Metrnl在改善糖脂代謝中的研究進展

陳西，劉正霞，魯翔

(1.南京醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院老年醫(yī)學科，南京 210011；2.南京醫(yī)科大學衰老與相關疾病研究重點實驗室，南京 211166)

葡萄糖、脂質作為人體重要的供能來源，其代謝活動在機體各病理生理過程中發(fā)揮重要作用，糖脂代謝失衡會引發(fā)各器官功能損害，導致疾病的發(fā)生。脂肪組織除了可儲存能量外，還可釋放多種細胞因子(如脂肪因子)[1]，有效調節(jié)人體代謝[2]。對脂肪因子的研究有助于解決臨床上眾多慢性代謝性疾病的問題，保護人類健康，減輕社會經(jīng)濟負擔。近年來，一種新型脂肪因子——鎳紋樣蛋白(meteorin-like protein，Metrnl)備受關注。Metrnl在人體內分布廣泛，神經(jīng)系統(tǒng)、脂肪組織、黏膜組織、皮膚以及活化的巨噬細胞中均能檢測到其表達，同時Metrnl可作為神經(jīng)營養(yǎng)因子、脂肪因子和炎癥因子發(fā)揮多種生物學作用[3]，成為判斷疾病與衰老、調節(jié)機體代謝的重要靶點。目前普遍認為，作為脂肪因子，Metrnl在改善糖脂代謝方面具有重要功能[3-4]。但對于Metrnl在改善糖脂代謝方面的研究尚不完善，很多臨床統(tǒng)計結果尚未統(tǒng)一，且大部分研究建立在動物模型基礎上，Metrnl在人體內是否具有同樣的表達特點或作用機制需深入研究。現(xiàn)就Metrnl在改善糖脂代謝中的研究進展予以綜述。

1 Metrnl概述

1.1Metrnl的發(fā)現(xiàn) 2004年，研究者首次發(fā)現(xiàn)了一種新型的神經(jīng)營養(yǎng)因子Meteorin，其能夠調節(jié)膠質細胞分化，促進軸突延伸[5]。因此，與Meteorin類似的轉錄本在公共數(shù)據(jù)庫中自動被注釋為Meteorin-like或Metrnl。后來，在對內耳發(fā)育的研究中，學者在聽泡中檢測到了低水平的Metrnl信使RNA[5]。有研究組利用基因序列檢測和生物信息學方法在限食成年大鼠的皮下白色脂肪組織中發(fā)現(xiàn)了高表達的Metrnl，并利用制備重組蛋白和抗體的方法進行了驗證，最終證實Metrnl是一種新型的脂肪因子[6]。雖然Metrnl與神經(jīng)營養(yǎng)因子Meteorin同源，兩者具有相似的基因序列，但與Meteorin在大腦中的高表達不同，Metrnl在嚙齒動物大腦中的表達水平很低，而在皮下脂肪中高度富集，因此也有報道將其稱為“Subfatin”，即皮下脂肪高表達蛋白[3,6]，亦即脂肪因子。

1.2Metrnl的結構 Metrnl前體蛋白共含有311個氨基酸，分子量約為34 000，由于Metrnl前體蛋白不存在跨膜區(qū)，成熟的Metrnl不是膜蛋白，可分泌到細胞膜外發(fā)揮作用；Metrnl前體蛋白N端含有一個長為45個氨基酸的信號肽，當Metrnl前體蛋白進入內質網(wǎng)加工時，信號肽會被位于內質網(wǎng)內腔的信號肽酶水解，因此成熟的Metrnl共含有266個氨基酸，分子量約為30 000[3]。在人體和小鼠的Metrnl中約77%的氨基酸同源，且在第103個氨基酸處有一個潛在的糖基化位點[6]。Metrnl的編碼基因位于小鼠染色體11qE2和人類染色體17q25.3上，且Metrnl編碼基因在人體第17號染色體q臂末端的特定位置與17號環(huán)狀染色體綜合征有關[3]。

1.3Metrnl的功能 研究發(fā)現(xiàn)，運動和寒冷環(huán)境可促進肌肉和脂肪組織生成Metrnl[7]。在對小鼠進行去訓練和再訓練實驗后發(fā)現(xiàn)，去訓練后小鼠肌肉中的Metrnl水平恢復至運動前狀態(tài)[8]，進一步說明肌肉中的Metrnl水平是動態(tài)變化的，運動與Metrnl水平具有顯著相關性。Metrnl在體內分布廣泛，在血液、脂肪、肌肉、血管、神經(jīng)、心、肝、脾、肺、腎、胰腺、腸道以及骨中均能檢測到Metrnl表達，且Metrnl在改善代謝、免疫調節(jié)、神經(jīng)發(fā)育、骨形成等方面均具有重要作用[5,9-10]。

2 Metrnl在糖脂代謝中的作用

2.1Metrnl在糖代謝中的作用

2.1.1促進葡萄糖攝取 有研究發(fā)現(xiàn)，當肌肉收縮時Metrnl的分泌會增加，Metrnl表達增加可以一種AMP依賴的蛋白激酶α2的方式增加葡萄糖轉運蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)的抑制轉錄因子組蛋白去乙酰化酶5(histone deacetylase 5，HDAC5)的磷酸化，而磷酸化后的HDAC5可與14-3-3蛋白相互作用，并將HDAC5隔離在細胞質中，使HDAC5對GLUT4的抑制作用喪失，促進GLUT4的轉錄激活，從而增加細胞對葡萄糖的攝取，促進葡萄糖從細胞外進入細胞內，并經(jīng)過復雜的生物化學反應產(chǎn)生能量，最終達到降低血糖水平、維持機體葡萄糖穩(wěn)態(tài)的目的[11]。這一過程很好地利用了葡萄糖為機體供能，減少了葡萄糖在體內蓄積帶來的不良影響。

2.1.2改善胰島素抵抗 胰島素抵抗和胰島β細胞分泌的胰島素相對不足是導致2型糖尿病患者血糖水平失衡的重要原因[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，血清Metrnl水平與胰島素抵抗相關[13]，與胰島β細胞功能無關[14]。表明Metrnl調節(jié)糖代謝主要是通過影響胰島素抵抗，而非干擾胰島β細胞對胰島素的分泌。由此可知，Metrnl表達水平對1型糖尿病患者無影響。

有研究對脂肪細胞特異性過表達Metrnl小鼠與脂肪細胞特異性Metrnl基因敲除小鼠進行葡萄糖耐量實驗，結果發(fā)現(xiàn)，脂肪細胞特異性Metrnl基因敲除可加重由高脂飲食引起的小鼠胰島素抵抗，而脂肪細胞特異性過表達Metrnl可防止因高脂飲食或瘦素缺乏引起的小鼠胰島素抵抗；進一步研究發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體增殖物激活受體γ抑制劑或過氧化物酶體增殖物激活受體γ基因敲除均可阻斷Metrnl的胰島素增敏作用，提示脂肪細胞Metrnl可通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ途徑改善由高脂飲食引起的胰島素抵抗，因此Metrnl可作為內在的胰島素增敏劑[4]。該實驗為臨床治療2型糖尿病提供了新的思路和靶點。

2.2Metrnl在脂代謝中的作用

2.2.1影響血脂成分及水平 有研究對Metrnl基因全身敲除小鼠、Metrnl基因腸道特異性敲除小鼠、Metrnl基因肝臟特異性敲除小鼠體內的血脂成分進行分析發(fā)現(xiàn)，在正常飲食情況下，小鼠體內的血脂水平未出現(xiàn)顯著變化，但在高脂飲食喂養(yǎng)后，除Metrnl基因腸道特異性敲除小鼠的血清脂質參數(shù)無變化外，Metrnl基因全身敲除小鼠和Metrnl基因肝臟特異性敲除小鼠體內的血脂水平均出現(xiàn)不同程度的改變[15]。可見，當機體受到外來因素(如長期高脂飲食破壞機體自身平衡)刺激時，Metrnl會影響血脂水平；而當機體處于穩(wěn)定狀態(tài)時，Metrnl不會對血脂進行調節(jié)。研究者通過分析Metrnl基因全身敲除小鼠、Metrnl基因腸道特異性敲除小鼠、Metrnl基因肝臟特異性敲除小鼠體內各種血脂成分改變的程度，得出：①Metrnl基因全身敲除可提高小鼠血液中的三酰甘油水平，且該過程不是通過肝臟或腸道介導；②Metrnl基因敲除引起高密度脂蛋白膽固醇水平降低的程度顯著高于總膽固醇水平降低的程度，考慮到高密度脂蛋白膽固醇的抗動脈粥樣硬化作用，Metrnl基因敲除可能會對脂代謝產(chǎn)生不利影響；③由于Metrnl基因肝臟特異性敲除小鼠與Metrnl基因全身敲除小鼠低密度脂蛋白膽固醇水平降低的程度不同，除肝臟和腸道外，還有其他組織參與了Metrnl對低密度脂蛋白膽固醇代謝的調節(jié)作用[15]。不同組織中的Metrnl可能對機體產(chǎn)生不同程度的影響，甚至是相反作用。該實驗創(chuàng)新性地利用不同組織Metrnl基因敲除小鼠作為研究對象，通過對照研究從更加精細的組織層面探究Metrnl在脂代謝中的作用，可以為后續(xù)研究提供借鑒。總之，Metrnl能夠有效調節(jié)血脂水平，影響脂質代謝。

2.2.2減少脂肪堆積 脂肪堆積可釋放多種細胞炎癥因子、脂肪因子和血管活性肽，導致多種代謝性疾病的發(fā)生。Rao等[7]利用實時熒光定量核酸擴增檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，在骨骼肌和心肌中Metrnl水平較高。有研究發(fā)現(xiàn)，在高脂飲食喂養(yǎng)下，運動后小鼠肌肉中的Metrnl水平顯著升高，同時脂肪組織中的Metrnl、酰基輔酶A氧化酶1和甘油單酯脂肪酶水平也顯著升高，均有利于脂肪代謝分解，提示運動誘導的肌肉Metrnl可以通過增加脂肪組織中的Metrnl水平有效減少脂肪積累，顯著降低脂肪質量，改善全身組織的代謝[16]，這也為運動減脂提供了新的理論依據(jù)。與皮下脂肪水平相比，內臟脂肪堆積對心腦血管等慢性疾病的風險更大，如有研究對我國2型糖尿病患者血清中的Metrnl水平和內臟脂肪面積進行測定發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者血清中的Metrnl水平與內臟脂肪肥胖呈負相關[17]。但這一結論僅基于2型糖尿病患者，其他單純性肥胖患者的Metrnl水平與內臟脂肪肥胖的關系需進一步探索。

2.2.3促進白色脂肪棕色化 哺乳動物的脂肪組織主要包括白色脂肪組織和棕色脂肪組織。在一定條件下，白色脂肪組織具有產(chǎn)生棕色脂肪細胞的能力，這一過程被稱為“白色脂肪棕色化”或“褐變”[18]。白色脂肪棕色化對于體內抗寒、增加能量消耗、預防肥胖、改善代謝等均具有重要意義，因而受到廣泛關注[19]。研究發(fā)現(xiàn)，在運動或寒冷條件下，肌肉和脂肪組織生成的Metrnl可以通過刺激嗜酸粒細胞分泌白細胞介素-4和白細胞介素-13，增加解偶聯(lián)蛋白-1的表達[7]。解偶聯(lián)蛋白-1是一種線粒體質子載體解偶聯(lián)蛋白，可以解除氧化磷酸化，使線粒體的能量以熱的形式消散[20]，而不是以脂肪的形式蓄積。因此，Metrnl在一定程度上可促進白色脂肪棕色化，達到刺激能量消耗的目的。

3 Metrnl在糖脂代謝相關疾病中的作用

3.1Metrnl與肥胖 研究發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，肥胖患者的Metrnl水平較低[21-22]，但在經(jīng)腹腔鏡袖狀胃切除術等減肥手術治療后，肥胖患者的Metrnl水平顯著升高[22]。然而，也有實驗得出了相反結論。如有研究者通過構建普通飲食與高脂飲食小鼠模型進行對照實驗，并檢測小鼠各個器官中Metrnl的表達水平，結果顯示，高脂飲食可特異性升高小鼠白色脂肪組織中的Metrnl水平，而對小鼠肝、腎、骨骼肌、結腸等器官組織中的Metrnl表達水平無顯著影響，因此認為肥胖可特異性引起脂肪組織中Metrnl表達上調，在體內可能存在反饋調節(jié)通路改善代謝[23]。另有研究者通過對阿拉伯人群和肥胖兒童的臨床調查統(tǒng)計也得出了類似結論，即肥胖患者體內的Metrnl水平顯著高于非肥胖人群[24-25]；同時，在對肥胖兒童脂肪細胞的研究中也發(fā)現(xiàn)，Metrnl可以抑制脂肪細胞分化，使脂肪生成數(shù)量減少，但脂肪細胞體積增大[25]。總之，在肥胖人群中Metrnl的表達水平可能與年齡、種族差異或地理環(huán)境等因素有關，未來還需更具體、更全面的臨床數(shù)據(jù)進行驗證。

3.2Metrnl與2型糖尿病 目前關于血清Metrnl水平與2型糖尿病的關系尚無定論。有研究者認為，糖尿病患者血清Metrnl水平顯著低于非糖尿病患者[26-28]，且合并糖尿病腎病患者體內的Metrnl水平更低[28]。因此，Metrnl可作為前期預測糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)生風險的有效標志物[21]。另外，在長時間的降糖治療后，隨著血糖水平的控制Metrnl水平可能會升高[26]，因此Metrnl與血糖水平可能存在動態(tài)相關性，可作為糖尿病臨床療效的監(jiān)測指標。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者血清Metrnl水平顯著升高[13，29]。

鑒于Metrnl在調節(jié)糖代謝中的相關功能，已有實驗利用重組Metrnl探究Metrnl在治療2型糖尿病中的作用。如有學者以高脂飲食喂養(yǎng)的Metrnl基因敲除小鼠為研究模型，結果發(fā)現(xiàn)，急性靜脈注射重組Metrnl無降糖作用，靜脈注射Metrnl 1周也無法改善因脂肪細胞Metrnl缺乏而加劇的胰島素抵抗[4]。但有報道顯示，腹腔注射重組Metrnl可改善高脂飲食誘導的2型糖尿病小鼠的葡萄糖耐量，對2型糖尿病的治療有益[11]。可見，外源性給予Metrnl維持血糖平衡是否有效取決于給藥劑量和給藥方式等因素，未來需進一步研究Metrnl的有效濃度曲線及其在人體內代謝或吸收的途徑，以達到良好的療效。

3.3Metrnl與冠心病 臨床資料分析發(fā)現(xiàn)，隨著冠心病患者狹窄血管數(shù)目的增加，血清Metrnl水平降低；同時，隨著冠狀動脈狹窄嚴重程度的提高，血清Metrnl水平也降低[30]。另外，與健康人相比，心肌梗死患者血液中的Metrnl水平也降低[10]。提示血清Metrnl水平與冠心病的發(fā)生及嚴重程度顯著相關，且病變程度越嚴重，Metrnl水平越低。

冠心病的基本病理改變?yōu)楣跔顒用}粥樣硬化[31]，而血管內皮細胞損傷是發(fā)生動脈粥樣硬化的早期關鍵性環(huán)節(jié)。有研究者發(fā)現(xiàn)，Metrnl在血管內皮有非常明顯的連續(xù)分布，同時血管內皮細胞也可分泌Metrnl；后期，該實驗組還構建了血管內皮細胞Metrnl和載脂蛋白E雙敲除小鼠模型，并通過主動脈油紅O染色比較主動脈粥樣斑塊的大小，同時通過檢測促炎細胞因子和抗炎細胞因子的表達水平比較內皮的炎癥損傷程度，結果發(fā)現(xiàn)，與具有動脈粥樣硬化易感性質的載脂蛋白E敲除小鼠相比，血管內皮細胞Metrnl和載脂蛋白E雙敲除小鼠的內皮損傷、炎癥細胞浸潤和慢性炎癥更嚴重[10]。表明Metrnl對于冠心病高危人群可能有積極的預防和保護作用，可延緩病變進展。

Metrnl對冠心病的影響除與Metrnl能夠改善糖脂代謝有關外，還可能與Metrnl的抗炎作用有關。研究表明，Metrnl在黏膜組織、皮膚和活化的巨噬細胞中均高表達[32]。骨髓巨噬細胞(即M2型巨噬細胞)生成Metrnl的過程可能受到多種細胞因子的調節(jié)，如被腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-17α、白細胞介素-12和白細胞介素-4誘導，被γ干擾素和轉化生長因子-β抑制[33]。同時，Metrnl水平升高還可反過來促進脂肪組織M2型巨噬細胞的替代激活，使抗炎細胞因子相關基因的表達增加，減輕組織的炎癥反應，因此除調節(jié)糖脂代謝外，Metrnl還可通過延緩動脈粥樣硬化中的炎癥反應進程，對血管內皮起到保護作用[7]。鑒于Metrnl在血管壁的分布特點以及Metrnl的抗炎作用，進一步對Metrnl進行深入研究可能為其他血管炎癥性疾病的治療提供新思路。

心肌缺血再灌注損傷是影響急性心肌梗死患者預后的重要因素。Metrnl可通過激活AMP活化的蛋白激酶-p21激活激酶2信號通路抑制炎癥，減輕內質網(wǎng)應激反應，從而減少心肌缺血再灌注誘導的心肌細胞凋亡[34]。

3.4Metrnl與非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD) NAFLD是指除了酒精與其他明確的能夠引起肝損傷的因素導致的以肝細胞內脂肪過度沉積為主要特征的臨床病理綜合征。NAFLD不僅是導致隱源性肝硬化的重要原因，還與某些肝外疾病(如心血管疾病、慢性腎臟疾病和2型糖尿病)的發(fā)生風險相關，與單純脂肪變性患者相比，NAFLD患者發(fā)生此類肝外疾病的風險更高[35]。因此，盡早準確預測NAFLD的發(fā)生風險對防治肝硬化或其他肝外疾病具有重要意義。研究證明，胰島素抵抗和脂肪因子與NAFLD的發(fā)病密切相關[36]。有學者選取NAFLD患者和同期體檢的健康者進行病例對照研究，通過多因素Logistic回歸分析發(fā)現(xiàn)，患者血清Metrnl水平降低是NAFLD發(fā)生的獨立危險因素[37]。但該研究僅為橫斷面研究，血清Metrnl水平與NAFLD的關系或作用機制并未明確，應進一步探索。

4 小 結

Metrnl是一種新型脂肪因子，近年來備受關注。其在皮下脂肪組織中含量較高，同時運動及寒冷條件也可促進機體產(chǎn)生Metrnl。Metrnl可以通過多種途徑改善機體糖脂代謝，且不同組織的Metrnl可能具有不同功能。Metrnl與眾多慢性代謝性疾病的發(fā)生、發(fā)展相關，有望成為糖脂代謝類疾病治療的新靶點或監(jiān)測指標。目前Metrnl在肥胖和2型糖尿病患者體內的表達水平仍存在爭議。目前，通過外源性給予重組Metrnl治療2型糖尿病尚未有合適的給藥途徑和給藥劑量。未來可通過研究Metrnl在其他糖脂代謝類疾病中的表達水平及作用機制，進一步挖掘Metrnl在改善糖脂代謝中的作用。