肥胖與脂肪組織自噬

（沈陽(yáng)體育學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110102）

前言

自我國(guó)深化改革開放以來(lái),人們的日常生活方式、作息規(guī)律、飲食習(xí)慣都發(fā)生了重大的改變。雖然我們的生活方式已經(jīng)有所改變，但是現(xiàn)在的人們不太重視肥胖對(duì)于身體的影響。物質(zhì)的豐富以及吃的食物越來(lái)越“細(xì)致”，導(dǎo)致人們更容易發(fā)生肥胖，研究發(fā)現(xiàn)，肥胖會(huì)引起心血管疾病，二型糖尿病以及其他的并發(fā)癥。由于人們攝入能量過(guò)多，過(guò)多的能量在體內(nèi)被合成脂肪，導(dǎo)致出現(xiàn)肥胖。對(duì)于脂肪的分解，過(guò)去人們認(rèn)為是通過(guò)激素敏感性脂肪酶和甘油三酯脂肪酶有關(guān)，有研究發(fā)現(xiàn)，脂滴可以通過(guò)自噬途徑降解，并把這種現(xiàn)象定義為：噬脂。

1、自噬的定義

“自噬 (autophagy)”的這一概念由由 christiandeduve在1963年上首次提出，指體內(nèi)需要進(jìn)行降解的成分被自噬包裹，隨后送到溶酶體當(dāng)中,并與酶體進(jìn)行融合,從而降解內(nèi)容物的一個(gè)生理過(guò)程，自噬通過(guò)降解后所產(chǎn)生的氨基酸和其他一些微小分子的物質(zhì)就可被再利用或者在體內(nèi)產(chǎn)生更多的能量。自噬對(duì)于生命體非常重要，自噬在體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用，它與細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡有著密切的聯(lián)系，同樣自噬基礎(chǔ)水平的改變將會(huì)導(dǎo)致各種疾病的產(chǎn)生 。自噬有三種不同的類型。巨自噬依賴于胞質(zhì)雙膜囊泡的從頭形成，即自噬小體，以隔離和運(yùn)輸貨物到溶酶體。伴侶介導(dǎo)的自噬將單個(gè)未折疊的蛋白直接運(yùn)輸?shù)饺苊阁w膜上。微自噬包括通過(guò)內(nèi)陷溶酶體膜直接攝取貨物。所有這三種類型的自噬都會(huì)導(dǎo)致貨物的降解，并將分解產(chǎn)物釋放回細(xì)胞質(zhì)中，供細(xì)胞重復(fù)使用。在對(duì)自噬的研究中，大多都是對(duì)巨自噬進(jìn)行的研究，所以我們?cè)谖恼轮腥绻麤]有特別的指出，一般會(huì)認(rèn)為主要研究的就是巨自噬。

2、自噬過(guò)程

自噬過(guò)程由許多自噬相關(guān)(ATG)蛋白介導(dǎo)，其主要過(guò)程包括以下幾個(gè)部分：

啟動(dòng)：在細(xì)胞受到損傷，機(jī)體感到饑餓等情況時(shí)，自噬將會(huì)被誘導(dǎo)。ULK1復(fù)合物的激活是自噬激活的第一步，當(dāng)ULK1復(fù)合物被激活時(shí)，自噬開始發(fā)生，在生理狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候，會(huì)使Unc-51樣激酶復(fù)合體發(fā)生脫磷酸化作用，并激活ULK1，活化的ULK1可使Atg13和FIP200磷酸化進(jìn)而形成ULK1-Atg13-Atg101-FIP200復(fù)合體，并激活自噬。

成核：然后自噬進(jìn)入成核階段。這個(gè)成核階段需要由Beclin1、Vps15、Vps34、AMBRA1、Atg14或UVRAG組成的復(fù)合體參與，自噬成核最主要的蛋白是Beclin1，自噬受到抑制的時(shí)候，Bcl-2和Bcl-XL會(huì)與Beclin1結(jié)合，導(dǎo)致Vps34和Beclin1的交互作用受到影響，當(dāng)Bcl-2或Beclin1二者分離時(shí)，需要被磷酸化，Beclin1與Vps34、AMBRA1形成復(fù)合體進(jìn)而募集 Atg12-Atg5和 LC3-PE進(jìn)行吞噬泡的延伸階段。

延伸：吞噬細(xì)胞膜的延長(zhǎng)和自噬體的完成需要兩條類泛素結(jié)合途徑。第一種需要和ATG16L形成多聚復(fù)合物：ATG5-ATG12結(jié)合物，而第二種產(chǎn)生磷脂酰乙醇胺(PE)與LC3（微管相關(guān)蛋白1輕鏈3，酵母Atg8的主要哺乳動(dòng)物同源物）的結(jié)合物，即ATG8-PE。這兩種結(jié)合復(fù)合物都存在于PAS（前自噬體）上，一旦自噬被誘導(dǎo)，它們都定位于擴(kuò)展的自噬泡上。

融合：融合對(duì)自噬過(guò)程非常重要，在這個(gè)過(guò)程中自噬體、溶酶體會(huì)融合在一起，從而形成自噬溶酶體。

降解：自噬體與溶酶體結(jié)合后，里面的內(nèi)容物會(huì)在其中降解，這需要Rab7和LAMP-1、LAMP-2等一些蛋白的參與。

3、自噬主要相關(guān)的通路

雷帕霉素靶在調(diào)控自噬方面起著獨(dú)特的作用，是一個(gè)重要的蛋白。近年來(lái)的研究結(jié)果表明，mtor作為細(xì)胞自噬發(fā)生和起始終端的一個(gè)細(xì)胞分子時(shí)，它在控制人體細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)、能量、壓力等各個(gè)方面都會(huì)發(fā)揮重要的功能。

3.1、PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)蛋白家族調(diào)節(jié)細(xì)胞的多種功能，在體內(nèi)發(fā)揮著重要作用。當(dāng)PI3K靠近質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的底物的時(shí)候它就會(huì)被活化。質(zhì)膜上磷酸化IRS-1產(chǎn)生第二信使PIP3，這需要PI3K激活，PIP3會(huì)與細(xì)胞內(nèi)含有PH結(jié)構(gòu)域的信號(hào)蛋白AKT、PDK1結(jié)合，促使PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308導(dǎo)致AKT活化?；罨蟮腁KT會(huì)磷酸化mTOR分子并使mTOR激活，導(dǎo)致自噬受到抑制，或通過(guò)磷酸化TSC1/2，阻止其對(duì)小G蛋白R(shí)heb的負(fù)調(diào)控，使Rheb富集，從而上調(diào)mTOR抑制自噬發(fā)生。

mTOR相當(dāng)于自噬的一個(gè)開關(guān)。在饑餓過(guò)程中，mTOR被抑制，從而誘導(dǎo)自噬，而當(dāng)mTOR活性升高時(shí)，自噬被抑制。在研究自噬過(guò)程中，可以通過(guò)抑制mTOR的活性來(lái)激活自噬，從而探究自噬在其中發(fā)揮的作用。在研究過(guò)程中，大多數(shù)研究者選用mTOR作為研究自噬的指標(biāo)。

3.2、AMPK信號(hào)通路

AMP激活的蛋白激酶(AMPK)是一種能量狀態(tài)感受器，當(dāng)代謝應(yīng)激激活時(shí)，通過(guò)開啟分解代謝途徑和關(guān)閉ATP消耗過(guò)程來(lái)維持細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)。在哺乳動(dòng)物中當(dāng)細(xì)胞能量狀態(tài)受到損害時(shí)，AMPK是通過(guò)AMP/ATP或ADP/ATP比率的增加而被激活。AMPK通過(guò)激活生成ATP，替代分解代謝過(guò)程，同時(shí)抑制ATP需求過(guò)程，從而恢復(fù)能量穩(wěn)態(tài)。在不同情況下，AMPK發(fā)揮著不同的作用。當(dāng)Ser317和Ser777被磷酸化是，就會(huì)導(dǎo)致Ulk1被激活，這時(shí)就會(huì)促進(jìn)自噬。Ulk1Ser757磷酸化后就會(huì)導(dǎo)致Ulk1和AMPK之間的相互作用被破壞，mtor在其中發(fā)揮作用。然后Ulk1激活的激活就會(huì)被阻止，從而抑制自噬。

3.3、MAPK信號(hào)通路

MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是真核細(xì)胞中最重要的調(diào)節(jié)機(jī)制之一。其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)MAPKKK（線粒激活蛋白3激酶）、MAPKK（線?；钚缘鞍?激酶）和MAPK的連續(xù)磷化發(fā)生。MAPK，一種高度保守的血清蛋白激酶，是關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的一部分。其功能和調(diào)控在從酵母等單細(xì)胞生物到包括人類在內(nèi)的復(fù)雜生物的進(jìn)化過(guò)程中一直是保守的。MAPKs是由3個(gè)依次激活的激酶組成的磷酸接力系統(tǒng)的一部分，與其底物一樣，MAPKs受磷酸化調(diào)控。至少有3個(gè)MAPK家族被鑒定：細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)，Jun激酶(JNK/SAPK)和p38MAPK，他們都可以影響細(xì)胞內(nèi)mTOR信號(hào)通路的改變進(jìn)而影響自噬。

3.4、P53 信號(hào)通路

腫瘤抑制因子P53是應(yīng)激信號(hào)傳導(dǎo)和適應(yīng)的另一個(gè)關(guān)鍵成分。P53可以抑制mTOR信號(hào)通路，從而在自噬過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。廣泛的應(yīng)激源：DNA損傷、代謝應(yīng)激和氧化應(yīng)激，都會(huì)激活P53。P53通常存在于細(xì)胞質(zhì)中，但在被許多不同的應(yīng)激激活激酶磷酸化后，在DNA損傷時(shí)移位到細(xì)胞核。P53在細(xì)胞質(zhì)中有關(guān)研究表明，P53缺失的癌細(xì)胞中，自噬水平是上調(diào)的，在細(xì)胞質(zhì)中重新載入P53可以使細(xì)胞自噬水平下降。因此，有研究者提出 P53發(fā)揮出不同的功能是因?yàn)樗诩?xì)胞中的定位不同導(dǎo)致的。而且P53在細(xì)胞中的“穿梭功能”，可能是P53調(diào)控細(xì)胞自噬水平的基礎(chǔ)。

4、自噬在脂滴中的作用

肥胖是機(jī)體的能量攝入和消耗之間失衡的結(jié)果，表現(xiàn)為脂肪合成的增加和分解的減少。當(dāng)機(jī)體攝入的能量超過(guò)人體所需時(shí)，多余的能量就會(huì)以脂肪的形式儲(chǔ)存在體內(nèi)。脂肪組織是機(jī)體中儲(chǔ)存能量的最主要的器官，在脂肪細(xì)胞中能量以甘油三酯的形式儲(chǔ)存在脂滴。在過(guò)去，人們認(rèn)為脂肪是一種“惰性”的組織，隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)其表面鑲嵌多種蛋白：脂滴相關(guān)蛋白。到目前，人們發(fā)現(xiàn)120多種脂滴蛋白，其中很多與脂代謝相關(guān)，說(shuō)明脂滴在分解與合成過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。

自噬在脂滴中發(fā)揮著獨(dú)特的作用：它可以調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的分化。有研究者發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行分化，當(dāng)他通過(guò)抑制劑對(duì)3T3-L1細(xì)胞的自噬進(jìn)行干預(yù)時(shí)。白脂肪細(xì)胞中自噬的作用是清除細(xì)胞組織成分，如細(xì)胞器，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的 LD。在自噬相關(guān)基因ATG7敲除的小鼠體內(nèi)，不僅白色脂肪減少，而且脂肪細(xì)胞體積變小，電子顯微鏡檢查發(fā)現(xiàn)，缺乏Atg7的脂肪細(xì)胞的線粒體數(shù)量較多。而在自噬相關(guān)基因ATG5敲除的小鼠中，分化在脂肪形成的后期停止，同時(shí)凋亡的細(xì)胞增加。自噬的另一個(gè)作用是可以吞噬脂滴。研究發(fā)現(xiàn)饑餓會(huì)誘導(dǎo)自噬的產(chǎn)生，并吞噬降解脂滴。通過(guò)免疫熒光定位脂滴與自噬位置發(fā)現(xiàn)：饑餓會(huì)使自噬與脂滴的定位增加，說(shuō)明自噬會(huì)與脂滴發(fā)生作用，吞噬脂滴。與中性脂肪酶不同，自噬過(guò)程中的溶酶體是酸性溶酶體。

5、肥胖與自噬

對(duì)于肥胖狀態(tài)下自噬的活性，現(xiàn)在的研究是有爭(zhēng)議的。在相關(guān)的人體實(shí)驗(yàn)中，Kovsan等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)自噬在肥胖者脂肪組織中表達(dá)上調(diào)，與肥胖程度、內(nèi)臟脂肪分布和脂肪細(xì)胞肥大相關(guān)。在2015年，Kosacka等人對(duì)肥胖和二型糖尿病患者進(jìn)行研究，通過(guò)電子顯微鏡和自噬標(biāo)志物L(fēng)C3的免疫熒光染色的方法，觀察到脂肪細(xì)胞內(nèi)聚集的大量自噬體，LC3-II/LC3-I比值升高、LC3以及Atg5mRNA表達(dá)增加，p62和mTOR蛋白水平下降，這些證明了自噬的水平是增加的。不僅在人體試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)自噬是升高的，相關(guān)的動(dòng)物試驗(yàn)也得出了相似的結(jié)論。2018年，Kosacka等通過(guò)Western Blot發(fā)現(xiàn)，高脂飲食導(dǎo)致的肥胖WOKW大鼠的內(nèi)臟和皮下脂肪細(xì)胞中自噬標(biāo)記物蛋白量升高，提示自噬活性增強(qiáng)。趙勇軍的研究也發(fā)現(xiàn)肥胖狀態(tài)下脂肪組織自噬激活而且沒有部位差異。有研究通過(guò)用溶酶抑制劑巴菲洛霉素A1和麻黃素孵育同一受試者的脂肪組織來(lái)檢查自噬通量，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)自噬降解的p62在肥胖個(gè)體的WAT中積累更多；最后，作者膠原酶消化WAT中自噬基因和LC3II蛋白的表達(dá)，證實(shí)自噬標(biāo)志物的增加只發(fā)生在脂肪細(xì)胞。

當(dāng)然，也有學(xué)者在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了相反的結(jié)論。Takeshi Yoshizaki在研究中發(fā)現(xiàn)在肥大脂肪細(xì)胞中，自噬相關(guān)基因表達(dá)減少，如，LAMP1、LAMP2和Atg5，而炎癥相關(guān)基因表達(dá)增加，如MCP-1、IL-6和IL-1b。曹友祥在研究中發(fā)現(xiàn)：肥胖組的白色脂肪自噬相關(guān)指標(biāo)LC3II，Beclin1蛋白表達(dá)要低于正常安靜組，LAMP2蛋白表達(dá)顯著性低于正常安靜組（P＜0.05），8周高脂飲食能夠顯著降低肥胖安靜大鼠腹部白色脂肪自噬活性。

為什么會(huì)出現(xiàn)研究結(jié)果的不同，其原因可能在于不同的模型：有些是對(duì)肥胖狀態(tài)下研究，有些是對(duì)糖尿病狀態(tài)下進(jìn)行研究；不同的研究組織：有些研究的脂肪組織是皮下脂肪，而有些是內(nèi)臟脂肪；不同的研究方法：有些檢測(cè)方法是對(duì)基因和蛋白的檢測(cè)，但是沒有對(duì)形態(tài)學(xué)進(jìn)行研究。雖然他們的研究有著不同的結(jié)論，但是主流更加認(rèn)可肥胖狀態(tài)下自噬的活性是增強(qiáng)的。

6、總結(jié)與展望

肥胖問(wèn)題已經(jīng)成為了一個(gè)社會(huì)問(wèn)題。脂肪組織分解的減少是導(dǎo)致肥胖的原因，自噬在脂滴中起著獨(dú)特的作用，肥胖對(duì)自噬的影響會(huì)影響到脂肪的分解。在未來(lái)探索噬脂在肥胖過(guò)程中的變化特點(diǎn)，開發(fā)出相應(yīng)的藥物，這對(duì)預(yù)防非肥胖，改善肥胖狀態(tài)有著重要意義。