Kisspeptin/Kiss1R在機體能量代謝調節中的作用及其機制的研究進展

李素娟(綜述)，龔鳳英，朱惠娟(審校)

(中國醫學科學院 中國協和醫科大學 北京協和醫院內分泌科 衛生部內分泌重點實驗室 協和轉化醫學中心，北京 100730)

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Kisspeptin/Kiss1R在機體能量代謝調節中的作用及其機制的研究進展

李素娟△(綜述)，龔鳳英，朱惠娟※(審校)

(中國醫學科學院 中國協和醫科大學 北京協和醫院內分泌科 衛生部內分泌重點實驗室 協和轉化醫學中心，北京 100730)

摘要：吻素/吻素受體(Kisspeptin/Kiss1R)系統由Kiss1基因編碼的神經肽Kisspeptin及其受體Kiss1R組成。近年的研究表明，機體不同能量代謝狀態可影響Kisspeptin的表達。在能量負平衡狀態時，下丘腦Kiss1 mRNA表達水平下降，脂肪組織Kiss1 mRNA表達增加。而在高脂飲食或肥胖狀態下，下丘腦、脂肪組織中Kiss1 mRNA的表達水平可表現為增加、降低或不變。此外，Kiss1R基因敲除可導致成年雌性小鼠出現肥胖表型及糖代謝異常，而外源注射Kisspeptin對嚙齒類動物的攝食有一定的抑制作用。因此，學者們認為Kisspeptin/Kiss1R系統也參與了機體能量代謝的調節。

關鍵詞：吻素；吻素受體；能量代謝；瘦素

Kiss1基因編碼的神經肽吻素(Kisspeptin)及其受體Kiss1R(既往稱為GPR54)共同組成了Kisspeptin/Kiss1R系統。近10年的研究表明，該系統在調控個體青春發育及生殖方面發揮重要作用。Kiss1或Kiss1R基因突變可導致人類或鼠青春發育障礙、性腺功能減退及不孕不育[1]。

機體能量代謝與青春發育關系密切。嚴重的肥胖或消瘦狀態均會影響正常的青春發育，并可導致月經紊亂、性腺功能減退及不孕不育。已有研究表明，在機體不同能量代謝狀態下，下丘腦Kisspeptin表達水平有差異[2]。Kiss1R除分布于下丘腦促性腺激素釋放激素神經元，還可在腦內其他區域及外周組織(如脂肪組織、胰腺)中表達。因此，有學者提出，Kisspeptin/Kiss1R系統在機體能量代謝調節方面也發揮了重要作用[2]。現重點介紹Kisspeptin/Kiss1R系統，并對其在機體能量代謝調節中的作用及其機制進行綜述。

1Kisspeptin/Kiss1R系統概述

Kiss1基因定位于人染色體1q32~1q41，其基因結構包含4個外顯子和3個內含子[3]。該基因可編碼含145個氨基酸的多肽，即Kisspeptin。在體內，Kisspeptin可進一步被蛋白酶水解為Kisspeptin54、Kisspeptin14、Kisspeptin13、Kisspeptin10等短肽，它們的C端一般均含有Arg-Phe-NH2結構。該結構是與G蛋白偶聯受體(GPR54)結合的保守位點。Kiss1 mRNA 在人及鼠體內表達較為廣泛，包括下丘腦、垂體、胎盤、心臟、肝臟、肺、腎、胰腺、骨骼肌等，其中在下丘腦及胎盤組織中表達水平較高[4-5]。

Lee等[3]于1999年最先從大鼠腦組織中克隆出Kisspeptin的受體(Kiss1R)基因。2001年,Muir等[6]從人下丘腦中克隆出GPR54 cDNA。人Kiss1R基因位于染色體19p13.3，由5個外顯子和4個內含子組成，編碼含398個氨基酸殘基的蛋白。Kiss1R屬于G蛋白偶聯受體視黃酸家族成員。Kiss1R的mRNA廣泛表達于中樞神經系統，在下丘腦及杏仁核中表達水平最高。此外，其還可表達于胎盤、胰腺、垂體、心臟、腎、肺、脂肪組織等處。

目前認為Kisspeptin可通過與下丘腦促性腺激素釋放激素神經元上Kiss1R結合進而刺激促性腺激素釋放激素分泌，并促進下丘腦-垂體-性腺軸的成熟。

2不同能量代謝狀態下Kisspeptin表達的變化

2.1能量相對不足時Kisspeptin表達水平的變化Castellano等[7]于2005年首次揭示了能量代謝狀態與下丘腦Kiss1表達的關系。他們對青春發育前的雄性、雌性大鼠禁食72 h，發現其體質量顯著下降，同時大鼠下丘腦Kiss1 mRNA水平顯著下降，但其受體GPR54 mRNA水平顯著升高。此后陸續有研究表明，急性禁食可顯著降低成年雌性大鼠、成年雄性小鼠下丘腦Kiss1 mRNA水平，并伴有血瘦素水平的下降[8-10]。同時，Luque等[10]觀察到成年雄性小鼠在禁食12 h后即出現下丘腦Kiss1 mRNA水平顯著下降，禁食48 h內其下丘腦GPR54 mRNA水平亦顯著降低。進一步的研究發現，禁食主要影響下丘腦弓狀核及前腹側室周區Kiss1的表達[11-12]。與上述實驗結果類似，進行飲食限制后，母羊下丘腦Kiss1 mRNA水平亦顯著下降[13]。Brown等[8]研究還表明，禁食除可降低大鼠下丘腦Kiss1表達水平外，還能影響外周脂肪組織Kiss1的表達。禁食18 h后，雌性、雄性大鼠脂肪組織中Kiss1 mRNA水平顯著升高。

除了禁食，其他可導致機體能量負平衡狀態的因素亦可影響體內Kiss1基因的表達。Castellano等[14-15]用鏈脲霉素誘導了雄性、雌性大鼠糖尿病模型。結果發現，注射鏈脲霉素后，大鼠血糖升高、體質量下降的同時，下丘腦Kiss1 mRNA水平顯著降低，但下丘腦GPR54 mRNA水平無明顯改變。此外，成年雌性大鼠在哺乳期下丘腦Kiss1 mRNA的水平亦較非哺乳大鼠顯著降低[16-17]。

上述研究結果表明，當機體處于能量負平衡狀態時，下丘腦Kiss1 mRNA表達水平下降，外周脂肪組織Kiss1 mRNA表達水平增加。

2.2高脂飲食或肥胖狀態下Kisspeptin表達水平的變化Brown等[8]研究發現，高脂飲食喂養12周的雄性大鼠下丘腦Kiss1 mRNA水平顯著升高。與之相似，Castellano等[18]發現，出生后21 d內接受過度喂養的雌性Wistar大鼠的體質量較對照組明顯增加，同時其下丘腦Kiss1 mRNA水平顯著增加，伴陰道開放(預示青春發育)時間提前。

與上述實驗結果相反，Quennell等[19]對斷奶后雌性DBA/2J小鼠進行為期21周的高脂飲食喂養后發現，與對照組小鼠相比，實驗組雌性小鼠體質量顯著增加，但其下丘腦Kiss1 mRNA水平及第3腦室旁具有免疫活性的Kiss1神經元數目卻顯著減少。

此外，Luque等[10]高脂飲食喂養雄性小鼠16周，雖然實驗組小鼠體質量顯著高于對照組，但其下丘腦Kiss1 mRNA、GPR54 mRNA水平與對照組比較差異無統計學意義。

Brown等[8]研究還表明，高脂飲食除可增加雄性大鼠下丘腦Kiss1的表達水平外，還能影響外周脂肪組織Kiss1的表達。高脂飲食喂養12周后，雄性大鼠脂肪組織中Kiss1 mRNA 水平較對照組顯著降低。然而，最近一項針對人類脂肪組織Kiss1表達水平的研究發現，成年女性網膜脂肪中Kiss1 mRNA水平與受試者體質指數呈正相關(P=0.01)，而Kiss1在皮下脂肪中的表達與受試者體質指數無明顯相關性[20]。

結合以上研究結果，在高脂飲食及肥胖狀態下，下丘腦、脂肪組織Kiss1表達水平可表現為增高、降低或者不變。這可能與研究對象的種屬、性別、高脂飲食喂養時間及肥胖嚴重程度等因素相關。

3Kiss1R基因敲除對小鼠能量代謝的影響

Tolson等[21]最近一項研究中發現，Kiss1R基因敲除能影響成年小鼠的能量代謝。他們發現，與野生型小鼠相比，Kiss1R基因敲除(Kiss1R KO)成年雌鼠體質量顯著增加，而Kiss1R基因敲除后的成年雄性鼠體質量與野生型小鼠比較差異無統計學意義。為了進一步探究Kiss1R KO雌鼠的肥胖表型是否因單純缺乏雌激素所致，研究者們又對出生2周(青春發育前)的雌性小鼠進行卵巢切除，并發現Kiss1R KO雌鼠的體質量仍顯著高于同樣卵巢切除的野生型小鼠。因此認為，Kiss1R KO雌鼠體質量的顯著增加并非完全由于缺乏雌激素所致。進一步的研究發現，Kiss1R KO雌鼠的全天氧耗量、自發活動、夜晚能量消耗量及攝食量均較野生型顯著減少，而血甲狀腺素水平差異并無統計學意義，故認為Kiss1R KO雌鼠的體質量增加為能量消耗減少所致。Kiss1R KO雌鼠的體質量增加、能量消耗及自發活動減少可能與不同組織(中樞或外周組織)Kisspeptin信號通路受損相關。

Kiss1R KO除可使雌性小鼠體質量顯著增加外，還可導致其糖代謝異常。研究者發現，與野生型小鼠相比，Kiss1R KO 雌鼠的糖耐量實驗曲線下面積顯著增大，而野生型與Kiss1R KO的雄鼠糖耐量實驗曲線下面積差異無統計學意義。Kiss1R KO雌鼠出現糖代謝異常可能為其體質量增加所致，但也可能與胰腺或其他組織Kisspeptin信號通路受損有關。

目前尚未見文獻報道Kiss1R的組織分布具有性別差異，因此Kiss1R基因敲除對雌、雄小鼠體質量及糖代謝不同影響的原因尚需進一步深入研究。

4外源注射Kisspeptin對機體能量代謝的影響

近年有研究表明，Kisspeptin10可激活嚙齒類動物下丘腦弓狀核的阿黑皮素原神經元(分泌阿黑皮素原，進而增加飽腹感并減少食物攝入)，并可抑制神經肽Y神經元(分泌神經肽Y，增加食物攝入，降低飽食動物的產熱效應)[22]。另有實驗表明，中樞注射Kisspeptin可減少小鼠夜間攝食量[23]。此外，有研究顯示，靜脈注射Kisspeptin10可顯著增加成年雄性獼猴血脂聯素水平[24]。

5Kisspeptin與代謝調節因子瘦素的關系

Smith等[25]于2006年應用雙標記原位雜交技術發現,小鼠下丘腦弓狀核約40%的Kiss1神經元上有瘦素受體表達。此后有研究證實，羊、豚鼠下丘腦弓狀核Kiss1神經元上亦可表達瘦素受體[13，26]。

Quennell等[19]研究發現，缺乏瘦素的ob/ob小鼠下丘腦弓狀核Kiss1 mRNA水平較野生型顯著減少。與之相似，Smith等[25]研究亦顯示，與野生型小鼠相比，體內瘦素缺乏的ob/ob小鼠下丘腦弓狀核Kiss1表達水平顯著下降，伴Kiss1細胞數目明顯減少。而ob/ob小鼠接受瘦素治療后其弓狀核處的Kiss1 mRNA表達水平顯著升高，但瘦素治療并不能增加ob/ob小鼠弓狀核Kiss1細胞數量。然而，與上述實驗結果略有不同的是，Luque等[10]發現單純外源注射瘦素并不會改變ob/ob小鼠下丘腦Kiss1 mRNA及GPR54 mRNA的表達水平，當同時予以食物限制時，瘦素治療可顯著增加ob/ob小鼠下丘腦Kiss1 mRNA、GPR54 mRNA水平。同時，該研究還發現瘦素(1 ng/mL，1 d)可顯著增加小鼠下丘腦細胞系N6(cell line N6)Kiss1 mRNA的表達[10]。此外，Morelli等[27]的研究也證實，瘦素可增加人胎兒原代培養GnRH神經母細胞(FNC-B4)中Kiss1 mRNA、GPR54 mRNA的表達水平。

Tolson等[21]發現，與野生型小鼠相比，Kiss1R KO小鼠的血瘦素水平顯著升高。因Kiss1R KO雌鼠的全天氧耗量、自發活動、夜晚能量消耗量及攝食量均較野生型顯著減少，故研究者提出Kiss1R KO雌鼠可能存在選擇性中樞瘦素作用抵抗。然而，學者發現靜脈注射Kisspeptin10并不會影響成年雄性獼猴血中瘦素的水平[24]。

6小結

能量代謝狀態可影響Kisspeptin的表達。在不同能量狀態下(包括能量負平衡和能量過剩)，下丘腦、脂肪組織Kiss1 mRNA表達水平可表現為增加、減少或不變。同時，Kisspeptin的表達尚受代謝因子瘦素的調控；Kiss1R基因敲除可導致成年雌性小鼠出現肥胖表型及糖代謝異常；外源注射Kisspeptin對嚙齒類動物的食欲及攝食起到一定的抑制作用。這些研究結果提示，Kisspeptin/Kiss1R系統在維持機體正常能量代謝中發揮重要作用。期待在不久的將來，Kisspeptin/Kiss1R系統能成為人類治療能量代謝異常疾病的新靶點。

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The Progress of the Kisspeptin/Kiss1R System and Its Role in Energy MetabolismLISu-juan,GONGFeng-ying，ZHUHui-juan.(DepartmentofEndocrinology,KeyLaboratoryofEndocrinologyofMinistryofHealth,PekingUnionMedicalCollegeHospital,ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege,Beijing100730,China)

Abstract:Kisspeptin/Kiss1R system consists of the neuropeptide Kisspeptin(encoded by Kiss1) and its receptor Kiss1R.It has been demonstrated that changes in energy status can affect Kisspeptin levels.Energy deficiency reduces hypothalamic Kisspeptin expression and increases Kiss1 mRNA in adipose tissue.But under the circumstance of obesity or high fat diet,Kisspeptin expression is quite different,showing increase,decrease or no change.Kiss1R knockout results in impaired glucose intolerance and obesity in adult female mice,while kisspeptin administration may reduce food intake in rodents.Therefore,it has been reported that Kisspeptin/Kiss1R system is involved in the energy metabolism regulation.

Key words:Kisspeptin; Kiss1R; Energy metabolism; Leptin

收稿日期：2014-11-26修回日期：2015-03-06編輯：伊姍

基金項目：國家自然科學基金(30600836，81471024)；國家臨床重點專科建設項目(WBYZ2011-873)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.003

中圖分類號：R589

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)21-3847-04