脂毒性引起靶器官損傷的信號轉導機制

孫濤 張偉 曾悅 夏世金

脂毒性引起靶器官損傷的信號轉導機制

孫濤 張偉 曾悅 夏世金

脂毒性是指血中的三酰甘油在脂蛋白脂酶的作用下水解成游離脂肪酸（FFA），后者進入細胞內進行氧化代謝供應能量或儲存在脂肪內。當體內FFA水平增高后，超過脂肪組織的儲存能力和各組織對FFA的氧化能力時，過多的FFA即激活非氧化通路以三酰甘油的形式在非脂肪組織過度沉積，即非脂肪組織的異位沉積，從而造成該組織的損傷，如心臟、胰腺、肝臟、血管等［1］。

脂毒性的發生主要與高水平的FFA相關。高水平的FFA短期內可以刺激胰島素分泌，長期則再脂化異位沉積于非脂肪器官，致使周圍組織對胰島素的敏感性降低，肝臟糖異生增加，肌糖原生成降低，并使胰島B細胞功能受損，最終導致胰島素分泌障礙和胰島素抵抗，從而對非脂肪組織產生損傷。本文就脂質及其毒性對胰腺細胞信號轉導系統的影響研究新進展作一綜述。

1 轉錄因子途徑

FFA主要通過環磷酸腺苷（cAMP）反應元件調控因子阻遏物（CREM?17X及ICER?1）和甾醇調節因子結合蛋白?1c（SREBP?1c）來影響胰腺B細胞功能。CREM是轉錄因子ATF／CREB家族中的一員，它控制著神經內分泌細胞多基因表達，也是治療肥胖癥、降低動物體脂沉積的關鍵。固醇調控元件結合蛋白（sterol regulatory element binding proteins，SREBPs）是膜結合轉錄因子，屬于轉錄調控因子bHLH（helix?loop?helix）家族。大量研究已證實：SREBPs是調控膽固醇、脂肪酸和三酰甘油及脂肪細胞分化過程的關鍵轉錄調控因子。在人和動物中，存在3種形式的SREBP同分異構體，即SREBP?1a，SREBP?1c和SREBP?2。SREBP存在于內質網，主要功能是介導脂肪酸的合成，并可通過影響碳水化合物代謝、脂質生物合成、細胞生長及凋亡多個靶基因改變而導致胰島B細胞功能障礙［2］。SREBPs的組成結構包括480個氨基酸組成的N端、590個氨基酸組成的C端和中間的80個氨基酸的發夾結構，后者被親水環狀結構分割。其中，N端的功能是啟動轉錄，C端則負責轉錄的調控。SREBP的調控主要發生在3個水平：SREBP前體蛋白裂解過程、轉錄及SREB的翻譯后調控。SREBP?1a和SREBP?2的調控主要發生在前體裂解階段，SREBP?1c的調控主要發生在轉錄水平。

SREBP對脂質合成的調控與SREBP裂解激活蛋白（SCAP）和胰島素誘導基因產物（insulin?induced gene，Insig）有關。當細胞內脂質水平下降時，SREBP與SCAP結合，轉入高爾基體，在1位蛋白酶作用下清除SREBP的C端，保留N端在細胞膜，剩余部分返回內質網被2位蛋白酶清除。當細胞內脂質過量時，SCAP／SREBP復合體不能形成，則SREBP介導的轉錄不能進行。另一方面，Insig可以與SCAP的轉感結構域（SSD）結合，當脂質濃度升高，Insig與SCAP結合而阻斷SCAP?SREBP復合體的形成，從而使脂質合成減少［3］；相反，當脂質濃度降低則這種結合降低，而使SREBP有效地從內質網運輸到高爾基體實現活化，從而促進脂質的合成［4］。

SREBP?1c是胰腺重要的轉錄調控因子，直接激活脂肪酸、三酰甘油合成和代謝的30多個基因，同時SREBP?1c也是合成這些分子所必需的NADPH的協同因子。因此，SREBP?1c被稱為“脂毒性的門衛”，能調控脂肪酸和三酰甘油合成的多種基因，如脂肪酸合成酶（FAS）。胰島素能上調SREBP?1c的mRNA表達和脂肪酸合成基因的表達，同時反應產物丙二酰CoA能抑制CPT1和線粒體FA氧化［5］。SREBP?1c對三酰甘油和脂肪酸的調節具有靶向性，通過基因工程小鼠模型建立可以發現，SREBP?1c缺乏的脂肪組織不能有效儲存三酰甘油，從而使脂肪酸增加并儲存在周圍組織，最終導致顯性脂毒性和代謝綜合征。不過，SREBP?1c是促進還是抑制生脂基因的表達，目前還存有爭議。有研究發現，過度表達的SREBP?1c引起胰腺細胞內脂滴大量沉積，并使葡萄糖刺激的胰島B細胞胰島素分泌（GSIS）受損［6］，而這一表現可能是通過FFA引發的內質網受損和內質網應激產生的［7］。

2 過氧化物酶增殖物活化受體（PPARs）系統

研究顯示，PPARs作為一重要的細胞調節因子，是脂肪酸代謝轉錄途徑的主要決定因子［8?9］。PPARs屬于配體介導的激素核內受體家族，由PPARα、δ（β）、γ組成。α受體主要分布在肝臟、心臟、腎臟和褐色脂肪組織，與脂代謝有關；δ受體在各種組織均有豐富的表達，可能與細胞的基礎脂質代謝有關，也可能協助PPARα、PPARγ的作用；γ受體主要在脂肪組織和大腸中表達，具有多種生物效應，在脂肪細胞分化、糖脂代謝、炎性反應中起重要作用。PPARs由保守的結構區組成功能結構區，與其配體形成復合物后，PPARs在DNA結合區發生變構，通過與視黃酸類受體α（RXRα）形成異二聚體，再和目的基因啟動子上游的過氧化物酶增殖物反應元件（PPRE）結合而對靶基因進行調控。

PPAR由多不飽和脂肪酸、類花生酸類脂質和不同種的合成配基激活［10］。PPARα可以調控肝臟編碼過氧化物酶體、線粒體和微粒體細胞色素P450中某些脂肪酸代謝酶的基因轉錄；PPARα還能誘導乙酰輔酶A合成酶，促進肝臟提取脂肪酸并轉化為乙酰輔酶A，提高脂肪酸經β氧化途徑的代謝分解率［11］。當脂肪酸攝入增加和β氧化增加時，PPARα通過增加肝臟脂蛋白脂酶的表達而降低ApoC?Ⅲ的產生，逐漸降低三酰甘油的水平，同時促進高密度脂肪酸（HDL）的主要載脂蛋白ApoA?Ⅰ和ApoA?Ⅱ在肝臟的表達，以升高血漿HDL的水平。而PPARγ在脂肪酸增高時，往往通過加強脂肪酸轉運蛋白和酰基CoA合成而促進脂肪細胞攝取脂肪酸，并增加脂肪細胞中脂質的存儲，刺激脂肪組織中參與脂肪酸代謝的多種基因的表達而降低血脂水平。而PPARγ的激活可以增加新分化的小脂肪細胞而減少肥大的脂肪細胞，這樣可增加細胞膜上胰島素受體的數量，同時促進脂蛋白脂酶、脂肪酸結合蛋白、脂肪酸合成酶表達增加，從而減少FFA，增加胰島素敏感性［12］。

此外，PPAR對于脂肪細胞的信號傳導作用還表現在對其分泌的多種激素和細胞因子的調節功能。腫瘤壞死因子（TNF?α）能抑制前脂肪細胞的分化以及胰島素刺激的葡萄糖轉運，加速脂肪細胞脂肪分解，增加血FFA水平。當脂肪酸攝入增加時，PPAR激活后減緩脂解速度，從而降低FFA［13］。這種抗脂肪分解的作用可能由TNF?α水平及活性改變而介導。肥胖常伴有胰島素抵抗和慢性炎癥反應，而慢性炎癥反應是導致胰島素抵抗的關鍵原因［14?15］。TNF?α是主要的致炎因子，TNF?α刺激可以引起PPARγ下降，另外已證實PPARγ配體具有抗炎效應，激活PPARγ可減輕炎癥反應，炎癥因子表達減少［16］。體外實驗證明，噻唑烷二酮（TZD）類藥物可以降低TNF?α基因表達，抑制TNF?α刺激的脂肪分解［17］。PPAR激活可能阻斷了TNF?α在信號傳導途徑中對胰島素受體及胰島素受體底物磷酸化的抑制作用。研究顯示，用脂肪酸或TNF?α處理內皮細胞，可見細胞內氧化應激增強，IL?8增多，細胞核因子κB（NF?κB）活性增強和細胞黏附分子?1含量增加［18］；若同時使用脂肪酸和TNF?α處理，則細胞內氧化應激進一步增強，推測TNF?α在脂肪酸對內皮細胞的凋亡中起作用。另外，大量試驗已證明，TZD類藥物通過激活PPAR可以降低leptinmRNA及蛋白水平，提示PPAR在高脂狀態下亦可能通過調控脂質水平表達來降低FFA［19］。

3 Toll受體途徑

Toll受體（Toll?like receptors，TLRs）是免疫細胞表面識別病原相關分子模式的一個模式識別受體家族，最新研究顯示其在自身免疫疾病和慢性炎癥的相互作用方面起著重要的橋梁作用。TLRs是近年來發現的跨膜信號傳遞受體蛋白。迄今為止，在哺乳動物體內已經發現12個TLRs家族的成員，分別命名為TLR1～12。Toll屬Ⅰ型跨膜蛋白，其家族成員的結構非常相似，由胞外區、跨膜區和胞內區3部分組成。胞外區富含亮氨酸重復基序（leucine?rich repeats，LRR），有利于對病原體或其產物的識別；胞內區與IL?1受體的胞內區相似，因而被稱為Toll IL?1受體同源區（toll IL?1 receptor homologous region，TIR），在信號轉導中具有重要作用［20］。有研究顯示TLR4、TLR1、TLR2和TLR5在巨噬細胞和內皮細胞高表達，從而在高脂血癥引起的動脈粥樣硬化中發揮作用。其中，TLR4在低密度脂蛋白膽固醇（LDL）作用下在巨噬細胞表達上調。TLR4受飽和脂肪酸激活，細胞內炎癥通路均被上調，如JNK、KKB／LKBα／NF?κB，進而誘導胰島素抵抗［21?22］，因而TLR4是炎癥與脂質代謝信號通路的交叉點。胰腺B細胞可對脂肪酸反應，主要經由TLR4／MyD88信號通路并產生一系列趨化因子，最終引起CD11b＋Ly?6C＋M1型促炎單核巨噬細胞向胰島聚集，引起炎癥反應進而損傷B細胞［23?25］。

4 蛋白激酶C（PKC）信號轉導通路

PKC信號轉導通路是FFA作用的經典途徑，目前已發現12種PKC同工酶，并根據作用機制分為3類：傳統型，Ca2＋和二脂酰甘油（diacylglycerol，DAG）依賴；非傳統型，僅依賴DAG；非典型型，非Ca2＋和非DAG依賴。FFA通過PKC途徑能介導下列反應：（1）促進升高的Ca2＋和DAG進一步刺激胰島素的釋放；（2）激活腺苷酸環化酶，繼而提高胞內cAMP濃度，升高的cAMP和PKA反饋抑制磷脂酰肌醇和PKC通路［26?27］。

血漿FFA提高導致細胞脂酰輔酶A和DAG的增多，二者是PKC強有力的激活劑，PKC能使胰島素受體和胰島素受體底物?1（insulin receptor substrate，IRS?1）的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化，而IRS?1的酪氨酸磷酸化受抑，從而使胰腺組織中磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidyli?nositol 3 kinase，PI3K）的活性降低，導致葡萄糖轉運載體?4（glucose transporter?4，Glut?4）向細胞表面轉位減少，胰島素介導的葡萄糖攝取減少；同時抑制糖原合成酶活性，使糖原儲備能力下降［28?29］。

另外，FFA引起的氧化應激也可激活PKC，有證據表明FFA引起的氧化應激對PKC的作用可能由NF?κB抑制物激酶（IKK）介導。IKK是NF?κB抑制物（IκB）激酶，而NF?κB是炎癥啟動、調節的關鍵核因子。NF?κB與抑制物IκB結合，以無活性的形式存在于細胞漿內。經氧化應激激活后，IKK使IκB磷酸化并與NF?κB解離。解除抑制的活性NF?κB進入細胞核內，調節一系列炎癥因子及相關物質的基因轉錄和蛋白合成，即IKK是激活NF?κB調節炎癥的重要因素。IKK又是胰島素受體和IRS?1絲氨酸磷酸化激酶，可使IRS307位的絲氨酸磷酸化，導致正常的酪氨酸磷酸化受抑制，減弱胰島素受體與IRS的結合、妨礙胰島素信號向PI3K傳遞［30］。

5 脂毒性靶向治療

隨著對脂質毒性對信號傳導途徑影響機制的深入認識，通過信號傳導途徑靶向治療也日益成為熱點，主要集中于以下2方面。

5.1 PPAR途徑的調節 包括PPARγ激動劑、維甲酸受體（RXR）激動劑、β3腎上腺素能受體激動劑、PPARα／γ雙重激動劑等。TZDs是一類直接針對胰島素抵抗的藥物，Rosiglitazone和Pioglitazone已用于臨床，其作用機制是通過結合和活化PPARγ，促進脂肪細胞的分化，減少FFA、TNF?α和resistin的生成。PPARγ在脂肪組織中與RXR組成雜合二聚體，所以RXR激動劑也可激活PPARγ而發揮作用。RXR激動劑LG100268在動物實驗中已經顯示了良好的降低食欲和體質量的作用，有望用于肥胖相關的胰島素抵抗患者［31］。另外，目前研制出的幾種化合物均具有PPARα／γ的共激活作用，如Wy?1464、Ragaglitazar、KBP297等。

5.2 PKC抑制劑 PKC抑制劑有多種。Inoguchi等［32］研究發現FFA水平升高時，PKC依賴的NADPH氧化酶激活，增加反應性氧化產物（ROS）的產生，從而可加速胰島素抵抗綜合征患者動脈粥樣硬化的發生。選擇性PKC抑制劑GF109203X可抑制ROS的產生。維生素E可激活DAG激酶使DAG轉化為磷脂酸，從而降低DAG濃度，減少PKC的活化。但是維生素E對已激活的PKC沒有影響。選擇性PKCβ抑制劑LY333531可阻斷PKCβ，目前主要用于糖尿病患者視網膜血流動力學異常的改善。

綜上所述，脂毒性可通過多種轉導機制對不同靶器官造成損傷，其各種機制之間的聯系還需進一步的研究。明確脂毒性的轉導機制對理解疾病的病理生理過程和保護靶器官都具有重要的意義和價值。通過對脂毒性信號通路的深入研究，選擇靶向治療各種脂毒性相關性疾病，可有效地減輕不良反應和提高療效，或許可以作為一種新的治療思路。

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R 333.5

A

10.3969／j.issn.1003?9198.2014.07.023

2013?12?31）

國家自然科學基金面上項目（81200286；81200322）

200040上海市，復旦大學附屬華東醫院消化內科（孫濤，張偉）；老年醫學（夏世金）；200080上海市，上海交通大學附屬第一人民醫院消化內科（曾悅）；

張偉，Email：zhangrf1973＠163.com