脂肪激素与胰岛素抵抗

CADA Chinese American Diabetes Association 美国华人糖尿病学会     邵建华

　　邵建华,美国华人糖尿病学会会员,美国肯塔基大学营养科学研究中心助理教授;毕业于新乡医学院,先后于河南医科大学和北京医科大学获得内分泌硕士及博士学位;1998年赴美继续博士后培训;2004年受聘于现职大学从事教学并成立独立实验室。自1992年开始从事内分泌疾病的基础研究,科研重点为肥胖和胰岛素抵抗;曾荣获美国糖尿病学会 Thomas R. Lee 奖等多项科研奖。主要研究贡献:①率先提出胰岛素信号蛋白异常分布参与妊娠糖尿病胰岛素抵抗;②揭示脂联素(adiponectin)基因表达的分子机制及其对能量代谢的调节作用。

　　新的数据显示,在美国,肥胖即将成为人类的头号“杀手”。如果按目前中国和其他发展中国家肥胖人口的增长速度计算,肥胖将成为世界性的问题。如何防治肥胖及其相关疾病已成为急待解决的重大课题。本文仅就脂肪组织的功能进行阐述,并列举瘦素和脂联素以简述脂肪激素与能量代谢及胰岛素抵抗(IR)之间的关联。

　　脂肪组织

　　■ 脂肪组织既是能量储存库,又是内分泌器官

　　■ 多数脂肪激素和脂肪细胞因子对代谢起负相作用

　　在人类漫长的进化过程中,脂肪组织逐渐进化为能量储存器官。多余的能量以甘油三酯(TG)的形式储存在脂肪细胞内。饥饿和运动时,脂肪组织和其他组织内的TG被动员并分离出脂肪酸,脂肪酸的氧化代谢可提供ATP用于细胞的代谢和生长。

　　在这一进化过程中,一系列基因被优化保留下来用于节约和储存能量。其中一些关键的基因被统称为节俭基因(thrifty gene)。有学者认为,正是由于这些节俭基因不能适应饮食和生活的变化,造成了肥胖。

　　非常有趣的是,近年的研究证明,脂肪组织还具有内分泌功能。自发现瘦素(leptin)之后,一系列脂肪分泌的激素(脂肪激素)或脂肪细胞因子被发现 (图1)。研究还证明,这些激素或脂肪细胞因子的分泌不但与脂肪组织的功能状态有关,也在其他组织器官的能量代谢中起关键的调节作用。值得一提的是,大多数脂肪激素和脂肪细胞因子对机体葡萄糖和脂质代谢起负相作用。例如,肥胖时脂肪组织过渡分泌的肿瘤坏死因子α (TNF-α)、白介素6(IL-6)和游离脂肪酸(FFA)等都可以抑制胰岛素的敏感性,促进心血管疾病的发生与发展。这些研究结果完全改变了脂肪组织的生理学定义,证明脂肪组织既是能量储存库,又是一个内分泌器官。

　　脂联素

　　■ 高分子量脂联素与胰岛素敏感性密切相关

　　■ 脂联素与胚胎发育有一定关联

　　■ AdipoR1与adipoR2有传递脂联素信号的作用

　　■ 脂联素是目前唯一有利于维持机体能量和脂质代谢的激素

　　血液脂联素浓度为5~30 ?滋g/ml,远高于其他传统激素的浓度。这也使得部分学者对脂联素的激素定义提出异议。随着脂联素受体的发现和相关研究的深入,目前已普遍接受脂联素为另外一种脂肪激素。与瘦素相反,在体重升高和肥胖时,脂联素的表达及在血液中的浓度反而降低。而限制食物和减轻体重可明显增高脂联素蛋白的水平。

　　脂联素蛋白分子量为30 kDa。血液内多数脂联素为多聚体,根据多聚体的结构,可将血液内的脂联素分为高分子量(HMW)、中分子量(MMW)和低分子量(LMW)脂联素。有试验显示,不同结构的脂联素具有不同的或不同程度的生物作用。而高分子量脂联素与胰岛素敏感性有比较密切的关系。

　　最新的研究显示,脂联素与胚胎发育有一定的联系。新生儿或脐带血的脂联素浓度是母体循环脂联素的4~7倍。与成年人恰恰相反,新生儿体内脂联素浓度与体重呈正相关。多数试验证明,与瘦素不同,胎盘并不表达和分泌脂联素,同时由于脂联素蛋白分子过大,也不太可能穿过胎盘。因此,胎儿体内的脂联素是由自身组织所分泌。我们的动物研究表明,在小鼠胚胎发育中期脂肪组织即有脂联素表达,且脂联素的表达早于脂肪滴沉积。目前尚不清楚脂联素在胚胎发育中具体起什么作用。

　　数种细胞膜表面蛋白能够与脂联素特异结合。其中两种蛋白(adipoR1,adipoR2)被证明具有传递脂联素信号的作用,被认为是脂联素受体。AdipoR1和adipoR2具有较高的蛋白结构同源性。其中adipoR1普遍表达于各种组织细胞,而adipoR2则主要在肝脏细胞表达。有研究显示,脂联素可激活数种蛋白激酶和信号蛋白,而如何通过其受体激活下游信号系统的具体机制尚待研究。人为同时去除adipoR1和adipoR2蛋白可诱导小鼠糖代谢紊乱。有趣的是,去除小鼠脂联素本身并不引起显著的代谢紊乱,但这些小鼠对高脂肪食物诱发的IR非常敏感。

　　最近的一项动物试验显示,adipoR1和adipoR2也在下丘脑表达。脑脊液内也发现了微量的脂联素,并提示脂联素可能通过刺激下丘脑adipoR1及其下游的信号来促进食物的摄取。由此,与瘦素相反,脂联素被认为是一种“饥饿”脂肪激素。需要注意的是,这些结论或假设仅仅基于早期的个别动物试验。脂联素的这一新的功能还有待于其他动物和人体研究的证实。

　　体内和体外研究均已证明,脂联素增加胰岛素敏感性,从而促进葡萄糖的摄取。因此,脂联素又被称作胰岛素增敏剂。另外,脂联素可直接或间接促进脂肪酸的氧化代谢,并抑制肝脏葡萄糖异生,因而起到降糖作用。大量的人体试验揭示,脂联素与TG、胆固醇和FFA代谢有密切关联。动物试验表明,脂联素降低血液TG和FFA浓度,并与高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)呈正相关。同时,脂联素还具有保护心肌、降低缺血引起的细胞损伤的作用,并延缓或阻止动脉粥样硬化。总之,脂联素是目前所有脂肪激素中唯一能够有利于维持机体能量和脂质代谢的激素。

　　瘦素

　　■ 瘦素基因突变可致大量脂肪沉积和IR

　　■ 肥胖患者可发生“瘦素抵抗”

　　■ 瘦素在肥胖中的治疗处于初期试验阶段

　　瘦素是于1994年研究ob/ob自发肥胖小鼠时发现的。 瘦素基因或其受体基因突变可导致大量的脂肪沉积和显著的IR。机体中多种组织可表达瘦素蛋白,如胎盘和骨骼肌。而血液循环中的瘦素主要来自脂肪组织。目前一共发现了6种瘦素受体,而其中只有受体B具有细胞内活性信号结构。

　　瘦素以“饱食”信号的方式在机体能量代谢中起关键作用。它主要通过刺激下丘脑腹内侧神经核抑制食欲,同时通过瘦素信号传导系统直接促进周围组织的能量代谢。饥饿时瘦素表达降低,血液中瘦素浓度迅速降低。而随着体重的增长和脂肪组织体积的扩大,瘦素在脂肪组织中的表达及循环中的浓度相应升高。但由于长时间的高浓度瘦素和一些未知的原因,肥胖患者升高的瘦素并不能有效抑制食欲、恢复正常体重。这也就是目前提出的“瘦素抵抗”现象。需强调的是,只有极少数肥胖患者是由于瘦素基因突变造成的。并且这种由于瘦素缺失引起的肥胖可以非常有效地利用人工合成的瘦素进行治疗。而多数肥胖是由一些综合性因素所致。用瘦素治疗肥胖还处于早期的试验阶段。如前所述,肥胖患者通常体内已有高浓度的瘦素,进一步应用外源性瘦素能否有效降低体重,以及过高水平的瘦素是否可导致其他副作用还需进一步研究。

　　目前,绝大多数试验证实,肥胖患者血液内瘦素浓度与胰岛素敏感性呈负相关。但瘦素在肥胖诱发的IR中起到什么作用尚未完全阐明。有试验显示,瘦素信号传导系统与胰岛素信号传导系统有直接的交叉。在某些组织,瘦素可刺激胰岛素信号并促进葡萄糖的摄取及糖原的合成。

图1 脂肪激素与脂肪细胞因子的分泌变化

　　来源：中国医学论坛报