NO、OBRb-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌調節通路在瘦素抵抗中的作用及其機制

肥胖（Obesity）嚴重危害人們身心健康及體形，是一種由多因素引起的慢性代謝性疾病，還是Ⅱ型糖尿病、心血管病、高血壓、中風和多種腫瘤等慢性疾病的獨立危險因素，被世界衛生組織認定為影響健康的第五大危險因素。目前，我國體重超重者已達22.4%，肥胖者為3.01%，預防和控制肥胖癥已刻不容緩[1]。而肥胖發病機制不明確極大地制約了臨床防治，本文就NO、OBRb-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌調節通路在瘦素抵抗中的作用及其機制綜述如下。

1 脂肪細胞自分泌調節在肥胖發病中的重要作用

瘦素（leptin）的發現為肥胖發病機制及防治研究開辟了全新的領域[2]。起初，瘦素的作用被認為僅僅由下丘腦中樞介導[3]，隨著瘦素受體(leptin receptor)在外周組織的廣泛存在被發現，瘦素的外周作用越來越受到重視。功能性瘦素受體在脂肪細胞的存在提示脂肪細胞自分泌信號通路的可能性。除瘦素-下丘腦調節通路外，存在瘦素對體重調節的直接外周作用。瘦素能直接調節脂肪細胞代謝[4]，包括抑制脂肪合成、誘導脂肪分解及肥胖形成。造成小鼠腦組織特異性的瘦素受體缺失后，模型小鼠發展為肥胖表型；但肥胖程度遠不及全身性瘦素或瘦素受體缺失的模型小鼠明顯。應用轉基因技術使db/db小鼠中樞神經系統高表達瘦素受體OBRb基因，只能部分改善肥胖和糖尿病表型。

近年，研究證實脂肪細胞瘦素-受體自分泌信號通路對于體重調節、能量代謝起著重要的作用。特異性地降低小鼠脂肪細胞瘦素受體表達導致肥胖產生，為脂肪細胞瘦素-受體自分泌通路的代謝調節作用提供了直接證據[5]。除模型動物外，比較消瘦和肥胖婦女脂肪組織瘦素受體及SOCS3 mRNA的表達同樣發現，肥胖婦女脂肪組織的瘦素受體表達下降，這可能由于脂肪細胞瘦素-受體自分泌通路的負反饋調節失衡導致瘦素抵抗有關[6]。最近研究報道高脂飲食成功誘導肥胖大鼠模型后，發現白色脂肪組織瘦素受體OBRb表達下降，同時瘦素-受體通路抑制劑SOCS3表達上升(類似的SOCS3表達上升也曾見于肥胖小鼠[7])；進一步研究觀察到構建轉基因小鼠使脂肪細胞的瘦素受體表達增加后，高脂飲食誘導的脂肪細胞肥大、增生和體脂增加均得到抑制；提出脂肪細胞的脂肪貯積有賴于瘦素-受體自分泌調節的失活[8]。

2 瘦素-受體-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌調節通路與瘦素抵抗

瘦素作用依賴于瘦素受體活性，后者通過基因表達調節。瘦素受體功能與肥胖發生發展關系密切，全長瘦素受體的缺失會導致明顯肥胖表型的db/db小鼠和fa/fa大鼠。瘦素受體有六種亞型已被發現：OBRa、OBRb、OBRc、OBRd、OBRe、OBRf。它們都有一個大于800氨基酸的胞外段和一個34氨基酸的跨膜段，以及一個可變的胞內段。因此被分為3類：短型受體、長型受體及分泌型受體。長型受體OBRb胞內段較長區域包含與其它蛋白起作用及激活隨后信號通路所需要的各個亞基，被認為是功能性受體。

目前認為瘦素-受體信號調節主要經由JAK/STAT信號級聯途徑介導。JAK/STAT途徑包含4個酪氨酸激酶（JAKs）和7個轉錄因子(STATs)，通過特異性地絲氨酸和酪氨酸殘基磷酸化調控。瘦素受體沒有內在的酪氨酸激酶區域，因此主要結合JAK2。長型受體OBRb包含4個重要的酪氨酸殘基(Tyr974，Tyr985，Tyr1077，Tyr1138)，這些酪氨酸殘基的磷酸化為帶有SH2區域的信號蛋白提供結合位點。受體與瘦素結合后，構象的改變導致JAKs的并置、激活并能酪氨酸磷酸化其他JAKs及受體的酪氨酸殘基。JAK2轉磷酸化激活并隨后磷酸化受體胞內段酪氨酸殘基，將信號下傳。酪氨酸殘基Tyr1138磷酸化后募集轉錄因子STAS3，使之變成受體相關JAKs的作用底物。磷酸化的STATs自受體分離并形成活化的二聚體，隨后轉位至核內結合目的基因的啟動子，調控基因表達，參與能量平衡、代謝調節，可抑制AgRP表達、誘導SOCS3和POMC表達、活化基因包括立早基因c-fos等。這個瘦素信號調節通路的一個下游關鍵是STAT3被瘦素受體相關的蛋白激酶磷酸化后激活[3，9]。

典型的肥胖不是瘦素表達障礙，而是與慢性、升高的瘦素水平和瘦素受體激活細胞內信號通路的能力下降相關，即瘦素抵抗[3]。因瘦素基因突變及因脂肪萎縮伴瘦素缺乏的患者用瘦素治療可獲得顯著效果，但事實上大多數肥胖者瘦素水平升高而不是缺乏。瘦素抵抗近年來一直受到研究者關注[10-11]。瘦素抵抗的原因可能包括：①循環中有瘦素拮抗成分；②瘦素通過血腦屏障障礙； ③瘦素與其受體結合異常； ④受體后的信號轉導途徑障礙。目前研究主要集中在后者，即受體后的信號轉導障礙。瘦素受體的Tyr985或Tyr1077殘基任一個突變都導致STAT3磷酸化激活的減弱，影響信號傳導；而二個殘基的同時突變則阻斷信號傳導，產生瘦素抵抗[3]。另外，細胞因子信號轉導抑制因子(SOCS3)被認為是受體后信號傳導障礙、瘦素抵抗的重要原因。SOCS3負反饋抑制JAK/STAT信號級聯途徑，參與食欲的調節。瘦素可以刺激SOCS3 mRNA 的表達，SOCS3通過結合磷酸化的JAK或直接作用酪氨酸磷酸化受體而抑制JAK/STAT信號級聯途徑關鍵蛋白的激活、阻斷瘦素-受體信號傳導，為瘦素信號系統提供了一種負反饋調節機制。為了觀察SOCS3 在瘦素抵抗中的作用，研究者建立了SOCS3 剔除小鼠模型，發現SOCS3剔除后小鼠體重明顯下降，體內甘油三酯明顯降低，同時對瘦素信號更敏感，增加了瘦素引起的STAT3激活；抑制因子SOCS3剔除后，高脂飲食不能誘導肥胖發生[12-14]。在肥胖人群、大鼠、小鼠均觀察到SOCS3的表達異常，SOCS3作為瘦素抵抗的關鍵因子已被廣泛認可，盡管具體分子機制尚有待進一步研究[9]。

3 NO、自分泌調節通路參與瘦素抵抗

瘦素抵抗和胰島素抵抗相互干擾，這二個信號通路的相互干預可能是肥胖患者胰島素抵抗和瘦素抵抗相互關聯的重要原因。按肥胖大鼠所觀察到的胰島素和瘦素濃度組合干預離體大鼠附睪脂肪細胞，NOS活性不增加，瘦素信號通路和胰島素信號通路之間有一個負向干擾。瘦素誘導IRS-1殘基Ser307磷酸化而產生胰島素抵抗；而胰島素去磷酸化JAK-2導致瘦素抵抗。當瘦素信號通路被PKA抑制劑阻斷，胰島素誘導的NOS活性和NOS殘基 Ser1179磷酸化重新被觀察到[15]。一氧化氮(NO)可能參與調控瘦素-受體自分泌信號通路。脂肪細胞同時表達瘦素受體和NOS，NO及一氧化氮合酶（NOS）與瘦素誘導的脂解作用有關[16]， NO在體外對脂肪分解起重要調節作用[17]。注射瘦素可增加血清NO濃度[18]，瘦素誘導NOS3在Ser1179的磷酸化導致NO產生增加[15]。血清瘦素水平與NO濃度均與體脂含量相關，高脂飲食誘導的肥胖小鼠血漿NO氧化產物明顯升高[19]。同樣，在人也觀察到該現象[20]。高脂飲食能誘導多個外周組織NOS的表達增加[21]，NOS抑制劑則引起進食的減少。最近研究表明瘦素在白色脂肪細胞通過激活MAPK和PKA通路可誘導NO產生。結合應用JAK/STAT通路抑制劑AG490、MAPK通路抑制劑U0126及蛋白激酶A抑制劑H89，觀察生理濃度的瘦素對脂肪細胞NOS活性的影響。結果顯示瘦素能誘導eNOS Ser1179及Thr497位點磷酸化，U0126及H89預處理后的脂肪細胞eNOS不被磷酸化。NOS激活是瘦素在脂肪細胞的一個新的靶點，NO在脂肪細胞瘦素自分泌信號通路中可能是一個潛在的重要因子[22]。

初步的研究認為NO導致神經中樞的瘦素抵抗。體外通過人成神經瘤細胞模擬神經中樞，觀察到NO抑制瘦素誘導的STAT3激活。細胞實驗顯示NO導致OBRb表達減少、STAT3不穩定，這可能是NO抑制瘦素-受體-JAK/STAT通路的原因。通過高脂飲食誘導肥胖小鼠模型產生，同樣觀察到下丘腦NO含量明顯升高。與NO過度增加一致的是下丘腦OBRb表達下降，與體外實驗一致[23]。瘦素的生物學作用除了通過影響受體表達改變，更多的是通過JAK-STAT3、ERK1/2等信號通路間相互調節起作用[24-25]。不改變瘦素受體表達，增加受體后信號(JAK-2p，PKBpT308，ERK-2p)，可以使受損的肥胖大鼠細胞表型正常化[26]。瘦素信號傳遞分子如SOCS3存在組織特異性的可變轉錄，在不同組織有不同的表達情況[27]。NO、OBRb-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌調節通路在瘦素抵抗中起著重要作用，調節脂肪細胞受體后信號分子有助于改善瘦素抵抗及肥胖防治。

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[收稿日期]2011-11-04 [修回日期]2011-12-22

編輯/李陽利