1、1探究脂质代谢影响因素的进展1721030561 高瑞摘要：脂代谢是人体三大物质代谢之一，也是近年来一个新兴的研究领域。在已有的研究发现在脂质代谢过程中，一些转录调控因子可以通过激活或抑制靶基因的表达来调控脂质代谢。本文中的囊括了除此之外的脂质代谢调控机制的进展，包括亮氨酸缺乏、lncRNA、糖原代谢关键蛋白 PPP1R3G、microRNA 、神经系统经对脂质代谢的明显影响，并对糖尿病、肥胖症等诸多代谢性疾病具有重要的指导意义。关键词：脂质代谢；调控；进展自 2003 年 7 月华盛顿大学医学部的 Han 等提出了脂质代谢组学的概念开始，脂质代谢调控成为一门新兴的科研热点。它对于研究和治疗脂
2、质代谢异常而引起的阿兹海默症、糖尿病、肥胖症、动脉粥样硬化等诸多人类疾病具有重要的指导意义。脂质是生物体内重要的一大类化合物, 生物体内重要的生命活动都离不开脂质，如物质运输、能量代谢、信息传递及代谢调控等。脂代谢是人体三大物质代谢之一，主要包括甘油三酯代谢、胆固醇及其酯的代谢、磷脂和糖脂代谢等。在已有的研究发现在脂质代谢过程中，一些转录调控因子可以通过激活或抑制靶基因的表达来调控脂质代谢。已发现的与脂质代谢相关的转录因子有很多，包括过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs） 、肝 X 受体(liver X
3、 receptors,LXRs)、视黄醛受体（retinoid X receptor,RXR） 、固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory 2element binding proteins,SREBPs)等。随着新技术、新方法的不断发展，相继发现不一样的脂质代谢调控机制，本文囊括了一些脂质代谢影响因素的研究。1 亮氨酸缺乏调节脂质代谢2010 年中科院上海生科院营养科学研究所郭非凡研究组在亮氨酸缺乏调节脂质代谢方面取得的研究进展 。在前期研究中，郭非 1凡等发现亮氨酸这一必需氨基酸的缺乏能够调节肝脏脂质代谢，并且亮氨酸缺乏能诱导小鼠腹部脂肪快速丢失，具有明显的减肥效果，但是机
4、制尚不清楚。在研究中通过生化和分子细胞生物学方法，在细胞和动物水平阐明这个的分子机制。白色脂肪用于储存能量，也是肥胖问题的根源。棕色脂肪富含线粒体并且特异性高表达线粒体膜蛋白蛋白质解偶联蛋白 1（Uncoupling Protein 1,UCP1 ）,在冷刺激的条件下有效地产生热量同时减少脂肪生成和血脂浓度。一方面，亮氨酸缺乏引起白色脂肪组织中脂质动员增强，表现为激素敏感性脂酶（Hormone-Sensitive Lipase, HSL）活性增强；脂肪酸合成通路关键性酶- 脂肪酸合成酶（Fatty Acid Synthase, FAS）表达降低，活性减弱；且脂肪酸氧化能力增强，这些作用共同导致
5、小鼠体内脂肪的快速减少。另一方面，亮氨酸缺乏使褐色脂肪组织内与产热相关的 UCP1 表达显著增加，小鼠耗氧量增加，体温明显升高，能量消耗增加导致脂肪减少。2 lncRNA 在棕色脂肪生成过程中的重要调控功能Jian-die Lin 在 2014 的文章中提到了一个从前未知的 lncRNA-Blnc1 参与了棕色脂肪的分化过程，并与关键转录因子 EBF2 形成转3录反馈回路 。 6米色脂肪细胞是一类新发现的脂肪，它们散在分布于白色脂肪组织中,受寒冷刺激或 3 肾上腺素能受体激动剂激活后,表现出棕色脂肪细胞的特点:棕色脂肪标记物 UCP1 表达量上升，通过细胞内脂肪酸的非耦联氧化磷酸化分解产热。因
6、此，提高棕色脂肪和米色脂肪的数目或增强他们的生物学功能是治疗肥胖以及相关代谢紊乱的潜在有效治疗方法。在这项新研究中，通过对 lncRNA 进行了体外干扰（Knockdown）实验挑选出棕色脂肪形成有明显作用的 lncRNA AK038898，并命名为 Blnc1。Blnc1 的表达随棕色脂肪细胞的分化过程逐步升高，并且在米色脂肪中表达量也显著上升。随后，研究小组在体外培养的米色脂肪细胞和棕色脂肪前体细胞中过表达或敲除 Blnc1，用表达谱芯片进行检测，发现 Blnc1 诱导了线粒体以及产热相关基因的表达。研究者在成纤维细胞中将 Blnc1 和其他调控棕色脂肪基因表达的转录因子组合过表达，发现当
7、转录因子 EBF1 和Blnc1 共表达时有促进脂肪细胞形成的作用。进而研究 Blnc1 和EBF2 的相互作用。 Blnc1 过表达情况下，EBF1 和靶标基因启动子结合能力增强。RIP 和 RNA pull-down 实验证明两者的物理结合。此外，EBF1 的过表达能增加 Blnc1 的表达量，ChIP 实验及报告基因实验证明 EBF1 能结合在 Blnc1 上游 1.2kb 左右的位点，激活Blnc1 的表达。这些结果表明， Blnc1 不仅能作为协同因子增强EBF1 的活性，共同激活下游基因的表达，而且 Blnc1 自身也受到EBF1 的调控，从而形成一个反馈回路。该研究确定了一个参与
8、棕色脂肪分化的关键 lncRNA,为代谢综合症的提供了新的治疗思路，具有重要的科学意义。3 糖原代谢关键蛋白 PPP1R3G 在维持葡萄糖稳态以及肝脏脂肪代4谢中的作用肝糖原代谢在葡萄糖稳态中起着重要作用。糖原合成主要受糖原合成酶的调节，该酶被磷酸酶 1(PP1)与糖基靶向亚单位或 G 亚基结合，被磷酸化和激活。在不同的器官中有 7 个 G 亚基(PPP1R3A 到G)控制糖的生成。PPP1R3G 是一种最近发现的 G 亚基，它的表达在快速进食循环中发生了变化，并被证明在餐后血糖调节中发挥作用。陈雁研究员等在研究中 ，通过构建肝脏特异性表达蛋白磷酸酶 7的一个新的调节亚基 PPP1R3G 的转
9、基因小鼠模型，深入探讨了PPP1R3G 蛋白在糖脂代谢中的生理功能，研究发现 PPP1R3G 转基因小鼠 PPP1R3G 过度表达使肝糖原含量明显增加，同时能够加快餐后血糖的清除。 研究还发现，PPP1R3G 转基因小鼠的体脂成分减少，血液中的甘油三酯含量降低，肝脏中甘油三酯成分减少。此前有报道称，禁食能够在老鼠体内诱发肝脂肪变性，而油红染色显示 PPP1R3G 的过度表能够缓解饥饿诱导产生的脂肪肝，此外，与野生型动物相比，转基因小鼠血清甘油三酯水平显著降低，而其他血清脂质未改变。另外，在这两种动物之间的丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶的水平上没有明显的差异，这表明转基因小鼠的高糖原含量与肝脏功能
10、的变化没有关系。这些结果共同证明了 PPP1R3G 的过度表达能够在禁食条件下改善肝脂肪变性。这些数据表明，糖原代谢关键蛋白 PPP1R3G 在维持葡萄糖稳态以及肝脏脂肪代谢中的作用。 4 microRNA 控制着脂质代谢中的关键蛋白MicroRNA 是长约 22nt 的非编码 RNA，在天然细胞基因组中占有 98%。这些非编码 DNA 在基因表达调控中起到了必不可少的作5用，决定着基因表达的时间、地点和方式。它们能够与 mRNA 结合阻断蛋白编码基因的表达，防止它们翻译成为蛋白。在之前的研究中，Nr 及其同事发现 miR-33 能够抑制高密度脂蛋白(HDL)的生产，在动物模型中阻断 miR-
11、33 可以提高 HDL 水平。 现在他们又揭示了在心血管疾病中起重要作用的四种microRNA。 这些 microRNA 会减少关键蛋白的表达，影响高密度 8脂蛋白（HDL ）胆固醇的生成，低密度脂蛋白（LDL）胆固醇的清除，甘油三酯水平的调控和其他心血管疾病风险因子。利用全基因组关联研究（GWAS ）的数据，从 188,000 个人中鉴别出 69 个 microRNA 与单核苷酸多态性(SNPs)有关，与异常的循环脂质水平相关。其中的一些 microRNA(miR-128-1、miR-148a、miR-130b 和 miR-301b)控制了涉及胆固醇脂蛋白的关键蛋白的表达，如低密度脂蛋白(L
12、DL) 受体 (LDLR)和 ATP 结合盒式蛋白(ABCA1)胆固醇转运蛋白。miR-128-1 和 miR-148a 控制了调节血脂水平的蛋白，而 miR-128-1 还调控着脂肪肝沉积、胰岛素信号传导和血糖水平的维持。综合起来，这些发现支持了一种观点，即改变了 microRNA的表达可能导致了异常血脂水平，使人对人类的心脏代谢紊乱产生了影响。5 神经系统对白色脂肪组织代谢的调控机制之前的研究揭示，在低温条件下，白色脂肪组织发生明显的细胞及分子水平变化，高表达 UCP1 蛋白的细胞类型数目明显增多，而该类细胞被认为在调节代谢平衡中发挥重要功能。Jiang.H 等在 2017发表的一篇研究论
13、文，报道了神经系统对白色脂肪组织代谢的调控机制。 9在最新这项研究中，研究人员发现白色脂肪组织中分布高密度的交感神经纤维，并且低温条件刺激激活交感神经元，其活动对白色6脂肪组织在低温刺激下的棕化反应有重要促进功能，揭示了白色脂肪组织受神经活动调控的重要生理基础。白色脂肪组织在生理和病理条件下发生显著变化，对整体的代谢稳态和系统性炎症产生广泛影响，深入了解其调控机制对于理解和治疗肥胖症、2 型糖尿病等代谢类疾病有着重要指导意义。 在此，研究人员利用荧光成像技术分析，在单纤维分辨率下，对小鼠腹股沟 WAT 的神经分支进行可视化。这一成像显示了一种密集的交感神经网络，以前未被常规方法发现，而交感神经
14、纤维与近90%的脂肪细胞处于接近的位置。我们证明了这些交感神经纤维来源于由冷刺激激活的腹腔神经节。神经生长因子受体(Tropomyosin receptor kinase A，TrkA )特异性交感神经的清除或由 6-羟多巴胺引起的药物消融，会消除这些内部脂肪的神经分支，从而导致了腹股沟WAT 冷诱导棕化。这些发现揭示了将传出神经信号与单个脂肪细胞的新陈代谢联系起来的一个重要的环节。FIG.1 小鼠腹股沟 WAT 及神经分支小结对于代谢调控机制的研究一直在进行，不断有新的研究成果发表。本文中提到的亮氨酸缺乏、lncRNA、糖原代谢关键蛋白7PPP1R3G、microRNA、神经系统经证明对脂质
15、代谢都有明显的影响。这些脂质代谢调控机制的明确对于现代社会逐年增多的由肝脏脂质代谢紊乱使得甘油三酯在肝脏中异常累积发生的代谢性疾病的治疗具有指导性意义。研究人员可以进一步在这些关键物质的基础上，针对其研发新的靶点药物或者治疗方案除此之外，这些脂质代谢调控机制可以与以探明的转录因子脂质代谢调控机制相对照结合。有助于新想法，新思路的产生，为肥胖症、胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)和非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)等代谢性疾病的患者带去福音。参考文献1. Cheng, Y., et al., Leucine deprivation decreases fat mass by
16、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, 肝脏脂质代谢关键转录因子研究进展. 动物医学进展, 2016,37(4): 90-93.3. 蔡教英,脂质代谢组学的研究进展. 动物营养学报 2011,23(11): 1870-1876.4. 李玉杰,CRTC2 通过 FoxO1/SREBO-2/HMGCR 调节肝巧胆固醇的
17、合成.20115.Han, J., et al., The CREB coactivator CRTC2 controls hepatic lipid 8metabolism by regulating SREBP1. Nature, 2015. 524(7564): p. 243-6.6.Zhao, X.Y., et al., A long noncoding RNA transcriptional regulatory circuit drives thermogenic adipocyte differentiation. Mol Cell, 2014. 55(3): p. 372-82
18、.7. Zhang, Y., et al., Regulation of glucose homeostasis and lipid metabolism by PPP1R3G-mediated hepatic glycogenesis. Mol Endocrinol, 2014. 28(1): p. 116-26.8. Wagschal, A., et al., Genome-wide identification of microRNAs regulating cholesterol and triglyceride homeostasis. Nat Med, 2015. 21(11):
19、p. 1290-7.9. Jiang, H., et al., Dense Intra-adipose Sympathetic Arborizations Are Essential for Cold-Induced Beiging of Mouse White Adipose Tissue. Cell Metab, 2017. 26(4): p. 686-692.e3.10.Wang, Y.J., et al., Cholesterol and fatty acids regulate cysteine ubiquitylation of ACAT2 through competitive
20、oxidation. Nat Cell Biol, 2017. 19(7): p. 808-819.11.Xue, Y., et al., Hypoxia-independent angiogenesis in adipose tissues during cold acclimation. Cell Metab, 2009. 9(1): p. 99-109.12.Diane, A., et al., PACAP is essential for the adaptive thermogenic response of brown adipose tissue to cold exposure
21、. J Endocrinol, 2014. 222(3): p. 327-39.13.Matsuzaka, T. and H. Shimano, Novel role for the CRTC2 in lipid 9homeostasis. J Diabetes Investig, 2016. 7(5): p. 677-9.14.Li, Y., et al., A novel role for CRTC2 in hepatic cholesterol synthesis through SREBP-2. Hepatology, 2017. 66(2): p. 481-497.15.Yang, P.L., et al., Effects of pure total flavonoids from Citrus changshan-huyou on blood lipid metabolism in hyperlipidemic rats. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi, 2017. 42(5): p. 936-943.
