肥胖基因FTO對非酒精性脂肪性肝病的作用機制

吳雪 鄭麗麗

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 內(nèi)分泌及代謝科 河南 鄭州 450052)

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民的飲食結(jié)構(gòu)及生活方式也隨之有了非常大的改變，肥胖人群數(shù)量迅速增多，而由肥胖所帶來的一系列相關(guān)并發(fā)癥也明顯增多，例如脂肪肝，特別是非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)的發(fā)病率顯著升高。有相關(guān)研究顯示，在肥胖患者中NAFLD 的發(fā)病率約為75%，并且初步估計NAFLD 人群的比例在全球范圍內(nèi)會高達15% ～30%［1］。脂肪量與肥胖相關(guān)基因(fat mass and obesity－associated gene，F(xiàn)TO)是近年來第1 個被明確的與肥胖有極為密切關(guān)系的新型候選基因［2］。對不同地域多個人種的獨立研究證實，F(xiàn)TO 基因的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)可影響成人及兒童的體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)，增加體質(zhì)量、體內(nèi)脂肪量，改變攝食行為等［3］并與代謝綜合征、2 型糖尿病、冠心病等多種代謝性疾病相關(guān)，是其發(fā)病及造成相關(guān)死亡的獨立危險因素之一［4－9］。FTO 與肥胖、非酒精性脂肪肝等代謝性疾病的關(guān)系及其作用機制越來越受到人們的重視。本文就近年有關(guān)FTO 基因及其與肥胖、NAFLD 的相關(guān)性及其可能作用機制的最新研究結(jié)果綜述如下。

1 FTO 基因概述

2007年Frayling 等［2］在尋找2 型糖尿病相關(guān)致病基因的過程中首次通過全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome－wide association study，GWAS)發(fā)現(xiàn)了FTO 基因，并證實FTO 是與肥胖密切相關(guān)的可靠候選基因。FTO 基因又被稱為肥胖基因，定位于人類第16 號染色體長臂(16q12.2)，該基因片段共包含有9 個外顯子;FTO 基因在不同年齡、不同性別人群的多種組織中廣泛表達，尤其在下丘腦、垂體、腎上腺等部位高度表達［2］。人類FTO基因與鼠、豬等哺乳動物的FTO 基因序列高度同源。通過基因測序并分析其晶體結(jié)構(gòu)顯示，F(xiàn)TO 基因表達的相關(guān)蛋白是一類脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)去甲基化酶，其N末端具有典型的雙加氧酶特征，即依賴亞鐵離子和酮戊二酸的相關(guān)結(jié)構(gòu)，使其隸屬于非血紅素加雙氧酶超家族(non－h(huán)eme dioxygenase superfamily)［10］。其C 末端由大量α－螺旋構(gòu)成，這對穩(wěn)定N 末端具有催化功能的核心結(jié)構(gòu)域有重要作用。FTO蛋白可選擇性修飾單鏈DNA 或RNA 的活性，這一結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是通過FTO 所特有的長loop 發(fā)揮部分作用。有證據(jù)表明，如上述基因修復(fù)功能受損，可能會導(dǎo)致肥胖及其相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。

2 FTO 通過多種途徑作用于肝臟導(dǎo)致NAFLD

NAFLD 是一種以肝細胞脂肪變性和脂肪貯積為病理特征，但無過量飲酒史的臨床綜合征，病理學(xué)上以彌漫性肝細胞大泡性脂肪變?yōu)橹饕卣?，其疾病譜包括非酒精性單純性脂肪肝(non－alcoholic simple fatty liver，NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(non－alcoholic steatohepatitis，NASH)及脂肪變進一步發(fā)展而形成的脂肪性肝硬化3 種主要病變類型［11］。作為一種與遺傳－環(huán)境－代謝應(yīng)激等多方面因素密切相關(guān)的疾病，NAFLD與肥胖的關(guān)系極為密切，而就目前的研究結(jié)果來看，多數(shù)學(xué)者仍認為著名的“二次打擊”學(xué)說是其主要發(fā)病機制。

2.1 通過增加食欲、參與細胞能量平衡的調(diào)節(jié)而導(dǎo)致肥胖德國Fischer 等［12］在研究轉(zhuǎn)基因小鼠時發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比，F(xiàn)TO 基因敲除小鼠出現(xiàn)生長遲緩、體質(zhì)量明顯下降、白色脂肪組織顯著減少及能量消耗增加等現(xiàn)象。進一步通過詳細的原位雜交分析可知，F(xiàn)TO 基因多表達于與進食有關(guān)的大腦腦干及部分下丘腦核，如孤束核、弓狀核、視上核及室旁核等，表明FTO 基因可作用于這些部位，影響機體能量的攝入與消耗，進而影響機體的脂肪量與體質(zhì)量，造成超重或肥胖。Pitman等［13］通過siRNA(small－interfering RNAs)造成3T3－L1 脂肪細胞和SH－SY5Y 神經(jīng)細胞內(nèi)FTO 基因的低表達，利用生物發(fā)光法檢測細胞內(nèi)ATP 水平，以此評估細胞的能量狀態(tài)，結(jié)果表明隨著細胞內(nèi)FTO mRNA 水平的明顯下降，細胞內(nèi)的ATP 水平顯著升高;通過免疫印跡法(immunoblotting)測定與糖代謝途徑密切相關(guān)的AMP 依賴的蛋白激酶［adenosine 5’－monophosphate (AMP)－activated protein kinase，AMPK］、蛋白激酶B(PKB/Akt)，結(jié)果表明二者水平均顯著下降;在脂肪細胞中這一現(xiàn)象則剛好相反。以上結(jié)果從不同層面證明，F(xiàn)TO 基因可通過AMPK、Akt 等通路調(diào)節(jié)細胞內(nèi)能量平衡，進而造成機體的肥胖狀態(tài)。另外，該實驗同時發(fā)現(xiàn)通過人為造成FTO 基因低表達，可下調(diào)SH－SY5Y 神經(jīng)細胞內(nèi)神經(jīng)肽Y(neuropetite Y，NPY)的表達。而敲除FTO 基因的嚙齒類動物實驗研究顯示，下調(diào)NPY 在可上調(diào)下丘腦抑食欲肽－阿片促黑素原(proopiomelanocortin，POMC)和下調(diào)促食欲肽－Agouti(agouti－related peptide Agouti，AgRP)相關(guān)肽，作用于黑素促皮質(zhì)素受體4(melanocyte corticotropin receptor 4，MC4R)以及通過AgPR 結(jié)合蛋白磷酸酰肌醇3－激酶－蛋白激酶B［binding proteins(IRS)phosphorothioate phosphoinositide 3－kinase，P13K－Akt］信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終作用于靶器官，導(dǎo)致胰島素及瘦素表達增加，使小鼠攝食減少、體質(zhì)量下降;與之相反，F(xiàn)TO 基因過表達小鼠表現(xiàn)為食欲亢進，代謝緩慢［14］。Cecil 等［15］對大量年齡在4 ～10 歲蘇格蘭兒童的研究表明，攜帶FTO 危險等位基因的兒童能量攝入增加，而這種增加可能是由于食物攝入總量增加或者個體食物選擇傾向改變所致，這些攜帶FTO 危險等位基因的個體可能更傾向于選擇能量密度較高的食物，從而導(dǎo)致肥胖的發(fā)生，提高心血管等疾病的發(fā)病率和致死率。

2.2 通過增加胰島素抵抗導(dǎo)致NAFLD NAFLD 形成的所謂“初次打擊”即是由胰島素抵抗(insulin resistance，IR)引起的肝細胞脂質(zhì)沉積，繼而形成NAFL。Prakash 等［16］在研究與肥胖相關(guān)的1 個FTO 基因單核苷酸多態(tài)性(rsl7817449)時發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO rs17817449 不僅與被檢者的BMI、體質(zhì)量和腰圍相關(guān)，同時對其空腹時的胰島素水平、胰島素敏感性指數(shù)(insulin sensitivity index，ISI)和胰島素抵抗指數(shù)(insulin resistant index，IRI)也造成不同程度的影響。Stadlmayr 等［17］在研究NASH 與胰島B 細胞之間的作用關(guān)系時利用B 細胞穩(wěn)態(tài)模型(homeostatic model assessment－B，HOMA－B)和B 細胞指數(shù)(B－cell index，BI)測定胰島細胞功能，結(jié)果顯示與對照組相比，NAFLD 患者的HOMA－B 明顯增高，B 細胞功能下降，而HOMA－B 在NASH 與NAFL 患者之間無明顯差異，提示胰島素抵抗在非酒精性脂肪肝的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。在研究FTO 基因過表達小鼠時，其胰島素第一時相增強，并且該實驗中過表達FTO基因小鼠的STAT3(signal transducer and activator of transcription)mRNA 明顯高出正常小鼠4 倍。眾所周知，STAT3 的敲除可顯著降低胰島素第一時相分泌，上調(diào)瘦素抵抗，因此通過STAT3 這一途徑調(diào)控FTO 基因，從而間接調(diào)節(jié)胰島素分泌也是可能的;同一實驗也證實FTO 基因在小鼠β 細胞內(nèi)處于不斷合成而又快速降解的動態(tài)平衡狀態(tài)，提示FTO 基因可能在β細胞內(nèi)通過某些途徑發(fā)揮重要的生物學(xué)效應(yīng)［18］。

2.3 通過增加氧化應(yīng)激，促進肝臟細胞脂肪沉積 NAFLD 形成的第“二次打擊”則主要是由于各種原因所致的氧化應(yīng)激繼而介導(dǎo)形成的NASH。隨著細胞內(nèi)活性氧族(reactive oxygen species，ROS)及其衍生物的增多，ATP、NAD、谷胱甘肽及三大營養(yǎng)物質(zhì)不斷被耗竭，進而引起氧化應(yīng)激和細胞死亡;氧化應(yīng)激可觸發(fā)某些炎癥細胞因子的產(chǎn)生，導(dǎo)致炎癥和纖維增生反應(yīng)，這些最終都會導(dǎo)致NASH 的發(fā)生與發(fā)展，并導(dǎo)致終末期肝臟疾?。?9］。有相當(dāng)數(shù)量的臨床證據(jù)表明，肥胖及超重患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激水平明顯升高，而肥胖者氧化應(yīng)激水平升高的主要來源就是其體內(nèi)的脂肪組織，其產(chǎn)生機制即細胞內(nèi)活性氧族生成增多和抗氧化能力下降，而過表達FTO 基因可顯著增加脂肪細胞內(nèi)脂質(zhì)沉積并引起ROS 聚集［20－21］。Guo 等［22］在NAFLD 大鼠模型中通過反轉(zhuǎn)錄PCR(reverse transcript－polymerse chain reaction，RT－PCR)、Western Blot 發(fā)現(xiàn)，其肝組織FTO mRNA 及蛋白的表達水平顯著高于正常對照組，并且標志氧化應(yīng)激水平的丙二醛(malondialdehyde，MDA)和抗氧化能力的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的水平與FTO水平改變密切相關(guān)，結(jié)果表明其氧化應(yīng)激水平增加近2 倍，而抗氧化能力降低約45%;體外的細胞實驗同樣顯示，在LO2 肝細胞系中通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)染過表達FTO 基因會增加氧化應(yīng)激并造成肝細胞內(nèi)脂質(zhì)沉積。

2.4 通過抑制脂肪水解等降低機體新陳代謝率 Wahlen等［23］的研究表明，F(xiàn)TO mRNA 水平在肥胖人群脂肪組織中的表達顯著升高，且未攜帶FTO 危險等位基因的人群總體脂肪水解功能較攜帶FTO 危險等位基因的人群高30%，其脂肪細胞的脂肪水解功能高20%;這是由于其高水平FTO mRNA 上調(diào)去甲腎上腺素，進一步增強脂肪水解能力。牛叢叢［24］通過對豬FTO 基因的一些轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制研究也發(fā)現(xiàn)，過表達FTO基因可通過促進細胞內(nèi)脂肪酸(fatty acids，F(xiàn)A)合成、抑制細胞內(nèi)甘油三酯(triglyceride，TG)水解，從而增加細胞內(nèi)TG 的含量導(dǎo)致脂質(zhì)堆積，從而影響細胞內(nèi)的脂代謝;還可通過促進線粒體的融合、抑制線粒體的分裂從而下調(diào)細胞線粒體數(shù)量，影響線粒體的氧化能力，同時提高氧化應(yīng)激水平。這些研究報告從不同層面均提示，F(xiàn)TO 基因可能是通過抑制脂肪水解，降低機體的新陳代謝水平，從而抑制機體將能量轉(zhuǎn)換為熱量，導(dǎo)致肥胖，形成NAFLD。

3 展望

肥胖人群的數(shù)量在近幾年呈爆發(fā)式的增長，肥胖問題所帶來的一系列相關(guān)并發(fā)疾病如NAFLD、高血壓、冠心病、2 型糖尿病等，增加人民的經(jīng)濟負擔(dān)，且嚴重消耗醫(yī)療衛(wèi)生資源。隨著對FTO 與NAFLD 之間關(guān)系的進一步研究，通過抑制FTO 基因過表達作用于下丘腦食欲相關(guān)肽調(diào)控能量攝入、消耗，減輕IR、氧化應(yīng)激、瘦素抵抗，進而影響糖、脂代謝，從而減少攝食、減輕體質(zhì)量，為NAFLD、肥胖、2 型糖尿病等的治療帶來福音。但目前FTO 與NAFLD 的相關(guān)性研究甚少，發(fā)生機制也未明了，仍需要我們不斷的探索，為臨床治療上述代謝性相關(guān)疾病開啟一扇新的大門。

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