1、探究脂質代謝影響因素的進展1721030561 高瑞摘要：脂代謝是人體三大物質代謝之一，也是近年來一個新興的研究領域。在已有的研究發現在脂質代謝過程中，一些轉錄調控因子可以通過激活或抑制靶基因的表達來調控脂質代謝。本文中的囊括了除此之外的脂質代謝調控機制的進展，包括亮氨酸缺乏、lncRNA、糖原代謝關鍵蛋白PPP1R3G、microRNA、神經系統經對脂質代謝的明顯影響，并對糖尿病、肥胖癥等諸多代謝性疾病具有重要的指導意義。關鍵詞：脂質代謝；調控；進展自2003年7月華盛頓大學醫學部的Han等提出了脂質代謝組學的概念開始，脂質代謝調控成為一門新興的科研熱點。它對于研究和治療脂質代謝異常而引起的

2、阿茲海默癥、糖尿病、肥胖癥、動脈粥樣硬化等諸多人類疾病具有重要的指導意義。脂質是生物體內重要的一大類化合物, 生物體內重要的生命活動都離不開脂質，如物質運輸、能量代謝、信息傳遞及代謝調控等。脂代謝是人體三大物質代謝之一，主要包括甘油三酯代謝、膽固醇及其酯的代謝、磷脂和糖脂代謝等。在已有的研究發現在脂質代謝過程中，一些轉錄調控因子可以通過激活或抑制靶基因的表達來調控脂質代謝。已發現的與脂質代謝相關的轉錄因子有很多，包括過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs）、肝X受體(liver X r

3、eceptors,LXRs)、視黃醛受體（retinoid X receptor,RXR）、固醇調節元件結合蛋白(sterol regulatory element binding proteins,SREBPs)等。隨著新技術、新方法的不斷發展，相繼發現不一樣的脂質代謝調控機制，本文囊括了一些脂質代謝影響因素的研究。1 亮氨酸缺乏調節脂質代謝2010年中科院上海生科院營養科學研究所郭非凡研究組在亮氨酸缺乏調節脂質代謝方面取得的研究進展 1。在前期研究中，郭非凡等發現亮氨酸這一必需氨基酸的缺乏能夠調節肝臟脂質代謝，并且亮氨酸缺乏能誘導小鼠腹部脂肪快速丟失，具有明顯的減肥效果，但是機制尚不清楚。

4、在研究中通過生化和分子細胞生物學方法，在細胞和動物水平闡明這個的分子機制。白色脂肪用于儲存能量，也是肥胖問題的根源。棕色脂肪富含線粒體并且特異性高表達線粒體膜蛋白蛋白質解偶聯蛋白1（Uncoupling Protein 1,UCP1）,在冷刺激的條件下有效地產生熱量同時減少脂肪生成和血脂濃度。一方面，亮氨酸缺乏引起白色脂肪組織中脂質動員增強，表現為激素敏感性脂酶（Hormone-Sensitive Lipase, HSL）活性增強；脂肪酸合成通路關鍵性酶-脂肪酸合成酶（Fatty Acid Synthase, FAS）表達降低，活性減弱；且脂肪酸氧化能力增強，這些作用共同導致小鼠體內脂肪的快速

5、減少。另一方面，亮氨酸缺乏使褐色脂肪組織內與產熱相關的UCP1表達顯著增加，小鼠耗氧量增加，體溫明顯升高，能量消耗增加導致脂肪減少。2 lncRNA在棕色脂肪生成過程中的重要調控功能Jian-die Lin在2014的文章中提到了一個從前未知的lncRNA-Blnc1參與了棕色脂肪的分化過程，并與關鍵轉錄因子EBF2形成轉錄反饋回路 6。米色脂肪細胞是一類新發現的脂肪，它們散在分布于白色脂肪組織中,受寒冷刺激或3腎上腺素能受體激動劑激活后,表現出棕色脂肪細胞的特點:棕色脂肪標記物UCP1表達量上升，通過細胞內脂肪酸的非耦聯氧化磷酸化分解產熱。因此，提高棕色脂肪和米色脂肪的數目或增強他們的生物學

6、功能是治療肥胖以及相關代謝紊亂的潛在有效治療方法。在這項新研究中，通過對lncRNA進行了體外干擾（Knockdown）實驗挑選出棕色脂肪形成有明顯作用的lncRNA AK038898，并命名為Blnc1。Blnc1的表達隨棕色脂肪細胞的分化過程逐步升高，并且在米色脂肪中表達量也顯著上升。隨后，研究小組在體外培養的米色脂肪細胞和棕色脂肪前體細胞中過表達或敲除Blnc1，用表達譜芯片進行檢測，發現Blnc1誘導了線粒體以及產熱相關基因的表達。研究者在成纖維細胞中將Blnc1和其他調控棕色脂肪基因表達的轉錄因子組合過表達，發現當轉錄因子EBF1和Blnc1共表達時有促進脂肪細胞形成的作用。進而研究

7、Blnc1和EBF2的相互作用。Blnc1過表達情況下，EBF1和靶標基因啟動子結合能力增強。RIP和RNA pull-down實驗證明兩者的物理結合。此外，EBF1的過表達能增加Blnc1的表達量，ChIP實驗及報告基因實驗證明EBF1能結合在Blnc1上游1.2kb左右的位點，激活Blnc1的表達。這些結果表明，Blnc1不僅能作為協同因子增強EBF1的活性，共同激活下游基因的表達，而且Blnc1自身也受到EBF1的調控，從而形成一個反饋回路。該研究確定了一個參與棕色脂肪分化的關鍵lncRNA,為代謝綜合癥的提供了新的治療思路，具有重要的科學意義。3 糖原代謝關鍵蛋白PPP1R3G在維持葡

8、萄糖穩態以及肝臟脂肪代謝中的作用肝糖原代謝在葡萄糖穩態中起著重要作用。糖原合成主要受糖原合成酶的調節，該酶被磷酸酶1(PP1)與糖基靶向亞單位或G亞基結合，被磷酸化和激活。在不同的器官中有7個G亞基(PPP1R3A到G)控制糖的生成。PPP1R3G是一種最近發現的G亞基，它的表達在快速進食循環中發生了變化，并被證明在餐后血糖調節中發揮作用。陳雁研究員等在研究中 7，通過構建肝臟特異性表達蛋白磷酸酶的一個新的調節亞基PPP1R3G的轉基因小鼠模型，深入探討了PPP1R3G蛋白在糖脂代謝中的生理功能，研究發現PPP1R3G轉基因小鼠PPP1R3G過度表達使肝糖原含量明顯增加，同時能夠加快餐后血糖的

9、清除。 研究還發現，PPP1R3G轉基因小鼠的體脂成分減少，血液中的甘油三酯含量降低，肝臟中甘油三酯成分減少。此前有報道稱，禁食能夠在老鼠體內誘發肝脂肪變性，而油紅染色顯示PPP1R3G的過度表能夠緩解饑餓誘導產生的脂肪肝，此外，與野生型動物相比，轉基因小鼠血清甘油三酯水平顯著降低，而其他血清脂質未改變。另外，在這兩種動物之間的丙氨酸轉氨酶和天冬氨酸轉氨酶的水平上沒有明顯的差異，這表明轉基因小鼠的高糖原含量與肝臟功能的變化沒有關系。這些結果共同證明了PPP1R3G的過度表達能夠在禁食條件下改善肝脂肪變性。這些數據表明，糖原代謝關鍵蛋白PPP1R3G在維持葡萄糖穩態以及肝臟脂肪代謝中的作用。 4

10、 microRNA控制著脂質代謝中的關鍵蛋白MicroRNA是長約22nt的非編碼RNA，在天然細胞基因組中占有98%。這些非編碼DNA在基因表達調控中起到了必不可少的作用，決定著基因表達的時間、地點和方式。它們能夠與mRNA結合阻斷蛋白編碼基因的表達，防止它們翻譯成為蛋白。在之前的研究中，Näär及其同事發現miR-33能夠抑制高密度脂蛋白(HDL)的生產，在動物模型中阻斷miR-33可以提高HDL水平。 現在他們又揭示了在心血管疾病中起重要作用的四種microRNA。 8這些microRNA會減少關鍵蛋白的表達，影響高密度脂蛋白（HDL）膽固醇的生成，低密度脂蛋白（LD

11、L）膽固醇的清除，甘油三酯水平的調控和其他心血管疾病風險因子。利用全基因組關聯研究（GWAS）的數據，從188,000個人中鑒別出69個microRNA與單核苷酸多態性(SNPs)有關，與異常的循環脂質水平相關。其中的一些microRNA(miR-128-1、miR-148a、miR-130b和miR-301b)控制了涉及膽固醇脂蛋白的關鍵蛋白的表達，如低密度脂蛋白(LDL)受體(LDLR)和ATP結合盒式蛋白(ABCA1)膽固醇轉運蛋白。miR-128-1和miR-148a控制了調節血脂水平的蛋白，而miR-128-1還調控著脂肪肝沉積、胰島素信號傳導和血糖水平的維持。綜合起來，這些發現支持

12、了一種觀點，即改變了microRNA的表達可能導致了異常血脂水平，使人對人類的心臟代謝紊亂產生了影響。5 神經系統對白色脂肪組織代謝的調控機制之前的研究揭示，在低溫條件下，白色脂肪組織發生明顯的細胞及分子水平變化，高表達UCP1蛋白的細胞類型數目明顯增多，而該類細胞被認為在調節代謝平衡中發揮重要功能。Jiang.H等在2017發表的一篇研究論文，報道了神經系統對白色脂肪組織代謝的調控機制。 9在最新這項研究中，研究人員發現白色脂肪組織中分布高密度的交感神經纖維，并且低溫條件刺激激活交感神經元，其活動對白色脂肪組織在低溫刺激下的棕化反應有重要促進功能，揭示了白色脂肪組織受神經活動調控的重要生理基

13、礎。白色脂肪組織在生理和病理條件下發生顯著變化，對整體的代謝穩態和系統性炎癥產生廣泛影響，深入了解其調控機制對于理解和治療肥胖癥、2型糖尿病等代謝類疾病有著重要指導意義。 在此，研究人員利用熒光成像技術分析，在單纖維分辨率下，對小鼠腹股溝WAT的神經分支進行可視化。這一成像顯示了一種密集的交感神經網絡，以前未被常規方法發現，而交感神經纖維與近90%的脂肪細胞處于接近的位置。我們證明了這些交感神經纖維來源于由冷刺激激活的腹腔神經節。神經生長因子受體(Tropomyosin receptor kinase A，TrkA)特異性交感神經的清除或由6-羥多巴胺引起的藥物消融，會消除這些內部脂肪的神經分

14、支，從而導致了腹股溝WAT冷誘導棕化。這些發現揭示了將傳出神經信號與單個脂肪細胞的新陳代謝聯系起來的一個重要的環節。FIG.1 小鼠腹股溝WAT及神經分支小結對于代謝調控機制的研究一直在進行，不斷有新的研究成果發表。本文中提到的亮氨酸缺乏、lncRNA、糖原代謝關鍵蛋白PPP1R3G、microRNA、神經系統經證明對脂質代謝都有明顯的影響。這些脂質代謝調控機制的明確對于現代社會逐年增多的由肝臟脂質代謝紊亂使得甘油三酯在肝臟中異常累積發生的代謝性疾病的治療具有指導性意義。研究人員可以進一步在這些關鍵物質的基礎上，針對其研發新的靶點藥物或者治療方案除此之外，這些脂質代謝調控機制可以與以探明的轉錄

15、因子脂質代謝調控機制相對照結合。有助于新想法，新思路的產生，為肥胖癥、胰島素抵抗(insulin resistance,IR)和非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)等代謝性疾病的患者帶去福音。參考文獻1.Cheng, Y., et al., Leucine deprivation decreases fat mass by stimulation of lipolysis in white adipose tissue and upregulation of uncoupling protein 1 (UCP1) in brown adipose tissue. Diabetes, 2010. 5

16、9(1): p. 17-25.2.李姣等, 肝臟脂質代謝關鍵轉錄因子研究進展. 動物醫學進展, 2016,37(4): 90-93.3.蔡教英,脂質代謝組學的研究進展. 動物營養學報2011,23(11): 1870-1876.4. 李玉杰,CRTC2通過FoxO1/SREBO-2/HMGCR調節肝巧膽固醇的合成.20115.Han, J., et al., The CREB coactivator CRTC2 controls hepatic lipid metabolism by regulating SREBP1. Nature, 2015. 524(7564): p. 243-6.6.

17、Zhao, X.Y., et al., A long noncoding RNA transcriptional regulatory circuit drives thermogenic adipocyte differentiation. Mol Cell, 2014. 55(3): p. 372-82.7.Zhang, Y., et al., Regulation of glucose homeostasis and lipid metabolism by PPP1R3G-mediated hepatic glycogenesis. Mol Endocrinol, 2014. 28(1)

18、: p. 116-26.8.Wagschal, A., et al., Genome-wide identification of microRNAs regulating cholesterol and triglyceride homeostasis. Nat Med, 2015. 21(11): p. 1290-7.9.Jiang, H., et al., Dense Intra-adipose Sympathetic Arborizations Are Essential for Cold-Induced Beiging of Mouse White Adipose Tissue. Cell Metab, 2017. 26(4): p. 686-692.e3.10.Wang, Y.J., et al., Cholesterol and fatty acids regulate cysteine ubiquitylation of ACAT2 through competitive oxidation. Nat Cell Biol, 2017. 19(7): p. 808-819.11.Xue, Y., et al., Hypoxia-independent angiogenesis in adipose tissues during cold acclimatio