抗增殖蛋白對脂肪分化的調控的研究進展

賀小丹綜述，楊人強，王伶審校

(南昌大學醫學院　南昌大學第二附屬醫院：1，檢驗科，2心血管內科，江西　南昌330006)

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抗增殖蛋白對脂肪分化的調控的研究進展

賀小丹1綜述，楊人強2，王伶1審校

(南昌大學醫學院南昌大學第二附屬醫院：1，檢驗科，2心血管內科，江西南昌330006)

摘要：抗增殖蛋白（Prohibitin，PHB)是一種進化上高度保守的蛋白質，廣泛存在于真核及原核生物中，在維持線粒體形態和調節細胞周期、轉錄、增殖、細胞分化等過程中發揮重要作用。PHB在脂肪細胞分化中表現活躍。本文主要闡述PHB功能及其對脂肪分化過程的調控作用，為預防肥胖及相關疾病提供一定理論基礎。

關鍵詞：PHB；脂肪分化；線粒體；信號通路

肥胖會導致一系列代謝相關疾病，肥胖引起的高血壓、糖尿病和心血管疾病的發生率也隨之增加。肥胖的產生是脂肪分化失常的表現，在脂肪分化形成過程中進行調控，減少白色脂肪的分化和生成，促進棕色脂肪的轉化，對于控制肥胖，減少其引起的相應代謝性疾病有著重要的意義。PHB是種廣泛表達的多功能蛋白質，在腫瘤、炎癥性腸病、2型糖尿病、肥胖中表達異常。目前國外研究已證實其參與脂肪形成過程的調控[1，2]。但對于在脂肪分化中PHB通過哪些因素及如何影響這些因素來調控脂肪形成尚未詳細報道，本文主要是針對PHB的生物學功能及其在脂肪分化過程中發揮的調控進行簡要闡述并展望，為治療肥胖及2型糖尿病尋求新靶標提供理論基礎。

1　 PHB基因及PHB蛋白的特點

PHB基因最早發現于，因其具有明顯的抑制細胞增殖和抗腫瘤作用而被命名，其中人類PHB基因（hPHB）家族包括hPHB-1(BAP-32)、hPHB-2 (BAP-37，EA，prohibitone)兩個成員。PHB-1位于染色體17q21區，包含7個外顯子，編碼由275個氨基酸組成分子量為32kD的PHB-1蛋白。PHB-2位于12p13，包含10個外顯子，編碼由316個氨基酸組成分子量為37kD的PHB-2蛋白。PHBs主要由PHB1和PHB2這兩個高度保守的蛋白質組成，它們多以異源性二聚體結合狀態存在。PHB在生物進化過程中具有高度保守性，不同種屬生物的PHB蛋白氨基酸序列組成高度同源，如小鼠和大鼠的PHB蛋白氨基酸序列完全相同，與人類僅區別于1個氨基酸，即小鼠第107位是酪氨酸而人類是苯丙氨酸[3]。PHB具有多種生物學功能，廣泛存在于細胞核、細胞質和細胞膜等部位，PHB蛋白所在的位置決定它們的功能，存在于線粒體內膜的PHB有維持線粒體正常形態、抗氧化應激及凋亡等作用，因而推測它能通過影響線粒體功能來調節脂肪分化；細胞核內的PHB參與轉錄調節，因此猜測能通過胰島素等信號通路來影響轉錄因子對脂肪細胞增殖和分化的調控；質膜和胞質的PHB主要參與細胞粘附和信號傳遞，也是脂肪分化信號通路中的關鍵分子，這些提示PHB與脂肪分化有著密切聯系。

2　脂肪的分化

人體脂肪組織按形態和功能分為白色脂肪組織(white adipose tissue，WAT)和棕色脂肪組織（brown adipose tissue，BAT），WAT即通常所說的脂肪組織，主要功能是以甘油三酯的形式儲存和調動能量，含量增多可致肥胖，也是種內分泌器官分泌多種脂肪因子[4，5]，作用于靶器官實現多種途徑的能量調節。BAT富含特異性表達的解偶聯蛋白，使氧化與磷酸化分離，將化學能轉為熱能釋放，有燃燒脂肪拮抗肥胖形成等作用，這一功能受交感神經調節。最近在WAT中發現了一種棕色樣的脂肪稱為米色脂肪或brite或誘導性棕色脂肪，其特點是通過增加產熱基因和呼吸率來增強產熱和燃燒脂肪，所以誘導脂肪干組織向棕色脂肪或米色脂肪分化或者激活體內的棕色或米色脂肪是一種治療肥胖的新思路。

雖然白色和棕色脂肪來源于不同的前體細胞但隨后的分化過程都主要受過氧化物酶體增殖子激活受體(peroxisome proliferator-activiated receptorγ，PPARγ)和CCAAT增強子結合蛋白(CCAAT enhancer-binding proteins，C/EBPs)等轉錄因子調控，尤其在終末分化階段，PPAR-γ和C/EBPs是大量轉錄因子程序性表達的過程的主要驅動者。

3　 PHB對脂肪分化的調節

諸多研究顯示PHB可以通過磷脂酰肌醇-3-激酶/絲蘇氨酸激酶(PI3K/Akt)、絲裂原激活蛋白激酶/細胞外信號調節蛋白激酶(MAPK/ERK)信號通路調節細胞增殖和生長[6]，同樣在Ande SR等[7]研究中發現PHB可影響這些信號通路調節胰島素誘導的脂肪生成。PHB不僅介導信號通路來調節脂肪細胞的分化，并對線粒體功能調控有著重要的作用：用寡義核苷酸敲除PHB后發現，除脂肪形成標志物的表達和脂質的積累顯著減少外，還觀察到線粒體網狀組織破裂、嵴缺失和線粒體數量下降[1]，Supales S等認為PHB缺失最終引起嚴重的糖尿病也是通過影響線粒體功能實現的[8]。PHB還能調節丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase，PC)影響能量和糖脂代謝[9]。可見，PHB可通過影響信號通路、線粒體生成及PC等諸多方面來調節脂肪分化（圖1）。

圖1　PHB對脂肪細胞分化的影響途徑

3.1PHB通過影響信號通路調節脂肪分化PHB通過轉錄因子雙向調控細胞增殖與分化，在脂肪分化過程中轉錄因子也發揮了重要作用。PPARγ 和C/EBPs是關鍵的調控因子，啟動脂肪細胞分化[10]，cAMP反應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB)調控C/EBPβ的表達來促進脂肪生成，而沉默CREB的表達則抑制脂肪的分化[11]，研究[6，7]已分別證實PHB對這些調控因子的信號通路PI3K/Akt和MAPK/ERK有調節作用，并促進脂肪分化[12]。因此PHB在3T3-L1前脂肪細胞分化中是必需的。

當胰島素與受體結合使其β亞基酪氨酸位點被激活，后者使受體底物酪氨酸位點磷酸化，一方面募集PI3K作用于三磷酸磷脂酰肌醇（phoS-phatidylinositol-3-phosphate，PIP3），PIP3與Akt結合，激活Akt后引起PHB（Thr258）磷酸化增強PI3K/Akt信號通路和促進細胞分化，或引起Raf （Ser259）磷酸化而抑制MAPK/ERK信號通路及細胞增殖；另一方面胰島素受體底物激活后還可磷酸化PHB（Tyr114）[9]和促進PHB與Shp1/2異源二聚體化。Shp1/2是一種磷酸酶能抑制Akt信號而減弱PI3K/Akt信號通路的傳遞[13]。所以推測胰島素受體底物激活PHB（Tyr114）后通過抑制PI3K/ Akt信號通路來減弱胰島素信號的激活，這是一種正常條件下脂肪分化穩態的表現，PHB與胰島素相互監督，平衡脂肪分化穩態。

PHB也參與Raf-MAPK/ERK通路的調節，目前研究顯示Raf-MAPK/ERK通路的激活依賴PHB[6，14]，它可由Akt激活Thr258位點，此位點和Raf-1 （Ser259）均為Akt磷酸化靶點，PHB競爭Raf-1 （Ser259）磷酸化，但在觀察肌管時發現Akt對Ras/ MAPK/ERK的干擾僅針對分化后的肌管細胞，而對成肌細胞無影響[13]，即這種交叉作用只發生在特定階段。同樣在Kowno M等[15]研究中發現PHB促進多能胚胎干細胞增殖而抑制分化，主要抑制神經干細胞向神經元的分化，對向神經干細胞分化階段無明顯影響。由此猜想脂肪生成早期階段細胞以克隆擴增為主，即Akt主要磷酸化Raf （Ser259），此特定階段對MAPK/ERK信號通路無干擾而促進細胞增殖，PHB（Thr258）激活較少因而PI3K/Akt信號通路傳導及細胞分化較弱；隨后脂肪細胞分化增強，可能Akt主要激活PHB （Thr258），促進PI3K/Akt信號通路傳導及細胞分化，Raf（Ser259）磷酸化少相對減弱了Ras/MAPK/ ERK信號通路的抑制作用而促進了細胞增殖。這是符合正常分化規律的表現，有絲分裂克隆擴增是否是脂肪細胞分化所必需尚存在爭議，有絲分裂使DNA螺旋結構打開，便于轉錄因子與特定基因的轉錄調控區域結合，以啟動隨后分化所需的基因表達，總之細胞增殖也為快速分化打下基礎。

研究發現人脂肪來源干細胞PHB表達上調，且脂肪細胞分化不是增強而是受抑，而缺乏胰島素時PHB過表達促進了脂肪生成[1，16]，胰島素抵抗類似胰島素缺乏，所以也表現為脂肪生成增加及肥胖。進一步了解發現胰島素抵抗時兩條信號通路穩態被破壞，損傷了信號通路（尤其PI3K/Akt）[17]，PHB上調ERK促進信號經MAPK/ERK通路的傳導及脂肪的生成[6]，ERK于胰島素抵抗時抑制AKt活性，干擾PI3K/Akt信號通路[7，18]，Zick Y[18]同時也證實了ERK激活受體底物絲氨酸位點（Ser312）磷酸化而抑制酪氨酸的磷酸化引起胰島素抵抗。總之，胰島素抵抗時可能PI3K/Akt信號通路受損，PHB參與促進MAPK/ERK信號的傳導致脂肪生成增加，最終引起肥胖。

脂肪分化中PHB對PI3K/Akt和MAPK/ERK信號通路的影響(圖2)。

圖2　脂肪分化中PHB對PI3K/Akt和MAPK/ERK信號通路影響的示意圖

3.2PHB通過影響線粒體的生成來影響脂肪的分化在轉基因小鼠模型中脂肪細胞PHB過表達引起的肥胖是由上調脂肪細胞線粒體生成所致[2]，Wilson-Fritch等研究[19]也證明脂肪分化與線粒體生成有關，線粒體保障了脂肪分化順利進行。而低氧誘導脂肪分化也與線粒體相關，是通過影響線粒體活性氧的生成實現的[20]，而且研究[21]證實線粒體呼吸抑制劑如抗霉素A可完全阻止轉錄因子PPARγ與DNA的結合，影響脂肪生成。這些充分說明線粒體對脂肪形成極其重要。線粒體PHB由12-16對異源二聚體組成并呈環形柵欄樣結構，利于維持線粒體結構及功能，其借助氨基端跨膜區錨定于線粒體內膜，羧基端位于膜間隙。PHB作為分子伴侶在線粒體復合體I和視神經萎縮蛋白（optic atrophy l protein，OPA1）的組裝合成中發揮了重要作用。OPA1是線粒體融合和維持嵴所必需的，而OPA1的穩定性、線粒體融合、線粒體基因組的維持均依賴PHB，PHB功能缺失會導致線粒體破碎和OPA1的穩定性喪失[22]。Schleicher M[23]等研究中證明內皮細胞中敲除PHB基因后，線粒體氧化呼吸鏈中復合體Ⅰ受到抑制，阻斷了電子傳遞，致ROS產生增加最終引發線粒體功能紊亂和細胞衰老。Carriere A等[24]證實線粒體ROS作用于C/ EBP轉錄因子亞型CHOP-10/GADD153來抑制脂肪細胞的分化。另外，PHB通過線粒體轉錄因子A （mitochondrial transcription factor A，TFAM）非依賴途徑或者未定義的轉錄因子X穩定線粒體類核結構，而它維持線粒體DNA拷貝數的穩定則依賴TFAM途徑[23]，mtDNA穩定性破壞終將引起線粒體功能障礙。所以PHB可以通過影響線粒體功能來調控脂肪的分化。

3.3PHB抑制PC來影響脂肪分化脂肪細胞分化伴隨著脂肪合成，脂酸合成主要來源于乙酰CoA（全部在線粒體中生成），需借助PC與草酰乙酸反應生成檸檬酸通過檸檬酸-丙酮酸循環進入線粒體內膜，因此PC在脂酸合成和甘油三酯生成中必不可少。PHB是PC抑制劑，脂肪細胞質膜上的PHB作為脂筏蛋白增強了細胞間隙與線粒體聯系，通過抑制PC來減弱胰島素刺激產生的葡萄糖和脂肪酸的氧化[8]，提示PHB有促進脂質蓄積作用。因此可靶向作用于PHB來調控PC影響脂肪酸和甘油三酯的合成及影響脂肪分化。

4　展望

綜上所述，PHB可以通過多種途徑來調節脂肪分化，揭示了它在脂肪代謝中的重要角色，為肥胖癥及高胰島素癥等疾病的治療提供了新靶點。目前，它的臨床價值已經被越來越多的學者所肯定，但其在脂肪分化過程中的作用研究較少，尤其是脂肪分化中調控PHB的因素有待于進一步研究和完善。

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中圖分類號：R589.2

文獻標識碼：A

文章編號：1674-1129(2016)03-0314-04

DOI：10.3969/j.issn.1674-1129.2016.03.017

基金項目：國家自然科學基金項目(81560145；81060069；81160027)；江西省教育廳課題（GJJ14072）

作者簡介：賀小丹，女，1986年1月生，碩士，臨床檢驗診斷學，18797811259@163.Com。

通信作者：王伶，女，1971年12月生，主任技師，副教授，碩士研究生導師，研究方向：血小板免疫功能在微血管疾病中的作用。

(收稿日期2016-03-29；修回日期2016-05-25)