周脂素基因表達調控及運動對其的影響

邱烈峰 肖 爽

(信陽師范學院體育學院，河南 信陽 464000)

肥胖、血脂代謝紊亂、胰島素抵抗(IR)均可能與脂肪分解失調有關。近年來關于脂肪分解的研究逐漸集中于包被于脂肪細胞中性脂滴表面的蛋白上。脂滴外周包被的單層磷脂分子層表面嵌著多種膜蛋白，包括周脂素或脂滴包被蛋白(Perilipin)、脂肪細胞分化相關蛋白(ADRP)、47 kD的尾連蛋白(TIP-47)、S3-12和P200，窖蛋白(caveolins)、波形蛋白(vimentin)以及氧化型PAT蛋白(OXPAT)或脂滴蛋白(LSDP)5或心肌脂滴蛋白(MLDP)〔1～3〕。其中，Perilipin、ADRP和TIP-47這3種蛋白的氨基端高度保守，大約有100個氨基酸的區域具有很高的同源性，所以取Perilipin、ADRP和TIP47的第一個字母來命名，稱為“PAT”家族。目前研究認為Perilipin在調控脂肪儲存、分解反應及相關病理過程中發揮重要作用，可能與2型糖尿病、肥胖和動脈粥樣硬化等多種代謝性疾病或心腦血管疾病有關〔4，5〕。

1 Perilipin的結構及功能

1.1Perilipin的結構 Perilipin合成于游離核糖體，由PLIN基因編碼。鼠的Plin基因定位于第7號染色體，人的PLIN基因定位于15號染色體2區6帶1亞帶(15q26.1)，該區與高血壓、高甘油三酯(TG)血癥以及糖尿病的發生有關〔6〕。Plin單拷貝基因通過不同的剪接方式，轉錄生成6種不同長度的信使RNA，編碼四種不同的蛋白質，即Perilipin A、B、C、D。這四種亞基具有相同的氨基末端，不同的羧基末端。其中，Perilipin A含量最多，研究也最多〔7〕。Perilipin氨基末端區域(大約100個氨基酸殘基)與ADRP的氨基末端區域極為相似，稱親脂素樣區域PAT-1〔8，9〕；其遠端150個氨基酸為同源性有限的PAT-2區；中央25％序列包括3個疏水區(H1、H2、H3)和1個酸性區，可將其錨定于脂滴表面。在這三個疏水序列中，缺失任何1個疏水序列或任何2個疏水序列結合都不會阻止其與脂滴的結合，只有在同時缺失三個疏水區域和酸性區時，Perilipin蛋白才失去與脂滴結合的功能〔10，11〕。Perilipin蛋白如果無法與脂質結合就會通過蛋白酶體途徑被迅速降解〔12〕。

1.2Perilipin的功能 Perilipin對TG的代謝具有雙重作用〔13〕。Perilipin的羧基端可以保護TG不被水解，而其氨基端被磷酸化后會降低Perilipin對TG的保護作用〔14〕。

研究表明Perilipin不僅在維持脂肪細胞基礎狀態的穩定是必需的，而且被蛋白激酶(PK)A磷酸化的Perilipin是最大脂解所必需的〔15，16〕。Tansey等〔17〕報道，在飼養條件相同的情況下，Perilipin敲除鼠(peri-/-)的基礎脂解率較高，脂肪組織較少，大約是野生型鼠(peri+/+)的30％。然而在激素等脂解刺激作用下其脂解活性顯著降低。表明Perilipin敲除后喪失了對脂滴的保護，同時也降低了其最大脂解作用。

基礎狀態下，Perilipin磷酸化水平較低。此時Perilipin作為“屏障”覆蓋在脂滴的表面，將脂滴內的TG與胞質中的脂肪分解酶隔開，減少了脂肪酶接觸脂滴內TG的概率，使基礎狀態下的脂解作用減弱，從而有利于脂滴中TG的存儲。

刺激狀態下，Perilipin 能被PKA磷酸化(Perilipin上有六個PKA磷酸化位點)，協同激素敏感脂肪酶(HSL)和脂肪組織TG脂肪酶(ATGL)，促進TG水解〔15，16〕。磷酸化的Perilipin促進TG水解的可能原因包括：①Perilipin磷酸化后，其所形成的分子屏障被打開，同時磷酸化的Perilipin能為磷酸化的HSL在脂滴表面停靠提供位點，因而可以促進磷酸化的HSL從細胞質轉位至脂滴表面〔18〕。磷酸化的HSL由胞質轉位到脂滴表面的過程中需要磷酸化的Perilipin〔18〕；②雖然ATGL不發生明顯轉位，但Perilipin磷酸化后，比較基因鑒定(CGI)-58從Perilipin上分離，激活ATGL，從而啟動脂肪分解過程〔16，19〕；③脂滴碎裂過程的啟動受到Perilipin磷酸化的調控〔20〕。脂滴破裂成更小的脂滴，彌散在整個胞質中，導致脂滴的總表面積增加，而 Perilipin的量沒有顯著增加，因此 Perilipin的屏障作用減弱〔24〕，生理屏障作用削弱，阻礙脂肪酶接觸TG的能力下降，有利于脂解〔21〕。

2 Perilipin的基因表達調控

2.1過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)-γ對Perilipin的調控 PPAR-γ是PPAR家族(PPARs)中的一員，是目前所知唯一在脂肪組織中高水平表達的轉錄因子。PPAR-γ與脂肪細胞分化、機體免疫和IR等過程關系密切。在3T3-L1脂肪細胞中添加PPAR-γ激動劑可使Perilipin基因表達顯著上調。在分化的脂肪細胞中，PLIN基因的表達主要由PPAR-γ2調控〔22〕。Nagai等〔23〕實驗表明，將Pioglitazone(PPAR-γ激動劑)及GW9662(拮抗劑)分別作用已分化成熟的3T3-L1脂肪細胞，結果發現隨pioglitazone濃度升高，Perilipin mRNA水平逐漸升高，而GW9662則可降低Perilipin mRNA水平，并且干擾Pioglitazone升高Perilipin mRNA水平的作用。同時證明，在大鼠Plin啟動子上游1.9 kb處有一功能性的過氧化物酶體增殖物反應元件(PPRE)。Perilipin是PPAR-γ的靶基因，PPAR-γ與維甲類X受體(RXR)α結合后，所形成的異二聚體與Perilipin啟動子上的PPAR結合元件結合〔24〕，進而調節Perilipin轉錄。

2.2TNF-α對Perilipin的調控 TNF-α可以通過下調Perilipin的表達，降低其對脂滴的保護作用，增加脂肪分解酶和脂滴的接觸，促進基礎狀態下的脂解作用〔25，26〕。有報道認為，TNF-α通過磷酸化細胞外信號調節激酶(ERK)，降低脂質小滴表面Perilipin的水平〔27〕。另有報道稱TNF-α也可通過ERK磷酸化PPAR-γ，降低其與相應靶DNA序列結合能力，從而抑制PPAR-γ活性，這可能是TNF-α影響Perilipin表達水平的另一機制〔28〕。亦有報道稱TNF-α通過激活核因子(NF)-κB及絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑調節Perilipin轉錄〔29，30〕。

在肥胖動物和人的脂肪細胞中常常出現TNF-α過表達現象，而肥胖程度又與IR高度相關。那么，TNF-α下調Perilipin的表達，進而刺激脂解，使游離脂肪酸升高。游離脂肪酸升高又會引起和加重IR。這似乎是一個合理的解釋。

2.3瘦素(LP)對Perilipin的調控 Ke等〔21〕發現轉基因小鼠和給LP缺失小鼠注射LP，會導致Perilipin mRNA降低，進而使蛋白表達下降。李玉成等〔31〕也報道，LP下調Perilipin mRNA 的表達。張明濤〔32〕研究表明LP可以抑制Perilipin mRNA和PPAR-γ mRNA 的表達，但兩者機制不同。LP可能通過MAPK-ERK和PKC-ERK抑制PPAR-γ mRNA的表達；而LP對原代大鼠脂肪細胞Perilipin mRNA表達的抑制可能是通過酪氨酸激酶-信號轉導和轉錄活化蛋白(JAK-STAT3)通路抑制NF-κB的轉錄活性來實現的。然而，這僅僅是推測。有關LP、PPAR-γ、Perilipin三者之間的相互調控及其在脂肪細胞中的精確的分子機制尚需進一步研究。

2.4雌激素受體關聯受體(ERR)α對Perilipin的調控 ERR-α與Perilipin的表達有關。Akter等〔33〕首次發現Perilipin啟動子區域包含六個 ERR-α結合元件，并證實其中一個元件能夠與 ERR-α結合。ERR-α可顯著上調Perilipin A 蛋白的表達，ERR-α很可能通過調節Perilipin的活性影響脂肪細胞TG水解。然而，在過表達 ERR-α后脂肪細胞的甘油釋放量顯著增加，這可能是ERR-α上調了HSL 和 ATGL 的表達量〔34〕。

2.5兒茶酚胺對Perilipin的影響 兒茶酚胺、胰島素等可以改變Perilipin的磷酸化狀態，進而調控脂肪分解。在能量需要增加時，腎上腺素與脂肪細胞上的β3受體結合，進而激活環磷酸腺苷(cAMP)-PKA信號轉導系統，使Perilipin與HSL同步磷酸化，導致TG水解〔35〕。Mooney等〔36〕研究表明，脂滴在去甲腎上腺素的刺激下，Perilipin磷酸化大大加強；在胰島素作用下，去磷酸化程度上升2～3倍，表明Perilipin依賴激素促進脂代謝中的作用。

2.6胰島素對Perilipin的影響 胰島素抑制脂解的機制目前尚不明確。可能的原因有二：①胰島素與其受體結合，通過使磷酸二酯酶3B活化，降低cAMP水平，進而減少PKA的活化，降低Perilipin磷酸化水平；②胰島素通過活化蛋白磷酸酶使Perilipin去磷酸化，進而抑制脂解〔5〕。

然而，楊永青等〔37〕報道，慢性高劑量胰島素通過ERK通路抑制PPAR-γ和Perilipin的表達，進而刺激豬脂肪細胞的脂肪分解。這似乎可以用來解釋肥胖者體內同時存在基礎脂代謝水平較高和高胰島素水平這一現象。

3 運動對Perilipin的影響

Chapados等〔38〕報道8 w中等負荷運動并沒有改變高脂飼料飼養大鼠腸系膜脂肪組織中Perilipin蛋白表達。Petridou等〔39〕報道8 w的跑臺運動使大鼠附睪脂肪組織中Perilipin升高，此時盡管PPAR-γ含量沒有升高，但其活性提高。Wohlers等〔40〕也發現運動后大鼠腸系膜脂肪組織中Perilipin蛋白含量沒有變化。盡管運動沒有改變Perilipin的水平，但運動后Perilipin A/比較基因組鑒定蛋白(CGI)-58復合體減少〔41〕，CGI-58與ATGL蛋白結合增多，Perilipin與HSL的相互作用也增強〔42〕。

Lira等〔43〕實驗結果顯示，運動訓練使大鼠附睪脂肪組織中的Perilipin蛋白表達下降。Johnson等〔44〕通過對腹部皮下脂肪組織活檢時發現，肥胖安靜組〔體重指數(BMI)>30 kg/m2〕與瘦者運動組(BMI≤25 kg/m2)的Perilipin均低于瘦者安靜組。提示，運動使瘦者的Perilipin下降。田吉明等〔45，46〕也報道，急性運動后即刻Perilipin蛋白暫時增加，隨后下降，并持續到運動后24 h；而Perilipin基因表達一直保持下降。并認為急性運動引起Perilipin基因表達下調的可能原因是運動引起Perilipin蛋白被大量和持續磷酸化激活，增加了Perilipin的泛素-蛋白酶體降解途徑，進而抑制Perilipin的基因表達。長期運動會導致肥胖大鼠脂肪組織中的Perilipin蛋白和基因表達同時降低。脂肪組織中Perilipin下降，是否減弱了其屏障的保護作用，進而有利于脂肪動員則是一個值得深思的問題。

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