糖尿病(DM)是心血管疾病高危因素,心血管并发症是2型DM(T2DM)患者死亡主要原因〔1〕｡因此,T2DM患者心血管并发症的防治意义重大｡遗传因素在DM并发心血管疾病的发生和发展中起着重要作用,很多遗传易感基因和变异位点被发现和鉴定｡研究证实,过氧化物酶增殖物激活受体(PPAR)α基因单核苷多态性(SNPs)与DM､冠心病和肥胖的发生发展有重要影响〔2〕,DM遗传学(Go-DARTS)指出PPARα基因是T2DM心血管疾病风险的强力预测指标〔3〕,通过调控PPARα基因表达,可显著降低血糖,控制DM心血管疾病进展〔4〕｡虽然药物治疗DM合并冠心病的相关研究众多,但关注PPARα基因SNPs有限｡本文就PPARα基因SNPs对DM动脉粥样硬化(AS)､疾病易感性､药物耐受性的影响及运动对PPARα基因SNPs的影响进行综述,为运动防治DM心血管疾病提供参考｡

1、PPARα基因及多态性

PPARα基因由268个氨基酸组成,位于第22号染色体22q13.31上｡PPAR都具有大多数核受体的基本结构,由A/B､C､D和E/F四个功能域组成｡PPARα基因的结构由hPPARα互补DNA(cDNA)序列决定,由8个外显子和7个内含子组成,其中59个非翻译区包含外显子1､2和外显子3的一部分,PPARα的编码区包含外显子4~7和外显子3､8的一部分,在人类肝细胞中,近一半的PPARα结合区位于内含子内,仅有26%位于启动子区〔5〕｡PPARα的活性通过与视黄醇X受体(RXR)形成二聚体,与PPRE结合,调控脂肪酸､类二十烷､油酰乙醇酰胺等配体的摄取与分解,增强对骨骼肌和心脏的能量供应｡

人类基因组大部分是相同的,但少量的不同即造成疾病易感性､药物和运动耐受性的差别｡PPARα基因SNPs是指在基因组水平上某个等位基因座位上仅发生单个核苷酸的变异,即腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸脉嘧啶(T)之间的转换,概率>1%,因其具有普遍性和遗传稳定性而广泛运用于疾病和代谢相关基因的研究｡已经检测到许多重要的PPARαSNPs,其中rs1800206(L162V)主要参与脂质代谢和心血管疾病的发生发展,rs4253778(intron7G/C)参与心血管炎症和氧化应激的调节〔6〕｡而rs1800234(V227A)仅在东方国家发现,其次等位基因与降血脂､影响饮酒行为和降低肥胖相关指数相关;rs4253747的次等位基因与高海拔地区食欲的改变相关〔7〕｡非胰岛素依赖型糖尿病的预防研究(STOP-NIDDM)是第一项针对PPARα基因SNPs的大型国际化随机､双盲､安慰剂对照临床试验,评估1429例糖耐量异常的患者PPARα基因SNPs与转化为T2DM的关联,结果指出,携带162V等位基因的患者DM风险增加1.9倍,携带intron7C等位基因型的患者患DM的风险增加了2.7倍,并与血糖和胰岛素水平的升高相关;说明PPARα基因162V和intron7C这两个SNP位点与DM风险显著相关〔8〕｡携带这两种基因是否会增加DM患者的心血管风险值得深入探讨｡

2、PPARα基因多态性与DM心血管疾病易感性相关研究

2.1脂代谢异常血脂异常是心血管疾病的独立危险因素,许多编码与脂肪酸摄取和氧化相关蛋白质的基因都受到PPARα的调节,PPARα本身可由游离脂肪酸(FFA)激活,从而形成正反馈调节机制脂肪酸诱导的脂肪酸氧化,脂肪酸转位酶清道夫受体(CD)36､脂肪酸结合蛋白(FABP)､肉碱棕榈酰转移酶(CPT)-1等与脂代谢相关的基因都受PPARα的转录调控｡丹麦一项5799例缺血性心肌病患者的队列研究和涉及DM心力衰竭的临床研究指出,与携带L162等位基因的患者相比,携带162V等位基因的患者血清三酰甘油(TG)､胆固醇(TC)､低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和载脂蛋白B及Ⅱ水平更高,其中TG和TC水平高出L162等位基因患者70%和12%〔9〕｡其他大型临床试验也证实了intron7C等位基因携带者具有更高的缺血性心肌病和左心室肥大的风险,且携带intron7C等位基因的患者DM风险显著增加〔10〕｡

2.2AS高糖环境可能加速AS的形成,与非DM相比,DM患者发生心血管疾病的风险更大｡在Lopid冠状动脉血管造影试验(LOCAT)和第二次Northwick公园心脏试验(NPHS2)两项临床试验中发现intron7C等位基因与AS进展增加有关,而162V等位基因与intron7C等位基因具有很强的等位基因相关性,占78%〔7〕｡为了更好地判断基因多态性与疾病的相关性,Flavell等〔11〕对患者和健康个体之间PPARαSNP的单倍型频率进行调查,结果发现,患者中L-C单倍型比例较健康个体高,且通过Kaplan-Meier生存曲线对比不同单倍型组的生存差异后指出,L-C单倍型的纯合子携带者较162V等位基因､L-G单倍型纯合子或L-G/L-C杂合子的携带者显示出更大的心脏疾病风险｡

PPARα基因多态性的改变除了会引起代谢改变,还会导致炎症状态的改变｡在循环系统中,PPARα在内皮细胞､血管平滑肌细胞和单核/巨噬细胞中均有表达,以单核细胞黏附和炎性因子分泌为特征的炎症过程改变了血管功能〔12〕｡研究证明PPARα基因多态性与DM大血管病变具有相关性,当携带intron7C等位基因时,使患者对降脂药物的敏感性降低〔11〕,抑制PPARα基因对核因子(NF)-κB炎症因子信号通路的抑制作用减弱,使白介素(IL)､环氧化酶(COX)-2等炎症因子不断扩大级联反应,改变巨噬细胞极化状态,促进AS进程〔13〕｡此外,Yvert等〔14〕也指出PPARα162V等位基因与炎症之间的关联,高敏C反应蛋白(hs-CRP)是心血管疾病炎症和相关风险的主要生物标志,162V等位基因携带者TG和hs-CRP水平高,高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平低,心血管危险性高｡通过检测PPARα162V基因多态性与载脂蛋白的研究指出,与携带L162纯合子基因型的患者相比,携带162V等位基因的患者血液中载脂蛋白B的水平显著增高,因其可携带LDL-C,促进磷脂氧化,因此促进AS的发生发展〔15〕｡胎球蛋白-A是一种与游离脂肪酸结合的内源性配体,并作为Toll样受体(TLR)-4的内源性配体发挥作用,是一种与心血管风险增加相关的肝细胞因子,将代谢性疾病和亚临床炎症联系起来〔16〕｡对165例心肌梗死后患者进行胎球蛋白-A和PPARα基因多态性检测,发现intron7C等位基因是胎球蛋白-A浓度的最强决定因素,携带intron7C的DM患者具有更高的心血管风险〔10〕｡

3、PPARα基因多态性与药物耐受性

临床上用于治疗DM的降糖药种类较多,包括传统口服降糖药､胰岛素及钠-葡萄糖协同转运蛋白(SGLT)-2抑制剂与胰高血糖素样肽(GLP)-1激动剂等新一代药物,均可强化降糖降脂治疗,控制病情发展并降低死亡率〔17〕｡然而,DM患者在临床治疗中的降糖及减重疗效不一,这不仅在于DM发病机制复杂,还与患者对降糖药物存在明显个体差异相关｡如在经典一线降糖药二甲双胍(MET)研究中,部分长期使用MET的患者逐渐出现降糖达标率较前下降,即继发性失效,且每年平均失效率约17%,在使用利拉鲁肽治疗24w后也有25%的患者减重不达标,甚至3%患者体质量增加〔18〕｡因此,不同患者药物耐受性的差异是否与PPARα基因多态性相关值得深入探讨｡

一项针对缺血性心肌病患者是否合并DM的临床试验指出,合并DM患者携带L162等位基因纯合子者接受脂必清治疗后心血管事件显著减少12.1%,较携带162V等位基因减少9.9%效果更好;不合并DM患者,162V等位基因携带者经过脂必清治疗后心血管事件反而增加约7%〔19〕｡此外,对非诺贝特干预效果的研究针对791例心脏病患者的研究指出,使用非诺贝特治疗21d后162V等位基因纯合子携带者空腹血脂下降73mg/dl,相对于其他两种亚型,携带162V等位基因纯合子的冠心病患者空腹TG下降显著〔20〕｡PPARαL162V基因多态性在是否合并DM和脂代谢紊乱的前提下具有不同效果,在DM状态下PPARα激动剂主要通过增加胰岛素的敏感性从而降低血脂,对心血管的保护作用依赖于循环中血脂水平的降低〔21〕;不合并DM前提下,缺血性心肌病表现为三磷酸腺苷(ATP)减少,线粒体损伤,氧化磷酸化功能障碍的同时,发现PPARα的表达下调,心脏负荷加重,PPARα激动剂通过增加PPARα表达从而降低血脂〔22〕｡

DM合并AS患者进行非诺贝特干预后,发现其可显著减少冠脉堵塞,根据对TG降低的幅度进行分类,降低30%以上为高应答,其基因分析多为intron7G纯合子占84.7%,低应答仅有68.6%为intron7G纯合子携带者〔23〕｡intron7G纯合子被证明是降血脂反应的显著预测因子,非诺贝特治疗效果好的患者多携带GG纯合子,且治疗3w后除了血脂降低外,IL-6､单核细胞趋化蛋白-1等炎性生物标志物也显著降低〔24〕｡

4、PPARα与运动耐受性

运动作为治疗DM的“五驾马车”之一,可增加机体胰岛素敏感性,降低血糖､血脂､减少心血管危险因素｡运动强度是设计运动处方时一个值得深入探讨的问题,中低等强度的有氧运动可有效逆转或预防DM心肌重塑,高强度运动也可显著提高DM患者心脏功能,改善心肌肥厚〔25〕｡然而,运动对DM和心血管疾病的干预效果也因人而异｡

Cardoso等〔26〕研究PPARαintron7G/C的多态性与超重和肥胖人群身体成分变化幅度的关系指出,相较于其他两种基因型,携带intron7C等位基因纯合子的肥胖人群对有氧训练不敏感,减重效果差｡Halder等〔27〕研究发现,携带intron7C等位基因单倍型的患者具有更高的心脏代谢风险,且运动也无法显著降低其DM心脏代谢风险,一些DM患者即使在运动后也无法良好的控制代谢风险｡此外,对144例英国部队官兵进行10w的训练后,通过心脏核磁发现intron7C等位基因纯合子基因携带者的士兵左心室肥大显著增加,表现为左心室质量显著增加(19.4±4.2)g,提示PPARα基因变异导致心脏能量利用改变会影响心脏对运动的适应,而在德国第三次心血管疾病监测调查(MONICA)中也发现携带intron7C等位基因的患者具有更强的心肌肥大效应,与收缩压升高无关〔28〕｡因此对一些中等及以下强度运动不敏感的患者,在未来应针对基因型设计更具有针对性的运动处方｡

5、PPARα基因多态性与DM心血管疾病的关联机制

PPARα基因多态性可能通过影响PPARα表达水平和分子功能,改变细胞内代谢和炎症相关信号通路,从而影响DM患者心血管损伤,增加发病风险｡

5.1PPARαL162VPPARαL162V是在PPARα基因第5外显子484核苷酸位置上发生C-G的转换,编码脱氧核糖核酸(DNA)结合域的第二锌指结构,直接决定PPARα结合的特异性,通常等位基因为缬氨酸(Val)的基因,PPARα活性更强,其活性与配体的浓度相关〔29〕｡当配体浓度高时,162V等位基因转录活性高于L162,使空腹和餐后2h血糖增加,提高DM的风险,因此PPARα在心脏特异性过表达会导致中性脂质在心肌细胞内堆积,导致肥大与衰竭,见于DM､AS心肌病〔4〕｡因此当PPARα单核酸多态性改变引起DM血脂异常,增加载脂蛋白(Apo)E-/-小鼠DM､AS,当使用PPARα激动剂非诺贝特或Wy14643可通过增强脂肪组织β氧化和肌肉组织中胰岛素敏感性来改善葡萄糖稳态〔30〕｡此外,C级心肌梗死患者携带162V基因的比例更高,当进行心脏活检后发现,162V等位基因携带者出现心肌长链3-羟基酰基辅酶A脱氢酶(LCHAD)和中链酰基辅酶A脱氢酶(MCAD)的信使核糖核酸(mRNA)表达降低,当对心肌细胞进行162V等位基因转染后,PPARα转录活性､LCHADmRNA和ATP产生量显著降低〔31〕｡其原因在于当PPARα表达降低,抑制心肌细胞内线粒体脂肪酸氧化,导致心力衰竭和缺血性心肌病,PPARα激动剂可逆转线粒体缺血并恢复心脏功能｡此外,PPARα可促使棕榈酸酯氧化,后者可刺激NF-κB与胎球蛋白-A的启动子结合,因此当PPARα基因多态性改变致使其活性下降,导致胎球蛋白和促炎因子表达增加〔32〕｡由于PPARα既可调节心脏能量代谢,通过核转录的方式调控心脏糖脂代谢关键因子,又可通过转录抑制的途径抑制促炎基因的转录激活因子,如NF-κB等,减少巨噬细胞内TG堆积,并且促使胆固醇从细胞内到细胞膜的再分配,有利于HDL依赖性的胆固醇的流出及逆向转运,从而减少巨噬细胞源性泡沫细胞的形成〔33〕｡

5.2PPARαintron7G/CPPARαintron7G/C是在PPARα基因第7内含子2528核苷酸处发生GC的转换,虽然内含子没有特定功能,但其也会通过影响PPARα基因启动子或增强子原件的功能影响PPARα的转录活性,携带C等位基因会导致PPARα基因表达的降低〔34〕,其原因可能在于对β肾上腺素能刺激的反应较低｡相较于其他PPARα基因多态性位点,PPARαintron7G/C是唯一与运动能力相关的基因多态性位点,其变异在人体对运动的反应中发挥重要作用〔35〕｡

为了探究PPARαintron7G/C基因多态性与运动的关联,对146名篮球､足球和手球青年运动员进行运动能力与基因多态性研究,发现携带intron7C等位基因纯合子的青年运动员下肢快速肌肉力量显著高于GG纯合子和GC杂合子的运动员〔36〕｡Eynon等〔37〕对以色列运动员的PPARα基因多态性检测也指出耐力项目运动员携带PPARα7G等位基因有更多的慢肌纤维比例和更高的最大摄氧量水平｡Masschelein等〔38〕对96名比利时年轻男性在常压常氧下和急性常压缺氧下进行最大摄氧量测试,发现携带intron7C等位基因纯合子的受试者对缺氧更具有耐受性,因此PPARαintron7G/C基因可显著鉴别个体间对不同运动类型耐受性｡因此,intron7G等位基因携带者慢肌纤维比例高,肌纤维内线粒体数量多,因此更适合有氧运动,通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)-PPARα信号通路,增加葡萄糖转运蛋白(GLUT)-4和CD36的转位,降低血糖血脂,减少血管内皮损伤｡而7C等位基因携带者无氧能力强,快肌纤维比例高,肌纤维粗大〔39〕,易导致心肌肥厚,因此携带intron7C的患者应慎重选择药物和运动处方｡

综上,随着DM心血管疾病的发病率､致死率､致残率在全球范围不断攀升,PPARα遗传易感性生物学地位及在疾病中的认识不断深入｡目前基本明确了外显子区rs1800206(L162V)和内含子区的rs4253778(intron7G/C)与DM心血管风险增加相关｡其中L162V由于配体浓度引起的PPARα表达不同对药物的反应不同,通过改善代谢与炎症通路而控制DM的心血管风险｡intron7G/C是唯一与运动易感性相关的PPARα基因位点,但其对于PPARα表达水平的影响机制尚不明确,需要进一步探索｡未来的研究方向应从遗传角度探讨不同环境下基因位点对转录水平的影响,根据患者基因型设计更有针对性的药物与运动处方,对降低DM心血管疾病风险带来新的突破｡

参考文献:

1马小莉,张芳芳.2022年美国心脏病学会年会会议纪要:与糖尿病相关的心血管疾病学术进展〔J〕.中华内分泌代谢杂志,2023;3(39):273-7.

基金资助:天津市教委科研计划项目(No.2022KJ002);

文章来源:蔡欢,姜岩,刘静芹.PPARα基因多态性对糖尿病心血管疾病的影响及机制[J].中国老年学杂志,2025,45(13):3307-3311.