運動調控鳶尾素的表達對于白色脂肪棕色化的影響

(沈陽體育學院研究生部 遼寧 沈陽 110102)

前言：現代社會文明的進步，大家的生活水平日漸提高，肥胖及許多代謝類疾病已經嚴重威脅了人類的身體健康。最近，由骨骼肌分泌的一種新的蛋白類激素被發現，它就是鳶尾素(Irisin)，后來被證明鳶尾素(Irisin)既是肌肉因子也是脂肪因子，在白色脂肪中白色脂肪組織也可以分泌，這就給予了運動促進白色脂肪棕色化一個強有力支撐的理論通路，有研究證明運動-PGC-1α-FNDC5-Irisin-UCP-1這一通路是運動促進白色脂肪棕色化的一個分子機制。

一、脂肪細胞的分類

研究發現，在哺乳動物體內一般包括白色脂肪組織(WAT)和棕色脂肪組織(BAT)兩種形式的脂肪組織。

兩種脂肪組織的區別[1][2][3]

二、白色脂肪棕色化

不僅在人類自身體內是含有棕色脂肪組織(BAT)的，而且長期的低溫刺激還能夠促進棕色脂肪組織(BAT)的出現和激活。有研究發現運動或在低溫的刺激下使機體交感神經興奮，白色脂肪組織會產生向棕色脂肪組織轉化的情況，就會出現一種新的脂肪:米色脂肪(beige adipocytes)[4]。同棕色脂肪組織一樣，米色脂肪也具有產熱的功能，

三、鳶尾素(Irisin)的起源分布與生理作用

2012年，在哈佛大學發現了一種名為鳶尾素(Irisin)的肌肉因子可以控制白色脂肪棕色化[5]，鳶尾素(Irisin)是FNDC5蛋白剪切修飾而成，運動可誘導PGC-1α在骨骼肌中表達,后者可以刺激FNDC5的表達，繼而使鳶尾素(Irisin)的分泌增多。

實驗證明，小鼠肌肉中FNDC5可以被PGC-1α促進表達，FNDC5通過有關的蛋白酶剪切修飾后可轉變為鳶尾素(Irisin)并將其釋放進入血液進一步在白色脂肪細胞發揮作用，促進白色脂肪棕色化。在小鼠體內，FNDC5的基因處于第4號染色體上，其基因長度大概為5.1kb。FNDC5在被切除N端信號肽后，蛋白水解酶會把切除后的FNDC5在GLU142處斷開，進而構成一段大概有110個氨基酸的多肽片斷，即鳶尾素(Irisin)，鳶尾素(Irisin)序列會在不同的種屬間高度保守，研究發現，人和小鼠的鳶尾素(Irisin)氨基酸序列分布100%相同[6]。鳶尾素(Irisin)由運動刺激產生并且可以促進UCP-1的表達以及調控白色脂肪棕色化，從而大幅度的增長機體的能量消耗，達到減低體重保持健康的目的，這就說明鳶尾素(Irisin)可以作為白色脂肪棕色化的重要作用因子以及治療肥胖及其有關代謝類病癥防治的一種潛在靶向藥物。

四、運動調控Irisin的表達對白色脂肪棕色化的影響

經過實驗發現，PGC-1α轉基因小鼠骨骼肌中包含FNDC5在內的5種蛋白被確定是PGC-1α的靶基因，在經過PGC-1α基因敲除小鼠來進一步證明，骨骼肌中FNDC5 mRNA有表達降低的情況，而且鳶尾素(Irisin)的表達數量也下降了72%，這就提示PGC-1α介入了鳶尾素(Irisin)的表達控制過程[6]。另有實驗證明，小鼠及人類在劇烈運動后PGC1-α表達有顯著升高[7]，所以證實通過激活PGC-1α的介導過程可能使運動促進鳶尾素(Irisin)的表達程度上升。運動能夠促進PGC-1α的產生，而PGC-1α則促進FNDC5的合成，FNDC5通過修飾剪切轉變為鳶尾素(Irisin)，鳶尾素會促進UCP-1的生成，進一步調控白色脂肪棕色化的過程，與此同時轉錄因子PPAR-α通與白色脂肪細胞中的FNDC5受體結合，也可以促進白色脂肪中UCP-1的生成，從而達到白色脂肪棕色化的目的，鳶尾素(Irisin)和UCP-1是促進白色脂肪棟色化的關鍵脂肪因子，然而，目前尚未發現FNDC5/Irisin的受體，因此，其發揮生理作用的信號通路目前尚不甚清楚，還需進一步研究。

總結

到目前為止有大量的體外實驗證明鳶尾素(Irisin)可以促進脂肪棕色化，使機體消耗的熱量上升，減少體重超重情況，使胰島素抵抗有所緩解，但是Irisin的受體尚未發現，我們對這一通路的作用機制還不甚明確，作為一種新的肌肉因子，鳶尾素(Irisin)也是一種脂肪因子，它主要在骨骼肌中表達，然后分泌入血，到達白色脂肪發揮作用。那么它在白色脂肪組織中的表達途徑又是如何？目前的研究大部分是說明了運動促進了鳶尾素(Irisin)在骨骼肌、肌肉和血液中的表達量，對于其在白色脂肪中的生理機制不甚清楚。

【參考文獻】

[1]Haiming Cao.Adipocytokines in Obesity and Metabolic Disease.[J].Endocrinol，2014，220(2)：47-59.

[2]Wu J，Cohen P，Spigelman,nBM.Adaptive thernmogenes isinad-ipocytes:is beige the new brown?[J].Genes Dev,2013(27):234-250.

[3]Giral M,Villarroya F.White，brown，beige/brite:different adi-pose cells for different functions?[J].Endocrinolog,2013(154):2992-3000.

[4]Loncar D，Afzeliu BA，Cannon B.Epididymal white adipose tissue after cold stress in rats.I.Nonmitochondrial changes[J].J Ultrastruct Mol Struct Res，1988，101(2-3):109-122

[5]BOSTROM P，WU J，JEDRYCHOWSKIM P，et al.A PGC1 -alpha - dependent myokine that drives brown - fat - like develop-ment of white fat and thermogenesis[J].Nature，2012，481(7382):463 - 468.

[6]Zhang C,Ding Z,Lv G,et al.Lower Irisin Level in Patients with Type 2 Diabetes Mellitus:a Case-control Study and Meta- analysis[J].J Diabetes,2014,10:1753.

[7]Hashemi MS,Ghaedi K,Salamian A,et al.Fndc5 knock-down significantly decreased neural differentiation rate of mouse embryonic stem cells[J].Neuroscience，2013,231:296—304.