膽堿對(duì)肝臟糖代謝的調(diào)控作用及機(jī)制

王弘浩 劉喆佳 姚軍虎 曹陽(yáng)春

(西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，楊凌 2712100)

近年來，隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)綠色優(yōu)質(zhì)畜產(chǎn)品的需求也日漸增強(qiáng)。畜禽在生長(zhǎng)發(fā)育過程中出現(xiàn)的糖代謝失調(diào)會(huì)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)及機(jī)體健康造成威脅，從而引起多種代謝紊亂綜合征。膽堿屬維生素B4，分子式是(CH3)3N(CH2)2OH，作為動(dòng)物必需的水溶性營(yíng)養(yǎng)素，通常在飼糧中以較少的游離膽堿和磷脂酰膽堿的形式存在。動(dòng)物處于特殊生理時(shí)期，通常應(yīng)用具有較高生物利用率的氯化膽堿平衡肝臟糖代謝，滿足動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要。

膽堿能夠?yàn)榧?xì)胞提供能量和構(gòu)件。膽堿在機(jī)體中可作為甲基供體參與甲基代謝以合成甘氨酸和絲氨酸，是磷脂酰膽堿、乙酰膽堿(ACh)和甜菜堿的前體物[1]，并與大量營(yíng)養(yǎng)素代謝相互作用[23]。作為脂蛋白的結(jié)構(gòu)成分，磷脂酰膽堿是極低密度脂蛋白合成和肝脂輸出所必需的微量物質(zhì)。動(dòng)物機(jī)體膽堿供給不足會(huì)引起糖脂代謝缺陷，從而造成糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、動(dòng)脈粥樣硬化等一系列疾病的產(chǎn)生。研究表明，飼糧中添加過瘤胃膽堿可增加圍產(chǎn)期奶牛肝臟中極低密度脂蛋白含量，減少甘油三酯對(duì)細(xì)胞的浸潤(rùn)，促進(jìn)肝細(xì)胞的能量代謝，在一定程度上改善了圍產(chǎn)期奶牛能量負(fù)平衡狀態(tài)，緩解代謝疾病[4]。本文主要綜述了膽堿對(duì)肝臟糖代謝主要途徑、糖代謝疾病和關(guān)鍵信號(hào)傳導(dǎo)通路的影響，并探討膽堿調(diào)控相關(guān)上、下游信號(hào)傳導(dǎo)通路的機(jī)制。

1 膽堿對(duì)肝臟糖代謝的調(diào)控

1.1 對(duì)動(dòng)物肝臟糖異生的調(diào)節(jié)

糖異生是指動(dòng)物體內(nèi)非糖的簡(jiǎn)單前體物轉(zhuǎn)化為葡萄糖或者糖原的過程。研究發(fā)現(xiàn)，奶牛飼糧中添加過瘤胃膽堿可顯著提高肝臟葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體2(GLUT2)表達(dá)，降低丙酮酸羧化酶(PC)表達(dá)。GLUT2是葡萄糖出入肝細(xì)胞的重要渠道，常用來反映肝臟葡萄糖代謝能力，GLUT2表達(dá)量升高極有可能是因?yàn)檫^瘤胃膽堿促進(jìn)了奶牛圍產(chǎn)期肝臟葡萄糖產(chǎn)量，改善碳水化合物的代謝[5]。因此膽堿可直接或間接通過相關(guān)信號(hào)途徑促進(jìn)肝臟糖異生過程，但目前仍缺少系統(tǒng)性的試驗(yàn)依據(jù)。已有研究表明，PC在肝臟糖異生和草酰乙酸生成過程中發(fā)揮重要作用，奶牛分娩前后處于能量負(fù)平衡(NEB)時(shí)，其表達(dá)通常會(huì)上調(diào)[6-7]。因此，飼糧添加過瘤胃膽堿降低PC表達(dá)可能是因?yàn)檫^瘤胃膽堿改善了糖代謝，促使了能量代謝平衡以減少PC的需求。

研究顯示，膽堿在小鼠肝細(xì)胞非酯化脂肪酸(NEFA)環(huán)境下可作用參與糖異生的酶發(fā)生變化，如PC、胞漿磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6PC)表達(dá)量的提高[8]。G6PC參與內(nèi)源性葡萄糖輸出最后環(huán)節(jié)，在決定糖異生最終效應(yīng)和機(jī)體葡萄糖穩(wěn)態(tài)上發(fā)揮重要作用。值得注意的是，G6PC在動(dòng)物中既在轉(zhuǎn)錄上受到調(diào)控[9-10]，又在翻譯后受到調(diào)控[11]，因此后續(xù)的G6PC蛋白檢查是必要的。研究表明，在低含量膽堿誘導(dǎo)的小鼠肝癌模型中，編碼G6PC、PEPCK、果糖-1，6-二磷酸酶、PC和過氧化物酶增殖物激活受體γ共激活因子-1α(PGC-1α)的基因表達(dá)下調(diào)，血清白細(xì)胞介素-6(IL-6)含量升高，并且作為針對(duì)PGC-1α和G6PC的候選microRNA，miR-23a在小鼠肝癌細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)，經(jīng)驗(yàn)證，PGC-1α和G6PC是miR-23a的直接靶點(diǎn)[12]。microRNA通過抑制靶基因表達(dá)來調(diào)節(jié)包括新陳代謝在內(nèi)的各種生物過程[13]。信號(hào)傳導(dǎo)與活化轉(zhuǎn)錄因子3(STAT3)已被證明通過抑制PGC-1a、G6PC和PEPCK的表達(dá)來抑制糖異生[14]，可直接與miR-23a的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合，增加其表達(dá)[12]。可以看出，低水平的膽堿作用于小鼠肝癌細(xì)胞使IL-6含量升高，STAT3被激活，直接提高miR-23a表達(dá)量，下調(diào)PGC-1α的mRNA表達(dá)量來抑制糖異生。

1.2 對(duì)動(dòng)物肝臟葡萄糖氧化代謝和抗氧化酶的作用

葡萄糖氧化代謝可通過乙酰輔酶A和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)以促進(jìn)脂肪酸、固醇類的合成，其中，乙酰輔酶A由丙酮酸在肝細(xì)胞線粒體中代謝生成，NADPH則是G6PC在肝細(xì)胞胞漿中脫氫的磷酸戊糖途徑產(chǎn)生。乙酰輔酶A和NADPH分別由丙酮酸脫氫酶(PDH)和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PDH)催化介導(dǎo)。

研究表明，丙酮酸脫氫酶激酶(PDK)通過磷酸化PDH降低其活性，其中丙酮酸脫氫酶激酶4(PDK4)的表達(dá)在饑餓或由葡萄糖變?yōu)橹舅嶙鳛槟芰吭吹臈l件下增加。在低水平膽堿油酸處理的肝細(xì)胞中，PDK4的表達(dá)被高度誘導(dǎo)[15]。猜測(cè)膽堿可能在脂肪酸環(huán)境下通過降低PDK4的活性從而抑制PDK4對(duì)PDH的抑制作用，提高PDH活性。動(dòng)物體內(nèi)G6PDH為X染色體連鎖遺傳，它的沉默和過表達(dá)都會(huì)引起動(dòng)物糖代謝異常。最新研究表明，葡萄糖有關(guān)代謝酶：PDH、G6PDH、葡萄糖激酶(GK)、丙酮酸激酶(PK)、甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶(PGI)和亞型乳酸脫氫酶B(LDH-B)的活性可通過低水平的蛋氨酸和膽堿誘導(dǎo)提高[16]。蛋氨酸和膽堿在調(diào)節(jié)糖代謝上存在協(xié)同作用。GK又稱己糖激酶，作為第1個(gè)關(guān)鍵限速酶參與糖酵解第1個(gè)階段反應(yīng)，可作為靶標(biāo)來觀察體內(nèi)血糖變化。GK激活劑可能會(huì)增加胰腺中胰島素的分泌從而降低肝葡萄糖的輸出[17]。由于LDH-B非常適合將乳酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸，LDH-B和PDH的協(xié)同上調(diào)可促進(jìn)乳酸生產(chǎn)乙酰輔酶A，因而缺乏膽堿不會(huì)引起肝臟乳酸中毒。

非反芻動(dòng)物研究已經(jīng)表明，作為甲基供體的葉酸缺乏會(huì)損害肝功能，并由于氧化應(yīng)激增加而引起炎癥[18]。在嚙齒動(dòng)物中，同樣是甲基供體的膽堿缺乏會(huì)導(dǎo)致肝臟脂肪變性、氧化應(yīng)激和炎癥[19]，反芻動(dòng)物研究與非反芻動(dòng)物研究結(jié)果[20]一致。需要關(guān)注的是，G6PDH在過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)這些抗氧化系統(tǒng)中具有獨(dú)特作用，其產(chǎn)物NADPH可直接作用GSH，將其轉(zhuǎn)化為還原型以發(fā)揮抗氧化特性。CAT作用過程雖不需要NADPH，但存在NADPH的結(jié)合位點(diǎn)，NADPH通過別構(gòu)效應(yīng)可與CAT結(jié)合使其保持活化狀態(tài)[21]。因此，膽堿間接作用G6PDH-NADPH-GSH/CAT的水平上調(diào)有利于維持抗氧化系統(tǒng)功能，抑制糖氧化代謝。

1.3 對(duì)動(dòng)物糖代謝疾病的作用

胰島素抵抗和糖尿病是NASH發(fā)展的主要危險(xiǎn)因素。近年來，胰島素抵抗研究相對(duì)頗多，本文主要闡述膽堿通過糖尿病途徑影響NASH。晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)是血清蛋白的非酶糖基化產(chǎn)物，其修飾顯著影響關(guān)鍵蛋白靶點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和功能[22-23]，且與糖尿病有關(guān)[24-25]。沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SIRT1)通過關(guān)鍵代謝酶的脫乙?；突虮磉_(dá)，以及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的脫乙?；痆26]，調(diào)節(jié)糖異生等重要代謝過程[27-28]。研究表明，SIRT1活性降低與NASH的發(fā)生有關(guān)[29]。另有研究發(fā)現(xiàn)，低水平膽堿作用的野生型小鼠模型SIRT1和金屬蛋白酶組織抑制因子3(TIMP3)的表達(dá)下降，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)活性上升，而活性氧化物質(zhì)的生成和TNF-α轉(zhuǎn)移酶(TACE)活性則隨著活性TNF-α的產(chǎn)生以及纖維原性轉(zhuǎn)錄物的誘導(dǎo)而顯著提高，糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)的表達(dá)提高，AGEs在肝星狀細(xì)胞(HSCs)中誘導(dǎo)NADPH氧化酶2(NOX2)活化并降低SIRT1/TIMP3的表達(dá)量[30]。TIMP3是SIRT1的靶標(biāo)之一[31]，同時(shí)也是TACE活性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑和抑制劑。NOX2作為NADPH氧化酶，已被證明在肝纖維化過程的HSCs中高度表達(dá)并具有酶活性[32-33]。綜合推測(cè)，降低膽堿含量可能間接上調(diào)AGEs含量，AGEs與RAGE特異性結(jié)合，在HSCs中通過NOX2誘導(dǎo)和下調(diào)SIRT1/TIMP3通路介導(dǎo)NASH的纖維化活性。SIRT1/TIMP3/TACE級(jí)聯(lián)信號(hào)通路在AGEs誘導(dǎo)的NASH促炎和纖維化活性中發(fā)揮著中心作用。因此，通過膽堿調(diào)節(jié)TIMP3或TACE活性可能成為阻止NASH疾病進(jìn)展的有效途徑。

2 腺苷一磷酸激活的蛋白激酶(AMPK)、環(huán)磷酸腺苷-蛋白激酶A(cAMP-PKA)介導(dǎo)膽堿對(duì)肝臟糖代謝的調(diào)控

2.1 腺苷一磷酸激活的蛋白激酶α(AMPKα)

AMPK是一種活性由催化亞基α支配的絲/蘇氨酸蛋白激酶，可通過對(duì)靶蛋白的磷酸化來增強(qiáng)分解代謝通路并抑制合成代謝通路，是細(xì)胞能量代謝的開關(guān)[34]。肝臟X受體(LXRα)屬于核受體，參與肝細(xì)胞碳水化合物等多種代謝過程。當(dāng)上游調(diào)控因子激活LXRα?xí)r，LXRα?xí)谵D(zhuǎn)錄水平上影響下游因子或相關(guān)基因，如降低PEPCK等基因的表達(dá)，從而抑制肝細(xì)胞糖異生[35-36]。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c(SREBP-1c)是肝細(xì)胞重要的糖代謝調(diào)節(jié)因子，參與調(diào)控肝細(xì)胞葡萄糖代謝過程[37]。GK和PEPCK是SREBP-1c的糖代謝靶基因。當(dāng)SREBP-1c過表達(dá)時(shí)，肝細(xì)胞糖代謝失衡紊亂，降低肝細(xì)胞代謝功能[38]。LXRα和SREBP-1c的表達(dá)、激活、轉(zhuǎn)位等過程受AMPKα的調(diào)控[39-41]。

研究表明，AMPKα可介導(dǎo)膽堿對(duì)肝細(xì)胞糖代謝的調(diào)控過程，膽堿促進(jìn)了肝細(xì)胞AMPKα的磷酸化激活，在NEFA誘導(dǎo)的LO2肝細(xì)胞模型中降低了SREBP-1c和LXRα的表達(dá)量，并且在AMPKα抑制劑6-{4-[2-(1-哌啶基)乙氧基]苯基}-3-(4-吡啶基)吡唑并[1，5-A]嘧啶二鹽酸鹽(BML-275)作用下，膽堿對(duì)SREBP-1c和LXRα表達(dá)的抑制仍未下降[4]。AMPKα對(duì)LXRα的表達(dá)的影響表現(xiàn)在通過AMPKα-LXRα-SREBP-1c通路實(shí)現(xiàn)肝細(xì)胞糖代謝的調(diào)控[42-43]，但有研究表明，LXRα-SREBP-1c通路在肝細(xì)胞中無需依賴AMPKα也可調(diào)控相關(guān)代謝[44]，而且肝細(xì)胞AMPKα磷酸化激活后，還可能直接抑制SREBP-1c的表達(dá)以調(diào)控下游糖代謝基因的表達(dá)[45-46]。因此，膽堿可能通過不同途徑抑制LXRα和SREBP-1c的水平，進(jìn)而調(diào)控下游調(diào)節(jié)因子或相關(guān)代謝關(guān)鍵基因的表達(dá)，推測(cè)可能的途徑有AMPKα-LXRα-SREBP-1c、AMPKα- SREBP-1c、LXRα-SREBP-1c和直接抑制。此外，碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(ChREBP)作為介導(dǎo)肝臟中葡萄糖信號(hào)的轉(zhuǎn)錄因子，與SREBP-1c協(xié)同調(diào)節(jié)糖酵解表達(dá)，通過siRNA沉默ChREBP基因表達(dá)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)源性糖酵解基因如L-丙酮酸激酶(L-PK)的表達(dá)喪失[47]。研究表明，AMPKα磷酸化激活后抑制ChREBP的表達(dá)[37]。所以AMPKα可介導(dǎo)膽堿對(duì)這些下游元件因子的調(diào)控來改變動(dòng)物肝臟糖代謝酶的活性，以改善糖代謝。

2.2 cAMP-PKA

cAMP-PKA是細(xì)胞內(nèi)經(jīng)典途徑之一，G蛋白偶聯(lián)受體將信號(hào)首先傳至腺苷酸環(huán)化酶，由它控制cAMP的含量，cAMP決定PKA的活性，PKA負(fù)責(zé)很多蛋白的磷酸化，比如受體、離子通道、轉(zhuǎn)錄因子等，由此調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的生物活性反應(yīng)和平衡[48]。

已有研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)和ChREBP能夠與SIRT1啟動(dòng)子3的相同序列結(jié)合，存在相反作用的競(jìng)爭(zhēng)調(diào)節(jié)，SIRT1通過CREB-ChREBP在其啟動(dòng)子占有率上的互換來響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)的可獲得性[49]。如圖1，表現(xiàn)為在禁食過程中，上調(diào)的胰高血糖素(GCG)和去甲腎上腺素導(dǎo)致下游第二信使環(huán)腺苷酸(cAMP)的活化，PKA活性上升，通過磷酸化導(dǎo)致CREB激活和ChREBP失活，然后CREB誘導(dǎo)SIRT1的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。反之，在攝食狀態(tài)下，ChREBP與SIRT1啟動(dòng)子結(jié)合以下調(diào)其表達(dá)。CREB轉(zhuǎn)錄共激活因子2(CREB regulated transcription coactivator 2，TORC2)是血糖分子水平的調(diào)節(jié)開關(guān)。禁食期間，GCG分泌增強(qiáng)提高cAMP的表達(dá)，可刺激TORC2活化CREB結(jié)合SIRT1[50]。

Glucagon morepinephrine：胰高血糖素去甲腎上腺素；Nutrient availability：營(yíng)養(yǎng)利用率；cAMP：環(huán)磷酸腺苷cyclic adenosine monophosphate；CREB：環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白cAMP-response element binding protein；ChREBP：碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白carbohydrate response element binding protein；SIRT1：沉默信息調(diào)節(jié)因子1 silent information regulator 1；Fast：禁食；Fed：攝食。

從神經(jīng)傳遞角度看，對(duì)大鼠腹腔注射膽堿，胞苷5′-二磷酸膽堿(CDP-膽堿)或磷酸膽堿可產(chǎn)生多種藥理作用，可升高血漿GCG含量[51-52]。后續(xù)研究表明，GCG對(duì)膽堿的反應(yīng)是由神經(jīng)節(jié)細(xì)胞煙堿型乙酰膽堿受體(nAChR)介導(dǎo)的，刺激釋放的腎上腺髓質(zhì)兒茶酚胺和活化的α2-腎上腺素受體能夠明顯介導(dǎo)膽堿和膽堿化合物引起的血漿GCG含量升高，中樞膽堿還通過增加中樞煙堿膽堿能神經(jīng)傳遞，進(jìn)而刺激外周自主神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)來提高血漿GCG含量[53]。肝細(xì)胞中存在有胰高血糖素受體(GCGR)和腎上腺素受體，因此膽堿可通過周圍自主神經(jīng)系統(tǒng)的參與來誘導(dǎo)GCG和腎上腺素的提高，可能與肝細(xì)胞中受體特異性結(jié)合激活下游因子以調(diào)節(jié)糖代謝。

高效的糖異生是奶牛維持足夠的乳腺葡萄糖供應(yīng)的主要途徑[54]。奶牛處于NEB時(shí)，GCG和腎上腺素含量上升，機(jī)體為滿足能量需要，也會(huì)通過激活cAMP-PKA通路生成NEFA等脂類物質(zhì)，增強(qiáng)肝臟糖異生作用[55]。

總而言之，膽堿在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中通過乙?；葾Ch，通過神經(jīng)途徑與nAChR特異性結(jié)合，介導(dǎo)膽堿對(duì)GCG的提高作用，GCG作用于肝細(xì)胞上的GCGR，活化cAMP-PKA通路，激活TORC2，降低競(jìng)爭(zhēng)性ChREBP活性，提高CREB活性，促進(jìn)CREB與SIRT1結(jié)合，使得PEPCK、G6PC、PGC-1α等基因的表達(dá)上調(diào)。

3 膽堿通過IL-6、非受體型酪氨酸蛋白激酶2-信號(hào)傳導(dǎo)與活化轉(zhuǎn)錄因子3(JAK2-STAT3)、磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)調(diào)控肝臟糖代謝

3.1 膽堿作用IL-6-JAK2-STAT3對(duì)肝臟糖異生的調(diào)控

JAK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和JAK-STAT途徑中，由STAT蛋白傳導(dǎo)的JAK家族成員JAK2可被瘦素、IL-6等細(xì)胞因子激活[56]。IL-6受體被激活后，作為IL-6共用的受體和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子gp130通過JAK的磷酸化激活STAT轉(zhuǎn)錄因子，磷酸化的STAT3形成二聚體，轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中，激活調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄活性[57]。低水平的膽堿造成的NASH模型在特異性缺失JAK2的小鼠肝臟組織中完成停止，同時(shí)也與化學(xué)致癌物的攻擊下的結(jié)果[58]相一致，表明JAK2是肝臟炎癥進(jìn)展的必需因子，膽堿對(duì)NASH的作用依賴JAK2。促炎因子IL-6能夠抑制胰島素和瘦素的傳導(dǎo)，從而產(chǎn)生胰島素抵抗和瘦素抵抗。研究表明，多烯磷脂膽堿聯(lián)合葛根素能夠治療NASH，表現(xiàn)為血清谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性及IL-6、白細(xì)胞介素-8(IL-8)、TNF-α含量明顯降低[59]。將膽堿和CDP-膽堿腦室注射與大鼠體內(nèi)，血清瘦素含量明顯提高[60]。運(yùn)用高脂飲食大鼠脂肪肝模型灌胃給藥多烯磷脂酰膽堿，肝臟組織的血清瘦素含量也發(fā)生顯著上調(diào)[61]。

已知IL-6激活STAT3會(huì)抑制糖異生[62]。結(jié)合上述膽堿對(duì)糖異生的影響，膽堿會(huì)通過IL-6-JAK2-STAT3通路調(diào)控糖異生。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糖異生調(diào)控基因PGC-1α的mRNA表達(dá)上調(diào)能夠促進(jìn)大鼠肝細(xì)胞糖異生相應(yīng)基因肝細(xì)胞核因子4α(HNF4α)與叉頭框轉(zhuǎn)錄因子1(FoxO1)表達(dá)的有效激活[63]。FoxO1為叉頭框轉(zhuǎn)錄因子家族中重要的成員，歸類于核受體亞家族，在肝臟中可被用于葡萄糖含量的監(jiān)測(cè)[64]，F(xiàn)oxO1被激活后能夠增加G6PC和PEPCK的表達(dá)[65]。我們推測(cè)膽堿通過阻止體內(nèi)如單核巨噬細(xì)胞分泌IL-6，促進(jìn)瘦素傳導(dǎo)，在肝細(xì)胞中抑制IL-6-JAK2-STAT3通路傳導(dǎo)，降低miR-23a的表達(dá)量，上調(diào)其下游靶點(diǎn)PGC-1α的mRNA表達(dá)，作用FoxO1和HNF4α活性升高，F(xiàn)oxO1通過提高G6PC和PEPCK的活性來促進(jìn)糖異生，表現(xiàn)為GLUT2含量上升。

3.2 膽堿作用IL-6-PI3K-Akt對(duì)肝臟抗氧化和糖酵解的調(diào)控

除了JAK-STAT通路以外，IL-6還可激活磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)，通過PI3K/AKT/NF-κB共同發(fā)揮抗凋亡作用[66]。蛋白激酶B(PKB)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，又稱Akt，作為一種原癌基因，它在調(diào)控各種不同細(xì)胞功能(包括代謝、生長(zhǎng)、增殖、存活、轉(zhuǎn)錄以及蛋白質(zhì)合成)方面發(fā)揮重要作用，PI3K是能夠激活A(yù)kt信號(hào)級(jí)聯(lián)放大的因子。因此，IL-6在肝細(xì)胞中是否也會(huì)存在作用PI3K從而調(diào)節(jié)下游糖酵解和抗氧化相關(guān)蛋白分子的情況值得我們思考。

研究顯示，在缺乏膽堿飲食建立的小鼠NASH模型中，超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，丙二醇(MDA)含量急劇增加，活性氧(ROS)含量和Akt磷酸化水平明顯升高，并且在肝癌細(xì)胞系HepG2中Akt磷酸化、核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)易位和血紅素加氧-1(heme oxygenase，HO-1)的表達(dá)明顯上調(diào)[67]，油酸引起肝細(xì)胞的氧化應(yīng)激可以模擬體內(nèi)HepG2細(xì)胞中NASH的情況[68]。Nrf2是細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，在氧化應(yīng)激的情況下，胞漿內(nèi)的Nrf2將從Nrf2/Keap1復(fù)合體中分離出來，然后Nrf2/Keap1復(fù)合體移位到細(xì)胞核。據(jù)報(bào)道，Nrf2是PI3K/Akt活化的重要下游靶點(diǎn)，可導(dǎo)致Nrf2從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，從而激活A(yù)RE/HO-1途徑[69-70]。引起核Nrf2與抗氧化反應(yīng)元件(ARE)的結(jié)合會(huì)觸發(fā)HO-1的表達(dá)[71-73]。以往的研究表明，HO-1是肝臟中與氧化應(yīng)激相關(guān)的關(guān)鍵酶之一[74]。

低水平膽堿和油酸所創(chuàng)造的細(xì)胞環(huán)境模型類似，因此有利于我們進(jìn)一步探究膽堿對(duì)肝臟的作用?，F(xiàn)有研究中，膽堿可通過Nrf2通路調(diào)控鯉魚機(jī)體抗氧化系統(tǒng)，降低免疫器官的氧化損傷，進(jìn)而增強(qiáng)免疫功能[75]。在NEFA模擬奶牛圍產(chǎn)期的小鼠LO2模型中，添加氯化膽堿可顯著提高Nrf2的表達(dá)量，增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力，降低TNF-α的表達(dá)量[20]。結(jié)合膽堿引起的糖酵解和抗氧化酶的變化，可初步定義為膽堿抑制IL-6-PI3K-Akt通路的傳導(dǎo)從而靶向上調(diào)Nrf2/HO-1，使得抗氧化酶系水平上升。

有報(bào)道顯示，肝前體細(xì)胞中下調(diào)的膽堿可表達(dá)叉頭框轉(zhuǎn)錄因子A2(FoxA2)，在從缺乏膽堿飲食的大鼠中分離的肝前體細(xì)胞中敲除FoxA2可以顯著增加細(xì)胞增殖和有氧糖酵解，如己糖激酶2(HK2)的酶活性被上調(diào)，通過京都基因和基因組百科全書分析顯示，F(xiàn)oxA2敲除增強(qiáng)了參與PI3K/Akt途徑的基因的轉(zhuǎn)錄，并觸發(fā)了下游Akt磷酸化，效應(yīng)劑Ly294002阻斷PI3K-Akt通路可抑制FoxA2敲低細(xì)胞中的HK2活性，有氧糖酵解和細(xì)胞增殖[76]。因此，F(xiàn)oxA2通過抑制PI3K/Akt/HK2調(diào)控的需氧糖酵解在肝前體細(xì)胞的增殖和抑制中起重要作用。FoxA2是FoxO1的靶基因之一，雖未見報(bào)道膽堿有關(guān)通路作用激活FoxA2，但可推測(cè)膽堿可能通過IL-6-JAK-STAT作用PGC-1α使FoxO1上調(diào)激活FoxA2，阻斷了PI3K-AKT通路的傳導(dǎo)，抑制肝臟的糖酵解。

4 膽堿激酶與膽堿在肝臟中作用MAPK和PI3K-Akt

膽堿激酶通過磷酸化膽堿生成磷酸膽堿并使其進(jìn)入肯尼迪(Kennedy)途徑(圖2)，用于磷脂酰膽堿的合成。磷脂酶D2裂解磷脂酰膽堿產(chǎn)生磷脂酸[77]，磷脂酸是MAPK和PI3K/AKT生存信號(hào)通路的關(guān)鍵激活劑。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化的HeLa細(xì)胞中膽堿激酶的選擇性抑制同時(shí)減弱MAPK級(jí)聯(lián)激活反應(yīng)和PI3K/AKT信號(hào)傳導(dǎo)，Yalcin等[78]認(rèn)為可能需要在癌細(xì)胞中合并磷脂酰膽堿，以提供對(duì)癌癥生存信號(hào)通路前饋放大所必需的磷脂酸。一種膽堿激酶競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑N-(3，5-二甲基苯基)-2-{[5-(4-乙基苯基)-1H-1，2，4-三唑-3-基]硫烷基}乙酰胺(稱為CK37)也有效抑制了MAPK和PI3K/Akt的信號(hào)傳導(dǎo)，且與作用肺癌細(xì)胞的結(jié)果[79]一致。

Choline：膽堿；Blood：血液：Nerve：神經(jīng)；Phosphatidic acid：磷脂酸；Kennedy pathway：肯尼迪途徑；AMPKα：腺苷一磷酸激活的蛋白激酶α adenosine monophosphate activated protein kinase α；LXRα：肝臟 X 受體α liver X receptor α；SREBP-1c：固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c sterol regulatory element-binding protein-1c；CREB：環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白cAMP-response element binding protein；ChREBP：碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白carbohydrate response element binding protein；ACh：乙酰膽堿acetylcholine；nAChR：煙堿型乙酰膽堿受體nicotinic acetylcholine receptor；GCG：胰高血糖素glucagon；GCGR：胰高血糖素受體glucagon receptor；cAMP：環(huán)磷酸腺苷cyclic adenosine monophosphate；PKA：蛋白激酶A protein kinase A；TORC2：CREB轉(zhuǎn)錄共激活因子2 CREB regulated transcription coactivator 2；AGEs：晚期糖基化終末產(chǎn)物advanced glycation end products；RAGE：糖基化終末產(chǎn)物受體advanced glycation end products receptor；NOX2：NADPH氧化酶2 nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2；SIRT1：沉默信息調(diào)節(jié)因子1 silent information regulator 1；TIMP3：金屬蛋白酶組織抑制因子3 tissue inhibitors of metalloproteinase 3；TACE：腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)移酶tumor necrosis factor-converting enzyme α；IL-6：白細(xì)胞介素-6 interleukin-6；JAK2：非受體型酪氨酸蛋白激酶2 janus kinase 2；STAT3：信號(hào)傳導(dǎo)與活化轉(zhuǎn)錄因子3 signal transducer and activator of transcription 3；miR-23a：微RNA-23a micro RNA-23a；PGC-1α：過氧化物酶增殖物激活受體γ共激活因子-1α peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α；FoxO1：叉形頭轉(zhuǎn)錄因子 O1 Forkhead box O1；FoxA2：叉頭框轉(zhuǎn)錄因子A2 Forkhead box A2；PI3K：磷脂酰肌醇3激酶phosphatidylinositol 3-kinase；AKT：蛋白激酶B protein kinase B；Nrf2：核因子E2相關(guān)因子2 nuclear factor erythroid 2-related factor 2；G6PDH：葡萄糖-6-磷酸脫氫酶glucose-6-phosphate dehydrogenase；NADPH：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸nicotinamide adenine dinucleotide phosphate；GSH：谷胱甘肽glutathione；CAT：過氧化氫酶catalase；HO-1：血紅素加氧-1 heme oxygenase-1；HK2：己糖激酶2 recombinant hexokinase 2；PDK4：丙酮酸脫氫酶激酶4 pyruvate dehydrogenase kinase 4；PDH：丙酮酸脫氫酶pyruvate dehydrogenase；MAPK：絲裂原活化蛋白激酶mitogen-activated protein kinase；CNTF：睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子ciliary neuyotrophic factor；ChAT：膽堿乙?；D(zhuǎn)移酶choline acetyltransferase；GK：葡萄糖激酶glucokinase；PEPCK：磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶phosphoenolpyruvate carboxykinase；G6PC：葡萄糖-6-磷酸酶glucose-6-phosphatase；GLUT2：葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體2 glucose transporter 2。

HeLa宮頸癌細(xì)胞系和肺癌細(xì)胞的結(jié)果一致，猜測(cè)此作用效果在肝癌細(xì)胞也同樣受用。研究顯示，膽堿能夠提高肝臟磷脂酰膽堿含量[80]，并且膽堿作為一碳單位循環(huán)的關(guān)鍵分子，會(huì)通過CDP-膽堿途徑促進(jìn)代謝調(diào)節(jié)[81]。膽堿處理的奶牛原代肝細(xì)胞在CDP-膽堿途徑中，膽堿激酶α、膽堿激酶β、磷酸胞苷轉(zhuǎn)移酶1α和膽堿/乙醇胺磷酸轉(zhuǎn)移酶1的含量得到顯著上調(diào)[82]。膽堿的補(bǔ)充可能導(dǎo)致更多的CDP-膽堿通過Kennedy途徑合成磷脂酰膽堿[83]。膽堿通過一系列途徑參與磷脂酰膽堿和磷脂酸的合成，結(jié)合Yalcin等[84]的觀點(diǎn)，認(rèn)為在作用相關(guān)下游通路中也是必不可少的。在膽堿激酶的做作用下，膽堿磷脂酸水平的上調(diào)，抑制MAPK的級(jí)聯(lián)激活反應(yīng)和PI3K-Akt的信號(hào)傳導(dǎo)。睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(CNTF)上調(diào)合成神經(jīng)遞質(zhì)ACh的膽堿乙?；D(zhuǎn)移酶(ChAT)的表達(dá)。MAPK途徑的激活會(huì)抑制CNTF激活的ChAT的表達(dá)。其中，MAPK的級(jí)聯(lián)激活反應(yīng)是指MAPKKK-MAPKK-MAPK的級(jí)聯(lián)磷酸化激活下游蛋白激酶，PI3K-Akt的作用途徑由3.2可知。

5 小 結(jié)

通過闡述膽堿對(duì)肝臟糖代謝及代謝疾病的影響，引申至信號(hào)傳導(dǎo)通路(圖2)，不難發(fā)現(xiàn)，在本文涉及到的可能存在的多個(gè)不同信號(hào)傳導(dǎo)通路之間發(fā)生了交叉調(diào)控，形成了一定的信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。舉例說明，膽堿對(duì)糖代謝疾病的影響可能通過AMPK和cAMP-PKA促進(jìn)SIRT1-TIMP3-TACE級(jí)聯(lián)信號(hào)通路的傳導(dǎo)。SIRT1已被證明調(diào)節(jié)STAT3的乙?；土姿峄?，從而抑制其對(duì)糖異生的抑制作用[85]。膽堿上調(diào)的SIRT1通過降低STAT3的乙?；土姿峄酱龠M(jìn)下游信號(hào)傳導(dǎo)分子提高G6PC和PEPCK的活性，改善糖代謝。此外，乙酰膽堿通過神經(jīng)途徑特異性結(jié)合其受體，抑制JAK2-STAT3的激活，并與膽堿Kennedy途徑轉(zhuǎn)化的磷脂酸共同作用于PI3K-Akt和Nrf2的活化。此過程存在SIRT1的參與。磷脂酸也會(huì)抑制MAPK的級(jí)聯(lián)激活以刺激神經(jīng)途徑發(fā)揮作用。綜上所述，膽堿可能作用這些核心通路促使下游糖異生、糖氧化代謝和抗氧化等因子產(chǎn)生有利變化，完成肝臟糖代謝調(diào)節(jié)過程。

膽堿在肝臟中充當(dāng)著重要的角色，能夠一定程度上改善動(dòng)物糖代謝的水平，可有效避免脂肪肝、炎癥和氧化應(yīng)激等代謝并發(fā)疾病的發(fā)生?？偟膩碚f，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，聚焦膽堿對(duì)動(dòng)物肝臟糖代謝途徑相關(guān)元件因子的調(diào)控作用，將多條信號(hào)傳導(dǎo)通路進(jìn)行有效整合，有利于系統(tǒng)地解析膽堿調(diào)控動(dòng)物特殊生理階段糖代謝的分子機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)，以應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)。