探究脂質(zhì)代謝影響因素的進(jìn)展

1、.探究脂質(zhì)代謝影響因素的進(jìn)展1721030561 高瑞摘要：脂代謝是人體三大物質(zhì)代謝之一，也是近年來(lái)一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。在已有的研究發(fā)現(xiàn)在脂質(zhì)代謝過(guò)程中，一些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子可以通過(guò)激活或抑制靶基因的表達(dá)來(lái)調(diào)控脂質(zhì)代謝。本文中的囊括了除此之外的脂質(zhì)代謝調(diào)控機(jī)制的進(jìn)展，包括亮氨酸缺乏、lncRNA、糖原代謝關(guān)鍵蛋白PPP1R3G、microRNA、神經(jīng)系統(tǒng)經(jīng)對(duì)脂質(zhì)代謝的明顯影響，并對(duì)糖尿病、肥胖癥等諸多代謝性疾病具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：脂質(zhì)代謝；調(diào)控；進(jìn)展自2003年7月華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)部的Han等提出了脂質(zhì)代謝組學(xué)的概念開始，脂質(zhì)代謝調(diào)控成為一門新興的科研熱點(diǎn)。它對(duì)于研究和治療脂質(zhì)代謝異常而引起

2、的阿茲海默癥、糖尿病、肥胖癥、動(dòng)脈粥樣硬化等諸多人類疾病具有重要的指導(dǎo)意義。脂質(zhì)是生物體內(nèi)重要的一大類化合物, 生物體內(nèi)重要的生命活動(dòng)都離不開脂質(zhì)，如物質(zhì)運(yùn)輸、能量代謝、信息傳遞及代謝調(diào)控等。脂代謝是人體三大物質(zhì)代謝之一，主要包括甘油三酯代謝、膽固醇及其酯的代謝、磷脂和糖脂代謝等。在已有的研究發(fā)現(xiàn)在脂質(zhì)代謝過(guò)程中，一些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子可以通過(guò)激活或抑制靶基因的表達(dá)來(lái)調(diào)控脂質(zhì)代謝。已發(fā)現(xiàn)的與脂質(zhì)代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子有很多，包括過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs）、肝X受體(liverXreceptors,LX

3、Rs)、視黃醛受體（retinoid X receptor,RXR）、固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol regulatory element binding proteins,SREBPs)等。隨著新技術(shù)、新方法的不斷發(fā)展，相繼發(fā)現(xiàn)不一樣的脂質(zhì)代謝調(diào)控機(jī)制，本文囊括了一些脂質(zhì)代謝影響因素的研究。1 亮氨酸缺乏調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝2010年中科院上海生科院營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究所郭非凡研究組在亮氨酸缺乏調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝方面取得的研究進(jìn)展 1。在前期研究中，郭非凡等發(fā)現(xiàn)亮氨酸這一必需氨基酸的缺乏能夠調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝，并且亮氨酸缺乏能誘導(dǎo)小鼠腹部脂肪快速丟失，具有明顯的減肥效果，但是機(jī)制尚不清楚。在研究中通過(guò)生化和分子

4、細(xì)胞生物學(xué)方法，在細(xì)胞和動(dòng)物水平闡明這個(gè)的分子機(jī)制。白色脂肪用于儲(chǔ)存能量，也是肥胖問(wèn)題的根源。棕色脂肪富含線粒體并且特異性高表達(dá)線粒體膜蛋白蛋白質(zhì)解偶聯(lián)蛋白1（Uncoupling Protein 1,UCP1）,在冷刺激的條件下有效地產(chǎn)生熱量同時(shí)減少脂肪生成和血脂濃度。一方面，亮氨酸缺乏引起白色脂肪組織中脂質(zhì)動(dòng)員增強(qiáng)，表現(xiàn)為激素敏感性脂酶（Hormone-Sensitive Lipase, HSL）活性增強(qiáng)；脂肪酸合成通路關(guān)鍵性酶-脂肪酸合成酶（Fatty Acid Synthase, FAS）表達(dá)降低，活性減弱；且脂肪酸氧化能力增強(qiáng)，這些作用共同導(dǎo)致小鼠體內(nèi)脂肪的快速減少。另一方面，亮氨酸

5、缺乏使褐色脂肪組織內(nèi)與產(chǎn)熱相關(guān)的UCP1表達(dá)顯著增加，小鼠耗氧量增加，體溫明顯升高，能量消耗增加導(dǎo)致脂肪減少。2 lncRNA在棕色脂肪生成過(guò)程中的重要調(diào)控功能Jian-die Lin在2014的文章中提到了一個(gè)從前未知的lncRNA-Blnc1參與了棕色脂肪的分化過(guò)程，并與關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子EBF2形成轉(zhuǎn)錄反饋回路 6。米色脂肪細(xì)胞是一類新發(fā)現(xiàn)的脂肪，它們散在分布于白色脂肪組織中,受寒冷刺激或3腎上腺素能受體激動(dòng)劑激活后,表現(xiàn)出棕色脂肪細(xì)胞的特點(diǎn):棕色脂肪標(biāo)記物UCP1表達(dá)量上升，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的非耦聯(lián)氧化磷酸化分解產(chǎn)熱。因此，提高棕色脂肪和米色脂肪的數(shù)目或增強(qiáng)他們的生物學(xué)功能是治療肥胖以及相關(guān)

6、代謝紊亂的潛在有效治療方法。在這項(xiàng)新研究中，通過(guò)對(duì)lncRNA進(jìn)行了體外干擾（Knockdown）實(shí)驗(yàn)挑選出棕色脂肪形成有明顯作用的lncRNA AK038898，并命名為Blnc1。Blnc1的表達(dá)隨棕色脂肪細(xì)胞的分化過(guò)程逐步升高，并且在米色脂肪中表達(dá)量也顯著上升。隨后，研究小組在體外培養(yǎng)的米色脂肪細(xì)胞和棕色脂肪前體細(xì)胞中過(guò)表達(dá)或敲除Blnc1，用表達(dá)譜芯片進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)Blnc1誘導(dǎo)了線粒體以及產(chǎn)熱相關(guān)基因的表達(dá)。研究者在成纖維細(xì)胞中將Blnc1和其他調(diào)控棕色脂肪基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子組合過(guò)表達(dá)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子EBF1和Blnc1共表達(dá)時(shí)有促進(jìn)脂肪細(xì)胞形成的作用。進(jìn)而研究Blnc1和EBF2的

7、相互作用。Blnc1過(guò)表達(dá)情況下，EBF1和靶標(biāo)基因啟動(dòng)子結(jié)合能力增強(qiáng)。RIP和RNA pull-down實(shí)驗(yàn)證明兩者的物理結(jié)合。此外，EBF1的過(guò)表達(dá)能增加Blnc1的表達(dá)量，ChIP實(shí)驗(yàn)及報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)證明EBF1能結(jié)合在Blnc1上游1.2kb左右的位點(diǎn)，激活Blnc1的表達(dá)。這些結(jié)果表明，Blnc1不僅能作為協(xié)同因子增強(qiáng)EBF1的活性，共同激活下游基因的表達(dá)，而且Blnc1自身也受到EBF1的調(diào)控，從而形成一個(gè)反饋回路。該研究確定了一個(gè)參與棕色脂肪分化的關(guān)鍵lncRNA,為代謝綜合癥的提供了新的治療思路，具有重要的科學(xué)意義。3 糖原代謝關(guān)鍵蛋白PPP1R3G在維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)以及肝臟脂肪代

8、謝中的作用肝糖原代謝在葡萄糖穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。糖原合成主要受糖原合成酶的調(diào)節(jié)，該酶被磷酸酶1(PP1)與糖基靶向亞單位或G亞基結(jié)合，被磷酸化和激活。在不同的器官中有7個(gè)G亞基(PPP1R3A到G)控制糖的生成。PPP1R3G是一種最近發(fā)現(xiàn)的G亞基，它的表達(dá)在快速進(jìn)食循環(huán)中發(fā)生了變化，并被證明在餐后血糖調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。陳雁研究員等在研究中 7，通過(guò)構(gòu)建肝臟特異性表達(dá)蛋白磷酸酶的一個(gè)新的調(diào)節(jié)亞基PPP1R3G的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，深入探討了PPP1R3G蛋白在糖脂代謝中的生理功能，研究發(fā)現(xiàn)PPP1R3G轉(zhuǎn)基因小鼠PPP1R3G過(guò)度表達(dá)使肝糖原含量明顯增加，同時(shí)能夠加快餐后血糖的清除。 研究還發(fā)現(xiàn)，P

9、PP1R3G轉(zhuǎn)基因小鼠的體脂成分減少，血液中的甘油三酯含量降低，肝臟中甘油三酯成分減少。此前有報(bào)道稱，禁食能夠在老鼠體內(nèi)誘發(fā)肝脂肪變性，而油紅染色顯示PPP1R3G的過(guò)度表能夠緩解饑餓誘導(dǎo)產(chǎn)生的脂肪肝，此外，與野生型動(dòng)物相比，轉(zhuǎn)基因小鼠血清甘油三酯水平顯著降低，而其他血清脂質(zhì)未改變。另外，在這兩種動(dòng)物之間的丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶的水平上沒(méi)有明顯的差異，這表明轉(zhuǎn)基因小鼠的高糖原含量與肝臟功能的變化沒(méi)有關(guān)系。這些結(jié)果共同證明了PPP1R3G的過(guò)度表達(dá)能夠在禁食條件下改善肝脂肪變性。這些數(shù)據(jù)表明，糖原代謝關(guān)鍵蛋白PPP1R3G在維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)以及肝臟脂肪代謝中的作用。 4 microRNA控制

10、著脂質(zhì)代謝中的關(guān)鍵蛋白MicroRNA是長(zhǎng)約22nt的非編碼RNA，在天然細(xì)胞基因組中占有98%。這些非編碼DNA在基因表達(dá)調(diào)控中起到了必不可少的作用，決定著基因表達(dá)的時(shí)間、地點(diǎn)和方式。它們能夠與mRNA結(jié)合阻斷蛋白編碼基因的表達(dá)，防止它們翻譯成為蛋白。在之前的研究中，Nr及其同事發(fā)現(xiàn)miR-33能夠抑制高密度脂蛋白(HDL)的生產(chǎn)，在動(dòng)物模型中阻斷miR-33可以提高HDL水平。 現(xiàn)在他們又揭示了在心血管疾病中起重要作用的四種microRNA。 8這些microRNA會(huì)減少關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，影響高密度脂蛋白（HDL）膽固醇的生成，低密度脂蛋白（LDL）膽固醇的清除，甘油三酯水平的調(diào)控和其他心血

11、管疾病風(fēng)險(xiǎn)因子。利用全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）的數(shù)據(jù)，從188,000個(gè)人中鑒別出69個(gè)microRNA與單核苷酸多態(tài)性(SNPs)有關(guān)，與異常的循環(huán)脂質(zhì)水平相關(guān)。其中的一些microRNA(miR-128-1、miR-148a、miR-130b和miR-301b)控制了涉及膽固醇脂蛋白的關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，如低密度脂蛋白(LDL)受體(LDLR)和ATP結(jié)合盒式蛋白(ABCA1)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。miR-128-1和miR-148a控制了調(diào)節(jié)血脂水平的蛋白，而miR-128-1還調(diào)控著脂肪肝沉積、胰島素信號(hào)傳導(dǎo)和血糖水平的維持。綜合起來(lái)，這些發(fā)現(xiàn)支持了一種觀點(diǎn)，即改變了microRNA的表達(dá)可能

12、導(dǎo)致了異常血脂水平，使人對(duì)人類的心臟代謝紊亂產(chǎn)生了影響。5 神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)白色脂肪組織代謝的調(diào)控機(jī)制之前的研究揭示，在低溫條件下，白色脂肪組織發(fā)生明顯的細(xì)胞及分子水平變化，高表達(dá)UCP1蛋白的細(xì)胞類型數(shù)目明顯增多，而該類細(xì)胞被認(rèn)為在調(diào)節(jié)代謝平衡中發(fā)揮重要功能。Jiang.H等在2017發(fā)表的一篇研究論文，報(bào)道了神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)白色脂肪組織代謝的調(diào)控機(jī)制。 9在最新這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)白色脂肪組織中分布高密度的交感神經(jīng)纖維，并且低溫條件刺激激活交感神經(jīng)元，其活動(dòng)對(duì)白色脂肪組織在低溫刺激下的棕化反應(yīng)有重要促進(jìn)功能，揭示了白色脂肪組織受神經(jīng)活動(dòng)調(diào)控的重要生理基礎(chǔ)。白色脂肪組織在生理和病理?xiàng)l件下發(fā)生顯著變化

13、，對(duì)整體的代謝穩(wěn)態(tài)和系統(tǒng)性炎癥產(chǎn)生廣泛影響，深入了解其調(diào)控機(jī)制對(duì)于理解和治療肥胖癥、2型糖尿病等代謝類疾病有著重要指導(dǎo)意義。 在此，研究人員利用熒光成像技術(shù)分析，在單纖維分辨率下，對(duì)小鼠腹股溝WAT的神經(jīng)分支進(jìn)行可視化。這一成像顯示了一種密集的交感神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以前未被常規(guī)方法發(fā)現(xiàn)，而交感神經(jīng)纖維與近90%的脂肪細(xì)胞處于接近的位置。我們證明了這些交感神經(jīng)纖維來(lái)源于由冷刺激激活的腹腔神經(jīng)節(jié)。神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體(Tropomyosin receptor kinase A，TrkA)特異性交感神經(jīng)的清除或由6-羥多巴胺引起的藥物消融，會(huì)消除這些內(nèi)部脂肪的神經(jīng)分支，從而導(dǎo)致了腹股溝WAT冷誘導(dǎo)棕化。這些發(fā)現(xiàn)

14、揭示了將傳出神經(jīng)信號(hào)與單個(gè)脂肪細(xì)胞的新陳代謝聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。FIG.1 小鼠腹股溝WAT及神經(jīng)分支小結(jié)對(duì)于代謝調(diào)控機(jī)制的研究一直在進(jìn)行，不斷有新的研究成果發(fā)表。本文中提到的亮氨酸缺乏、lncRNA、糖原代謝關(guān)鍵蛋白PPP1R3G、microRNA、神經(jīng)系統(tǒng)經(jīng)證明對(duì)脂質(zhì)代謝都有明顯的影響。這些脂質(zhì)代謝調(diào)控機(jī)制的明確對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)逐年增多的由肝臟脂質(zhì)代謝紊亂使得甘油三酯在肝臟中異常累積發(fā)生的代謝性疾病的治療具有指導(dǎo)性意義。研究人員可以進(jìn)一步在這些關(guān)鍵物質(zhì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其研發(fā)新的靶點(diǎn)藥物或者治療方案除此之外，這些脂質(zhì)代謝調(diào)控機(jī)制可以與以探明的轉(zhuǎn)錄因子脂質(zhì)代謝調(diào)控機(jī)制相對(duì)照結(jié)合。有助于新想法，

15、新思路的產(chǎn)生，為肥胖癥、胰島素抵抗(insulin resistance,IR)和非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)等代謝性疾病的患者帶去福音。參考文獻(xiàn)1.Cheng, Y., et al., Leucine deprivation decreases fat mass by stimulation of lipolysis in white adipose tissue and upregulation of uncoupling protein 1 (UCP1) in brown adipose tissue. Diabetes, 2010. 59(1): p. 17-25.2.李姣等, 肝

16、臟脂質(zhì)代謝關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子研究進(jìn)展. 動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2016,37(4): 90-93.3.蔡教英,脂質(zhì)代謝組學(xué)的研究進(jìn)展. 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)2011,23(11): 1870-1876.4. 李玉杰,CRTC2通過(guò)FoxO1/SREBO-2/HMGCR調(diào)節(jié)肝巧膽固醇的合成.20115.Han, J., et al., The CREB coactivator CRTC2 controls hepatic lipid metabolism by regulating SREBP1. Nature, 2015. 524(7564): p. 243-6.6.Zhao, X.Y., et al., A l

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