Twist 1基因在脂肪組織中的功能及其與肥胖癥關系的研究進展

任瑞，逯素梅，馬永梅，馬萬山

（山東大學附屬千佛山醫院，濟南 250014）

肥胖是糖尿病、高血壓、冠心病、膽石癥、痛風癥等多種慢性疾病的危險因素，其對健康危害的核心環節是脂肪細胞積聚過多，過度分化與體積增大，生成過多功能失調的脂肪細胞。Twist 1基因廣泛參與多種組織的形成，如骨、肌肉、神經、心臟、造血組織及脂肪組織等［1］。近年來，轉錄因子Twist 1在脂肪組織的功能研究成為熱點。本文就Twist 1在脂肪組織中的功能及其與肥胖癥關系的研究進展作一綜述。

1 肥胖癥的定義及病因

肥胖癥是指人體進食的熱量多于消耗熱量時，多余的熱量以脂肪形式儲存在體內，導致體內脂肪堆積過多和（或）分布異常，進而導致體質量增加的一種多因素慢性代謝疾病。也有學者定義肥胖癥是指體內脂肪細胞的體積和數量大量增加，脂肪尤其是甘油三酯發生過度堆積，使體質量超過標準體質量的20%以上的病理狀態。病因學研究發現，雖然導致肥胖發生的因素很多，如遺傳、環境及個人行為，但肥胖對健康危害的核心環節是脂肪細胞過度分化，造成細胞體積增大、積聚過多，生成過多功能失調的脂肪細胞。越來越多的學者指出，解決脂肪細胞問題才能根本解決肥胖。肥胖時的脂肪組織增加，主要為脂肪細胞的數目增多和體積增大，提示脂肪細胞的增殖和功能變化對肥胖的發生發展有重要影響。脂肪細胞除了可儲存甘油三酯調節機體的能量平衡外，還可作為一種重要的內分泌器官分泌大量的脂肪因子，如瘦素、脂聯素、腫瘤壞死因子α、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）等，參與機體炎癥及免疫反應，影響糖脂代謝等多個生理過程，從而影響肥胖癥的發生。脂肪細胞生長、分化及凋亡等過程也與機體肥胖癥的發生密切相關。因此，臨床預防和控制肥胖癥發生發展的核心環節在于探討脂肪細胞的功能及分子生物學調節機制。

2 Twist 1基因及其在脂肪組織中的功能

Twist 1是1987年在果蠅中發現的新基因，能編碼堿性螺旋-環-螺旋DNA結合的轉錄因子。正常情況下，Twist 1基因主要表達于胎盤、胚胎中胚層和成人的某些中胚層來源的未分化組織，在胚胎發育中起關鍵調控作用，在誘導細胞移動及組織塑形中起重要作用。人類Twist 1基因與機體多種腫瘤相關，如肝癌、肺癌、胃癌、頭頸癌、乳腺癌及結腸癌等［2，3］;Twist 1基因也廣泛參與多種組織的形成，如骨、肌肉、神經、造血組織及脂肪組織等。

2.1 Twist 1基因在脂肪組織中的表達 Twist 1基因在人類白色脂肪組織和棕色脂肪組織中均呈現高表達，其功能卻不盡相同。特異性敲除小鼠棕色脂肪組織中的Twist 1基因能夠誘導氧化代謝及脂肪酸氧化相關基因的表達，但是對脂裂解沒有影響;而在人類白色脂肪組織中，Twist 1基因能夠通過調控多種炎癥脂肪因子而調控炎癥途徑［4］。Pan等［5］通過對棕色脂肪組織能量動態平衡的維持機制研究，發現Twist 1基因在過氧化物酶體增殖活化受體γ共激活因子-1α（PGC-1α）/過氧化物酶體增殖活化受體（PPAR）δ介導的棕色脂肪組織能量動態平衡中發揮重要調節作用，且發現棕色脂肪組織中高表達Twist 1的轉基因小鼠更容易發生肥胖，而敲除Twist 1基因的小鼠表現為肥胖抵抗，在白色脂肪組織中未發現類似現象。

2.2 Twist 1基因在脂肪細胞誘導分化過程中的作用 ALBP、ADD1/SREBP-1c、C/EBPs、PPARγ 等轉錄因子對脂肪細胞分化起著決定性作用［6］。有不少學者圍繞Twist 1基因影響肥胖及其并發癥的中間作用環節展開了研究。以間充質干細胞為研究材料發現，過表達Twist 1基因的間充質干細胞較對照細胞更易生成脂滴，且脂肪生成的主要轉錄調控因子PPARγ及脂肪細胞相關標志物的表達均顯著提高［7］。但是 Pan等［5］通過靶向 Twist 1 基因表達的shRNA慢病毒載體的作用干擾棕色及白色脂肪前體細胞中Twist 1表達，并未影響脂肪細胞分化成熟的進程。本課題組也圍繞Twist 1基因對脂肪前體細胞3T3-L1分化過程的影響開展了部分研究，發現3T3-L1脂肪前體細胞中表達極微量的Twist 1，胰島素等刺激脂肪前體細胞分化為成熟脂肪細胞過程中Twist 1轉錄及蛋白表達水平顯著升高，進一步借助基因工程技術過表達脂肪前體細胞中Twist 1基因，發現上調Twist 1表達并不影響脂肪細胞的體外成熟進程［8］。

2.3 Twist 1基因與脂肪細胞 PGC-1α、PPARγ 相關性 據報道，Twist 1基因與脂肪細胞線粒體的生物功能發揮存在一定的聯系。研究發現Twist 1在棕色脂肪組織中的功能與PGC-1α密切相關。PGC-1α是參與細胞能量代謝的重要分子，它通過與多種轉錄因子（如 PPARγ、ERRα、NRF1）相互作用調節細胞能量代謝。Twist 1可以與棕色脂肪組織中PGC-1α C端氨基酸353-797位點直接結合，抑制PGC-1α的表達。棕色脂肪組織中過表達Twist 1基因，還能抑制線粒體氧化代謝和解偶聯過程相關的靶基因（CPT1β、UCP1、ERRα）及其他多種 PGC-1α下游靶基因的轉錄［9］，但在白色脂肪組織中的相關研究未見報道。

PPARs是具有特色的核激素受體超家族，能被配體激活。激活的PPARγ與另一種核受體超家族-維甲類X受體結合成異二聚體，作用于特異的過氧化物增生反應元件上，改變靶基因的調控，參與機體多個生理過程［10］。研究表明，PPARs在調控脂肪細胞分化中起重要作用，其中以轉錄因子PPARγ的作用最重要。PPARγ已成為公認的脂肪細胞分化過程的重要標志分子。同時，許多研究表明PPARγ在脂肪細胞中的功能并不局限于脂肪細胞的分化，其參與調節脂肪細胞的多個生理功能。另外，炎癥是機體肥胖的一個重要狀態，它源自白色脂肪組織的功能失調。有學者發現在機體低度炎癥狀態下PPARγ和Twist 1之間存在一定的級聯調控。匹格列酮是一種能夠抗機體糖尿病和炎癥狀態的PPARγ拮抗劑，給予糖尿病性肥胖患者匹格列酮處理，能夠上調脂肪組織中Twist 1基因的表達［11］。

2.4 Twist 1基因與脂肪組織分泌功能的關系 脂肪組織不僅是能量儲存、產生熱量的重要器官，還是人體內最大的內分泌器官，可分泌多種激素和蛋白因子，在機體生理和病理的發生發展中發揮重要作用。棕色脂肪組織隨著年齡的增長其含量逐漸下降，至成年后降至最低，并分泌極少量的炎癥和脂肪細胞因子;而白色脂肪組織分布在全身各處，尤其在內臟組織和皮下儲存量較多，可分泌大量調節機體能量代謝的脂肪因子和炎性因子［12］。例如，白色脂肪組織可分泌抵抗素，敲除抵抗素的大部分健康小鼠出現了低血糖癥狀，由此推斷抵抗素具有拮抗胰島素和抑制糖異生的功能［13］;脂肪組織分泌的脂聯素具有負性調節肥胖、2型糖尿病、體脂含量等功能，并與心肌肥厚疾病、動脈粥樣硬化相關;同時脂肪組織可分泌瘦素，通過抑制食欲、調整胰島素敏感性等方面發揮免疫系統的調控作用［14］。在脂肪組織中，腫瘤壞死因子（TNF-α）分化，導致胰島素抵抗［15］。IL-1受體可通過減弱脂肪組織的炎癥過程而改善高脂飲食誘導的胰島素抵抗［16］;IL-1β能夠通過促進脂肪炎癥和限制脂肪組織的擴展，促進肝細胞和脂肪組織巨噬細胞的異位脂肪聚集效應［17］。多種生長因子及其受體（如 FGF、GHR、HGF、VEGF）在肥胖癥中作用的報道也越來越多［18］。近年來趨化因子家族及相關蛋白（CXCR4、CCR6、MCP-1等）對肥胖癥影響也有不少報道［19］。因此認為，人體多種生理功能的調節也依靠脂肪組織分泌的激素和蛋白因子。本課題組圍繞Twist 1基因的表達與脂肪細胞因子的分泌關系之間展開研究［8］，結果發現干擾脂肪細胞中Twist 1基因的表達促進部分脂肪細胞因子的分泌，也抑制了另外一部分脂肪細胞因子的分泌，這些細胞因子的種類主要集中在白介素類及其受體（IL-3、IL-6、IL-7、IL-9、IL-10、IL-17、IL-21和 IL-27）、生長因子及其受體類（FGF、GHR、HGF、VEGF、TNF）和趨化因子家族（CXCR4、CCR6、MCP-1）等。

3 Twist 1基因與肥胖癥的關系

Twist 1基因表達水平在肥胖癥發生過程中的變化也頗受關注。Pettersson等［20］研究了23例非肥胖（BMI＜30）和107例肥胖（BMI≥30）女性患者腹部皮下脂肪組織中Twist 1基因的表達水平，證實肥胖個體中Twist 1基因表達水平較非肥胖者顯著下調，給予一定的減肥治療后，Twist 1基因表達升高。我們課題組成員通過高脂飲食誘導小鼠C57/BL6肥胖癥的發生，與對照組相比較，肥胖小鼠脂肪組織中Twist 1基因表達亦顯著下調，臨床肥胖個體（BMI≥30組）脂肪組織中Twist 1基因轉錄和翻譯水平也均顯著低于非肥胖組［9］。已有研究及我們的實驗結果均提示Twist 1基因與肥胖癥的發生負相關。

總之，Twist 1基因在脂肪組織中功能活躍，與脂肪前體細胞的分化、脂肪細胞因子的分泌、脂肪細胞線粒體的生物合成及脂肪細胞的能量代謝等諸多過程有關。Twist 1基因對脂肪前體細胞分化過程的影響、在慢性代謝疾病尤其是肥胖癥和胰島素抵抗發生發展中的中間作用環節及分子調節機制將是以后研究的熱點，有助于更好地研究Twist 1基因的生物學功能，并對臨床預防和控制代謝性疾病提供重要依據。

［1］Lu S，Nie J，Luan Q，et al.Phosphorylation of the Twist1-family basic helix-loop-helix transcription factors is involved in pathological cardiac remodeling［J］.PLoS One，2011，6（4）:e19251.

［2］Qin Q，Xu Y，He T，et al.Normal and disease-related biological functions of Twist1 and underlying molecular mechanisms［J］.Cell Res，2012，22（1）:90-106.

［3］Xue G，Hemmings BA.Phosphorylation of basic helix-loop-helix transcription factor Twist in development and disease［J］.Biochem Soc Trans，2012，40（1）:90-93.

［4］Pettersson AT，Laurencikiene J，Mejhert N，et al.A possible inflammatory role of twist1 in human white adipocytes［J］.Diabetes，2010，59（3）:564-571.

［5］Pan D，Fujimoto M，Lopes A，et al.Twist-1 is a PPAR delta-inducible，negative-feedback regulator of PGC-1alpha in brown fat metabolism［J］.Cell，2009，137（1）:73-86.

［6］Miegueu P，St-Pierre DH，Lapointe M，et al.Substance Pdecreases fat storage and increases adipokine production in 3T3-L1 adipocytes［J］.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2013，304（4）:G420-G427.

［7］Isenmann S，Arthur A，Zannettino AC，et al.TWIST family of basic helix-loop-helix transcription factors mediate human mesenchymal stem cell growth and commitment［J］.Stem Cells，2009，27（10）:2457-2468.

［8］Ma W，Lu S，Sun T，et al.Twist 1 regulates the expression of PPARγ during hormone-induced 3T3-L1 preadipocyte differentiation:a possible role in obesity and associated diseases［J］.Lipids Health Dis，2014，13:132.

［9］Jun HJ，Gettys TW，Chang JS.Transcriptional activity of PGC-1α and NT-PGC-1α is differentially regulated by Twist-1 in brown fat metabolism［J］.PPAR Res，2012，2012:320454.

［10］龍璐，王平芳.過氧化物酶體增殖物激活受體及其調控脂肪細胞分化的研究進展［J］.中國全科醫學，2006，9（1）:68-70.

［11］ Toubal A，Clément K，Fan R，et al.SMRT-GPS2 corepressor pathway dysregulation coincides with obesity-linked adipocyte inflammation［J］.J Clin Invest，2013，123（1）:362-379.

［12］Symonds ME，Budge H，Perkins AC，et al.Adipose tissue development--impact of the early life environment［J］.Prog Biophys Mol Biol，2011，106（1）:300-306.

［13］李驥，雷曉妮，魏優秀，等.脂肪組織與骨骼肌信號之間的分子代謝關系［J］.中國組織工程研究與臨床康復，2007，11（45）:9165-9168.

［14］陳繼芳.脂肪組織的內分泌功能研究進展［J］.中國民族民間醫藥，2010，5（23）:22-23.

［15］郭常虹，溫雅俐，杜瑞平，等.脂肪組織的內分泌功能及其與肌肉組織間的分子信號聯系［J］.畜牧與飼料科學，2010，31（1）:14-15.

［16］McGillicuddy FC，Harford KA，Reynolds CM，et al.Lack of interleukin-1 receptor I（IL-1RI）protects mice from high-fat diet-induced adipose tissue inflammation coincident with improved glucose homeostasis［J］.Diabetes，2011，60（6）:1688-1698.

［17］Nov O，Shapiro H，Ovadia H，et al.Interleukin-1β regulates fatliver crosstalk in obesity by auto-paracrine modulation of adipose tissue inflammation and expandability［J］.PLoS One，2013，8（1）:e53626.

［18］Scroyen I，Vranckx C，Lijnen HR.FGF receptor antagonism does not affect adipose tissue development in nutritionally induced obesity［J］.Adipocyte，2014，3（1）:46-49.

［19］Sepuru KM，Poluri KM，Rajarathnam K.Solution structure of CXCL5-A novel chemokine and adipokine implicated in inflammation and obesity［J］.PLoS One，2014，9（4）:e93228.

［20］Pettersson AT，Mejhert N，Jern?s M，et al.Twist1 in human white adipose tissue and obesity［J］.J Clin Endocrinol Metab，2011，96（1）:133-141.