1、脂聯素的生理學研究進展摘要：脂聯素是一種特異的脂肪因子，主要由脂肪細胞分泌，在脂肪組織中大量表達。具有維持能量代謝內穩態、調節免疫平衡、調控細胞增殖的作用。它有兩種受體, 脂聯素受體1和脂聯素受體2，它們能與脂聯素結合發揮抵抗糖尿病的作用。因此,脂聯素及其受體是與胰島素抵抗相關的肥胖性疾病的治療靶點。本文概述了脂聯素及其受體的特征，脂聯素在胰島素抵抗、糖尿病及其它代謝疾病過程中的作用機制。關鍵詞：脂聯素；脂聯素受體；表達調控；信號轉導通路Abstract Adiponectin is an adipokine that is expressed specifically and abundan

2、tly in adipose tissue.It plays pivotal roles in the regulation of energy homeostasis,immune balance and cell proliferation. The adiponectin receptors, AdipoR1 and AdipoR2, which mediate the antidiabetic metabolic actions of adiponectin.Adiponectin and adiponectin receptors represent potential versat

3、ile therapeutic targets to combat obesity-linkeddiseases characterized by insulin resistance. This review describes the characteristics, molecular mechanisms, and adiponectin receptors in insulin resistance, diabetes, and other metabolism diseases.Key words adiponectin; adiponectin receptors; insuli

4、n resistance; signal transduction pathway脂聯素（adiponectin）是主要由脂肪組織分泌的脂肪細胞因子，在細胞葡萄糖和脂肪酸等能量代謝過程中發揮重要的調節作用，并參與細胞增殖肥大和免疫功能的調控1。脂聯素分泌異常與高血壓、動脈粥樣硬化、糖尿病和代謝綜合癥的發生密切相關，低脂聯素血癥作為心血管疾病的獨立危險因子，已經越來越受到重視。近年來關于介導脂聯素生物學作用的受體及其信號轉導通路的研究已經取得了很大的進展，不但加深了對脂聯素作用的分子機制的認識，而且有望為心血管及代謝疾病的防治提供新的靶點。1 脂聯素及其受體概述脂聯素又被稱為Acrp30、Adi

5、poQ、apM1 或GBP28 24, 這些最初被認為是4組不同形式的獨立體。apM1 來源于人脂肪組織cDNA 文庫, GBP28 分離于人血漿的明膠結合蛋白28, 而Acrp30和AdipoQ則分別來源于小鼠3T3-L1 和3T3-F442A 細胞脂聯素cDNA 2,4。脂聯素主要是通過與其細胞膜上的特異性受體 脂聯素受體結合發揮生理作用的。有關研究14,17,18指出, 脂聯素可以誘導其自身基因的表達, 脂聯素的水平相應升高, 因此血液中脂肪組織來源的脂聯素可能通過誘導局部組織脂聯素的表達來保持其靶細胞的胰島素敏感性.1.1 脂聯素基因及其結構脂聯素的結構、基因表達和一般功能脂聯素是脂肪

6、細胞特異性分泌的蛋白質。1995年由Scherer等1在小鼠3T3脂肪細胞中首次發現,其相對分子質量為30×103,結構上與補體C1q相似,遂命名為脂肪細胞補體相關蛋白30,并于1999年以后脂聯素的名字被廣泛應用。人脂聯素全長由247個氨基酸組成,包含4個結構域,從N端到C端依次為信號序列、非同源序列、膠原樣結構域、球狀結構域。脂聯素基因是單拷貝基因2,4, 人類脂聯素基因位于3q27染色體上, 全長約17 kb, 由3個外顯子和2個內含子組成, 外顯子1為非翻譯區, 外顯子2編碼信號序列、非螺旋功能區及膠原結構域的大約1/2, 外顯子3 編碼膠原區的另一半及整個球狀區。該基因的調

7、控序列含有公認的啟動子元件, 但無TATAbox。小鼠的脂聯素基因位于16 號染色體上,與人類脂聯素基因在cDNA 水平有85% 的同源性。脂聯素的活性形式主要以球形結構域和全長型結構域來區分,脂聯素球形結構域比全長脂聯素能更有效地改善胰島素抵抗和增加脂肪酸氧化。近來報道,脂聯素球形結構域和全長脂聯素的三聚體可能在脂聯素對骨骼肌細胞的腺苷酸活化蛋白激酶途徑的刺激效應中起重要作用,而全長脂聯素的三聚體、六聚體和更大相對分子質量的低聚體是肝細胞中腺苷酸活化蛋白激酶途徑的主要激活物3。脂聯素在血液循環中的主要形式是低分子質量的六聚體(180×103)和高分子質量的1618聚體(>40

8、0×103),沒有發現存在單體形式5。膠原結構域含有22Gly-X-Pro/X重復序列,它是形成膠原三螺旋結構及多聚物的一級結構基礎。其膠原化區域的4 個賴氨酸的羥基化和糖基化與脂聯素的胰島素增敏作用有密切關系, 其活性形式是蛋白酶裂解后的C 端球形功能域。在血清中, 脂聯素存在一系列的多聚體復合物2,4, 通過其膠原結構域形成三個主要的低聚物形式: 低分子量脂聯素(LMW)、中分子量脂聯素(MMW)及高分子量脂聯素(HMW), 它們通過不同的信號途徑發揮生理作用。1.2 脂聯素受體及其特點 2003年，Yamauchi等2首先克隆出人和小鼠的脂聯素受體（adiponectin re

9、ceptor，AdipoR）cDNA。Northern blot顯示，脂聯素受體有AdipoR1和AdipoR2兩種亞型。人AdipoR1和AdipoR2的編碼基因分別位于1p36.13q41和12p13.31，而小鼠的基因位于1E4和6F1。分析人和小鼠AdipoR1和AdipoR的氨基酸序列，AdipoR1有96.8%的同源性，AdipoR2有95.2%的同源性，說明這兩種受體具有高度的保守性。在結構上AdipoR1和AdipoR2都具有7次跨膜結構域，AdipoR1 和AdipoR2 都是完整的細胞膜蛋白,N末端在細胞內, C末端在細胞外,但與G蛋白偶聯受體家族C末端位于膜內、N末端在膜

10、外的拓撲結構相反，AdipoR C末端位于膜外，與脂聯素結合而相互作用；N端位于膜內。AdipoR1在小鼠的腦、心、腎、肝、肺、骨骼肌、脾及睪丸均有表達，其中在骨骼肌最為豐富；AdipoR2在肝臟中表達最高。2004年，發現T-鈣黏素可能是脂聯素的第3種受體，主要表達在內皮細胞和平滑肌中6。T-鈣蛋白也是六聚體型和高分子質量型脂聯素的受體,但不與三聚體型脂聯素結合,并且只可以與真核生物表達的脂聯素結合。不同組織中脂聯素受體表達量的差異與組織功能及代謝的關系尚需進一步研究，例如，心肌和膈肌均為終生節律性運動的肌肉，對二者基因表達譜的分析顯示，膈肌AdipoR2表達是心肌的3.8倍，這一差異的意義

11、尚待闡述，但推測與能量代謝有密切關系7。2 脂聯素與其受體的表達調控2.1 脂聯素受體的表達調控 脂聯素受體的表達受許多因素的調節作用。有研究發現8, 在表現為肥胖、胰島素抵抗的2型糖尿病db/db小鼠，骨骼肌AdipoR的表達明顯降低，AMPK的活性降低，這說明肥胖不僅減少血漿脂聯素水平，而且通過下調AdipoR的表達降低細胞對脂聯素的敏感性，導致胰島素抵抗，這進一步加重高胰島素血癥，產生惡性循環11。2型糖尿病患者的骨骼肌Adi-poR表達亦減少。此外, 將b 細胞暴露于不飽和油酸鹽中,AdipoRs表達增加, 而暴露于棕櫚酸鹽中, AdipoRs表達并不增加。實驗表明心室肌細胞即可以分泌

12、脂聯素，又有AdipoR1/2的表達，這說明脂聯素不僅可來自脂肪組織，發揮內分泌功能，而且具有旁自分泌的調節形式9。近年來已有學者開始關注AdipoR改變與代謝紊亂和心血管疾病的關系。在結扎冠狀動脈左前降支所致心肌缺血的小鼠模型中，梗死區和梗死邊緣區左心室肌AdipoR1 mRNA和蛋白表達均明顯降低10；而Adi-poR2表達無明顯變化。AdipoR1和AdipoR2通過與脂聯素結合, 調節增加AMPK、PPAR-a、p38 MAPK 的活性, 增加脂肪酸氧化和葡萄糖的攝入。Lepr-/-大鼠肝臟中12, 腺病毒介導的AdipoR1 與AdipoR2 的表達都能激活AMPK 路徑, 從而直接

13、調控葡萄糖代謝和胰島素的敏感性, 同時, 它們也能激活PPAR信號通路。如果AdipoR1 和AdipoR2靶點發生中斷, 即脂聯素結合物被破壞, 其功能也就遭到損壞, 結果會導致組織甘油三酯的含量增加, 引起炎癥反應和氧化應激, 進一步導致胰島素抵抗和顯著的葡萄糖不耐受性13。因此AdipoR1 和AdipoR2在脂聯素信號通路中具有不同的功能, 即AdipoR1與AMPK 路徑聯系更加緊密, 而AdipoR2 則與PPAR-a的路徑有聯系, 同時抑制炎癥和氧化應激。2.2 脂聯素與其受體結合改善胰島素抵抗的機制胰島素抵抗的定義:正常劑量的胰島素產生低于正常生物學效應的一種狀態。胰島素抵抗的

14、機制十分復雜,呈現出明顯的異質性。各種胰島素抵抗均與胰島素與靶組織在細胞、受體、受體后和分子水平的結構與功能的缺陷以及胰島素調控激素異常等環節的障礙有關。脂聯素的單體和三聚體是其生物活性形式或受體親和配基, 其通過特異性結合骨骼肌或肝臟細胞膜上的脂聯素受體, 調節脂肪酸氧化和糖代謝。脂聯素改善糖代謝和胰島素抵抗的作用機制尚未完全明了, 推測可能的機制主要包括以下四方面14:增加肝臟和骨骼肌脂肪酸氧化,循環中的游離脂肪酸及組織中的三酰甘油均參與胰島素抵抗的發病;直接促進胰島素受體及受體后水平信號轉導;抑制糖異生,通過抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的活性,增強胰島素對肝細胞內糖異生

15、和肝糖輸出的抑制作用;抑制脂肪組織TNF-信號轉導,TNF-與血漿脂聯素呈負相關,TNF-活性減少可改善胰島素敏感性。脂聯素表達水平與機體胰島素抵抗程度呈負相關,脂聯素的減少是代謝綜合征和2型糖尿病的關鍵環節之一,血漿脂聯素水平降低,胰島素敏感性下降,補充外源性脂聯素或其球狀結構域能部分逆轉胰島素抵抗,為代謝綜合征和2型糖尿病提供全新的手段。研究證實,血漿脂聯素含量及mRNA的表達水平與胰島素敏感指數呈正相關,與胰島素抵抗指數呈負相關。肥胖癥、2型糖尿病患者血漿脂聯素水平較正常人明顯降低,且脂聯素水平的下降出現在肥胖和胰島素抵抗早期,下降趨勢與病程進展呈平行關系15。脂聯素受體AdipoR介導

16、了脂聯素的各種生物學效應,與肥胖、糖尿病、心血管疾病等密切相關,在這些疾病的發生和發展中起著重要的作用。 有人對脂聯素敲除Adipo-/-的小鼠胰島素抵抗的分子機制作了專門的研究16發現, Adipo-/-小鼠只表現出肝的胰島素抵抗, 肝臟中胰島素刺激的胰島素受體底物1 (IRS-1)和胰島素受體底物2 (IRS-2)的酪氨酸磷酸化作用都減弱了。其內在機制之一是這些小鼠體內IRS-1殘余物的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化作用的增加、IRS-2 蛋白水平的急劇性減少使胰島素刺激的Akt磷酸化作用顯著性降低。Adipo-/-小鼠肝臟中甘油三酯的水平沒有增加, 很可能是因為隨著生脂基因SREBP-1 和SCD

17、-1 表達量降低, 瘦素的敏感性增加。3 小結與展望 脂聯素作為一種特異的脂肪因子, 在胰島素抵抗、2 型糖尿病、心血管疾病及代謝綜合征的發生發展過程中發揮著重要的作用。研究發現, 1型糖尿病與2型糖尿病患者血清脂聯素水平有顯著性差異,通過檢測血漿脂聯素水平可以幫助區別1 型糖尿病和2型糖尿病, 1型糖尿病與對照組的血清脂聯素濃度相似, 但2型糖尿病的顯著降低, 這一發現有一定的臨床意義, 也有益于糖尿病發病機制的探索和針對性預防。肥胖患者、2 型糖尿病患者、脂肪營養障礙患者、高血壓患者等都普遍存在著低水平脂聯素。血清脂聯素水平與機體的胰島素敏感性呈顯著正相關,而與血糖、游離脂肪酸、體重指數呈

18、負相關, 表明脂聯素很可能成為代謝綜合征的一種新的生化標志物, 并可用于流行病學的研究。 脂聯素通過干預機體糖和脂肪代謝途徑,參與了胰島素抵抗相關疾病的發生、發展過程。脂聯素基因多態性可能會影響脂聯素的表達水平及其功能,從而和胰島素抵抗及2型糖尿病相關,脂聯素受體AdipoR介導了脂聯素的各種生物學效應。因此,深入研究脂聯素基因多態性,有助于判斷胰島素抵抗狀態,發現2型糖尿病高危人群,針對該基因進行治療可能是防治胰島素抵抗和2型糖尿病的一個新的靶點。研究脂聯素受體AdipoR可以更好地理解脂聯素的作用,更好地理解脂聯素以及與胰島素抵抗、肥胖相關疾病如糖尿病和動脈粥樣硬化的分子機制,從而有可能設

19、計以AdipoR1和AdipoR2作為分子靶點的抗糖尿病和抗動脈粥樣硬化的新型藥物。 研究脂聯素在糖尿病、心血管疾病以及炎癥等發生發展過程中的表達和釋放以及脂聯素的亞型、單聚體、三聚體和其特異性受體的相互關系, 對進一步揭示代謝綜合征的發病機制以及尋找內源性毒副作用小的新一代藥物具有重要意義。參考文獻(References)1Wang ZV,Scherer PE.Adiponectin,cardiovascular function,and hypertensionJ.Hypertension,2008,51:8-142 Kadowaki T, Yamauchi T, Kubota N, et

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