游離脂肪酸受體4對胃腸激素分泌的調(diào)節(jié)作用及其生理意義研究進展

劉媛，趙妍妍，任曉瑩，李亞，趙玉峰

(1西安醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所,西安710021;2西安醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院)

游離脂肪酸(FFA)是機體的重要能量物質(zhì)，同時也作為細胞外信號分子，激活細胞膜上G蛋白偶聯(lián)受體，通過細胞內(nèi)信號分子產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。FFA受體包括不同成員，分布存在組織特異性，分別介導(dǎo)不同的生物學(xué)效應(yīng)，其中游離脂肪酸受體4(FFA4)發(fā)揮重要的代謝調(diào)控作用[1]。FFA4由中、長鏈飽和和不飽和脂肪酸激活，參與食欲調(diào)節(jié)、激素分泌、炎癥抑制和肥胖發(fā)生等過程。近年研究[2]發(fā)現(xiàn)FFA4分布于多種胃腸內(nèi)分泌細胞，被FFA激活后可調(diào)節(jié)胃腸激素分泌。胃腸激素是機體物質(zhì)與能量代謝的重要調(diào)節(jié)因子，F(xiàn)FA4調(diào)控胃腸激素分泌是其參與物質(zhì)與能量代謝調(diào)控的一個重要途徑，深入認(rèn)識FFA4與胃腸內(nèi)分泌的關(guān)系，為以FFA4為靶點的藥物研發(fā)提供理論依據(jù)。本研究就FFA4對胃腸激素分泌的調(diào)節(jié)作用及其生理意義進行了以下綜述。

1 FFA4的結(jié)構(gòu)及生理功能

人FFA4基因定位于10號染色體長臂10q23.33區(qū)域，包含3個內(nèi)含子和4個外顯子，編碼的FFA4蛋白由377個氨基酸組成[3]。FFA4屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族中視紫紅質(zhì)樣受體家族，具有典型7次跨膜結(jié)構(gòu)，胞內(nèi)端與G蛋白偶聯(lián)。目前已知FFA4與Gq蛋白偶聯(lián)，可激活下游分子磷脂酶C，進而活化磷脂酰肌醇信號傳導(dǎo)通路，產(chǎn)生二酰基甘油和三磷酸肌醇，刺激胞質(zhì)Ca2+濃度升高和蛋白激酶C活化，進而調(diào)控細胞功能[4]。也有報道[5]指出，F(xiàn)FA4可與Gi蛋白偶聯(lián)，抑制腺苷酸環(huán)化酶，減少cAMP水平。另外，F(xiàn)FA4激活后可在β-arrestin2參與下發(fā)生內(nèi)吞，在此過程中，β-arrestin2可結(jié)合TAB1，引發(fā)后續(xù)的信號效應(yīng)[6,7]。FFA4可通過G蛋白和β-arrestin2介導(dǎo)的兩種信號傳導(dǎo)途徑產(chǎn)生效應(yīng)，這可能是FFA4作用多樣的原因。

2 FFA4對胃腸激素分泌的調(diào)節(jié)作用

胃腸內(nèi)分泌細胞散在分布于從胃到直腸的消化道黏膜，雖然在黏膜細胞中數(shù)目比例較小，但由于黏膜面積巨大，其總體數(shù)量較大，在物質(zhì)能量代謝方面具有重要作用。胃腸內(nèi)分泌細胞種類較多，可分泌至少20余種胃腸激素[8]。目前已知FFA4可調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)、葡萄糖依賴性胰高素樣多肽(GIP)、膽囊收縮素(CCK)、神經(jīng)緊張素(NT)和胃饑餓素(Ghrelin)等激素的分泌。

2.1 FFA4對GLP-1分泌的調(diào)節(jié) GLP-1是腸內(nèi)分泌L細胞合成和分泌的多肽類激素，可作用于胰島β細胞，促進胰島素合成分泌和β細胞增殖分化，保護胰島β細胞功能[9]。GLP-1還可降低食欲，抑制胃排空。在腸內(nèi)分泌腫瘤細胞系STC-1細胞的研究最早發(fā)現(xiàn)，長鏈FFA可促進GLP-1分泌，此作用在抑制FFA4表達后顯著減弱，提示FFA4激活刺激GLP-1分泌[10]。在體注射α-亞麻酸可刺激大鼠GLP-1分泌和β細胞增殖[11]，結(jié)腸內(nèi)灌注給予DHA和EPA可刺激小鼠GLP-1分泌[12]，提示FFA4在體內(nèi)也可調(diào)節(jié)GLP-1分泌。FFA4激活主要通過磷脂酰肌醇信號系統(tǒng)引起Ca2+濃度升高，刺激GLP-1分泌。有報道[13,14]指出，F(xiàn)FA4介導(dǎo)的GLP-1分泌與α-味轉(zhuǎn)導(dǎo)素蛋白有關(guān)。FFA激活后增加GLP-1分泌，這可起到胰島保護作用。GLP-1類似物及DPP-Ⅳ抑制劑已經(jīng)成為臨床用藥，用于肥胖及2型糖尿病等代謝疾病治療[15]。FFA4激動劑刺激內(nèi)源性GLP-1合成和分泌，有望成為治療肥胖與糖尿病的新型藥物，開發(fā)前景良好。FFA4激活還可保護STC-1細胞對抗無血清培養(yǎng)條件下的細胞凋亡，說明FFA4激活可增強細胞活性，這與ERK1/2和PI3K信號通路激活有關(guān)[16]。FFA4激活是否對體內(nèi)GLP-1細胞有抗凋亡作用有待進一步確證。

2.2 FFA4對CCK分泌的調(diào)節(jié) CCK自腸內(nèi)分泌I細胞分泌，由33個氨基酸組成，可刺激胃酸、膽汁和胰酶分泌，延緩胃排空，產(chǎn)生飽腹感。CCK還可作用于下丘腦，抑制食物攝入[17]。在STC-1細胞中的研究[18]表明，F(xiàn)FA4介導(dǎo)FFA刺激的CCK分泌，Ca2+濃度升高是FFA4激活促進CCK分泌的主要原因。瞬時受體電位通道TRPM5被認(rèn)為介導(dǎo)了FFA4激活引起的Ca2+濃度升高和CCK分泌[19]。除了FFA4， FFA1受體被FFA激活后也可刺激CCK分泌[20]。那么從食物攝入的FFA既可通過FFA4，也可通過FFA1受體增加CCK分泌，二者在這個過程中各自發(fā)揮多大的作用目前尚無報道，有待明確。FFA4對于動物體內(nèi)細胞的激素分泌和增殖凋亡是否有調(diào)控作用也有待深入研究。

2.3 FFA4對GIP分泌的調(diào)節(jié) GIP由位于十二指腸和空腸黏膜的內(nèi)分泌K細胞合成和分泌，可促進餐后胰島素分泌，并促進脂肪細胞的分化成熟與貯脂[21]。GIP受體缺失小鼠可抵抗高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖，說明GIP可促進肥胖發(fā)生[22]。應(yīng)用熒光蛋白Venus標(biāo)記GIP細胞的轉(zhuǎn)基因小鼠，分選獲得GIP細胞進行基因表達分析發(fā)現(xiàn)，GIP細胞高表達FFA4和FFA1受體。FFA受體激動劑亞油酸可刺激GIP分泌[23]。FFA4缺失后可致FFA刺激的GIP分泌下降約75%，說明FFA4是介導(dǎo)FFA刺激GIP分泌的關(guān)鍵[24]。不過，另有報道指出，F(xiàn)FA1受體與FFA4具有同樣的調(diào)節(jié)GIP分泌的作用,并且提出FFA4間接刺激GIP分泌的機制，即FFA4刺激CCK分泌，CCK進而刺激GIP分泌[25]。FFA4與FFA1受體高表達于GIP細胞，F(xiàn)FA 可通過FFA4與FFA1受體直接調(diào)控GIP分泌。我們推測，CCK也可作用于GIP細胞，調(diào)節(jié)GIP細胞的興奮狀態(tài)，使之對FFA做出反應(yīng)。FFA4調(diào)控GIP分泌的具體胞內(nèi)信號分子和效應(yīng)分子目前還不清楚，有待進一步研究明確。

2.4 FFA4對Ghrelin分泌的調(diào)節(jié) Ghrelin是由胃黏膜中內(nèi)分泌P/D1細胞合成與分泌的肽類激素，在物質(zhì)與能量代謝中有著廣泛作用，已知血液Ghrelin水平在饑餓時升高，在進食后下降，Ghrelin被認(rèn)為是一種饑餓信號，作用于下丘腦食欲控制中樞，刺激進食。另外，Ghrelin刺激生長激素分泌，產(chǎn)生廣泛的代謝調(diào)節(jié)作用[26]。

應(yīng)用綠色熒光蛋白GFP標(biāo)記Ghrelin細胞的小鼠，分離獲得Ghrelin細胞進行研究發(fā)現(xiàn)，Ghrelin細胞高表達FFA4，不表達FFA1受體。在體外原代培養(yǎng)小鼠Ghrelin細胞，F(xiàn)FA4激動劑可顯著抑制Ghrelin分泌，F(xiàn)FA4激動劑的抑制作用在整體動物水平也存在[27]。隨后的研究[28]進一步證實FFA4激活可抑制Ghrelin 分泌，這種抑制作用可能是進食后Ghrelin水平下降的一個原因。MGH3-1細胞合成Ghrelin， FFA可顯著降低該細胞內(nèi)cAMP水平，提示FFA4激活后通過Gi蛋白相關(guān)信號通路抑制Ghrelin分泌[5]。

2.5 FFA4對NT分泌的調(diào)節(jié) NT是由13個氨基酸組成的多肽，由腸黏膜N細胞分泌。NT可增加胰島素分泌，并可促進肥胖的發(fā)生。NT敲除小鼠可對抗高脂誘導(dǎo)的肥胖、脂肪肝和胰島素抵抗，而高水平NT與肥胖發(fā)生風(fēng)險呈顯著正相關(guān)[29]。脂肪攝入是刺激NT分泌的最強因素，其中FFA具有較強的刺激NT分泌的作用[30]。最近報道[31]指出，F(xiàn)FA4表達于N細胞，并且FFA4激動劑cpdA可顯著升高小鼠血液中NT水平，此作用與激活胞內(nèi)ERK1/2有關(guān)。FFA4激活后刺激NT分泌的研究目前十分有限，其具體分子機制和生理意義仍有待闡明。

3 FFA4調(diào)節(jié)胃腸激素分泌的生理意義

3.1 抑制攝食 在中樞食欲調(diào)控中，F(xiàn)FA4主要通過抑制神經(jīng)肽Y神經(jīng)元，對下丘腦炎癥進行緩解，進而提高中樞瘦素和胰島素的敏感性，從而在抑制攝食中發(fā)揮作用。在外周食欲調(diào)控中，位于口腔味蕾中的FFA4對脂肪酸進行感知并增強攝入食物的適口性，而位于胃腸道中的FFA4則表現(xiàn)出多方面抑制食欲的作用，如抑制Ghrelin分泌，促進CCK、GLP-1的分泌[32]。攝食是多種內(nèi)分泌激素參與的下丘腦的復(fù)雜神經(jīng)活動，已知胰島素、瘦素、GLP-1、CCK、PP、PYY等可作用下丘腦神經(jīng)元，抑制攝食，Ghrelin則可調(diào)控下丘腦神經(jīng)元興奮性，增加攝食[33]。FFA4激活后直接促進GLP-1分泌，促進胰島素合成與分泌、提高胰島素敏感性、刺激胰島β細胞增殖、抑制胰高血糖素分泌，被FFA4激活后的GLP-1降低食物對人體味蕾的刺激，降低人的食欲，進而減少進食，抑制胃排空，使人產(chǎn)生飽腹感，控制人的食欲；通過促進CCK分泌，促進脂肪與蛋白質(zhì)的消化，調(diào)節(jié)胃腸活動，使人產(chǎn)生飽腹感，控制進食量；通過促進GLP-1、CCK等抑制攝食激素的分泌，同時抑制Ghrelin的分泌，而Ghrelin具有啟動攝食、增強人的食欲、增大進食量的作用，F(xiàn)FA4對Ghrelin的分泌總體起抑制作用，最終產(chǎn)生攝食抑制效應(yīng)。不過，在整體動物水平，F(xiàn)FA4缺失后的一些功能異常很可能被其他信號途徑所代償，所以FFA4基因敲除小鼠并無明顯的攝食增加。高表達FFA4對攝食的影響尚未見報道，有待今后明確。

3.2 影響食物消化吸收 GLP-1和CCK可抑制胃腸道蠕動和胃酸分泌，延遲胃排空[34]。FFA4激活后刺激兩者分泌可減緩食物的消化吸收。一方面，F(xiàn)FA4激活后刺激CCK分泌可促進膽汁和胰酶分泌，加強脂肪類和蛋白類物質(zhì)的消化與吸收，調(diào)節(jié)胃腸活動。另一方面，F(xiàn)FA4激活后促進GLP-1的分泌，促進胰島素合成與分泌，抑制胰高血糖素分泌，胰島素可促進脂肪的合成與儲存、抑制脂肪分解、降低血糖，進而防止糖尿病的發(fā)生。Ghrelin有引發(fā)胃收縮反應(yīng)和促進胃酸分泌的效應(yīng)，且具有增加營養(yǎng)物質(zhì)尤其是脂類的吸收、促進脂肪形成等多方面的作用，分泌過多會導(dǎo)致肥胖和代謝綜合征。FFA4抑制Ghrelin也對胃動力學(xué)產(chǎn)生影響。不過，關(guān)于FFA4調(diào)控胃腸內(nèi)分泌對食物消化吸收的具體作用還未見報道，有待今后確證。

3.3 調(diào)節(jié)能量代謝 FFA4基因敲除小鼠出現(xiàn)脂肪比例相對增加、糖脂代謝異常以及胰島素抵抗[6, 35]，提示FFA4可感受FFA變化，在機體攝入大量FFA后被激活，其作用是增加能量消耗、維持代謝平衡。脂肪細胞的分化、發(fā)育與脂質(zhì)形成受FFA4調(diào)控，眾所周知，游離脂肪酸濃度的增加，可導(dǎo)致肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病及代謝綜合征的發(fā)生，故FFA4作為游離長鏈脂肪酸的受體，它的功能對體內(nèi)脂肪的平衡至關(guān)重要；活化FFA4后，脂肪酸的合成代謝會受到抑制，而脂肪酸的分解代謝會增加，進而脂肪堆積減少，達到體重減輕的效果。如今隨著社會發(fā)展，生活水平的提高，人們攝入了太多含有脂肪酸的食物，而脂肪酸的過量攝入積聚在人體中，是導(dǎo)致肥胖的重要因素之一。Gotoh等[36]發(fā)現(xiàn)FFA4 mRNA在4種不同的脂肪組織中均有高表達。Sawamura等[37]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人體攝入脂肪量多時，F(xiàn)FA4可促使更多的脂肪細胞形成用于存儲脂肪，并促進荷爾蒙分泌，抑制食欲，防止肥胖。最近研究[38]表明，長期給予小鼠FFA4激動劑TUG-891可誘導(dǎo)脂肪細胞代謝增強，促進能量產(chǎn)生。GLP-1可誘導(dǎo)白色脂肪細胞棕色化，F(xiàn)FA4也可通過GLP-1促使脂肪細胞產(chǎn)生能量[39]。可見，F(xiàn)FA4激活對于抑制肥胖發(fā)生有一定作用。

綜上所述，F(xiàn)FA4可通過調(diào)節(jié)胃腸激素的分泌從而抑制攝食、調(diào)節(jié)能量代謝、影響食物消化吸收，但是關(guān)于FFA4在胃腸內(nèi)分泌中的作用還有許多問題有待闡明，例如，F(xiàn)FA4對其他胃腸激素的分泌有何作用；FFA4表達水平和調(diào)節(jié)激素分泌作用在肥胖等代謝異常狀態(tài)下有何變化；FFA4與胃腸疾病有何關(guān)系等。FFA4轉(zhuǎn)基因高表達動物模型對于深入明確FFA4的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)作用十分有益，期待在今后研究中成功制備和應(yīng)用。