葉綠醇對脂肪細胞分化及糖脂代謝的調節作用

林廈菁 朱曉彤 江青艷 束 剛

(華南農業大學動物科學學院，廣州 510642)

動物機體糖脂代謝的穩態調節與人類糖尿病、肥胖和動脈粥狀硬化等疾病的形成密切相關。在動物生產方面，糖脂代謝也是影響畜禽骨骼肌代謝類型轉換、肉色、肌內脂肪含量等肉質性狀的關鍵因素。現有的大量研究發現，脂肪酸組成的差異，植物籽實和各種動物來源的油脂對動物脂肪代謝、心血管機能和能量穩態具有不同的調控作用，而近年來有關植物來源的支鏈脂肪酸對糖脂代謝的作用也逐漸為人們所認識。

葉綠醇(phytol)簡稱葉醇，亦稱植物醇，是植物葉綠素分子上一個支鏈。葉綠醇屬于鏈狀雙萜類物質，是一種含有多支鏈的脂肪醇。草食動物采食富含葉綠素的植物后，經消化可釋放出葉綠醇。研究表明，牛飼喂青綠飼料可大幅提高肌肉、脂肪，甚至是乳汁中的葉綠醇，及其代謝中產物植烷酸(phytanic acid)的含量［1－3］。因而，植烷酸的含量通常可作為判定有機肉奶制品的營養學指標之一［4］。動物攝入的葉綠醇在體內的氧化代謝不僅能為動物提供能量，而且葉綠醇及其代謝產物還可以作為信號分子參與糖脂代謝和脂肪細胞分化調控過程。因此，本文對葉綠醇在體內的代謝過程、葉綠醇及其代謝產物對糖脂代謝、脂肪細胞分化聚酯的影響及其作用的核受體轉錄調控機制進行簡要綜述。

1 葉綠醇的代謝轉化過程

葉綠醇的中間代謝產物主要為植烷酸和降植烷酸(pristanic acid)。葉綠醇在乙醇脫氫酶的作用下轉變為2－植烷烯醛。2－植烷烯醛通過脂肪醛脫氫酶催化轉化為2－植烷烯酸，然后在脂肪醛脫氫酶作用下轉化為植烷酸。由于植烷酸C－3位已有甲基，不能通過β－氧化生成3－酮乙基－輔酶A中間產物，因而首先需要在過氧化酶體中進行α－氧化，即2－植烷烯酸由脂酰輔酶A合成酶催化成植烷烯酸輔酶A，隨后在植烷烯酸輔酶A還原酶作用下轉化為植烷酰輔酶A，后者在植烷酰輔酶A羥化酶的作用下進一步形成2－羥基植烷酰輔酶A，再通過2－羥基植烷酰輔酶A裂合酶轉化成降植烷醛，降植烷醛最后在脂肪醛脫氫酶作用下轉變為降植烷酸而進行β－氧化［5］(圖1)。葉綠醇轉化成植烷酸的速度較慢［6］，若肝臟中植烷酰輔酶A羥化酶活性低或缺乏，將導致植烷酸的堆積，進而引起中樞和周圍神經的脫髓鞘性損害［7］。

圖1 葉綠醇在機體的代謝途徑Fig.1 The metabolic pathways of phytol in the body

2 葉綠醇及其代謝產物對脂肪細胞分化及糖脂代謝的調節作用

2.1 對白色脂肪細胞分化的調節作用

Schluter等［8］研究發現，植烷酸可以成功地誘導3T3－L1細胞和人脂肪前體細胞分化為白色脂肪細胞。在無分化誘導培養基條件下，40 μmol/L植烷酸處理3T3－L1前體脂肪細胞2周，可以誘導70%的細胞分化;而80 μmol/L植烷酸處理2周，細胞分化程度可達到85%以上。基因表達結果顯示，80 μmol/L植烷酸處理的細胞中，aP2 mRNA的表達量與最佳誘導液處理的細胞的aP2 mRNA的表達量基本一致。在人白色脂肪前體細胞的誘導液中加入1 μmol/L羅格列酮［BRL49653，過氧化物酶體增殖激活物受體γ(PPARγ)激動劑］和80 μmol/L植烷酸進行對比發現，植烷酸誘導的脂肪細胞分化聚酯程度能達到BRL49653的65%左右。然而，Heim 等［9］研究結果表明，50 μmol/L 植烷酸對小鼠的胚胎成纖維細胞C3H10T1/2分化聚酯的作用有限，提示植烷酸對不同細胞分化聚酯的調控作用具有細胞選擇性。

2.2 對褐色脂肪細胞分化的調節作用

葉綠醇及其代謝產物能誘導原代褐色脂肪細胞分化為成熟的褐色脂肪細胞。研究發現，低至1 μmol/L的植烷酸即可影響褐色脂肪細胞的分化，有25%的細胞分化聚酯，并且aP2 mRNA表達量提高3.1倍。此外，植烷酸還是一種很有效的解偶聯蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1)激活物，20 μmol/L植烷酸處理轉染大鼠UCP1和過氧化氫酶報告基因質粒的HIB－1B細胞，發現過氧化氫酶活性提高約3倍［10］。UCP1主要存在于棕色脂肪組織中，是嚙齒動物非寒顫性產熱的重要蛋白質，也是動物能量平衡的重要影響因素［11］。提高小鼠體內植烷酸水平可增加小鼠采食量，而對體重無影響［12］。以上試驗結果提示葉綠醇及其代謝產物有可能通過激活UCP1蛋白來調控機體的能量平衡。

2.3 對肝臟糖脂代謝的調節作用

Heim 等［9］研究表明，100 μmol/L 的棕櫚酸、二十二碳六烯酸(DHA)和植烷酸處理原代大鼠肝細胞24 h后，棕櫚酸和DHA均能抑制肝細胞對葡萄糖的攝取，而植烷酸卻顯著增加肝細胞攝取葡萄糖近2倍。基因表達的結果顯示，100 μmol/L植烷酸能顯著上調肝細胞葡萄糖轉運蛋白(2.2倍)、葡萄糖轉運蛋白2(3倍)和葡萄糖激酶(3倍)基因的表達水平，而棕櫚酸僅能上調葡萄糖轉運蛋白1基因的表達，對葡萄糖轉運蛋白2基因的表達無影響;棕櫚酸和DHA還有抑制葡萄糖激酶基因的表達的趨勢，提示植烷酸可以增加肝細胞對葡萄糖的攝取和氧化利用。Gloerich等［13－14］在小鼠基礎飼糧中添加0.5%葉綠醇可以顯著降低血漿中的脂肪酸，提高血漿和肝臟中游離肉毒堿的水平，促進脂肪酸β－氧化。其中，小鼠肝臟中參與過氧化酶體和線粒體β－氧化過程中相關代謝酶(酰基輔酶A氧化酶、肉毒堿棕櫚酰基轉移酶、3－羥烷基輔酶A脫氫酶、3－酮脂酰輔酶A硫解酶)的活性以及多種過氧化物酶體增殖激活物受體 α(PPARα)的調控靶基因(SCOX、SCPx、DBPHY、Catalase)的表達水平均有所提高。另有研究發現，給小鼠飼喂4周0.2%和0.5%葉綠醇的飼糧，均可以顯著降低肝臟的甘油三酯含量，同時血清和肝臟中的植烷酸濃度也相應升高［15］。

此外，機體內葉綠醇關鍵代謝基因的表達調控也可以影響肝臟糖脂代謝。固醇載體蛋白2(sterol carrier protein 2，Scp2)是參與植烷酸轉運至過氧化酶體所必需的載體蛋白。Ellinghaus等［16］研究發現，Scp2基因敲除使小鼠血清中的植烷酸濃度顯著升高，并提高了肝臟PPARα的靶基因的表達水平，如酰基輔酶A氧化酶、過氧化物酶、3－酮脂酰輔酶A硫解酶和肝臟脂肪酸結合蛋白基因等。上述結果表明，葉綠醇及其代謝產物可以通過上調肝臟中脂肪酸氧化的基因表達水平，從而減少肝臟中的脂肪累積。

3 葉綠醇及其代謝產物調控糖脂代謝的信號通路

現有研究資料表明，葉綠醇對脂肪細胞分化聚酯和糖脂代謝的調控作用與PPAR、視黃醇受體(retinoid X receptor，RXR)等核受體的激活密切相關。

3.1 葉綠醇及其代謝產物調控PPARα信號通路

PPARα是調控脂肪酸氧化的重要核受體，其基因主要在脂肪和肝臟等組織表達［17］。有研究表明，葉綠醇對糖脂代謝的調控作用可能是其代謝產物(植烷酸)激活PPARα所介導。Heim等［9］在轉染ACO－PPPE報告基因質粒的CV1細胞中，研究了匹立尼酸(Wy－14643)、棕櫚酸、DHA、前列腺素、環格列酮、各種構型的植烷酸和葉綠醇對PPARα的激活效應，結果發現，3種構型的植烷酸［(3R，7R，11R)、(3RS，7R，11R) 和 (3S，7R，11R)］較 PPARα 激活劑(Wy－14643)的激活效應更 強［9］。Ellinghaus 等［16］也 發 現，植 烷 酸 對PPARα的激活效應比已知的PPARα激動劑(苯扎貝特、花生四烯酸和棕櫚酸)分別高4、8和9倍左右。近年來的研究還發現，葉綠醇也可以直接作為配體激活PPARα。Goto等［18］利用熒光素酶報告基因的研究發現，葉綠醇可以顯著激活PPARα，其激活效應是植烷酸的4倍。酵母雙雜交試驗同樣證實，葉綠醇能促誘導類固醇受體激活劑激活物 1(steroid receptor activators－1，SRC－1)與 PPARα結合，該效應與同濃度非諾貝特(PPAPα激動劑)一致。此外，葉綠醇和非諾貝特處理HepG2細胞均能顯著上調脂肪酸轉運蛋白4(fatty acid transport protein 4，FATP4)和多種PPARα靶基因的表達，如CPT1A、ACS和ACO等。

3.2 葉綠醇及其代謝產物調控PPARγ信號通路

García－Rojas 等［19］在牛脂肪細胞中添加葉綠醇的代謝產物(植烷酸、降植烷酸)后發現，植烷酸可以顯著提高脂肪細胞PPARγ mRNA的表達，其中100 μmol/L的植烷酸較對照組提高約6倍，而100 μmol/L降植烷酸能提高約4.5倍。Takahashi等［20］采用熒光素酶報告基因對比了香葉醇、法尼醇、胭脂素和葉綠醇等各種萜類化合物對PPARγ的激活效應。結果顯示，100 μmol/L葉綠醇對PPARγ的激活作用較對照組提高2倍左右，該效應與 10 μmol/L 非諾貝特相近。Alfonso 等［21］用不同濃度的植烷酸處理已轉染PPARγ的CHO細胞，同樣發現100和200 μmol/L植烷酸對PPARγ激活作用較對照組分別提高2和3倍。上述結果表明葉綠醇和植烷酸均能激活PPARγ，進而參與糖脂代謝的調控。

3.3 葉綠醇及其代謝產物調控RXR信號通路

Sutisak等［22］在 CHO細胞中轉染 RXR的CRBPⅡ－CAT報告基因質粒，然后分別采用植烷酸、亞麻油酸、棕櫚酸、花生四烯酸和9－順式－維甲酸誘導，發現植烷酸誘導的CAT的活性是亞麻油酸、棕櫚酸和花生四烯酸的5倍，是9－順式－維甲酸的1/200。Peter等［23］在SL－3細胞中轉染CRBPⅡ－RXRE熒光素酶報道基因和RXRα基因表達質粒，對比了9－順式－維甲酸、全反式維甲酸和植烷酸對RXRα的激活和結合能力。激活試驗的結果表明，9－順式－維甲酸、全反式維甲酸和植烷酸的半最大效應濃度(EC50)分別為2.5、26.0和3 000.0 nmol/L。配體結合試驗同樣發現，9－順式－維甲酸和植烷酸的半抑制濃度(IC50)分別為70.0、2 300.0 nmol/L。上述結果表明，盡管植烷酸能激活RXR，但其激活活性相對較弱。也有研究表明葉綠醇可以間接通過調節維甲酸的代謝影響RXR的活性。Alfonso等［21］在人十二指腸上皮細胞中添加10 μmol/L維生素A和不同濃度的葉綠醇(0.01～5.00 mmol/L)，結果發現葉綠醇可以劑量依賴性地抑制全反式維甲酸的形成。

4 小結

綜上所述，葉綠醇及其代謝產物在調控機體糖脂代謝和脂肪細胞分化聚酯方面具有重要作用，其機制與激活PPAR和RXR核受體有關。但目前有關葉綠醇在治療肥胖癥和增加胰島素敏感性等脂質代謝紊亂方面的作用還有待進一步研究。此外，PPARα和PPARγ的激活是影響骨骼肌的代謝類型轉換的重要因素。因此，深入研究葉綠醇對畜禽骨骼肌類型及肉品品質的影響，及體內沉積與分布的基本規律，不僅有助于探討肉品質改善的營養調控措施，而且對提升肉品的功能性營養附加值也同樣具有重要意義。

［1］VERHOEVEN N M，WANDERS R J A，POLL B T，et al.The metabolism of phytanic acid and pristanic acid in man:a review［J］.Journal of Inherited Metabolic Disease，1998，21(7):697 －728.

［2］LOUGH A K.The phytanic acid content of the lipids of bovine tissues and milk［J］.Lipids，1977，12(1):115－119.

［3］LEIBER F，KREUZER M，NIGG D，et al.A study on the causes for the elevated n－3 fatty acids in cows’milk of alpine origin［J］.Lipids，2005，40(2):191 －202.

［4］VETTER W，SCHRODER M.Concentrations of phytanic acid and pristanic acid are higher in organic than in conventional dairy products from the German market［J］.Food Chemistry，2010，119(2):746 － 752.

［5］HASHIMOTO T，NAOTO S，KIMURA T，et al.Polyunsaturated fats attenuate the dietary phytol－induced increase in hepatic fatty acid oxidation in mice［J］.The Journal of Nutrition，2006，136(4):882 －886.

［6］PERERA N J，LEWIS B，TRAN H，et al.Refsum’s disease—use of the intestinal lipase inhibitor，orlistat，as a novel therapeutic approach to a complex disorder［J］.Journal of Obesity，2011，10:1 － 5.

［7］JANSEN G A，OFTNAN R，FERDINANDUSSE S，et al.Refsum disease is caused by mutations in the phytanoyl－CoA hydroxylase gene［J］.Nature Genetics，1997，17(2):190 －193.

［8］SCHLUTER A，YUBERO P，LGLESIAS R，et al.The chlorophyll－derived metabolite phytanic acid induces white adipocyte differentiation［J］.Journal of The International Association for the Study of Obesity，2002，26(9):1277－1280.

［9］HEIM M，JOHNSON J，BOESS F，et al.Phytanic acid，a natural peroxisome proliferator－activated receptor(PPAR)agonist，regulates glucose metabolism in rat primary hepatocytes［J］.The FASEB Journal，2002，16(7):718 －720.

［10］SCHLUTER A，GIRALT M，LGLESIAS R，et al.Phytanic acid，but not pristanic acid，mediates the positive effects of phytol derivatives on brown adipocyte differentiation［J］.FEBS Letters，2002，517(1):83 －86.

［11］CRISAN M，LEHR L，CARMONA M，et al.A reservoir of brown adipocyte progenitors in human skeletal muscle［J］.Stem Cells，2008，26(9):2425 － 2433.

［12］SEEDORF U，RAABE M，ELLINGHAUS P，et al.Defective peroxisomal catabolism of branched fatty acyl coenzyme A in mice lacking the sterol carrier protein－2/sterol carrier protein－x gene function［J］.Genes ＆ Development，1998，12(8):1189 －1201.

［13］GLOERICH J，VAN DEN BRINK D M，RUITER J P N，et al.Metabolism of phytol to phytanic acid in the mouse，and the role of PPARα in its regulation［J］.Journal of Lipid Research，2007，48(1):77 －85.

［14］GLOERICH J，VLIES N V，JANSEN G A，et al.A phytol－enriched diet induces changes in fatty acid metabolism in mice both via PPARα－dependent and－inde－pendent pathways［J］.Journal of Lipid Research，2005，11(46):716 －726.

［15］HELLGREN L I.Phytanic acid－an overlooked bioactive fatty acid in dairy fat? ［J］.Annals of the New York Academy of Sciences，2010，1190(1):42 －49.

［16］ELLINGHAUS P，CHRISTIAN W，GERD A，et al.Phytanic acid activates the peroxisome proliferator－activated receptor alpha(PPARalpha)in sterol carrier protein 2－/sterol carrier protein x－deficient mice［J］.Journal of Biological Chemistry，1999，274(5):2744－2772.

［17］亓立峰，許梓榮.過氧化物酶體增殖劑受體與脂質代謝調控［J］.中國獸藥雜志，2003，37(7):33－35.

［18］GOTO T，TAKAHASHI N，SOTA K，et al.Phytol directly activates peroxisome proliferator－activated receptor［alpha］(PPAR［alpha］)and regulates gene expression involved in lipid metabolism in PPAR［alpha］－expressing HepG2 hepatocytes［J］.Biochemical and Biophysical Research Communications，2005，337(2):440－445.

［19］GARCíA－ROJAS P，ANTARAMIAN A，VILLARROYA F，et al.Induction of peroxisomal proliferatoractivated receptor γ and peroxisomal proliferator－activated receptor γ coactivator 1 by unsaturated fatty acids，retinoic acid，and carotenoids in preadipocytes obtained from bovine white adipose tissue［J］.Journal of Animal Science，2010，88(5):1801 －1808.

［20］TAKAHASHI N，KAWADA T，GOTO T，et al.Dual action of isoprenols from herbal medicines on both PPAR［gamma］and PPAR［alpha］in 3T3－L1 adipocytes and HepG2 hepatocytes［J］.FEBS Letters，2002，514(2):315 －322.

［21］ALFONSO L，SILKE M，HEINA N，et al.Phytanic acid and docosahexaenoic acid increase the metabolism of all－trans－retinoic acid and CYP26 gene expression in intestinal cells［J］.Biochimica et Biophysica Acta，2001，1521(1):97 －106.

［22］SUTISAK K，LEO T B，KENNETH B，et al.Phytol metabolites are circulating dietary factors that activate the nuclear receptor RXR［J］.Molecular Biology of the Cell，1996，7(8):1153 － 1166.

［23］PETER K L，KEIDEL S，APFEL M C，et al.Phytanic acid is a retinoid X receptor ligand［J］.European Journal of Biochemistry，1996，236(1):328－333.