多态性具有更高的肥胖风险，并且容易引起红外线。在肥胖和2型糖尿病的发病期间，血浆脂联素水平的下降与IR的进展平行 [9] 。脂联素与糖尿病Kacso等人研究了2型糖尿病患者，以确定脂联素水平是否与蛋白尿有关。该小组发现，在一年的随访中，低脂联素水平预示着尿白蛋白与肌酐的比率增加 [10] 。然而，对1型糖尿病患者来说，情况似乎正好相反。Saraheimo等人评估了来自芬兰糖尿病肾病研究的1型糖尿病患者的脂联素水平 [11] 。他们根据蛋白尿的程度将患者分为三组：正常蛋白尿、微量蛋白尿和大量蛋白尿。他们发现，与正常蛋白尿和微量蛋白尿的患者相比，大量蛋白尿的患者平均具有更高水平的脂联素。他们还发现，在所有组中，血清脂联素水平与尿白蛋白排泄量、估计的肾小球滤过率和腰臀比之间呈正相关。他们还发现高脂联素水平预示着大量蛋白尿发展为ESRD。Kacso等人还评估了脂联素在预测2型糖尿病肾病进展中的作用 [12] 。这项研究包括86名非肾病患者，平均随访时间为20.5个月。基线eGFR为73毫升/分钟/1.73平方米，尿白蛋白与肌断的比率为在基线时，他们注意到脂联素与尿白蛋白/肌酐比值显著正相关(r 0.04, P 0.001)，与身体质量指数显著负相关(r 0.26, P 0.02)。他们发现脂联素水平与尿白蛋白/肌酐比率的变化呈负相关。然而，在预测肾小球滤过率的变化方面没有显著的发现。Saraheimo等还研究了脂联素在1型糖尿病中的作用和糖尿病肾病的进展 [13] 。再次使用芬兰糖尿病肾病队列，他们根据蛋白尿的程度将患者分为三组。在为期五年的研究中，他们发现在正常白蛋白尿和微量白蛋白尿的患者中，进展和未进展的患者之间的脂联素浓度没有差异。然而，他们确实注意到在大量蛋白尿组中，脂联素水平升高与进展为ESRD相关。这些发现表明，在二型糖尿病，低脂联素水平预示着糖尿病肾病和疾病的进展。然而，在1型糖尿病患者中，情况似乎相反，高脂联素水平更能预示疾病的严重程度和进展。Prior等人认为可以通过关注脂联素在一组特殊的1型糖尿病患者中的抗炎特性来解释这一发现 [14] 。这些个体已经患有1型糖尿病50年或更长时间，并且没有在大多数1型糖尿病患者中看到的明显的肾病或血管疾病的典型发现。

3. 脂联素与高血压的关系

高血压是血管疾病的主要危险因素，也是全球健康负担的主要来源。虽然高血压的病因尚未完全阐明，但基因和环境因素之间的相互作用被认为在高血压的病理过程中起着重要作用。近年来，发现基因及其多态性与血压和高血压易感性相关 [15] [16] 。脂联素是一种脂肪细胞衍生的激素，通过调节葡萄糖和脂质代谢在能量稳态中起重要作用。在心血管疾病、原发性高血压、肥胖症和2型糖尿病中观察到血浆脂联素水平降低，这可能表明脂联素在高血压的发病机制中具有特殊的作用。由于染色体3q27区域存在2型糖尿病、代谢综合征、冠心病及高血压的易感位点，而且有较大频率的基因核苷酸多态性。因此，APN基因的单核苷酸多态性与相关疾病的关系成为近年来的研究热点。对APN基因序列分析发现，正常人APN基因中存在相当数量的等位基因SNP，但是密码子变化并不改变其编码蛋白质的氨基酸序列。全球有14亿人患有高血压，其中仅不到15%的人血压得到了适当的控制，因此血压升高是全球主要的死亡原因，每年造成1000多万人死亡 [17] 。原发性高血压(essential hypertension, EH)的发病是遗传与环境因素相互作用的结果，其中至少有30%~40%与基因的遗传性质密切相关 [18] 。随着基因学技术的进步和发展，通过相关基因临床上指导个体化治疗已成为目前的研究方向。据报道，低脂联素血症是高血压的一个独立危险因素，因此可能是预测高血压发展的一个细胞因子。ADIPOQ基因位于染色体3q27上，ADIPOQ基因的多态性可以调节脂联素的循环浓度。筛选高血压易感基因显示，脂联素基因也是高血压和糖尿病的候选基因。研究表明，脂联素具有抗炎和抗动脉粥样硬化作用，改善胰岛素敏感性，并且脂联素参与了IR和糖尿病患者动脉粥样硬化的发生。在有或没有红外线的高血压患者的脂联素测试中，红外线高血压患者的血浆脂联素浓度明显低于没有红外线的高血压患者，这表明脂联素在其中起作用。脂联素不仅与红外线和糖尿病的血管硬化有关，而且与原发性高血压有关。高血压分为红外高血压和非红外高血压，在BMI和FPG的情况下，两组之间无差异，红外血压组血浆脂联素水平显着降低，血浆脂联素和血管舒张功能显着正相关。社区流行病学研究发现，70岁之前老年人的血浆脂联素水平与血管粘连有关，这表明脂联素对血管损伤也有影响。在我们的研究中发现rs266729与高血压之间存在显著的隐性遗传关联。与GC和CC基因型相比，GG基因型可能增加43%的高血压风险(P = 0.040, OR = 1.43, 95% CI = 1.02~2.01)。在种族亚组分析中，仅在隐性和纯合子遗传模型中检测到风险增加。五项研究中有四项涉及rs266729和高血压风险之间的联系，与我们的结果一致。单倍型也是高血压的一个重要危险因素，据张等报道，11426g-11377c单倍型与高血压组的低血浆脂联素水平相关 [19] 。Machado等人报道rs266729的CG基因型与女性高血压相关 [20] 。此外，在他的研究中还检测到健康孕妇中rs266729多态性的CG和GG基因型的DBP增加的趋势。姜等认为rs266729的G等位基因与高血压风险增加显著相关 [21] 。而且，不仅在中国群体中，在SBP也有所增加 [22] 和DBP [23] 在英国人群中检测到由rs266729引起的多态性。将rs266729多态性中的C替换为G发生在最接近的启动子区域，ADIPOQ启动子区域的遗传多态性与香港中国人群中低血清脂联素水平和高血压风险增加相关 [24] 。基于现有证据，rs266729多态性与高血压显著相关，然而，rs266729多态性是否通过低水平血浆脂联素影响高血压易感性的机制值得进一步研究。在百种人亚组中，ADIPOQ基因的rs1501299多态性与糖尿病显著相关。患有高血压。ADIPOQrs266729的次要T等位基因可能降低25%的高血压风险(P = 0.026, OR = 0.75, 95% CI = 0.58~0.97)，与GG基因型相比，TG基因型可能降低18%的高血压风险(P = 0.112, OR = 0.82, 95% CI = 0.68~0.99)。在显性遗传模型中也观察到相同的高血压风险降低。对于rs1501299多态性，在高加索亚组中发现rs1501299多态性在高血压组中的保护作用，这与9项纳入研究的结果相反。在肥胖受试者(身体质量指数 ≥ 26.7 Kg/m²)中发现rs1501299多态性与脂联素浓度相关 [25] 。Youpeng等观察到重度子痫前期患者rs1501299多态性T等位基因携带者血清脂联素水平较高 [26] 。然而，在相关研究中，在身体质量指数亚组中没有发现显著的相关性，并且由于缺乏性别分布的细节，亚组分析不能对性别进行分层。虽然高血压患者的血浆脂联素水平较低，但我们假设rs1501299多态性降低脂联素水平的能力弱于其他多态性，从而允许血清脂联素水平相对较高，这表明该多态性对高血压具有保护作用。需要更多的研究来探索rs1501299多态性在高血压中的确切保护机制。这个荟萃分析有几个局限性。首先，只包括英文和中文文章，这可能会使结果有偏差。第二，病人的异质性和混杂因素可能扭曲了分析。第三，在一些亚组中，纳入研究的数量相对较少，因此，对结果的解释应该谨慎。第四，在两项关于rs2241766和高血压之间关联的研究中，对照人群的基因型分布偏离HWE可能意味着这些研究中的基因型错误或对照选择偏倚。第五，在我们的研究中只评估了三种常见的SNPs，ADIPOQ中其他未知的、研究不足的或根本没有研究的相关SNPs也可能与高血压有潜在的关联。第六，大多数纳入研究是关于ADIPOQ多态性与收缩压的研究。ADIPOQ多态性之间是否存在潜在的联系与特定高血压和相关结果(舒张压和脉压)需要额外的研究。此外，环境因素对基因型-高血压关联的潜在影响也值得考虑。

总之，根据我们的分析，发现rs2241766多态性与高血压风险的显著增加相关。此外，还检测到高血压患者rs266729的风险增加。我们的荟萃分析表明，rs1501299多态性可能在高加索亚组的高血压中起保护作用。然而，还需要更多的研究来支持这一发现。

4. 脂联素与代谢综合征的关系

APN与代谢综合征(metabolic syndrome, MS)的关系是其与多种心血管危险因素关系的集合，主要心血管危险因素包括高血压、高脂血症、糖尿病、肥胖等。胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)与以上高危因素均有密切关联，已成为MS的重要危险因素。机体脂肪分布不均是导致肥胖的重要原因，而内脏脂肪的堆积更成为了IR及MS的重要发生因素。因此，APN作为脂肪细胞分泌的重要脂肪因子，与机体脂肪的分布、代谢及IR、动脉粥样硬化均有密切联系。国外研究表明 [17] ，给予MS及肥胖患者外源性APN可改善IR。郭燕等 [27] 将136例MS患者作为MS组，136例体检完全不具备MS组分的正常者作为对照组，对相关检查结果进行数据统计分析﹐发现血清APN的下降可能是IR上升的影响。代谢综合征(MletS)是全球主要的公共健康问题之一。在国际上，其患病率在15%到40%之间 [28] ，在发展中国家更高。代谢综合征包括一系列心脏代谢风险因素，其主要特征是胰岛素抵抗(IR)和肥胖 [29] 。美国国家胆固醇与教育计划(NCEP)的成人治疗小组III (ATPIII)标准是存在以下三个特征：血糖异常、低血浆高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、甘油三酯(TG)升高、血压升高和腹部肥胖(AO)。代谢综合征的诊断在国际上已采用NCEPATPIII标准进行了统一，但腰围AO临界值明显不同，其因种族、国家和地区而异。由于代谢综合征与冠心病(CHD)、二型糖尿病(T2DM)和其他心脏代谢疾病的风险增加相关，因此备受关注 [30] [31] 。代谢综合征的概念是有争议的，但是这一组代谢改变在拉丁美洲的较高患病率表明它在拉丁美洲医学中是一个有用的疾病分类实体。因此，重要的是，物理学家要认识到这种综合征，以确定一个特别高风险的人群，往往被低估和治疗不足。脂联素在代谢综合征和心脏代谢疾病中的作用脂联素，也称为ACRP30和AdipoQ [32] [33] ，是一种脂肪细胞衍生的激素，大量存在于人类血浆中，浓度范围在3至30 g/mL之间。血浆中的脂联素水平受内脏脂肪积累的负调节，因此在更肥胖的个体中较低。脂联素具有抗动脉粥样硬化、抗糖尿病和抗炎的特性，这些特性与肥胖相关疾病直接相关。此外，临床研究表明低脂联素血症与DM2 [34] 、冠心病 [35] 和高血压 [36] 的发病机制有关。低脂联素血症还与左心室肥大有关，左心室肥大伴有舒张功能障碍 [37] 。此外，脂联素水平可能对心血管疾病有良好的预测价值。高水平的脂联素与男性糖尿病患者的CAD风险降低相关，并与终末期肾衰竭患者的心血管结局相关 [38] 。一项前瞻性研究表明，在健康男性中，高血浆脂联素水平与较低的心肌梗死风险相关，独立于CRP水平或血糖水平 [39] 。此外，在外周动脉疾病患者中，血清脂联素与踝臂压力指数、最大步行距离和初始跛行距离呈正相关 [40] ，而在另一项研究中，血清水平与Fontaine分期呈负相关 [41] 。脂联素在预防心脏代谢疾病发生中的保护作用涉及不同的病理生理学机制。脂联素通过激活其受体发挥抗炎作用三种受体(AdipoR1、AdipoR2和T-钙粘蛋白) [42] 。AdipoR1和R2的激活导致肝脏和骨骼肌的脂肪酸氧化增加，骨骼肌乳酸生成增加，肝脏葡萄糖生成减少，细胞葡萄糖摄取增加，炎症和氧化应激抑制 [43] 。在血管内皮细胞中，T-钙粘蛋白的激活对氧化应激诱导的凋亡有保护作用 [44] 。己经提出了几种机制来解释脂联素的抗炎作用，包括对炎症细胞的直接作用、对NF-κB的作用以及与TNF-α的相互作用。已经证明，脂联素抑制内皮细胞中粘附分子的表达，并抑制平滑肌细胞增殖。它还抑制单核细胞向巨噬细胞的分化、泡沫细胞的形成以及巨噬细胞分泌TNF-α [45] [46] [47] 。脂联素水平的增加与前脂肪细胞向脂肪细胞分化的改善有关，这一过程通常在肥胖受试者中受损 [48] 。此外，脂联素增加内皮一氧化氮分泌 [49] [50] 。因此，脂联素似乎是参与限制肥胖相关疾病的病原体发生的重要分子，并且可能在心血管疾病的治疗和预防中具有潜在的益处。然而，由于补充脂联素的问题本质，增加脂联素的产生可能是一种有用的方法。例如，噻唑烷二酮类药物通过激活脂肪细胞中的PPAR-y来促进脂联素分泌的增加 [51] [52] 。热量限制也显示出增加adiponectin水平，反过来，赋予心肌缺血–再灌注损伤的抵抗力 [53] 。最近，一种新的非药物治疗干预，即陈年大蒜提取物，被发现可增加代谢综合征个体的脂联素水平 [54] 。然而，需要更多的研究来评估增加脂联素在治疗和预防心血管和代谢疾病中的潜在益处。

5. 脂联素水平与已确定的肾脏疾病

在肥胖患者中，已经发现血浆脂联素浓度比瘦患者低。不清楚这是为什么。最近在小鼠中的研究发现，高脂肪饮食一周内脂联素水平降低，但在高脂肪饮食12周后高于标准饮食的水平 [55] 。因此，似乎小鼠具有最初的下降，但随后它们在高脂肪饮食的数周内恢复其脂联素产生。然而，在有胰岛素抵抗证据并经常发展为糖尿病的肥胖患者中观察到持续的低脂联素血症。还发现在心血管疾病患者、伴或不伴微量白蛋白尿的原发性高血压患者和肾血管性高血压患者中，男性的血浆浓度低于女性 [56] [57] [58] 。鉴于慢性肾脏疾病多种危险因素的低脂联素血症的一致发现，人们期望在CKD患者中也看到这一发现。然而，对于已确诊的CKD，通常情况并非如此，而且研究结果更加复杂。Iwashima等人对150名患者进行了为期32个月的前瞻性研究。根据估计的肌断清除率将患者分为CKD的不同阶段。他们发现较高的血浆脂联素水平和较严重的CKD之间有显著的统计学联系 [59] 。在进行血液透析的终末期肾病(ESRD)患者中，Ignacy等人发现血浆脂联素浓度比健康受试者高三倍以上(29.0 ± 2.1对8.7 ± 2.6 P < 0.001) [60] 。一项研究指出，脂肪细胞中脂联素基因的表达随着晚期CKD而降低 [61] 。基因表达的减少可能与血清脂联素水平升高的负反馈有关。为了确定在严重肾病患者中脂联素信号传导是否有缺陷，Shen等评估了在血液透析的患者外周血单核细胞上脂联素受体 mRNA的表达，并与匹配的对照组进行比较。他们发现 PBMC上的AdipoR1和AdipoR2在ESRD患者中增加(分别为P < 0.05和P < 0.007)，并且这些受体水平与皮下和内脏脂肪之间有很强的相关性 [62] 。这些发现表明，CKD患者脂联素系统的增加不仅仅是由于肾脏排泄减少，还可能是对系统内其他因素的反应。这一发现与Tsigalou等人的研究相一致。他们在随访4.5年的60名血液透析患者中发现，身体质量指数与全因死亡率呈U形相关。他们还注意到这些患者血浆脂联素水平和全因死亡率呈倒U型关系。他们得出结论，肥胖或营养不良是高脂联素血症的驱动因素，脂联素水平的增加与ESRD患者的死亡率有关 [63] 。Idorn等人在基线和移植后3个月和12个月评估了57名非糖尿病肾移植受者。他们发现移植后脂联素水平显著下降(P < 0.0001)，而估计的肾小球滤过率增加(P < 0.0005)。他们还指出，表皮生长因子受体、身体质量指数和胰岛素敏感指数都与脂联素水平相关 [64] 。脂联素在肾脏疾病早期发作(即蛋白尿)中的作用似乎相当直接，然而，需要更多的研究来确定脂联素在已确诊和晚期CKD中的作用。

6. 展望

APN具有抗炎、抗动脉粥样硬化的作用，与其受体结合后通过信号通路可修复损伤的血管内皮细胞，但其对糖尿病大血管及微血管中的作用的具体机制尚不明确，且APN与血管病变程度方面尚未有一致结论。此外，APN可抑制局部慢性低水平炎性反应，近年来其因抑制炎性反应作用而备受关注。APN与糖尿病并发症的研究较少，尤其是其对外周血管抗炎机制。APN对糖尿病外周血管保护机制、其与病变程度差异相关性均有待进一步深入研究。

NOTES

^*通讯作者。