补体1q/肿瘤坏死因子相关蛋白9与心血管疾病

杨明媚 曾敏

据全球疾病负担(GBD)项目报道，心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)已成为全球死亡率和残疾调整生命年的主要原因[1]。肥胖是CVD的主要危险因素，其引起的脂肪因子生成失衡可导致肥胖相关的代谢疾病和CVD的发展[2]，因此，脂肪因子成为近年的研究热点。

补体1q/肿瘤坏死因子相关蛋白(C1q/tumor necrosis factor-related proteins，CTRPs)家族是脂联素旁系同源物的一个广泛表达且高度保守的脂肪因子家族。脂联素是为数较少的抗炎脂肪因子之一，其隶属于CTRPs家族，对与肥胖相关的代谢疾病和CVD具有保护作用[2-3]。CTRP9是Wong等[4]于2009年发现的新型抗炎脂肪因子，在所有CTRP旁系同源物中，CTRP9与脂联素最接近，所以两者具有相似的生物学功能。大量基础实验研究发现，CTRP9具有抗炎、抗缺血、调节糖脂代谢、舒张血管及保护心肌的作用。越来越多的证据表明，与脂联素不同，CTRP9可能比典型的脂肪细胞因子有更多保护心脏的作用。本文主要对CTRP9在CVD中的作用进展进行阐述。

1 CTRP9概述

1.1 CTRP9的结构特征和翻译后修饰

CTRP9由4个不同的结构域组成，分别是指导蛋白质分泌的N末端信号肽，短N端可变区，具有56个Gly-XY重复序列的胶原蛋白域，以及与免疫补体蛋白C1q同源的C端球形结构域。CTRP9在人和灵长类动物中有两种基因亚型，即CTRP9A和CTRP9B，但后者表达水平极低。CTRP9A基因位于13q12.12号染色体上，大小为12.6 kb，CTRP9B基因位于CTRP9A上游407 kb处。而小鼠CTRP9基因大小为12.7 kb，位于第14号染色体上。CTRP9主要形成高度稳定的具有生物活性的同型三聚体，此外鼠CTRP9还与脂联素球状C1q结构域形成异源三聚体[4]。

CTRP9在其胶原蛋白结构域中具有多个翻译后修饰，包括羟化脯氨酸、羟化和糖基化赖氨酸。在CTRPs中发生蛋白水解是一种常见的翻译后修饰。CTRP9单体形成三聚体复合物，该复合物通过蛋白裂解释放其球状结构域(gCTRP9)作为主要的循环异构体。与全长CTRP9相比，gCTRP9对活化单磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)、蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric-oxide synthase，eNOS)有更强的作用[5]。因此，促进gCTRP9的产生可能是增强CTRP9生物学功能的有效途径。

1.2 CTRP9 的组织表达

先前研究表明，CTRP9主要在脂肪组织中表达[4]。然而，2013年Su等[6]研究发现，CTRP9的表达在心脏中占主导地位。CTRP9在成年小鼠心脏中表达最丰富，比脂联素表达高100倍以上。CTRP9由心脏自身大量产生，是血浆CTRP9的1.6倍[6]和皮下脂肪组织CTRP9的2～3倍[7]。CTRP9在骨骼肌、脑、肝和肾等各种组织和器官中均可检测到[8-9]，因此其可能是通过自分泌、旁分泌和内分泌多种方式发挥生物学作用。

1.3 CTRP9受体与信号转导

脂联素受体1(adiponectin receptor 1，AdipoR1)是脂联素与CTRP9的共同受体，CTRP9信号传导是通过RAW 264.7巨噬细胞[10]和心肌细胞[11]中的AdipoR1实现的。Yan等[12]观察到，CTRP9在脂肪间充质干细胞(adipose derived stem cells，ADSCs)中与N-钙黏蛋白共定位并直接相互作用，而且敲除N-钙黏蛋白后完全消除了CTRP9对ADSCs的影响，这表明N-钙黏蛋白是一种新型特异性的CTRP9受体。CTRP9的活性形式(gCTRP9)分别与AdipoR1、N-钙黏蛋白结合后可以激活多种信号通路来调节糖脂代谢、血管舒张和细胞分化。有研究发现，CTRP9与位于心肌细胞表面和细胞质中的内质网分子伴侣钙网蛋白相互作用，激活了蛋白激酶A-cAMP反应元件结合蛋白(PKA-CREB)信号传导途径，抑制了缺血/再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)损伤后的心肌细胞凋亡。钙网蛋白可能是心肌细胞衍生的CTRP9的新受体，它可能有助于心肌细胞中CTRP9的折叠和合成，并在心肌I/R损伤时促进自分泌CTRP9的内化[13]。

2 CTRP9在CVD中的保护作用

2.1 CTRP9与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一个复杂的多因素过程，涉及炎症、脂质代谢失调、内皮功能障碍、血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)表型转换及随后的增殖和迁移。作为一种独特且多效的脂肪因子，CTRP9主要通过以下机制防止动脉粥样硬化的发展。

2.1.1 抑制炎症反应 在用氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoproteins，ox-LDL)处理的RAW 264.7巨噬细胞中，重组gCTRP9蛋白的应用通过AdipoR1/AMPK/NF-κB信号通路显著减弱了肿瘤坏死因子α和单核细胞趋化蛋白1的产生[10]。此外，载脂蛋白E基因敲除(ApoE-/-)小鼠中CTRP9的过表达下调巨噬细胞肿瘤坏死因子α和单核细胞趋化蛋白1的表达，并抑制巨噬细胞和VSMC募集，而增强了动脉粥样斑块的稳定性[14]。

巨噬细胞转化为泡沫细胞是动脉粥样硬化的早期特征，有研究发现CTRP9通过调节AMPK/mTOR自噬信号传导途径来增强胆固醇流出，从而阻止THP-1源性巨噬细胞形成泡沫细胞，减慢了早期动脉粥样硬化的病理进程[15]。Zhang等[16]研究发现，CTRP9通过AMPK可以下调ox-LDL，活化巨噬细胞中NLRP3蛋白的表达，以及抑制NLRP3炎症小体的活性，从而发挥抗动脉粥样硬化的作用。

2.1.2 改善内皮功能障碍 一氧化氮(nitric oxide，NO)具有扩血管的作用，其产生依赖于eNOS的活化。由于NO生成减少而引起的内皮依赖性血管舒张功能障碍是内皮功能障碍的重要特征，并且早于动脉粥样硬化病变形成[17]。重组CTRP9蛋白的预处理可增加暴露于ox-LDL的人脐静脉内皮细胞中eNOS依赖性的NO合成[18]，从而抑制了人脐静脉内皮细胞的凋亡。CTRP9的过表达激活了磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/Akt通路，从而阻止内皮素1在人肺动脉内皮细胞中的分泌[19]，最终使人肺动脉内皮细胞的凋亡减少，这表明CTRP9通过影响NO和内皮素1的产生而成为一种新型的血管舒张性脂肪因子。因此，阻断内皮细胞凋亡是CTRP9防止内皮功能障碍的另一重要机制。

2.1.3 阻止VSMC表型转换、增殖和迁移 巨噬细胞是动脉粥样硬化病变的重要效应细胞。动脉粥样硬化斑块中的许多巨噬细胞实际上来自VSMCs。VSMCs向巨噬细胞样细胞的转变不仅会损害血管收缩功能，还会促进细胞的增殖、迁移和促炎介质的分泌[20]。有研究发现，将CTRP9添加到胆固醇含量高的VSMC中可降低巨噬细胞标志物CD68的水平，但会增加VSMC去分化标志物(如α-平滑肌肌动蛋白)的水平，这表明CTRP9阻止VSMCs向巨噬细胞样细胞的转分化[21]。在缺氧处理的人肺动脉平滑肌细胞中，重组CTRP9蛋白给药可通过抑制转化生长因子β1/ERK1/2信号转导轴显著降低细胞的增殖和迁移潜能[22]。

2.2 CTRP9与心肌I/R损伤

研究表明，CTRP9保护心脏免受缺血和I/R损害。心肌I/R损伤后，脂肪细胞中CTRP9表达和血浆CTRP9水平均显著降低[23]，而敲除CTRP9基因则显著增强H9c2细胞的模拟I/R损伤[6]。活性氧的过量产生是再灌注引起的心肌损伤的主要原因。一项关于gCTRP9在氧化应激下对新生小鼠心肌细胞(neonatal rat cardiac myocytes，NRCM)的保护作用的新研究发现，gCTRP9通过增强自噬通量来保护心肌细胞免受棕榈酸诱导的氧化应激[24]。另一项较早的研究发现，在糖尿病小鼠体内补充CTRP9可以减轻氧化应激，减少心肌梗死面积和降低凋亡指数并增强心肌I/R后的心脏功能[6]。因此，CTRP9对心肌I/R引起的氧化应激具有调节作用，从而减少心肌细胞损伤。

内源性CTRP9通过AdipoR1受体依赖性途径激活AMPK信号级联，该信号通路的激活减弱了炎症细胞因子的表达和细胞凋亡，从而起到对急性心肌损伤的保护作用[11]。体外实验进一步证明，施用PKA抑制剂或PKA特异性小干扰RNA(siRNA)实际上可消除CTRP9的抗凋亡作用。因此，CTRP9介导的心肌保护作用是通过AMPK依赖性途径发生的。循环中的CTRP9水平在急性或慢性心肌缺血时会降低，补充CTRP9可能有益于治疗或预防缺血性心脏病。

2.3 CTRP9与心肌梗死的干细胞修复

用ADSCs条件培养基输注可以改善梗死心脏的功能，ADSCs移植的治疗效果可归因于旁分泌介导的心脏保护和血管生成[25]。研究证实CTRP9促进ADSCs的增殖和迁移，并保护ADSCs免受过氧化氢诱导的细胞死亡。CTRP9通过ERK1/2-MMP-9信号增强ADSCs的增殖/迁移，并通过ERK-Nrf2/抗氧化蛋白表达促进细胞存活[12]。在一项体外培养细胞研究中，微小RNA-34a-5p(miR-34a-5p)可以靶向并下调心肌细胞中的CTRP9，下调的miR-34a-5p在体外通过上调CTRP9的表达促进ADSCs增殖和迁移并抑制ADSCs凋亡。而且，miR-34a-5p的下调或CTRP9的上调促进了ADSCs在体内对心肌缺血损伤的保护作用。抑制miR-34a-5p可能会通过刺激CTRP9的表达促进ADSCs对心肌缺血损伤的保护功能[26]。因此，CTRP9可促进干细胞植入梗死心肌组织，从而增强干细胞治疗功效。

2.4 CTRP9与心力衰竭

心肌肥大和纤维化是心力衰竭的主要原因。在最近一项研究中，高脂饮食喂养的小鼠中CTRP9基因敲除加重了心脏肥大、纤维化、内质网引起的细胞凋亡和氧化应激。体外补充CTRP9治疗以剂量依赖方式显著减轻了NRCM中棕榈酸酯诱导的氧化应激和内质网应激诱导的细胞凋亡。在进一步的机制研究中，CTRP9增强了Ser428磷酸化肝脏激酶B1(liver kinase B1，LKB1)的表达并促进了LKB1的胞质定位。此外，慢病毒对LKB1基因的沉默大大抑制了CTRP9对AMPK的激活，并部分消除了CTRP9对心脏脂毒性的保护作用[27]。所以，CTRP9通过LKB1/AMPK信号通路发挥抗心肌脂毒性和抑制心肌肥大的作用。

微型渗透泵持续输注CTRP9蛋白可改善心肌梗死后野生型小鼠的心脏功能、细胞凋亡和纤维化[23]。炎症消退对改善心肌梗死后的组织损伤和心功能有重要作用，这一过程需要巨噬细胞的协同作用。从炎症表型巨噬细胞(M1)到修复性表型巨噬细胞(M2)的早期表型转化，有利于伤口愈合和显著改善心脏功能[28]。Liu等[29]发现，CTRP9在心肌梗死后主要通过TLR4/MD2/MyD88和AMPK-NF-κB途径调节M1/M2巨噬细胞极化，从而减少炎症反应和改善心肌梗死早期的心脏功能。心肌梗死早期心肌炎和继发性间质纤维化是其后心房颤动的重要病理生理机制。CTRP9的下调加重了心房炎症、纤维化、心房颤动易感性，延长了心房间传导时间，但对心功能没有影响。CTRP9通过抑制TLR4/NF-κB和Smad2/3信号通路而有效减轻心房炎症和纤维化[30]。

循环中β肾上腺素受体的持续激活是心肌重构的关键机制之一[31]，其持续激活会导致心力衰竭的发生。CTRP9在异丙肾上腺素诱导的小鼠心脏中表达明显降低，同时CTRP9通过增加神经型一氧化氮合酶和eNOS表达改善异丙肾上腺素诱导模型小鼠的收缩和舒张功能，减轻心肌肥厚和心肌纤维化，延缓心肌重构[32]。Gao等[33]临床研究发现，心力衰竭患者中CTRP9的浓度降低，并且其降低与发病率和死亡率增加相关。

综上，CTRP9有望成为预防心力衰竭的靶向分子，同时可能作为对心力衰竭严重程度分层的新型生物标志物。

3 CTRP9在CVD中的不利作用

然而，也有研究显示了CTRP9对心血管的不利作用。CTRP9主要来源于心肌毛细血管内皮细胞，有研究发现肥厚型心肌病患者的心脏中CTRP9表达明显上调，主要以旁分泌的方式作用于心肌细胞，使心脏肥厚重构、心室壁厚度增加和心室容积增大，最后导致心脏功能障碍加重[7]。其可能机制是通过激活ERK5，后者直接使其下游靶标-促肥大转录因子GATA4磷酸化而促进心肌细胞肥大。此研究表明，CTRP9在压力超负荷期间具有不良适应能力。而较早研究显示，内源性CTRP9下调时，它在心脏缺血损伤中具有适应性，重组gCTRP9在急性心肌梗死中发挥着减小梗死面积并抑制心肌梗死后心肌重构的心脏保护作用[25]。因此，CTRP9发挥不同的效应可能与不同疾病模型有关，也可能是因为内源性全长CTRP9在功能上有所不同，由于其与不同受体或共受体蛋白的结合而产生不同的作用。目前研究发现，ERK5-GATA4是CTRP9促心肌肥大的信号通路，将来需要做更多的工作来详细阐明压力过载期间CTRP9触发的心脏功能障碍的确切信号传导机制。此外，未来的研究还应阐明CTRP9如何响应不同的疾病刺激而触发不同信号通路的激活，从而诱导抗凋亡或促进生长的作用。

最新研究发现，CTRP9通过JAK2/STAT3途径在Raw 264.7和腹膜巨噬细胞中以剂量和时间依赖性方式上调诱导型一氧化氮合酶的表达[34]，而后者参与某些CVD病理进程，且其是具有促炎特性的M1巨噬细胞的标志物之一。因此，CTRP9发挥心血管保护作用的条件和更多作用通路值得继续深入研究。

4 小结与展望

CTRP9通过多种信号通路在动脉粥样硬化、心肌I/R损伤以及心力衰竭等CVD中发挥重要作用。随着对CTRP9在CVD中保护机制的深入研究，其可能成为抗动脉粥样硬化、抗心肌重构、预防心肌梗死后心房颤动的有效治疗靶点。目前关于CTRP9的基础研究证据较为丰富，但临床研究相对缺乏。多项研究中CTRP9在2型糖尿病和冠心病患者中的水平存在差异，这有待临床多中心、大样本的研究证实。希望未来有更多研究阐明CTRP9在CVD的诊断和防治中的作用价值，并使其在临床实践中推广应用。

利益冲突：无