調(diào)控脂質(zhì)代謝的轉(zhuǎn)錄因子研究進展

李欣慧，趙 飛，施雪卿，徐倩茹，周寶進，吳若菲，林弘舉(青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，青島 266033)

脂質(zhì)由飲食攝入，并能在肝臟、脂肪和腸等許多組織中儲存，其在保持能量平衡、控制食物攝入、調(diào)節(jié)生長、生殖和維持機體健康方面發(fā)揮重要作用.脂質(zhì)代謝過程及其調(diào)控機制形成的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對維持機體代謝平衡至關(guān)重要.食物中的脂肪經(jīng)攝食進入小腸內(nèi)后由脂肪消化酶和膽汁酸鹽水解為甘油和脂肪酸，中、短鏈脂肪酸被小腸吸收后直接進入血液，長鏈脂肪酸會再次生成甘油三酯然后結(jié)合載脂蛋白形成乳糜微粒釋放到血液中，脂質(zhì)吸收后在體內(nèi)涉及甘油三酯、膽固醇、磷脂、血漿脂蛋白四類物質(zhì)的代謝，代謝過程分為合成代謝和分解代謝.脂肪在肝臟、小腸和脂肪組織中合成，涉及的酶主要有脂肪酸合成酶(FAS)、乙酰輔酶A羧化酶(ACC)、甘油二酯?；D(zhuǎn)移酶和溶血性磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶，合成后與載脂蛋白結(jié)合成極低密度脂蛋白進入血液，然后運送到脂肪組織進行儲存或者在激素敏感性甘油三酯脂肪酶和單酰甘油酯酶或脂蛋白脂肪酶(LPL)作用下，將脂肪分解為脂肪酸最后進入肝臟進行β-氧化(脂肪酸分解的核心過程)產(chǎn)生能量.脂質(zhì)代謝過程受多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控[1]，這些轉(zhuǎn)錄因子會單獨或與其他轉(zhuǎn)錄因子一起促進或抑制與脂質(zhì)合成和分解相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄.目前研究較多的轉(zhuǎn)錄因子有過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)、CCAAT增強子結(jié)合蛋白(C/EBP)、固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)、肝X受體(LXRs)和碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(ChREBP)等，本文將詳細(xì)介紹以上幾種以及其他轉(zhuǎn)錄因子對脂質(zhì)代謝的調(diào)控機制.

1 PPARs

脂質(zhì)代謝的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，PPARs是研究最多的一類轉(zhuǎn)錄因子.PPARs蛋白結(jié)構(gòu)包含A—F 6個區(qū)，可劃分為4個功能域：A/B區(qū)為配體依賴的轉(zhuǎn)錄激活域；C區(qū)為DNA結(jié)合域，具有高度保守性，可以結(jié)合過氧化物酶體增殖物反應(yīng)元件PPRE，調(diào)節(jié)目的基因的轉(zhuǎn)錄；D區(qū)為鉸鏈區(qū)，主要功能為連接DNA結(jié)合域和配體結(jié)合域；E/F區(qū)為配體結(jié)合域，是結(jié)合配體的部位.PPARs是一類配體依賴型轉(zhuǎn)錄因子，天然配體多為不飽和脂肪酸及其衍生物(如亞油酸、花生四烯酸)、前列腺素PGJ2等[2]，當(dāng)其被配體激活后與視黃醇類X受體/維甲酸X受體(RXR)形成異源二聚體，釋放共抑制蛋白并結(jié)合輔激活蛋白，然后二聚體由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)入細(xì)胞核，并結(jié)合PPAR反應(yīng)性DNA調(diào)控元件PPRE，在其他轉(zhuǎn)錄激活因子的配合下控制與脂肪細(xì)胞分化和脂肪酸氧化有關(guān)基因的表達[2-4](圖1).PPARs分為三種亞型：PPARα，PPARβ/δ和PPARγ.PPARα在肝臟、肌肉、腎臟和心臟等組織中高度表達[5]，誘導(dǎo)涉及脂肪酸分解代謝和生酮作用的各種基因的表達[6-7]：PPARα促進脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白、脂肪酸氧化限速酶肉堿乙酰轉(zhuǎn)移酶、乙酰輔酶A合成酶的表達，從而催化脂肪酸活化，加速脂肪酸分解[4,8-10]；降低載脂蛋白C-Ⅲ的表達，從而增加LPL的合成[5,9]，催化脂蛋白中的甘油三酯分解成游離脂肪酸，降低甘油三酯的含量[1,8,11-12]；增加載脂蛋白A-I(ApoA-I)和載脂蛋白A-Ⅱ的表達，促進高密度脂蛋白的合成，從而促進高密度脂蛋白膽固醇的成熟和代謝[2,8-9]；誘導(dǎo)肝X受體α(LXRα)的表達，從而刺激ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1的表達，促進膽固醇流向ApoA-I[9].PPARγ主要在腸和脂肪組織中表達[5]，促進前脂肪細(xì)胞的分化并調(diào)節(jié)脂質(zhì)的生物合成和儲存[13-14]：PPARγ能夠激活脂肪型脂肪酸結(jié)合蛋白和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的表達，促進脂肪細(xì)胞分化[8,15-18]；激活葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白，促進乳糜微粒和極低密度脂蛋白中甘油三酯的分解[9,17]；激活脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白、脂肪酸轉(zhuǎn)位酶、LPL和乙酰輔酶A合成酶，促進脂肪細(xì)胞攝取脂肪酸，最終影響脂肪細(xì)胞中甘油三酯的合成[8,10-11,17,19]；此外，PPARγ還能抑制炎癥反應(yīng)基因，如白細(xì)胞介素-2、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-8、腫瘤壞死因子和金屬蛋白酶等.相對于PPARα和PPARγ來說，PPARβ/δ的研究較少，但也有研究表明它也具有調(diào)控脂質(zhì)代謝的作用[1,20]：促進脂肪酸氧化、脂蛋白代謝、葡萄糖利用和抗炎作用等.

圖1 PPARs在脂質(zhì)代謝中的調(diào)控作用FATP—脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白；CAT—脂肪酸氧化限速酶肉堿乙酰轉(zhuǎn)移酶；ACS—乙酰輔酶A合成酶；FA—脂肪酸；TG—甘油三酯；ApoC-Ⅲ—載脂蛋白C-Ⅲ；ApoA-Ⅱ—載脂蛋白A-Ⅱ；HDL—高密度脂蛋白；ABCA1—ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1；aP2—脂肪型脂肪酸結(jié)合蛋白；PEPCK—磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶；GLUT4—葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白；CM—乳糜微粒；VLDL—極低密度脂蛋白；FAT/CD36—脂肪酸轉(zhuǎn)位酶；IL-2/6/8—白細(xì)胞介素-2/6/8；TNF-α—腫瘤壞死因子

2 C/EBP

C/EBP是堿性亮氨酸拉鏈蛋白家族的一個亞家族，C/EBP蛋白結(jié)構(gòu)分為三個功能域：轉(zhuǎn)錄激活域，對于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用十分重要，可直接或間接啟動轉(zhuǎn)錄功能；DNA 結(jié)合域；亮氨酸拉鏈域，可與其他蛋白形成二聚體，二聚體的形成是其結(jié)合DNA的先決條件.目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了六類亞型：C/EBPα，C/EBPβ，C/EBPγ，C/EBPδ，C/EBPε和C/EBPζ[21]，其中主要是C/EBPα和C/EBPβ參與脂質(zhì)代謝過程.C/EBPα在肝臟中高表達，C/EBPβ在脂肪組織、肝臟、腎臟、小腸等中高表達[21].C/EBPβ，C/EBPα和PPARγ在脂肪形成過程中參與級聯(lián)反應(yīng)：C/EBPβ激活C/EBPα和PPARγ的轉(zhuǎn)錄，激活后C/EBPα產(chǎn)生自身誘導(dǎo)作用，誘導(dǎo)許多脂肪細(xì)胞基因的表達[22]，如硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD1)、脂肪酸結(jié)合蛋白、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶等，還可以促進PPARγ高表達[21-22]，從而促進脂肪細(xì)胞分化，在脂肪組織發(fā)育中發(fā)揮重要作用；C/EBPβ激活PPARγ因子可介導(dǎo)脂質(zhì)生成，影響全身脂肪含量[1]，還可以通過激活二脂酰甘油?；D(zhuǎn)移酶2促進脂肪生成[23](表1).

3 SREBP

SREBP是脂質(zhì)代謝的主要參與者，控制著對脂質(zhì)合成和攝取重要基因的表達[24].SREBP前體蛋白有三個結(jié)構(gòu)域：第一個結(jié)構(gòu)域是堿性螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈區(qū)，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)二聚體的形成和DNA的結(jié)合；第二個結(jié)構(gòu)域包含兩個疏水的跨膜片段；第三個結(jié)構(gòu)域是羧基末端片段，通過與SREBP剪切激活蛋白(SCAP)的相互作用，發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)功能.SREBP有三種亞型：SREBP-1a，SREBP-1c和SREBP-2.SREBP-1(SREBP-1a和SREBP-1c)在肝臟、腎上腺中高表達，主要調(diào)節(jié)脂肪酸和脂質(zhì)的合成[25-28]：SREBP-1可以調(diào)節(jié)FAS，ACC，SCD1和甘油三磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶[29-30]，以促進脂肪酸的生物合成和低密度脂蛋白受體的表達[26]；SREBP-1c還可以調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞分化相關(guān)的酶，并且在脂肪細(xì)胞分化以及形成過程中會與C/EBPβ，PPARγ共同作用[1,31-32].SREBP-2廣泛表達，主要調(diào)節(jié)膽固醇代謝，激活膽固醇生物合成途徑中的多個基因的表達[28]，如3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶、角鯊烯合成酶等[25,33](表1).此外，SREBPs還與包括炎癥、自噬和細(xì)胞凋亡在內(nèi)的致病過程有關(guān)，并以這種方式促成多種代謝紊亂的發(fā)生[34-35].在能量豐富的狀態(tài)下，與蛋白質(zhì)合成相關(guān)的SREBP-1激活導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；未折疊蛋白反應(yīng)最初可恢復(fù)體內(nèi)平衡，但長期的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可導(dǎo)致SREBP-1c進一步激活，從而加重脂肪變性、細(xì)胞應(yīng)激和炎癥[34]；最后，慢性炎癥增加了纖維化和癌癥的風(fēng)險；脂肪變性-炎癥-脂肪毒性介導(dǎo)的纖維化是導(dǎo)致免疫代謝紊亂的器官病理學(xué)的最終常見途徑，嚴(yán)重的細(xì)胞應(yīng)激通過終末未折疊蛋白反應(yīng)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[35].在能量耗盡狀態(tài)下，脂滴中的脂質(zhì)通過脂肪吞噬作用被降解以恢復(fù)能量水平；SREBP-2可能參與巨噬細(xì)胞的吞噬和自噬，它介導(dǎo)的自噬相關(guān)基因的調(diào)節(jié)可能是自噬與膽固醇代謝之間的一種聯(lián)系；而SREBP-1a可能參與巨噬細(xì)胞的固有免疫反應(yīng)，因為SREBP-1a可以直接激活巨噬細(xì)胞NLRP基因和caspase-1，介導(dǎo)IL-1β的分泌.

4 LXRs

LXRs(LXRα，LXRβ)也屬于核受體超家族，LXR由四個結(jié)構(gòu)域組成：N末端配體非依賴性激活功能結(jié)構(gòu)域；包含兩個鋅指蛋白的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域；配體結(jié)合和受體二聚化所需的疏水配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域；C末端配體依賴性反式激活序列，激活對配體結(jié)合反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄.LXR與RXR形成異源二聚體，在配體結(jié)合時激活靶基因的表達[36]，天然配體為氧化膽固醇衍生物(氧甾醇).LXRα在具有高代謝活性的組織中大量表達，包括肝臟、脂肪和巨噬細(xì)胞，而LXRβ廣泛表達，但表達水平較低[37].LXR主要調(diào)控膽固醇代謝：可以激活SREBP-1c，F(xiàn)AS，ACC和SCD1的表達，促進脂肪酸和肝臟中脂肪的生成[9]；激活LPL、膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白、磷脂轉(zhuǎn)移蛋白、載脂蛋白C-Ⅰ/Ⅲ/Ⅳ，促進脂蛋白分泌和代謝；激活A(yù)TP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1，促進膽固醇從細(xì)胞轉(zhuǎn)運到ApoA-I[9]；激活A(yù)TP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體G1，G4，促進膽固醇轉(zhuǎn)運到高密度脂蛋白膽固醇[9]；激活膽固醇7α-羥化酶、ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體G5，G8，促進膽固醇從體內(nèi)排出[9]；還能刺激肝臟中ChREBP的表達，增加脂質(zhì)合成基因的轉(zhuǎn)錄[25,38]；可以通過Wnt/β-連環(huán)蛋白抑制脂肪細(xì)胞分化[38](表1).

5 ChREBP

ChREBP是一種被高糖激活的轉(zhuǎn)錄因子，在糖酵解和脂肪生成中起著關(guān)鍵作用.ChREBP蛋白主要包括N端的核定位信號肽、C端的DNA結(jié)合域、富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域以及及亮氨酸鋅指結(jié)構(gòu)域.它也是一種堿性亮氨酸拉鏈蛋白轉(zhuǎn)錄因子，與Max樣蛋白X形成異二聚體.ChREBP在肝臟、小腸、腎臟、脂肪和肌肉等組織中呈現(xiàn)高表達狀態(tài)[39].ChREBP主要參與糖代謝和脂質(zhì)生成相關(guān)酶基因的調(diào)控：通過L型丙酮酸激酶、葡萄糖6磷酸酶催化亞基調(diào)控糖異生，通過FAS，ACC，SCD1等酶調(diào)控脂質(zhì)的合成[40](表1).此外，ChREBP還會促進葡萄糖向脂質(zhì)轉(zhuǎn)化.最近的一項研究表明，ChREBP可以通過感應(yīng)脂肪細(xì)胞中的葡萄糖通量來調(diào)節(jié)脂肪的生成，而脂肪組織中的ChREBP水平與人體中的葡萄糖耐量和胰島素敏感性密切相關(guān).

表1 C/EBP，SREBP，LXR，ChREBP對脂質(zhì)代謝的調(diào)控作用

6 其他轉(zhuǎn)錄因子

除了以上5種研究較多的轉(zhuǎn)錄因子外，GATA2，GATA3，哺乳動物肝細(xì)胞核因子(Fox)、哺乳動物激活轉(zhuǎn)錄因子4，5(ATF4，ATF5)、法尼醇X受體(FXR)和Nur77(NR4A1)的研究較少，以下將具體介紹這幾種轉(zhuǎn)錄因子對脂質(zhì)代謝的調(diào)控作用.

6.1 GATA2和GATA3

GATA2和GATA3屬鋅指蛋白家族，它們是前脂肪細(xì)胞基因，在哺乳動物中發(fā)揮重要作用，控制著前脂肪細(xì)胞向脂肪細(xì)胞的轉(zhuǎn)化.研究發(fā)現(xiàn)，GATA2和GATA3兩種轉(zhuǎn)錄因子主要通過抑制PPARγ基因表達、與C/EBPα和C/EBPβ相互作用這兩條途徑來負(fù)向調(diào)控脂肪細(xì)胞分化[41].

6.2 Fox

叉框頭蛋白家族(Fox)是一類廣泛存在的轉(zhuǎn)錄因子，與脂質(zhì)代謝相關(guān)的主要包含F(xiàn)oxA和FoxO亞家族.在前脂肪細(xì)胞中，F(xiàn)oxA-2通過激活前脂肪細(xì)胞因子1基因的轉(zhuǎn)錄抑制脂肪細(xì)胞分化；在分化的脂肪細(xì)胞中，F(xiàn)oxA-2的表達誘導(dǎo)了葡萄糖和脂肪代謝相關(guān)的基因表達，包括葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4、己糖激酶-2、肌丙酮酸激酶、激素敏感脂肪酶和解偶聯(lián)蛋白-2和-3[42].FoxO1通過下調(diào)PPAR-γ的表達減少脂肪生成；FoxO1是調(diào)節(jié)前脂肪細(xì)胞分化的關(guān)鍵因子，它會抑制脂肪細(xì)胞分化；可以通過不同的途徑促進脂質(zhì)分解；負(fù)向調(diào)節(jié)SREBP-1的表達，導(dǎo)致脂肪沉積減少[43].FoxO1通過促進脂肪分解和調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞分化兩個主要機制調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，最終導(dǎo)致脂質(zhì)積累減少，這在預(yù)防脂質(zhì)相關(guān)疾病中至關(guān)重要[43].而FoxO1過量表達會增強SREBP-1，F(xiàn)AS，ACC的表達，降低PPARα，ACOX1的表達，從而增加甘油三酯的合成和脂肪酸的氧化，導(dǎo)致脂質(zhì)積累[44].目前也有研究表明FoxO1是治療肥胖癥、NAFLD和2型糖尿病的潛在靶點，但還需要進一步研究FoxO1與脂質(zhì)相關(guān)疾病之間的關(guān)系[43].

6.3 ATF4，ATF5

ATF4是脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[45]，參與脂肪生成和脂肪分解過程：利用基因敲除技術(shù)，WANG等發(fā)現(xiàn)ATF4可以負(fù)向調(diào)控小鼠中與脂質(zhì)分解和β-氧化相關(guān)基因的表達，包括激素敏感脂肪酶、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1和中鏈?；o酶A脫氫酶[45].在白色脂肪細(xì)胞[45]中，ATF4會下調(diào)SREBP-1c，F(xiàn)AS，SCD1等基因的表達，減少脂肪生成.ATF5在肝臟和脂肪組織中高度表達.ATF5不僅可以促進3T3-L1前脂肪細(xì)胞分化，而且ATF5在成熟脂肪細(xì)胞中也高表達，同樣利用基因敲除技術(shù)，發(fā)現(xiàn)ATF5可上調(diào)FAS，SCD1，肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1的表達，從而增加脂質(zhì)的儲存[46].

6.4 FXR

FXR與PPAR，LXR類似，與RXR形成異源二聚體，與配體結(jié)合后來調(diào)節(jié)靶基因的表達，F(xiàn)XR的天然配體為膽汁酸.FXR主要在小腸、肝臟腎臟和腎上腺中高度表達，在心臟和脂肪組織中低水平表達.FXR在維持膽汁酸水平的控制方面起著至關(guān)重要的作用，膽汁酸有助于餐后脂肪和膽固醇的有效消化和吸收，而且膽汁酸的形成是膽固醇從體內(nèi)排出的主要途徑，F(xiàn)XR誘導(dǎo)多種基因的表達，這些基因修飾膽汁酸以保護肝臟免受毒性.FXR可上調(diào)PPARα的表達，通過SHP途徑降低SREBP-1c的表達，從而減少甘油三酯的合成[37]；下調(diào)載脂蛋白C-Ⅲ，上調(diào)載脂蛋白C-Ⅱ、載脂蛋白A-Ⅴ，從而LPL的表達上升，促進低密度脂蛋白膽固醇和乳糜微粒的分解[47].因此，F(xiàn)XRs似乎通過多種機制降低甘油三酯水平，包括減少脂肪生成和促進甘油三酯和脂肪酸的攝取、分解代謝和氧化.孕烷X受體與FXR一樣同樣可以調(diào)節(jié)膽汁酸代謝以及從多種水平參與脂質(zhì)代謝過程[48].

6.5 Nur77(NR4A1)

Nur77(NR4A1)又叫神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)基因I-B，也是核受體家族的成員，因為目前沒找到其內(nèi)源性配體，所以稱之為核孤兒受體.Nur77可以減少甘油三酯的合成[47,49]：抑制SREBP-1c的表達，SREBP-1c的靶基因SCD1、線粒體甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶、FAS和低密度脂蛋白受體的表達也降低；下調(diào)LXR及其靶基因ABCG5，ABCG8的表達；也可以抑制載脂蛋白B和載脂蛋白E的表達水平.在骨骼肌細(xì)胞中，利用基因敲除技術(shù)，發(fā)現(xiàn)Nur77會下調(diào)參與脂肪分解和能量消耗的幾個基因的表達，其中最重要的是葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4、解偶聯(lián)蛋白2、解偶聯(lián)蛋白3、CD36和AMP激活蛋白激酶γ3[49].骨骼肌是脂肪和葡萄糖利用的重要組成部分，也是人體能量消耗的主要來源，所以Nur77沉默的骨骼肌細(xì)胞會減少脂質(zhì)分解.Nur77在棕色脂肪細(xì)胞中的過度表達會誘導(dǎo)解偶聯(lián)蛋白1的表達，解偶聯(lián)蛋白1是一種重要的產(chǎn)熱蛋白，被認(rèn)為在能量消耗中起作用[49].此外，Nur77還與細(xì)胞調(diào)亡和炎癥反應(yīng)相關(guān)，有研究表明，它可以減少動脈粥樣硬化組織以及巨噬細(xì)胞中的脂質(zhì)攝入，并減少炎癥反應(yīng)[47](表2).

表2 其他轉(zhuǎn)錄因子對脂質(zhì)代謝的調(diào)控作用

7 結(jié)束語

綜上所述，脂質(zhì)代謝過程會受到多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控.在脂質(zhì)代謝過程中，這些因素會相互影響，共同維持機體的代謝平衡.目前以轉(zhuǎn)錄因子為作用靶點的藥物已相繼被開發(fā)出來，廣泛用于肥胖、高脂血等脂質(zhì)代謝疾病的治療，隨著對其他轉(zhuǎn)錄因子的深入研究，將來可能會開發(fā)出更多新型高效的藥物并應(yīng)用于疾病的防治.