肥胖與脂肪組織自噬

（沈陽體育學院 遼寧 沈陽 110102）

前言

自我國深化改革開放以來,人們的日常生活方式、作息規律、飲食習慣都發生了重大的改變。雖然我們的生活方式已經有所改變，但是現在的人們不太重視肥胖對于身體的影響。物質的豐富以及吃的食物越來越“細致”，導致人們更容易發生肥胖，研究發現，肥胖會引起心血管疾病，二型糖尿病以及其他的并發癥。由于人們攝入能量過多，過多的能量在體內被合成脂肪，導致出現肥胖。對于脂肪的分解，過去人們認為是通過激素敏感性脂肪酶和甘油三酯脂肪酶有關，有研究發現，脂滴可以通過自噬途徑降解，并把這種現象定義為：噬脂。

1、自噬的定義

“自噬 (autophagy)”的這一概念由由 christiandeduve在1963年上首次提出，指體內需要進行降解的成分被自噬包裹，隨后送到溶酶體當中,并與酶體進行融合,從而降解內容物的一個生理過程，自噬通過降解后所產生的氨基酸和其他一些微小分子的物質就可被再利用或者在體內產生更多的能量。自噬對于生命體非常重要，自噬在體內發揮著重要的作用，它與細胞的生長、分化、凋亡有著密切的聯系，同樣自噬基礎水平的改變將會導致各種疾病的產生 。自噬有三種不同的類型。巨自噬依賴于胞質雙膜囊泡的從頭形成，即自噬小體，以隔離和運輸貨物到溶酶體。伴侶介導的自噬將單個未折疊的蛋白直接運輸到溶酶體膜上。微自噬包括通過內陷溶酶體膜直接攝取貨物。所有這三種類型的自噬都會導致貨物的降解，并將分解產物釋放回細胞質中，供細胞重復使用。在對自噬的研究中，大多都是對巨自噬進行的研究，所以我們在文章中如果沒有特別的指出，一般會認為主要研究的就是巨自噬。

2、自噬過程

自噬過程由許多自噬相關(ATG)蛋白介導，其主要過程包括以下幾個部分：

啟動：在細胞受到損傷，機體感到饑餓等情況時，自噬將會被誘導。ULK1復合物的激活是自噬激活的第一步，當ULK1復合物被激活時，自噬開始發生，在生理狀態發生改變的時候，會使Unc-51樣激酶復合體發生脫磷酸化作用，并激活ULK1，活化的ULK1可使Atg13和FIP200磷酸化進而形成ULK1-Atg13-Atg101-FIP200復合體，并激活自噬。

成核：然后自噬進入成核階段。這個成核階段需要由Beclin1、Vps15、Vps34、AMBRA1、Atg14或UVRAG組成的復合體參與，自噬成核最主要的蛋白是Beclin1，自噬受到抑制的時候，Bcl-2和Bcl-XL會與Beclin1結合，導致Vps34和Beclin1的交互作用受到影響，當Bcl-2或Beclin1二者分離時，需要被磷酸化，Beclin1與Vps34、AMBRA1形成復合體進而募集 Atg12-Atg5和 LC3-PE進行吞噬泡的延伸階段。

延伸：吞噬細胞膜的延長和自噬體的完成需要兩條類泛素結合途徑。第一種需要和ATG16L形成多聚復合物：ATG5-ATG12結合物，而第二種產生磷脂酰乙醇胺(PE)與LC3（微管相關蛋白1輕鏈3，酵母Atg8的主要哺乳動物同源物）的結合物，即ATG8-PE。這兩種結合復合物都存在于PAS（前自噬體）上，一旦自噬被誘導，它們都定位于擴展的自噬泡上。

融合：融合對自噬過程非常重要，在這個過程中自噬體、溶酶體會融合在一起，從而形成自噬溶酶體。

降解：自噬體與溶酶體結合后，里面的內容物會在其中降解，這需要Rab7和LAMP-1、LAMP-2等一些蛋白的參與。

3、自噬主要相關的通路

雷帕霉素靶在調控自噬方面起著獨特的作用，是一個重要的蛋白。近年來的研究結果表明，mtor作為細胞自噬發生和起始終端的一個細胞分子時，它在控制人體細胞的營養、能量、壓力等各個方面都會發揮重要的功能。

3.1、PI3K-AKT-mTOR信號通路

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)蛋白家族調節細胞的多種功能，在體內發揮著重要作用。當PI3K靠近質膜內側的底物的時候它就會被活化。質膜上磷酸化IRS-1產生第二信使PIP3，這需要PI3K激活，PIP3會與細胞內含有PH結構域的信號蛋白AKT、PDK1結合，促使PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308導致AKT活化。活化后的AKT會磷酸化mTOR分子并使mTOR激活，導致自噬受到抑制，或通過磷酸化TSC1/2，阻止其對小G蛋白Rheb的負調控，使Rheb富集，從而上調mTOR抑制自噬發生。

mTOR相當于自噬的一個開關。在饑餓過程中，mTOR被抑制，從而誘導自噬，而當mTOR活性升高時，自噬被抑制。在研究自噬過程中，可以通過抑制mTOR的活性來激活自噬，從而探究自噬在其中發揮的作用。在研究過程中，大多數研究者選用mTOR作為研究自噬的指標。

3.2、AMPK信號通路

AMP激活的蛋白激酶(AMPK)是一種能量狀態感受器，當代謝應激激活時，通過開啟分解代謝途徑和關閉ATP消耗過程來維持細胞能量穩態。在哺乳動物中當細胞能量狀態受到損害時，AMPK是通過AMP/ATP或ADP/ATP比率的增加而被激活。AMPK通過激活生成ATP，替代分解代謝過程，同時抑制ATP需求過程，從而恢復能量穩態。在不同情況下，AMPK發揮著不同的作用。當Ser317和Ser777被磷酸化是，就會導致Ulk1被激活，這時就會促進自噬。Ulk1Ser757磷酸化后就會導致Ulk1和AMPK之間的相互作用被破壞，mtor在其中發揮作用。然后Ulk1激活的激活就會被阻止，從而抑制自噬。

3.3、MAPK信號通路

MAPK信號轉導通路是真核細胞中最重要的調節機制之一。其信號轉導通過MAPKKK（線粒激活蛋白3激酶）、MAPKK（線粒活性蛋白2激酶）和MAPK的連續磷化發生。MAPK，一種高度保守的血清蛋白激酶，是關鍵信號轉導系統的一部分。其功能和調控在從酵母等單細胞生物到包括人類在內的復雜生物的進化過程中一直是保守的。MAPKs是由3個依次激活的激酶組成的磷酸接力系統的一部分，與其底物一樣，MAPKs受磷酸化調控。至少有3個MAPK家族被鑒定：細胞外信號調節激酶(ERK)，Jun激酶(JNK/SAPK)和p38MAPK，他們都可以影響細胞內mTOR信號通路的改變進而影響自噬。

3.4、P53 信號通路

腫瘤抑制因子P53是應激信號傳導和適應的另一個關鍵成分。P53可以抑制mTOR信號通路，從而在自噬過程中發揮重要的作用。廣泛的應激源：DNA損傷、代謝應激和氧化應激，都會激活P53。P53通常存在于細胞質中，但在被許多不同的應激激活激酶磷酸化后，在DNA損傷時移位到細胞核。P53在細胞質中有關研究表明，P53缺失的癌細胞中，自噬水平是上調的，在細胞質中重新載入P53可以使細胞自噬水平下降。因此，有研究者提出 P53發揮出不同的功能是因為它在細胞中的定位不同導致的。而且P53在細胞中的“穿梭功能”，可能是P53調控細胞自噬水平的基礎。

4、自噬在脂滴中的作用

肥胖是機體的能量攝入和消耗之間失衡的結果，表現為脂肪合成的增加和分解的減少。當機體攝入的能量超過人體所需時，多余的能量就會以脂肪的形式儲存在體內。脂肪組織是機體中儲存能量的最主要的器官，在脂肪細胞中能量以甘油三酯的形式儲存在脂滴。在過去，人們認為脂肪是一種“惰性”的組織，隨著研究的深入，人們發現其表面鑲嵌多種蛋白：脂滴相關蛋白。到目前，人們發現120多種脂滴蛋白，其中很多與脂代謝相關，說明脂滴在分解與合成過程中發揮重要的作用。

自噬在脂滴中發揮著獨特的作用：它可以調節脂肪細胞的分化。有研究者發現發現細胞無法進行分化，當他通過抑制劑對3T3-L1細胞的自噬進行干預時。白脂肪細胞中自噬的作用是清除細胞組織成分，如細胞器，以適應不斷增長的 LD。在自噬相關基因ATG7敲除的小鼠體內，不僅白色脂肪減少，而且脂肪細胞體積變小，電子顯微鏡檢查發現，缺乏Atg7的脂肪細胞的線粒體數量較多。而在自噬相關基因ATG5敲除的小鼠中，分化在脂肪形成的后期停止，同時凋亡的細胞增加。自噬的另一個作用是可以吞噬脂滴。研究發現饑餓會誘導自噬的產生，并吞噬降解脂滴。通過免疫熒光定位脂滴與自噬位置發現：饑餓會使自噬與脂滴的定位增加，說明自噬會與脂滴發生作用，吞噬脂滴。與中性脂肪酶不同，自噬過程中的溶酶體是酸性溶酶體。

5、肥胖與自噬

對于肥胖狀態下自噬的活性，現在的研究是有爭議的。在相關的人體實驗中，Kovsan等人在實驗中發現自噬在肥胖者脂肪組織中表達上調，與肥胖程度、內臟脂肪分布和脂肪細胞肥大相關。在2015年，Kosacka等人對肥胖和二型糖尿病患者進行研究，通過電子顯微鏡和自噬標志物LC3的免疫熒光染色的方法，觀察到脂肪細胞內聚集的大量自噬體，LC3-II/LC3-I比值升高、LC3以及Atg5mRNA表達增加，p62和mTOR蛋白水平下降，這些證明了自噬的水平是增加的。不僅在人體試驗中發現自噬是升高的，相關的動物試驗也得出了相似的結論。2018年，Kosacka等通過Western Blot發現，高脂飲食導致的肥胖WOKW大鼠的內臟和皮下脂肪細胞中自噬標記物蛋白量升高，提示自噬活性增強。趙勇軍的研究也發現肥胖狀態下脂肪組織自噬激活而且沒有部位差異。有研究通過用溶酶抑制劑巴菲洛霉素A1和麻黃素孵育同一受試者的脂肪組織來檢查自噬通量，研究發現通過自噬降解的p62在肥胖個體的WAT中積累更多；最后，作者膠原酶消化WAT中自噬基因和LC3II蛋白的表達，證實自噬標志物的增加只發生在脂肪細胞。

當然，也有學者在研究過程中發現了相反的結論。Takeshi Yoshizaki在研究中發現在肥大脂肪細胞中，自噬相關基因表達減少，如，LAMP1、LAMP2和Atg5，而炎癥相關基因表達增加，如MCP-1、IL-6和IL-1b。曹友祥在研究中發現：肥胖組的白色脂肪自噬相關指標LC3II，Beclin1蛋白表達要低于正常安靜組，LAMP2蛋白表達顯著性低于正常安靜組（P＜0.05），8周高脂飲食能夠顯著降低肥胖安靜大鼠腹部白色脂肪自噬活性。

為什么會出現研究結果的不同，其原因可能在于不同的模型：有些是對肥胖狀態下研究，有些是對糖尿病狀態下進行研究；不同的研究組織：有些研究的脂肪組織是皮下脂肪，而有些是內臟脂肪；不同的研究方法：有些檢測方法是對基因和蛋白的檢測，但是沒有對形態學進行研究。雖然他們的研究有著不同的結論，但是主流更加認可肥胖狀態下自噬的活性是增強的。

6、總結與展望

肥胖問題已經成為了一個社會問題。脂肪組織分解的減少是導致肥胖的原因，自噬在脂滴中起著獨特的作用，肥胖對自噬的影響會影響到脂肪的分解。在未來探索噬脂在肥胖過程中的變化特點，開發出相應的藥物，這對預防非肥胖，改善肥胖狀態有著重要意義。