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【文獻(xiàn)速遞】脂肪組織科研“新寵”——Lipokines的現(xiàn)在及未來

 txw40 2021-03-18
脂肪組織是重要的內(nèi)分泌代謝器官,參與調(diào)節(jié)全身能量代謝及維持葡萄糖、脂質(zhì)的穩(wěn)態(tài)1。其內(nèi)分泌功能由脂肪分泌至血液循環(huán)的具有生物活性的因子介導(dǎo)。既往關(guān)于脂肪組織分泌的研究主要集中在多肽類脂肪因子,包括瘦素、脂聯(lián)素和降脂蛋白等2。除了多肽類脂肪因子,脂肪組織還分泌多種非多肽類的生物活性因子,其中包括脂肪酸衍生的生物活性脂質(zhì)。一部分脂肪分泌的生物活性脂質(zhì)被保留在局部脂肪組織環(huán)境中;另一部分則被主動(dòng)分泌到血液循環(huán)中,被稱為“Lipokines”3。(圖1)

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圖1:脂肪分泌的生物活性因子示意圖

隨著肥胖及其相關(guān)疾?。ㄒ葝u素抵抗、2型糖尿病、心血管疾病和非酒精性脂肪肝)的患者日漸增多,Lipokines作為一種新型內(nèi)分泌調(diào)控因子,因其在全身代謝調(diào)控中的作用而備受關(guān)注。Lipokines能夠直接與細(xì)胞內(nèi)脂肪酸代謝通路相聯(lián)系,將脂肪細(xì)胞內(nèi)的能量狀態(tài)傳遞給包括肝臟、肌肉和胰腺在內(nèi)的其他非脂肪外周代謝組織。(圖2)Lipokines及其代謝通路可能成為未來慢性代謝性疾病治療的新方向。

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圖2:脂肪分泌的生物活性脂質(zhì)介導(dǎo)脂肪組織對(duì)其他外周代謝組織的作用示意圖 

近期,Veronica等人在Diabetes雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于Lipokines的綜述3,舉例介紹脂肪組織Lipokines的結(jié)構(gòu)和功能差異(表1),并探討了Lipokines作為血糖和血脂代謝內(nèi)分泌調(diào)節(jié)因子的當(dāng)前研究進(jìn)展以及未來的研究方向。

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表1:各類脂肪組織 Lipokines的分子結(jié)構(gòu)、生理調(diào)控、靶器官及內(nèi)分泌作用匯總

自分泌運(yùn)動(dòng)因子(autotaxin, ATX)/溶血磷酯酸(Lysophosphatidic Acid,LPA):促進(jìn)胰島素抵抗

1998年研究人員發(fā)現(xiàn)LPA,其可作用于位于前脂肪細(xì)胞表面的LPA受體,促進(jìn)前脂肪細(xì)胞增殖4,5。此后研究人員又發(fā)現(xiàn)ATX也是一種脂肪細(xì)胞分泌的酶,負(fù)責(zé)細(xì)胞外LPA的生物合成6。

在遺傳性肥胖的db/db小鼠(2型糖尿病小鼠模型)中及高脂飲食喂養(yǎng)小鼠后,脂肪ATX表達(dá)增加,反映了LPA的生成可能與營(yíng)養(yǎng)物利用和脂肪合成有一定聯(lián)系7。在血漿中也發(fā)現(xiàn)了ATX和LPA,表明ATX和LPA以內(nèi)分泌方式發(fā)揮作用。更多動(dòng)物模型研究和體外細(xì)胞研究也表明,LPA能夠通過在胰腺、肝臟和肌肉的作用而促進(jìn)全身系統(tǒng)的胰島素抵抗8,9,10。

為進(jìn)一步確定脂肪分泌的LPA對(duì)內(nèi)分泌代謝的作用,研究人員使用ATX敲除小鼠進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。Dusauly11等人發(fā)現(xiàn)ATX敲除小鼠表現(xiàn)出棕色和白色脂肪中ATX顯著減少,但其他組織中ATX沒有變化,這導(dǎo)致循環(huán)中LPA水平下降40%,表明脂肪組織是細(xì)胞外總LPA的主要來源。Nishimura12等人研究表明,與高脂肪飲食喂養(yǎng)的小鼠相比,脂肪特異性ATX敲除小鼠的血糖水平和胰島素耐受性有顯著改善。Brandon13等人的研究發(fā)現(xiàn),這些ATX敲除小鼠并未表現(xiàn)出葡萄糖代謝的改變,但表現(xiàn)出對(duì)飲食導(dǎo)致的肝脂肪變的改善。盡管這些ATX敲除小鼠模型代謝表型的特異性下游受體和主要作用細(xì)胞尚未完全明晰,但總的來說,脂肪源性LPA的缺失能夠改善葡萄糖和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)。

棕櫚油酸(Palmitoleate):提高胰島素敏感性

2008年研究人員發(fā)現(xiàn)棕櫚油酸為脂肪細(xì)胞分泌至循環(huán)系統(tǒng)的生物活性脂質(zhì)。Fabp4和Fabp5基因?yàn)榫幋a脂肪酸結(jié)合蛋白的基因,敲除Fabp4和Fabp5基因可以產(chǎn)生對(duì)代謝綜合征具有顯著抵抗力的小鼠模型14。Cao15等人研究發(fā)現(xiàn),這種小鼠的多個(gè)組織和血漿中的棕櫚油酸選擇性增高,這一改變可能是小鼠全身代謝狀態(tài)變化的原因。將甘油三酯酯化形成的棕櫚油酸甘油酸(TG- palmitoleate)注射到小鼠體內(nèi)后,可以發(fā)揮肝臟和肌肉組織胰島素增敏作用。高胰島素-正糖鉗夾試驗(yàn)中,注射棕櫚油酸能夠提高葡萄糖輸注率和清除率。更多研究也證實(shí)了棕櫚油酸對(duì)胰島素敏感性的積極作用,棕櫚油酸可刺激L6大鼠骨骼肌細(xì)胞的葡萄糖攝取16,促進(jìn)培養(yǎng)干細(xì)胞的胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)17,并增加自發(fā)性糖尿病KK-Ay小鼠模型的胰島素敏感性18。

棕櫚油酸由脂肪組織分泌,且細(xì)胞和動(dòng)物研究表明其具有胰島素增敏的生物活性,盡管這一觀點(diǎn)已得到普遍認(rèn)同,但其在人體中的生理作用及對(duì)內(nèi)分泌代謝的影響仍有許多問題有待解決。

脂肪酸羥基脂肪酸(FAHFAs):提高胰島素敏感性

Yore19等人在脂肪特異性GLUT4過表達(dá)小鼠中發(fā)現(xiàn),其脂肪組織及血漿中FAHFAs顯著增高。盡管肥胖增加,但脂肪特異性GLUT4過表達(dá)小鼠葡萄糖耐量改善,表明存在脂肪來源的因子影響胰島素敏感性。

FAHFAs在小鼠實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出抗糖尿病作用。其中最典型的是PAHSA(羥基硬脂酸棕櫚酸酯)亞類,注射5-PAHSA和9-PAHSA的小鼠葡糖糖耐量改善,胰島素敏感性增強(qiáng)19,20,21。在脂肪組織內(nèi),PAHSA能夠增加葡糖攝取,促進(jìn)胰島素的抑制脂肪分解氧化的作用,抑制脂肪組織巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎癥細(xì)胞因子19。在胰腺內(nèi),PAHSA能夠加強(qiáng)葡萄糖調(diào)控的胰島素分泌、改善β細(xì)胞功能21。PAHSA還能夠直接作用于腸道內(nèi)分泌細(xì)胞,促進(jìn)GLP-1分泌。某些PAHSA對(duì)肝臟也有直接影響,減少基礎(chǔ)葡萄糖和胰高血糖素刺激的葡萄糖生成20

FAHFA的代謝途徑尚不明確。有研究報(bào)道,AIG/ADTRP雙基因敲除小鼠的棕色脂肪FAHFAs顯著升高,但葡萄糖代謝或胰島素敏感性沒有變化22。這些數(shù)據(jù)表明FAHFA可能存在額外潛在的組織特異性的代謝途徑,這些代謝途徑在分子水平上仍不明確。

棕色脂肪分泌的氧化脂質(zhì)(Oxylipins):促進(jìn)脂肪和肌肉脂肪酸的吸收

氧化脂質(zhì)是一種結(jié)構(gòu)多樣的氧化多不飽和脂肪酸衍生物家族。研究較多的兩種為12,13-diHOME和12-HEPE。

Lynes23等人和Stanford24等人研究表明,12,13-diHOME在體外和小鼠體內(nèi)通過促進(jìn)棕色脂肪和骨骼肌的脂肪酸攝取及細(xì)胞呼吸作用,顯示出有益的代謝生物活性。Leiria25等人發(fā)現(xiàn),12-HEPE為棕色脂肪分泌的12-脂氧合酶(12-LO)產(chǎn)物之一,12-LO基因敲除小鼠冷暴露后血液中12-HEPE不再增加。這些小鼠在冷暴露后體溫降低,去甲腎上腺素刺激的耗氧量減弱,表明12-HEPE能以自分泌方式刺激產(chǎn)熱和能量消耗。其他研究也表明,12-HEPE與12,13-diHOME一樣,在體外可顯著增加C2C12肌小管和體內(nèi)肌肉組織的葡萄糖攝取26。綜上所述,棕色脂肪分泌的氧化脂質(zhì)能夠促進(jìn)棕色脂肪和肌肉中脂肪酸及葡萄糖的攝取,但產(chǎn)生這些效應(yīng)的特定細(xì)胞表面受體尚未確定。

棕色脂肪分泌的N-酰基氨基酸:調(diào)控線粒體呼吸作用和全身能量消耗

棕色脂肪分泌的第二種代謝物是N-?;被?,是脂肪酸-氨基酸結(jié)合物家族,PM20D1是其合成酶27。小鼠冷暴露和人體噻唑烷二酮類藥物的應(yīng)用可使Pm20d1在脂肪組織的表達(dá)增加28。慢性冷暴露后,血漿N-酰基氨基酸也升高27,29,30。N-?;被峥杀憩F(xiàn)出自分泌及旁分泌的生物活性,作為脂肪細(xì)胞和非脂肪細(xì)胞(如C2C12肌肉細(xì)胞)的線粒體呼吸作用的直接刺激因子27,31,32。N-?;被岽龠M(jìn)線粒體呼吸作用的結(jié)構(gòu)具有顯著的特異性,只有那些具有中性氨基酸頭基和中等去飽和脂肪酸鏈的N-?;被岵啪哂猩锘钚?sup>32。向飲食誘導(dǎo)肥胖的小鼠應(yīng)用這種N-?;被峥稍黾尤砟芰肯?,減少肥胖,并改善葡萄糖清除率。

人類PM20D1的表達(dá)具有多態(tài)性,包括錯(cuò)義突變,與肥胖有關(guān)28,這表明N-?;被嵩谌祟惸芰看x平衡中的潛在作用,但具體作用機(jī)制尚不清楚。


未來的路
Lipokines是脂肪組織與非脂肪組織聯(lián)系的另外一個(gè)內(nèi)分泌代謝途徑,但仍然存在許多當(dāng)前待解決的問題。文章指出,以下是未來研究的三個(gè)重要方向:
Lipokines的生物活性結(jié)構(gòu)研究:明確生物活性和非活性結(jié)構(gòu)有助于指導(dǎo)衍生物的合成,使未來的代謝治療藥物能夠具有改進(jìn)的藥代、藥效學(xué)特性。
Lipokines分泌和功能調(diào)控的上游和下游蛋白:對(duì)于通路調(diào)控因子的研究能夠有助于建立新的小鼠模型,從而進(jìn)一步探究?jī)?nèi)分泌脂質(zhì)調(diào)控對(duì)代謝的影響;此外對(duì)通路調(diào)控因子的研究還有助于了解人類代謝疾病相關(guān)基因的多態(tài)性。

Lipokines基因?qū)W研究:Lipokines功能喪失小鼠模型有助于全面了解Lipokines在器官間代謝循環(huán)中起到的作用,但建立這種小鼠模型可能需要多個(gè)基因敲除,該技術(shù)問題也是當(dāng)前最難克服的挑戰(zhàn)之一。

 
總 結(jié)

目前,許多細(xì)胞和動(dòng)物研究均證實(shí)了Lipokines在脂肪組織與胰腺、肝臟和肌肉等組織之間的代謝調(diào)控作用。將Lipokines的代謝通路轉(zhuǎn)化成為治療肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病及其他慢性代謝性疾病的新治療方法也將成為未來的研究方向。



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