脂肪酸轉(zhuǎn)位酶在脂代謝中作用機(jī)制研究進(jìn)展

孔莫維 高宇

(承德醫(yī)學(xué)院 1研究生院，河北 承德 067000；2附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科)

脂肪酸(FA)是產(chǎn)生細(xì)胞能量的主要來源，特別是在肝臟、肌肉和心臟中，是構(gòu)成生物膜磷脂的一部分，可共價(jià)連接到特定蛋白質(zhì)以調(diào)節(jié)其功能，如在蛋白質(zhì)磷酸化的調(diào)節(jié)和修飾基因表達(dá)等事件中起作用。在血漿和細(xì)胞間質(zhì)中，脂肪酸與白蛋白緊密結(jié)合，而在細(xì)胞內(nèi)，脂肪酸與脂肪酸結(jié)合蛋白(FABP)結(jié)合。然而，脂肪酸如何穿過質(zhì)膜進(jìn)入可溶性細(xì)胞質(zhì)尚不完全清楚，因?yàn)殛P(guān)于脂肪酸攝取過程中的限速步驟及膜相關(guān)蛋白在何種程度上促進(jìn)調(diào)節(jié)細(xì)胞脂肪酸攝取的問題尚存在爭議〔1，2〕。脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(FAT/CD36)在促進(jìn)長鏈脂肪酸攝取和氧化中的作用受到廣泛關(guān)注，被定位為FA代謝的關(guān)鍵參與者〔3〕。研究表明，F(xiàn)AT/CD36可增加胰島β細(xì)胞的脂肪酸攝取〔4〕。FAT/CD36是一種B級清道夫受體，顯示出對長鏈FA的高親和力〔5〕，并將FA濃縮在特定的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)域內(nèi)并增加脂肪酸的可用性以用于隨后的膜易位。本文對FAT/CD36在脂代謝中的作用機(jī)制及研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 脂肪酸攝取的研究進(jìn)程

從20世紀(jì)80年代早期開始，關(guān)于膜相關(guān)蛋白是否參與實(shí)質(zhì)細(xì)胞攝取脂肪酸就存在爭議。細(xì)胞攝取脂肪酸的過程，對蛋白質(zhì)介導(dǎo)的質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑敏感，并對競爭性抑制敏感。此外，抑制劑可通過對膜雙層結(jié)構(gòu)組織的影響間接作用于脂肪酸攝取，脂肪酸競爭實(shí)驗(yàn)也可通過脂肪酸與白蛋白和質(zhì)膜FABP結(jié)合水平的競爭來解釋，而不是膜相關(guān)蛋白。然而，從生理學(xué)的角度來看，脂肪酸進(jìn)入或離開細(xì)胞而不受膜控制是不合理的，因?yàn)檫@嚴(yán)重妨礙脂肪酸在細(xì)胞內(nèi)的可用性與代謝需求的變化的協(xié)調(diào)〔1〕。

從20世紀(jì)80年代中期開始，幾個(gè)研究小組報(bào)道了幾種參與細(xì)胞攝取脂肪酸的膜蛋白，其中包括FABP、脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、小窩蛋白和FAT/CD36〔6〕。脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白即是?；o酶A合成酶，通過將進(jìn)入的脂肪酸直接轉(zhuǎn)化為它們的?；鵆oA酯而起到細(xì)胞脂肪酸攝取的作用〔6〕。而FAT/CD36是Abumrad等〔7〕對離體大鼠脂肪細(xì)胞攝取脂肪酸的研究發(fā)現(xiàn)的跨膜糖蛋白。這是一種最初在血小板中普遍存在的蛋白質(zhì)，參與脂肪酸的膜滲透。對于靶向敲除FAT/CD36的小鼠的研究，得到了FAT/CD36有利于細(xì)胞脂肪酸攝取的有效證據(jù)。與野生型小鼠相比，F(xiàn)AT/CD36敲除小鼠體內(nèi)心臟脂肪酸攝取率降低50%～80%，骨骼肌降低40%～75%，和脂肪組織降低60%～70%但在肝臟中沒有降低，因?yàn)镕AT/CD36在肝臟中表達(dá)缺失或非常低〔8〕。這些脂肪酸攝取的減少也導(dǎo)致脂肪酸代謝率改變，特別是在心臟和骨骼肌中的脂肪酸氧化。

2 FAT/CD36

FAT/CD36 是清道夫受體家族成員之一，它的羧基(C) 端和氨基(N) 端各有一個(gè)連續(xù)的疏水氨基酸區(qū)，其胞外區(qū)高度糖基化，與胞內(nèi)信號傳遞有關(guān)，是結(jié)合氧化低密度脂蛋白等的主要結(jié)構(gòu)域〔9〕。

FAT/CD36 是一種脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，通過其識別長鏈脂肪酸(LCFA)的能力，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)游離脂肪酸的積累，在能量代謝中具有調(diào)節(jié)作用。其蛋白表達(dá)水平與脂肪酸吸收障礙和胰島素抵抗有關(guān)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)FAT/CD36與糖尿病、動脈粥樣硬化、血脂異常和胰島素抵抗有關(guān)，國外研究也證實(shí)，F(xiàn)AT/CD36基因單核苷酸多態(tài)性與2型糖尿病顯著相關(guān)〔10〕。FAT/CD36的高表達(dá)會導(dǎo)致肌纖維對游離脂肪酸的高攝取及胞內(nèi)三酰甘油的蓄積。Wallin等〔11〕證明在β細(xì)胞中增加FAT/CD36的表達(dá)導(dǎo)致脂肪酸攝取增加并導(dǎo)致代謝和功能改變。反之，LCFA也誘導(dǎo)FAT/CD36介導(dǎo)的信號，影響FA氧化〔12〕。

動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)FAT/CD36 作為腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)/乙酰輔酶A羧化酶(ACC)信號通路的上游信號分子，通過調(diào)節(jié) AMPK/ACC信號通路的活性來對骨骼肌脂肪酸氧化代謝水平進(jìn)行調(diào)控〔13〕。FAT/CD36可能作為肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1的下游蛋白來調(diào)節(jié)LCFA的氧化。FAT/CD36在線粒體有氧氧化過程中發(fā)揮著重要作用，當(dāng)FAT/CD36在小鼠骨骼肌中過量表達(dá)時(shí)，則使血漿三酰甘油和LCFA濃度顯著下降，肌細(xì)胞攝取脂肪酸的速率大幅度提高〔14〕。也有研究表明，F(xiàn)AT/CD36不僅是一種脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，而且還與代謝應(yīng)激條件下的信號級聯(lián)相關(guān)。因此，F(xiàn)AT/CD36將是糖尿病病癥中的重要治療靶標(biāo)。

3 FAT/CD36轉(zhuǎn)運(yùn)脂肪的分子機(jī)制

FAT/CD36目前被認(rèn)為是促進(jìn)脂肪細(xì)胞、腸細(xì)胞、心肌細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)的主要膜蛋白〔15～17〕。關(guān)于細(xì)胞脂肪酸攝取的分子機(jī)制，在細(xì)胞外部位FAT/CD36 最有可能作為脂肪酸的受體起作用，促進(jìn)脂肪酸分配到脂質(zhì)雙層的外部小葉，然后從膜外擴(kuò)散到膜內(nèi)。這一過程發(fā)生得非常快，不需要膜蛋白的幫助。在進(jìn)入膜內(nèi)后，脂肪酸將與細(xì)胞質(zhì)FABP結(jié)合，這是整個(gè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的限速步驟。在細(xì)胞內(nèi)，F(xiàn)AT/CD36可通過為FABP或作用于脂肪酸的酶(如?；o酶A合成酶)提供停靠位點(diǎn)來促進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)。在細(xì)胞外位點(diǎn)FAT/CD36 顯示出在蛋白質(zhì)層面與FABP的相互作用，表明膜蛋白質(zhì)簇在促進(jìn)和調(diào)節(jié)細(xì)胞脂肪酸攝取中起作用。細(xì)胞質(zhì)中FABP是FAT/CD36正常功能所必需的，因?yàn)槿狈?xì)胞質(zhì)FABP的大鼠心肌細(xì)胞系(H9c2)中FAT/CD36 的轉(zhuǎn)染不會增加脂肪酸攝取率。

除了作為跨膜脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)的促進(jìn)劑之外，F(xiàn)AT/CD36 也參與調(diào)節(jié)細(xì)胞脂肪酸攝取的速率。FAT/CD36通過由胞內(nèi)到質(zhì)膜的可逆轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)以增加脂肪酸攝取。如在心肌和骨骼肌中，肌肉收縮的增加或胰島素的作用都會在幾分鐘內(nèi)刺激FAT/CD36從胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到肌纖維膜，從而使脂肪酸攝取增加。收縮誘導(dǎo)的FAT/CD36易位由AMP激活的激酶介導(dǎo)。胰島素誘導(dǎo)的易位由磷酸肌醇3激酶介導(dǎo)〔18〕。值得注意的是，這種通過循環(huán)FAT/CD36 調(diào)節(jié)細(xì)胞脂肪酸攝取的機(jī)制非常類似于細(xì)胞葡萄糖攝取調(diào)節(jié)，其在心臟和骨骼肌中涉及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT4)從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到了肌膜。肌肉收縮或胰島素刺激增加后，F(xiàn)AT/CD36 和GLUT4同時(shí)聚集到肌纖維膜中，導(dǎo)致脂肪酸和葡萄糖的攝取率增加〔18〕。這種FAT/CD36 再循環(huán)也發(fā)生在人類骨骼肌和脂肪組織中。

4 FAT/CD36表達(dá)的轉(zhuǎn)錄控制

FAT/CD36在具有高脂肪酸代謝能力的組織中作為脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)促進(jìn)劑的作用，取決于機(jī)體發(fā)育、荷爾蒙和環(huán)境條件。FAT/CD36 在腸道中高表達(dá)，也在內(nèi)皮細(xì)胞、肺細(xì)胞、血小板和巨噬細(xì)胞中表達(dá)，其表達(dá)同樣與脂肪酸攝取和氧化低密度脂蛋白的結(jié)合有關(guān)。FAT/CD36 表達(dá)受核過氧化物酶體增殖激活受體(PPAR)的激動劑以組織特異性方式調(diào)節(jié)。PPARs是由多種分子激活的轉(zhuǎn)錄因子家族，包括脂肪酸和脂肪酸代謝物，并調(diào)節(jié)與不同細(xì)胞類型中的代謝、炎癥、增殖和分化有關(guān)的多種基因的轉(zhuǎn)錄〔19〕。PPARα主要在高脂肪酸氧化率的組織(肝臟、心臟、骨骼肌、腎臟和棕色脂肪組織)中表達(dá)，并且調(diào)節(jié)參與脂肪酸分解代謝的蛋白質(zhì)的表達(dá)，PPARγ主要在白色脂肪組織中表達(dá)，是脂肪生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。PPARβ/δ具有更廣泛地組織分布，特別是在禁食和耐力運(yùn)動期間在骨骼肌中高度表達(dá)〔20〕。PPARs可通過與類視黃醇X受體形成異二聚體并通過DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與靶基因的啟動子或轉(zhuǎn)錄區(qū)域中的過氧化物酶體增殖物反應(yīng)元件序列結(jié)合，直接調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄〔20〕。

脂肪酸，尤其是長鏈脂肪酸，被認(rèn)為是PPARs的天然配體，各種脂肪酸代謝物，如?；o酶A酯、氧化脂肪酸和類二十烷酸，也會激活PPAR〔21〕。心臟PPARα的激活和骨骼肌PPARα的激活導(dǎo)致參與脂肪酸線粒體氧化的各種蛋白質(zhì)和酶的協(xié)調(diào)表達(dá)增加，包括參與細(xì)胞脂肪酸攝取的蛋白質(zhì)，即FAT/CD36和FABPc的上調(diào)。通過這種方式，F(xiàn)AT/CD36促進(jìn)脂肪酸的細(xì)胞內(nèi)可利用性，對其自身的從頭合成產(chǎn)生積極影響。在心肌中，F(xiàn)AT/CD36和核受體PPARα在控制心臟脂肪酸利用中的關(guān)鍵作用可從以下觀察中得到證實(shí):PPARα-敲除小鼠顯示心臟脂肪酸利用能力下降，PPARα在小鼠中的心臟特異性過表達(dá)導(dǎo)致脂肪酸攝取和利用增強(qiáng)，而過量表達(dá)PPARα的小鼠中FAT/CD36的缺失可防止心臟脂肪增加酸利用〔22〕。

5 FAT/CD36和脂質(zhì)代謝的病理生理學(xué)

幾種慢性疾病的特征在于脂肪酸或脂質(zhì)代謝紊亂。如肥胖與葡萄糖和脂質(zhì)代謝的紊亂有關(guān)，導(dǎo)致動脈粥樣硬化血漿脂質(zhì)特征和有害的三酰甘油在非脂肪組織如肝、心臟和肌肉中的積累(異位脂質(zhì)積聚)。因此，肥胖個(gè)體患胰島素抵抗的風(fēng)險(xiǎn)很高，這可能進(jìn)一步導(dǎo)致2型糖尿病和心血管并發(fā)癥，如急性心肌梗死和糖尿病性心肌病〔23～25〕。由于其在脂肪酸過量供應(yīng)的脂質(zhì)代謝改變中的關(guān)鍵作用，F(xiàn)AT/CD36 已涉及肥胖誘導(dǎo)或高脂肪飲食誘導(dǎo)的異位脂質(zhì)積累和胰島素抵抗的病因?qū)W，并且已被建議作為目標(biāo)用于治療干預(yù)〔26，27〕。

脂肪酸向心臟或肌肉的慢性過量供應(yīng)引發(fā)FAT/CD36循環(huán)的變化，導(dǎo)致該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從內(nèi)體到肌纖維膜的永久性重新定位。在大鼠中，這種變化非常迅速，即在高脂肪攝食開始后2～3 d內(nèi)，肌細(xì)胞脂肪酸攝取率增加〔28〕。然后，脂肪酸不僅成為能量產(chǎn)生的主要代謝底物，而且還導(dǎo)致三酰甘油、二酰甘油和神經(jīng)酰胺在肌細(xì)胞內(nèi)形成。后兩種脂肪酸代謝物抑制胰島素信號傳導(dǎo)并損害葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT4從內(nèi)體到肌膜的轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致葡萄糖攝取降低并降低葡萄糖向糖原的摻入。這時(shí)心臟或肌肉已經(jīng)形成胰島素抵抗并顯示出收縮功能受損〔28〕。但這個(gè)階段反而使脂肪酸攝取增加，形成脂質(zhì)誘導(dǎo)的胰島素抵抗和進(jìn)一步損害心臟功能的惡性循環(huán)。總之，F(xiàn)AT/CD36在由于脂質(zhì)過載引起的胰島素抗性發(fā)展的早期階段已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。實(shí)際上，磺酸-N-琥珀酰亞胺油酸酯對FAT/CD36的特異性抑制或FAT/CD36的缺失可防止高脂肪飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗和心臟收縮功能障礙〔29〕。最近的研究表明，在喂食高脂肪飲食的大鼠中觀察到內(nèi)體堿化，由于抑制液泡型H+-腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的質(zhì)子泵活性，增加的FAT/CD36易位至肌膜是由內(nèi)體的堿化引起的〔27〕。

6 對FAT/CD36代謝機(jī)制研究的最新進(jìn)展

目前的研究旨在進(jìn)一步破譯FAT/CD36相關(guān)的信號通路及FAT/CD36控制的囊泡運(yùn)輸和細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)蛋白，如心肌中FAT/CD36和GLUT4易位所必需的囊泡相關(guān)膜蛋白。有研究認(rèn)為FAT/CD36的促進(jìn)作用不僅受蛋白質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)循環(huán)控制，還受各種類型的翻譯后修飾控制，特別是棕櫚?；-糖基化和泛素化〔30〕。此外，有研究指出FAT/CD36能作為O-連接的N-乙酰葡糖胺的靶標(biāo)，經(jīng)過修飾誘導(dǎo)的FAT/CD36轉(zhuǎn)移至心肌膜，增加肌細(xì)胞脂肪酸攝取和脂肪酸氧化的速率〔19〕。

FAT/CD36介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)對于誘導(dǎo)關(guān)鍵乳糜微粒的表達(dá)很重要 。FAT/CD36介導(dǎo)胰高血糖素樣肽2，在倉鼠和小鼠中有增強(qiáng)腸道脂肪酸吸收和乳糜微粒產(chǎn)生的作用，而在FAT/CD36-/-小鼠中不存在胰高血糖素樣肽2效應(yīng)。FAT/CD36對于乳糜微粒產(chǎn)生很重要，在FAT/CD36-/-小鼠中產(chǎn)生的腸脂蛋白小于35%并且表現(xiàn)出對其血液清除的延遲。FAT/CD36的內(nèi)化和降解似乎是誘導(dǎo)乳糜微粒形成的關(guān)鍵蛋白所必需的〔31〕。

內(nèi)皮細(xì)胞的特異性FAT/CD36缺失表明FAT/CD36對血管健康很重要，突顯出其在內(nèi)皮細(xì)胞在引發(fā)腸道炎癥中的潛在作用 。最近的研究結(jié)果揭示了FAT/CD36在維持上皮屏障完整性方面的特殊作用。這種作用與脂質(zhì)攝取和代謝中的作用不同，它可能表明腸道中的FAT/CD36功能障礙可增加腸道對脂肪處理異常導(dǎo)致炎癥的易感性〔32〕。

FAT/CD36基因中的單核苷酸多態(tài)性與脂質(zhì)代謝異常和人類代謝綜合征風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，降低FAT/CD36表達(dá)的FAT/CD36 單核苷酸個(gè)體在攝入高脂肪膳食后會增加餐后血脂水平〔33〕。另外，DNA甲基化證明了大幅度降低FAT/CD36表達(dá)位點(diǎn)與血漿中高三酰甘油和低密度脂蛋白相關(guān)，這表明FAT/CD36的表觀遺傳調(diào)控在脂質(zhì)代謝異常中有潛在作用〔33〕?；加兄蠪AT/CD36缺乏的人的餐后脂質(zhì)改變可能有助于研究FAT/CD36單核苷酸與糖尿病相關(guān)心血管疾病和代謝綜合征風(fēng)險(xiǎn)之間的聯(lián)系〔33〕。

最近報(bào)道了FAT/CD36-/-小鼠可免于受到高膽固醇飲食的影響而患膽結(jié)石〔34〕，這表明FAT/CD36在膽管中對膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌有調(diào)節(jié)作用。在高膽固醇飲食喂養(yǎng)小鼠的肝臟脂質(zhì)含量中未發(fā)現(xiàn)總膽固醇或游離膽固醇含量的差異，但顯示FAT/CD36-/-小鼠肝臟中膽汁酸含量增加。隨著牛磺酸氨基乙酸濃度的增加，F(xiàn)AT/CD36-/-小鼠的膽汁脂質(zhì)分泌發(fā)生改變，疏水性降低FAT/CD36-/-小鼠的膽囊收縮能力下調(diào)，可導(dǎo)致更頻繁的膽汁排空和膽汁疏水性降低，這解釋了FAT/CD36缺失的保護(hù)作用。而腸道和肝臟特異性FAT/CD36缺失均未顯示出對LD誘導(dǎo)的膽結(jié)石形成的保護(hù)作用〔34〕。

綜上，越來越多的證據(jù)支持清道夫受體FAT/CD36在關(guān)鍵代謝途徑中引發(fā)深刻變化的突出作用。此外，其在循環(huán)、消化、運(yùn)動等系統(tǒng)中的分布與其在葡萄糖穩(wěn)態(tài)和線粒體活性的相關(guān)功能的潛力，有待于進(jìn)一步研究。