脂聯素轉錄和翻譯機制的研究進展

孫文君(綜述)，胡　浩，袁國躍(審校)

(江蘇大學附屬醫院內分泌科，江蘇 鎮江212000)

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脂聯素轉錄和翻譯機制的研究進展

孫文君△(綜述)，胡浩，袁國躍※(審校)

(江蘇大學附屬醫院內分泌科，江蘇 鎮江212000)

脂聯素是一種具有降血糖、增加胰島素敏感性、抗炎和抗動脈粥樣硬化等生物學效應的細胞因子，主要由脂肪細胞分泌[1]。脂聯素可改善胰島素抵抗，調節內皮細胞炎癥反應，抑制血管平滑肌細胞增殖，修復損傷的內皮[1-2]。任何增加或減少脂聯素基因表達的改變都將影響其生物學效應及與其相關疾病的發生、發展。深入研究脂聯素的基因轉錄調控機制，特別是促進與抑制脂聯素表達的機制過程以及脂聯素的多聚化、穩定性與分泌功能，可為胰島素抵抗與各種代謝疾病提供新的治療方法?，F就脂聯素轉錄和翻譯機制的研究時展予以綜述。

1脂聯素的結構

脂聯素由244個氨基酸組成，屬于膠原蛋白超家族，包括N端信號肽、N端非螺旋功能區、膠原結構域以及C端球形結構域，翻譯后修飾為8種不同的同源蛋白。脂聯素在內質網內通過3個球形結構域單體組裝修飾連接成三聚體，4～6個三聚體通過膠原結構域連接成低聚體或者高級結構，有全長和球形兩種循環形式。高分子量多聚體脂聯素相較于三聚體和六聚體，與胰島素抵抗聯系更為緊密。脂聯素的多聚化狀態更容易增加胰島素的敏感性。人脂聯素基因定位于染色體3q27，由3個外顯子和2個內含子構成。小鼠的脂聯素基因位于第6號染色體，與人脂聯素基因的互補DNA有85%的同源性。已在人的脂聯素基因上發現有啟動子原件，但無TATA盒[TATAA(T)AA(T)序列]。啟動子中的-676~+41序列編碼脂聯素的轉錄過程，主要由上游不同信號途徑共同調控脂聯素表達及多聚化。

2脂聯素基因轉錄與翻譯的調控研究

脂聯素基因的表達受多種因素的調控，其中過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ)在脂聯素的轉錄和表達的過程中發揮了重要作用，噻唑烷二酮類藥物、轉錄因子插頭框蛋白O1(forkhead box transcription factor O1，FOXO1)、4-羥基壬烯醛、CCAAT(堿基序列)增強子結合蛋白(CCAAT/enhaneer binding protein，C/EBP)、固醇調節元件結合蛋白(sterol-regulatory element binding proteins，SREBPs)、內質網膜相關氧化還原酶(endoplasmic oxidoreductin 1 like protein，Ero1-La)和磺脲類藥物等促進了脂聯素基因的轉錄過程。

在肥胖人群中脂聯素的表達是下降的，環腺苷酸反應元件結合蛋白(cyclic adenosine monophosphate-response element binding protein，CREB)和活化胸腺依賴性淋巴細胞核因子(nuclear factor of activated thymus-dependent lymphocyte cells，NFAT)通過誘發肥胖抑制脂聯素基因的表達[1]。受體結合蛋白140、活化增強子結合蛋白2β、胰島素樣生長因子結合蛋白3、人分化抑制因子3、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和C反應蛋白等在一定程度上也抑制脂聯素基因的表達。

2.1PPARγ與脂聯素表達PPARγ通過直接激活啟動子上的結合位點提高脂聯素的水平。噻唑烷二酮類藥物是PPARγ的特異性配體，能促進脂肪細胞中脂聯素基因的表達和增加脂聯素的濃度。用噻唑烷二酮類藥物直接作用于脂肪細胞可刺激高分子量多聚體的生物合成與釋放[2]?；请孱愃幬锟赡芡ㄟ^抑制依賴PPARγ的蛋白激酶A信號途徑促進脂聯素的表達[2]。胰島素樣生長因子結合蛋白3與視黃醇類X受體α 結合抑制PPARγ的二聚化作用，進而抑制脂聯素基因的表達[3]。視黃酸和甲狀腺激素受體沉默中介蛋白通過受體結合區域1/2與視黃醇類X受體α和PPARγ結合抑制PPARγ活性，影響脂聯素的表達及多聚化，視黃醇和甲狀腺激素的不足可導致視黃酸和甲狀腺激素受體沉默中介蛋白的濃度下降，進而使PPARγ的活性升高，促進脂聯素的表達[4]。另有研究發現，PPARγ的另一種配體微小殘留白血病配體24可能通過周期依賴性蛋白激酶5介導的磷酸化途徑促進脂聯素的表達和分泌[5]。4-羥基壬烯醛也通過激活PPARγ促進脂聯素基因的表達[6]。

2.2單磷酸腺苷活化蛋白激酶途徑與脂聯素的表達在脂聯素的分子結構的膠原序列中保留有4個絲氨酸殘基，通過對這4個殘基羥基化和糖基化作用，調節脂聯素的生物合成和分泌。除了絲氨酸殘基外，在脂聯素的脯氨酸殘基上也發生了羥基化反應，這些都與脂聯素的聚化狀態相關。氧化還原酶A類似蛋白(disulfidebond-A oxidoreductase-like protein，DsbA-L)是一種與脂聯素多聚體形成有關的調節蛋白。在3T3-L1脂肪細胞中，胰島素增敏劑羅格列酮能刺激DsbA-L的表達，并且被炎性因子TNF-α抑制。另一方面，DsbA-L的過度表達能夠促進脂聯素的多聚化，通過RNA干擾抑制DsbA-L的表達則能夠抑制3T3-L1脂肪細胞中脂聯素的多聚化和分泌，預示著DsbA-L蛋白能在一定程度上調控脂聯素的合成和分泌[4]。并且可能通過FOXO1和單磷酸腺苷酸活化蛋白激酶(adensine monophosphate activated protein kinase，AMPK)信號途徑調控[7]。FOXO1可能促進了脂聯素基因的表達，已經在FOXO1上發現蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/AKT)的磷酸化位點(Thr24、Ser256 和Ser319)。脂聯素水平隨著FOXO1表達的下降而減少，依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙酰酶沉默信息調節因子2相關酶1也調控FOXO1的表達，野生型FOXO1和FOXO1的突變體經過去乙酰酶沉默信息調節因子2相關酶1的脫乙酰作用或者剔除AKT的磷酸化位點(Ser256)均可促進脂聯素基因的表達[8]。同時，DsbA-L的過度表達能夠降低高脂飲食的小鼠所產生的內質網應激效應，提高小鼠的脂聯素多聚化的表達[9]。PPARγ的活化還能提高細胞內DsbA-L的表達[4]。

同時，一類固定于內質網和核被膜上的膜連接蛋白SREBPs與AMPK的磷酸化作用密切相關，在人的脂聯素基因的啟動子上有SREBP反應元件。SREBP-1c通過與另一種堿性/螺旋-環-螺旋因子-E47作用繼而與脂聯素啟動子上的E-盒子原件結合[10]。預示著在脂肪細胞中，SREBP-1c至少在轉錄水平上能促進脂聯素基因的表達。人分化抑制因子3則與E47結合阻止E47與脂聯素啟動子上的E-盒子結合，進而影響SREBPs的作用，抑制脂聯素基因的表達[10]。

在心臟微血管內皮細胞、心肌細胞、人單核細胞白細胞1、病毒誘導的小鼠白血病腫瘤(RAW264.7)巨噬細胞及下丘腦等部位已經發現了一種與脂聯素受體結合的蛋白-包含PH結構域、PTH結構域以及亮氨酸拉鏈基序1(adaptor protein containing PH domain,PTB domain and Leucine zipper motif 1,APPL1)參與了調控脂聯素的表達[11]。APPL1通過調控AMPK和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38MAPK)信號途徑調節脂聯素的分泌及多聚化[4]。APPL1通過與脂聯素受體1和受體2特異性結合，參與脂聯素信號轉導。同時，白藜蘆醇通過提高FOXO1和AMPK信號途徑介導的DsbA-L的表達促進脂聯素的表達及多聚化[7]。二甲雙胍[4]、小檗堿[12]和丹參酮ⅡA[13]則通過AMPK途徑促進3T3-L1脂肪細胞中脂聯素的表達及多聚化。氧化應激反應則通過AKT和蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinases，PTK)信號途徑抑制脂聯素的轉錄[14]。

2.3MAPK途徑與脂聯素的表達目前已經發現的與脂聯素表達有關的MAPK家族包括jun氨基末端激酶(jun N-terminal kinase，JNK)、p44/42 MAPK(即extracellular signal-regulated kinases 1 and 2，ERK1/2)等，抑制MAPK信號通路能刺激細胞內脂聯素的降解，降低脂聯素的水平[15]。JNK使PPARγ發生磷酸化并且降低PPARγ的DNA結合能力。TNF-α通過JNK途徑抑制脂聯素基因的轉錄過程。TNF-α也通過刺激脂聯素轉錄的抑制因子胰島素樣生長因子結合蛋白3的表達間接抑制脂聯素的表達[3]。同時，TNF-α還通過蛋白激酶C信號途徑抑制脂聯素基因的表達[4]。并且在3T3-L1前脂肪細胞中，白細胞介素6可能通過MAPK的p44/42 MAPK信號通路抑制脂聯素信使RNA的表達。白細胞介素18能抑制脂聯素基因的表達，而ERK1/2活性的下降能減輕這一抑制作用[16]。高敏C反應蛋白是反映炎癥的最敏感的指標。在人的皮下脂肪組織中C反應蛋白的信使RNA的表達與脂聯素呈負相關[17]。C反應蛋白可以抑制PPARγ基因的表達[17]，觀察人C反應蛋白轉基因小鼠在高脂喂養后出現胰島素抵抗，其脂肪組織脂聯素基因的表達也顯著下降。Yuan等[17]研究發現，C反應蛋白以時間、劑量依賴方式抑制脂聯素的表達和分泌，且磷脂酰肌醇3激酶抑制劑LY294002、Wortmannia能部分逆轉C反應蛋白對脂聯素表達的抑制作用。

此外，藥物對脂聯素表達和分泌的影響與該途徑同樣密切相關。近來就有研究發現，殼二孢呋喃酮類藥物通過MAPK途徑抑制ERK的磷酸化進而調控與促進脂聯素和PPARγ的表達[18]。

2.4內質網應激與脂聯素的表達Ero1-La和內質網蛋白44(endoplasmic reticulum protein 44，ERp44)與脂聯素復合物的形成和分泌密切相關。在3T3-L1前脂肪細胞的分化過程中，通過RNA干擾抑制Ero1-La的表達，脂聯素的分泌也隨之減少。內質網蛋白44通過1,4,5-三磷酸肌醇受體介導基因轉錄，使脂聯素處于氧化狀態以便于轉錄后修飾過程中二硫鍵的形成。Ero1-La通過與內質網蛋白44競爭脂聯素結合位點促進高分子量多聚體脂聯素的形成和分泌[11]。在小鼠的脂肪組織中，PPARγ的活化能夠提高Ero1-La的表達[11]。

在人的脂聯素基因的啟動子上也已經發現了兩個C/EBPα的增強子。PPARγ和C/EBPα近側啟動子基因中都含有一個與C/EBPβ結合的位點，協同刺激脂聯素的轉錄過程。但同時，C/EBP家族蛋白是內質網應激的一個標志蛋白，內質網應激能夠抑制脂肪組織中脂聯素的表達，在胰島素抵抗、代謝綜合征和正常對照組的脂肪組織中C/EBPα的表達并無明顯區別。線粒體通過核呼吸因子1的表達促進脂聯素的分泌[19]，線粒體功能障礙導致內質網應激，升高細胞內活性氧類的水平，導致脂肪細胞中脂聯素水平下降，剔除小凹蛋白1基因的小鼠中，線粒體功能障礙導致的活性氧類的過度表達降低了細胞內高分子量脂聯素的濃度[20]，而內質網應激能通過自我吞噬的機制抑制脂聯素的合成及多聚化反應，并且DsbA-L的過度表達能夠抑制這一過程[19]。

2.5肥胖與脂聯素的表達肥胖導致胰島素抵抗抑制了脂聯素的表達，可能是因為不斷增加的脂肪組織導致微環境缺氧，進一步通過缺氧誘導因子1α 介導的途徑抑制脂聯素基因的表達[3]。并且肥胖可導致低度的炎癥反應，PPARγ在炎癥的表達中通過影響NFAT抑制相關炎性因子的表達，剔除小鼠脂聯素啟動子上NFAT的結合位點后，脂聯素的表達作用增強。同時NFATc4的過度表達降低了脂聯素啟動子的活性，抑制了脂聯素的表達[11]。通過RNA干擾NFATc4的轉錄過程，都能減輕白細胞介素18對脂聯素基因表達的抑制作用[16]。CREB與肥胖的發生密切相關，雖然有研究發現CREB促進小鼠3T3-L1脂肪細胞中脂聯素的表達，但是近來研究表明CREB通過提高轉錄激活因子3的轉錄活性抑制脂聯素基因和轉運載體4的表達[21]。通過轉基因工程技術抑制脂肪組織中CREB的轉錄過程能夠提高脂聯素信使RNA的表達和血清中高分子量脂聯素的水平[21]。蛋白激酶A也通過激活CREB抑制脂聯素基因的表達[22]。

3小結

在調控能量平衡和代謝紊亂方面，脂聯素的作用日益被重視，但是以脂聯素作為治療靶點對抗胰島素抵抗還有很大的困難。研究顯示，內質網相關的蛋白Erol-La和DsbA-L提高了脂肪細胞中高分子量脂聯素的合成和分泌[4]。通過重組的脂聯素可能具有和天然脂聯素同樣的生理性功能成分，而且Erol-La和DsbA-L都是PPARγ的靶點，通過這一作用機制及相似性干預脂聯素的生物合成。脂肪細胞中可能存在更多的脂聯素相關的內質網蛋白，共同調控脂聯素的合成和分泌。又如受體結合蛋白140是一種與不同的核受體結合共同調控一系列代謝相關性疾病的轉錄因子，細胞質內的受體結合蛋白140能通過與蛋白激酶B底物蛋白160蛋白結合抑制脂聯素的分泌[23]。通過探討調控脂聯素轉錄、多聚化和分泌的機制并且不斷發現新的調控脂聯素生物合成和分泌的調控因子，為相關的疾病治療提供新的治療靶點。

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摘要：脂聯素是由脂肪細胞分泌的脂肪因子，在胰島素抵抗、抗動脈粥樣硬化和抗炎癥方面都發揮了重要的作用。在血液循環中脂聯素以三聚體、六聚體和高分子量多聚體3種形式存在，不同的聚化物形式在調控能量平衡方面的作用不同。調控脂聯素轉錄、翻譯、多聚化和分泌的相關機制研究可為治療胰島素抵抗、2型糖尿病和與肥胖相關的其他代謝疾病提供新的治療靶點。

關鍵詞：脂聯素；轉錄；翻譯；多聚化；分泌

Recent Progress of Adiponectin in the Regulation of Gene Transcription and TranslationSUNWen-jun,HUHao,YUANGuo-yue. (DepartmentofEndocrinology,theAffiliatedHospitalofJiangsuUniversity,Zhenjiang21200,China)

Abstract：Adiponectin is derived from adipose tissue, and plays an increasingly important role in antidiabetic,anti-atherogenic and anti-inflammatory process.There are three species circulating in the bloodstream:trimeric,hexameric and high-molecular-weight polymer.Different forms of adiponectin have different functions in the regulation of energy homoeostasis.The studies on the mechanisms regulating adiponectin gene transcription,multimerization and secretion may provide new therapeutic targets for for the treatment of insulin resistance,type 2 diabetes and other obesity-related metabolic disorders.

Key words：Adiponectin; Transcription; Translation; Multimerization; Secretion

收稿日期：2014-04-30修回日期：2014-08-25編輯：相丹峰

基金項目：國家自然科學基金面上項目(81370965)；江蘇省自然科學基金(BK2009208)；江蘇省衛生廳國際交流支撐計劃及面上科技項目(H201247)；鎮江市科技支撐-社會發展項目(SH2012027)

中圖分類號：R34
doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.001

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)05-0769-03

分子生物醫學