犬瘟熱病毒引起嚙齒類動物肥胖癥的機制研究進展

劉玉秀,高玉偉,李天松,王 磊,于志君,李 林,張釗偉,朱曉文,馮 娜,黃 耕,楊松濤,王鐵成,夏咸柱*

(1.吉林大學畜牧獸醫學院,吉林長春130062;2.中國人民解放軍軍事醫學科學院軍事獸醫研究所吉林省人畜共患病預防與控制重點實驗室,吉林長春130062)

自20世紀80年代以來,全球肥胖患者的數量呈直線增加,由其導致的相關疾病的發病率和死亡率也引起全世界的廣泛關注[1]。多數學者認為肥胖的病因包括環境、遺傳、能量代謝的差異、生活方式、體力活動減少、神經內分泌因素等,而傳染性因子可引起肥胖常常被忽略[2]。病毒引起肥胖癥并不是一個新的概念,早在1982年,Lyons等報道感染犬瘟熱病毒(Canine distemper virus,CDV)的瑞士白化鼠,有1/4的幸存者表現過度肥胖癥狀。隨后又發現4個動物源病毒和3個人源病毒與動物和人的肥胖癥有關,它們分別是7型勞斯相關病毒(Rous associated virus 7),波爾納病病毒(Borna disease virus),癢病因子(Scrapie),印度禽類腺病毒(SMAM-1),腺病毒36(Adenovirus-36),腺病毒37(Adenovirus-37),腺病毒5(Adenovirus-5)[2]。研究表明7型勞斯相關病毒可引起雞生長矮小、肥胖、高血脂;波爾納病病毒可引起大鼠的肥胖;羊瘙癢癥因子可引起小鼠和倉鼠的肥胖;印度禽類腺病毒是目前惟一證實與人肥胖癥有關的動物源性病毒[2];Ad-37和Ad-5引起動物的肥胖;Ad-36與人的肥胖癥有關,存在于30%的肥胖人群中,Ad-36還可引起雞、小鼠、大鼠和猴的肥胖[2-3]。

研究發現過去30年中一些肥胖癥是由于病毒感染引起的,因此針對病毒引起肥胖癥的研究,其潛在的公共衛生學意義受到國內外學者的廣泛關注。CDV作為首個發現與肥胖癥有關的病毒,雖然目前CDV還不是感染人的病原體,但麻疹病毒與犬瘟熱病毒同屬于副黏病毒科麻疹病毒屬,因此研究CDV引起嚙齒動物肥胖癥的機制,利用感染CDV的嚙齒動物建立肥胖動物模型研究肥胖癥發病機制和傳染性,對肥胖癥的治療和預防有著極其重要的意義,本文綜述了有關犬瘟熱病毒引起嚙齒動物肥胖癥機制的研究進展。

1 CDV在病態肥胖鼠體內的分布

嗜神經CDV毒株可引起宿主中樞神經的病理變化,尤其是下丘腦的損傷,并可觸發暫時或永久性神經系統功能紊亂,例如神經病和內環境失衡[4]。Lyons M等[5]首次報道小鼠腦內接種CDV后,由于病毒的增殖,感染小鼠在早期出現神經癥狀(腦炎),幸存的小鼠在接毒幾個月或十幾個月后表現為自主性的損傷(癲癇和旋轉運動)或肥胖癥。為探索病毒復制與產生這些癥狀的關系,Bernard A等[6]證實了病毒在感染鼠腦中分布情況,研究發現CDV可在嚙齒動物的丘腦、丘腦下部、黑質、脊核和邊緣系統(海馬、中隔、扣帶回皮質、杏仁核)內復制,而不能在小腦、紋狀體、大部分皮質、內皮細胞中復制。亞急性型感染鼠在接毒4周～6周后,只能在丘腦下部檢測到病毒物質,之后小鼠雖然有病態肥胖的臨床癥狀,但所有病毒靶點部位都檢測不到病毒物質[4,6]。Bernard A等[7]證實丘腦核群是CDV的靶點,CDV持續存在于肥胖小鼠的下丘腦中,雖然病毒量很低,但很重要。

病毒對下丘腦的親嗜性與肥胖癥有關,下丘腦是哺乳動物的攝食控制中樞,可分泌多種調節攝食的因子,其中促進食欲的因子包括黑色素濃集激素(MCH)、食欲素(OX)、神經肽Y(NPY)等,抑制食欲的因子有α-2-促黑激素(α-2MSH)、可卡因-2-苯丙胺調節轉錄物(CART)、促甲狀腺素釋放激素(T RH)及膽囊收縮素(CCK)。雖然CDV引起動物肥胖癥的致病機制還不甚明了,但眾多研究表明感染CDV肥胖鼠腦體內的一些神經因子及其受體的表達發生了變化,直接或間接證明CDV作為環境因子介入肥胖癥的發生。

2 感染CDV的肥胖嚙齒動物體內各種因子的變化

2.1 瘦素及其瘦素受體的變化

瘦素是脂肪基因的產物,是由白色脂肪細胞分泌的一種循環激素,通過與下丘腦中的瘦素受體直接結合來傳遞體內脂肪儲存的負性反饋信號。主要生理功能是調控進食量、能量消耗及體重。瘦素只有與瘦素長型受體結合以后才能把體脂庫大小的信號傳遞給下丘腦的體重調節中樞,下丘腦再通過抑制食欲、減少能量攝取,增加能量消耗,抑制脂肪合成以調節機體脂肪的沉積,從而減輕體重,使體重保持相對穩定[8]。

Bernard A等給小鼠腦內接種CDV,比較肥胖小鼠和非肥胖小鼠體內瘦素水平,發現在急性感染過程中,CDV親嗜性的組織中瘦素升高,肥胖鼠除下丘腦之外的其他CDV親嗜性組織中瘦素也呈升高趨勢,而有功能的瘦素長型受體在下丘腦中明顯減少,不能與瘦素發生特異性結合[9]。Stricker-Krongrad A等[10]通過實時定量PCR技術比較肥胖的Zucker大鼠和消瘦Zucker大鼠體內瘦素的水平,發現肥胖Zucker大鼠血清中瘦素都有提高,同時檢測到有瘦素受體表達下降的現象。這些研究表明感染病毒的肥胖鼠體內瘦素含量雖然增多,但瘦素受體表達下降,使內源性瘦素未能發揮正常的生理功能,CDV感染鼠后期的肥胖癥可能由于體內瘦素受體抑制所致。

多項研究結果表明,肥胖患者存在瘦素抵抗現象,研究認為引起瘦素抵抗的原因有:①肥胖個體的瘦素多以自由形式存在,但只有以結合形式存在的瘦素才具有生物學活性;②肥胖個體的瘦素濃度較正常體重個體高2倍～3倍或更高,而腦脊液中的瘦素濃度僅升高30%;③下丘腦對瘦素的反應性下降;④瘦素與其受體結合后神經遞質合成分泌不足;⑤瘦素的作用閾值過高;⑥瘦素通過血腦屏障具有一定限度的飽和性;由此推斷CDV感染鼠的病態肥胖也可能與瘦素抵抗有關[11]。

2.2 黑色素濃集激素及其受體的變化

黑色素濃集激素(MCH)最早于硬骨魚中發現,它的激活可導致黑色素沉著。在哺乳動物腦中MCH主要在下丘腦外側和神經元中合成,其神經元軸突在中樞神經系統中有廣泛的投射區,可刺激嚙齒動物食欲和體重的增加[11-12]。黑色素濃集激素受體(MCHR)屬于G蛋白偶聯受體(GPCR)家族,其功能主要與緊張、焦慮等精神活動及攝食行為的調控有關。MCHR-Ⅰ在嚙齒動物大腦的許多區域均有表達,主要集中在下丘腦的腹中線、背中線和弓形核。MCHR-Ⅱ與MCHR-Ⅰ相似,主要集中在下丘腦,但在大鼠、小鼠、豚鼠中僅表達MCHR-I而缺乏有功能的MCH R-Ⅱ[12]。

Griffond B等[13]通過CDV感染肥胖鼠模型,研究下丘腦神經肽的變化對體重和能量消耗的影響,發現在感染初期,病毒在腦內大量繁殖,下丘腦某些神經肽有顯著的升高,特別是神經肽Y,黑色素濃集激素(MCH)、加壓素和速激肽,這些神經肽升高的程度與病毒負荷及個體的易感性有關。在感染的后期,消瘦小鼠體內神經肽恢復到正常水平,而肥胖小鼠體內神經肽系統表現紊亂。由此可推測CDV感染肥胖鼠體內神經內分泌系統的紊亂可能觸發或維持小鼠的肥胖癥。Stricker-Krongrad A等通過實時定量PCR比較肥胖Zucker大鼠和消瘦Zucker大鼠體內MCH及MCH R-Ⅰ水平,發現肥胖Zucker大鼠體內MCH增加20%(P＜0.01),而MCHR-Ⅰ水平提高了50%(P＜0.05)以上,表明感染嚙齒動物體內MCH水平的提高與肥胖的發生有一定的關系。Verlaeten O等[14]用差異顯示PCR方法在感染肥胖小鼠體內檢測到黑色素濃集激素前體(ppMCH)mRNA水平特異性下降現象。黑色素濃集激素前體(ppMCH)的減少對嚙齒動物攝食增多和能量消耗的減少有重要作用,因此可見ppMCH的減少在感染CDV的嚙齒動物肥胖癥的維持上起重要作用。

另外,Elliott J C等[15]通過實時定量PCR檢測飲食致肥鼠體內MCH水平的變化,發現飲食致肥鼠體內MCH水平提高了33%～49%,MCHR-Ⅰ水平提高85%～115%,飲食致肥鼠中MCH及其受體水平的提高,使小鼠的飲食欲有了極大的提高。Kokkotou E等[16]研究發現,MCH過表達的轉基因小鼠表現為攝食增多、肥胖,并伴有高血糖、高胰島素血癥以及瘦素和胰島素耐受等癥狀;而敲除MCH基因的小鼠可因進食減少和代謝增強而導致體重減輕、體型瘦小。以上研究為CDV對感染小鼠下丘腦的損傷引起黑色素濃集激素和其受體的變化,導致感染小鼠的肥胖提供了有力的支持。

2.3 胰高血糖素的變化

Bernard A等[17]利用CDV致肥鼠模型研究病毒在免疫神經內分泌病理中所產生的作用,發現感染小鼠后期的肥胖是胰高血糖素分泌過多的特征,肥胖小鼠體內有胰高血糖素分泌過多、脂肪細胞超常增生、下丘腦瘦素受體的表達減少等特征,這些與CDV在下丘腦內復制導致單胺和神經肽的調節紊亂有關。這些結果支持病毒的“后滯作用”(“hit and run”)理論,即病毒感染初期對下丘腦的損傷是造成感染后期小鼠免疫神經內分泌紊亂的原因。由此推斷一些人的神經病或神經內分泌疾病可能是由于早期感染一種傳染性病毒所致,只是還沒有了解病原體的致病機制。

2.4 兒茶酚胺的變化

Bencsik A等[18]發現感染CDV的肥胖小鼠體內兒茶酚胺(Catecholamine)水平有所下降。在感染早期CDV僅在鼠腦黑質的局位進行短暫的復制。黑質在參與運動調控上有重要作用,而多數幸存的肥胖小鼠都存在運動缺失的臨床癥狀。病毒在黑質部位細胞中的復制導致了酪氨酸羥化酶(T H)轉錄水平的下降,而TH是兒茶酚胺合成的限速酶。細胞凋亡不存在TH轉錄的下調,TH表達的減少,與多巴胺能細胞體的消耗有關。試驗表明CDV感染早期對觸發不可逆轉的神經病變過程有至關重要的影響。

2.5 食欲素和神經肽Y的變化

下丘腦外側分泌的食欲素(OX)與神經肽Y(NPY)對嚙齒類食欲有強烈刺激作用。Beck B等[19]用實時定量PCR檢測感染肥胖Zucker大鼠腦內這兩種神經肽及其受體(OX1-R和OX2-R,Y1和Y5)的變化,發現肥胖Zucker大鼠的食欲素(OX)前體mRNA減少了兩倍多(P＜0.01),其受體OX1-R和OX2-R分別增加了5倍和4倍(P＜0.05),神經肽Y的mRNA增加了20%(P＜0.002),而它的受體Y1和Y5分別減少了25%(P＜0.01)和50%(P＜0.002)。這種現象可能與肥胖鼠中瘦素信號肽的缺乏和高胰高血糖癥有關。推斷食欲素的減少可能參與抗調節系統,限制了神經肽Y在飲食攝入和體重調節中的作用,從而促進感染Zucker大鼠體重的增加。

2.6 嚙齒動物體內肥胖基因的發現

在嗜神經CDV感染嚙齒動物導致肥胖的研究中,發現了嚙齒動物的肥胖基因。Verlaeten O等[20]通過小鼠腦內接種CDV鑒定出與肥胖癥有關的基因,他們在小鼠的第19號染色體上發現一個新基因Urop 11,其對肥胖有正調節作用。研究發現Urop 11是下丘腦整合途徑中重要的分子,與其他已知的mRNA沒有同源性,在肥胖小鼠的下丘腦和脂肪細胞中檢測到Urop 11的正調節。用瘦素對其進行處理,發現Urop 11是瘦素的一個靶點。

3 結語

病毒作為肥胖癥的一種病因已經成為不爭的事實,迄今為止能引起嚙齒動物肥胖癥的有:犬瘟熱病毒、7型勞斯相關病毒、波爾納病病毒、瘙癢病因子、腺病毒36,由于他們作用的靶器官不同,因此各自的致病機理也有差異,如7型勞斯相關病毒作用于嚙齒動物甲狀腺,導致甲狀腺淋巴細胞浸潤,引起嚙齒動物機體甲狀腺激素水平下降和血液胰島素含量升高;波爾納病病毒對下丘腦造成損傷;瘙癢病因子可引起腎上腺、下丘腦和腦垂體損傷;腺病毒36造成小鼠脂肪組織變化,引起小鼠瘦素表達和分泌下降,葡萄糖攝取和脂肪墊及臟器脂肪增加,從而導致嚙齒類的肥胖癥[21]。

早期犬瘟熱病毒在鼠腦中的復制引起后期下丘腦神經元數量急劇減少,對下丘腦造成了不可逆的損傷。感染鼠表現為體重增加、脂肪細胞增大、體內瘦素受體表達水平下降,黑色素濃集激素前體mRNA水平下降,黑色素濃集激素水平增高,高胰島素血癥,兒茶酚胺水平降低,這些因子與機體的食欲增強和(或)能量消耗減少有密切關系。從以上研究中可推斷出犬瘟熱病毒引起嚙齒動物肥胖癥的機制可能為:CDV在嚙齒動物下丘腦中開始增殖后,病毒基因在上述結構中的表達破壞了中樞神經系統的平衡,影響了嚙齒動物體內參與能量調節和食物消耗的一些因子的表達如兒茶酚胺水平,瘦素受體的表達和黑色素濃集激素前體,最后導致其神經或神經內分泌疾病——肥胖癥。

全球肥胖患者越來越多,由肥胖引發相關疾病造成的死亡率也逐年攀升,而目前對肥胖癥的病因及其發病機制還沒有足夠的認知,因此研究犬瘟熱病毒引起嚙齒動物肥胖癥的機制,利用感染CDV的嚙齒動物建立肥胖動物模型研究肥胖癥發病機制和傳染性,對日后肥胖癥的治療和預防有著極其重要的意義。

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