脂肪酸轉位酶在脂代謝中作用機制研究進展

孔莫維 高宇

(承德醫學院 1研究生院，河北 承德 067000；2附屬醫院內分泌科)

脂肪酸(FA)是產生細胞能量的主要來源，特別是在肝臟、肌肉和心臟中，是構成生物膜磷脂的一部分，可共價連接到特定蛋白質以調節其功能，如在蛋白質磷酸化的調節和修飾基因表達等事件中起作用。在血漿和細胞間質中，脂肪酸與白蛋白緊密結合，而在細胞內，脂肪酸與脂肪酸結合蛋白(FABP)結合。然而，脂肪酸如何穿過質膜進入可溶性細胞質尚不完全清楚，因為關于脂肪酸攝取過程中的限速步驟及膜相關蛋白在何種程度上促進調節細胞脂肪酸攝取的問題尚存在爭議〔1，2〕。脂肪酸轉位酶(FAT/CD36)在促進長鏈脂肪酸攝取和氧化中的作用受到廣泛關注，被定位為FA代謝的關鍵參與者〔3〕。研究表明，FAT/CD36可增加胰島β細胞的脂肪酸攝取〔4〕。FAT/CD36是一種B級清道夫受體，顯示出對長鏈FA的高親和力〔5〕，并將FA濃縮在特定的質膜結構域內并增加脂肪酸的可用性以用于隨后的膜易位。本文對FAT/CD36在脂代謝中的作用機制及研究進展進行綜述。

1 脂肪酸攝取的研究進程

從20世紀80年代早期開始，關于膜相關蛋白是否參與實質細胞攝取脂肪酸就存在爭議。細胞攝取脂肪酸的過程，對蛋白質介導的質膜轉運抑制劑敏感，并對競爭性抑制敏感。此外，抑制劑可通過對膜雙層結構組織的影響間接作用于脂肪酸攝取，脂肪酸競爭實驗也可通過脂肪酸與白蛋白和質膜FABP結合水平的競爭來解釋，而不是膜相關蛋白。然而，從生理學的角度來看，脂肪酸進入或離開細胞而不受膜控制是不合理的，因為這嚴重妨礙脂肪酸在細胞內的可用性與代謝需求的變化的協調〔1〕。

從20世紀80年代中期開始，幾個研究小組報道了幾種參與細胞攝取脂肪酸的膜蛋白，其中包括FABP、脂肪酸轉運蛋白、小窩蛋白和FAT/CD36〔6〕。脂肪酸轉運蛋白即是酰基輔酶A合成酶，通過將進入的脂肪酸直接轉化為它們的酰基CoA酯而起到細胞脂肪酸攝取的作用〔6〕。而FAT/CD36是Abumrad等〔7〕對離體大鼠脂肪細胞攝取脂肪酸的研究發現的跨膜糖蛋白。這是一種最初在血小板中普遍存在的蛋白質，參與脂肪酸的膜滲透。對于靶向敲除FAT/CD36的小鼠的研究，得到了FAT/CD36有利于細胞脂肪酸攝取的有效證據。與野生型小鼠相比，FAT/CD36敲除小鼠體內心臟脂肪酸攝取率降低50%～80%，骨骼肌降低40%～75%，和脂肪組織降低60%～70%但在肝臟中沒有降低，因為FAT/CD36在肝臟中表達缺失或非常低〔8〕。這些脂肪酸攝取的減少也導致脂肪酸代謝率改變，特別是在心臟和骨骼肌中的脂肪酸氧化。

2 FAT/CD36

FAT/CD36 是清道夫受體家族成員之一，它的羧基(C) 端和氨基(N) 端各有一個連續的疏水氨基酸區，其胞外區高度糖基化，與胞內信號傳遞有關，是結合氧化低密度脂蛋白等的主要結構域〔9〕。

FAT/CD36 是一種脂肪酸轉運蛋白，通過其識別長鏈脂肪酸(LCFA)的能力，促進細胞內游離脂肪酸的積累，在能量代謝中具有調節作用。其蛋白表達水平與脂肪酸吸收障礙和胰島素抵抗有關。現已發現FAT/CD36與糖尿病、動脈粥樣硬化、血脂異常和胰島素抵抗有關，國外研究也證實，FAT/CD36基因單核苷酸多態性與2型糖尿病顯著相關〔10〕。FAT/CD36的高表達會導致肌纖維對游離脂肪酸的高攝取及胞內三酰甘油的蓄積。Wallin等〔11〕證明在β細胞中增加FAT/CD36的表達導致脂肪酸攝取增加并導致代謝和功能改變。反之，LCFA也誘導FAT/CD36介導的信號，影響FA氧化〔12〕。

動物實驗發現FAT/CD36 作為腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)/乙酰輔酶A羧化酶(ACC)信號通路的上游信號分子，通過調節 AMPK/ACC信號通路的活性來對骨骼肌脂肪酸氧化代謝水平進行調控〔13〕。FAT/CD36可能作為肉堿棕櫚酰轉移酶1的下游蛋白來調節LCFA的氧化。FAT/CD36在線粒體有氧氧化過程中發揮著重要作用，當FAT/CD36在小鼠骨骼肌中過量表達時，則使血漿三酰甘油和LCFA濃度顯著下降，肌細胞攝取脂肪酸的速率大幅度提高〔14〕。也有研究表明，FAT/CD36不僅是一種脂肪酸轉運蛋白，而且還與代謝應激條件下的信號級聯相關。因此，FAT/CD36將是糖尿病病癥中的重要治療靶標。

3 FAT/CD36轉運脂肪的分子機制

FAT/CD36目前被認為是促進脂肪細胞、腸細胞、心肌細胞和骨骼肌細胞脂肪酸轉運的主要膜蛋白〔15～17〕。關于細胞脂肪酸攝取的分子機制，在細胞外部位FAT/CD36 最有可能作為脂肪酸的受體起作用，促進脂肪酸分配到脂質雙層的外部小葉，然后從膜外擴散到膜內。這一過程發生得非常快，不需要膜蛋白的幫助。在進入膜內后，脂肪酸將與細胞質FABP結合，這是整個跨膜轉運的限速步驟。在細胞內，FAT/CD36可通過為FABP或作用于脂肪酸的酶(如酰基輔酶A合成酶)提供停靠位點來促進轉運。在細胞外位點FAT/CD36 顯示出在蛋白質層面與FABP的相互作用，表明膜蛋白質簇在促進和調節細胞脂肪酸攝取中起作用。細胞質中FABP是FAT/CD36正常功能所必需的，因為缺乏細胞質FABP的大鼠心肌細胞系(H9c2)中FAT/CD36 的轉染不會增加脂肪酸攝取率。

除了作為跨膜脂肪酸轉運的促進劑之外，FAT/CD36 也參與調節細胞脂肪酸攝取的速率。FAT/CD36通過由胞內到質膜的可逆轉運發生脂肪酸轉運的調節以增加脂肪酸攝取。如在心肌和骨骼肌中，肌肉收縮的增加或胰島素的作用都會在幾分鐘內刺激FAT/CD36從胞內轉移到肌纖維膜，從而使脂肪酸攝取增加。收縮誘導的FAT/CD36易位由AMP激活的激酶介導。胰島素誘導的易位由磷酸肌醇3激酶介導〔18〕。值得注意的是，這種通過循環FAT/CD36 調節細胞脂肪酸攝取的機制非常類似于細胞葡萄糖攝取調節，其在心臟和骨骼肌中涉及葡萄糖轉運蛋白(GLUT4)從細胞內轉運到了肌膜。肌肉收縮或胰島素刺激增加后，FAT/CD36 和GLUT4同時聚集到肌纖維膜中，導致脂肪酸和葡萄糖的攝取率增加〔18〕。這種FAT/CD36 再循環也發生在人類骨骼肌和脂肪組織中。

4 FAT/CD36表達的轉錄控制

FAT/CD36在具有高脂肪酸代謝能力的組織中作為脂肪酸轉運促進劑的作用，取決于機體發育、荷爾蒙和環境條件。FAT/CD36 在腸道中高表達，也在內皮細胞、肺細胞、血小板和巨噬細胞中表達，其表達同樣與脂肪酸攝取和氧化低密度脂蛋白的結合有關。FAT/CD36 表達受核過氧化物酶體增殖激活受體(PPAR)的激動劑以組織特異性方式調節。PPARs是由多種分子激活的轉錄因子家族，包括脂肪酸和脂肪酸代謝物，并調節與不同細胞類型中的代謝、炎癥、增殖和分化有關的多種基因的轉錄〔19〕。PPARα主要在高脂肪酸氧化率的組織(肝臟、心臟、骨骼肌、腎臟和棕色脂肪組織)中表達，并且調節參與脂肪酸分解代謝的蛋白質的表達，PPARγ主要在白色脂肪組織中表達，是脂肪生成的關鍵調節劑。PPARβ/δ具有更廣泛地組織分布，特別是在禁食和耐力運動期間在骨骼肌中高度表達〔20〕。PPARs可通過與類視黃醇X受體形成異二聚體并通過DNA結合結構域與靶基因的啟動子或轉錄區域中的過氧化物酶體增殖物反應元件序列結合，直接調節靶基因的轉錄〔20〕。

脂肪酸，尤其是長鏈脂肪酸，被認為是PPARs的天然配體，各種脂肪酸代謝物，如酰基輔酶A酯、氧化脂肪酸和類二十烷酸，也會激活PPAR〔21〕。心臟PPARα的激活和骨骼肌PPARα的激活導致參與脂肪酸線粒體氧化的各種蛋白質和酶的協調表達增加，包括參與細胞脂肪酸攝取的蛋白質，即FAT/CD36和FABPc的上調。通過這種方式，FAT/CD36促進脂肪酸的細胞內可利用性，對其自身的從頭合成產生積極影響。在心肌中，FAT/CD36和核受體PPARα在控制心臟脂肪酸利用中的關鍵作用可從以下觀察中得到證實:PPARα-敲除小鼠顯示心臟脂肪酸利用能力下降，PPARα在小鼠中的心臟特異性過表達導致脂肪酸攝取和利用增強，而過量表達PPARα的小鼠中FAT/CD36的缺失可防止心臟脂肪增加酸利用〔22〕。

5 FAT/CD36和脂質代謝的病理生理學

幾種慢性疾病的特征在于脂肪酸或脂質代謝紊亂。如肥胖與葡萄糖和脂質代謝的紊亂有關，導致動脈粥樣硬化血漿脂質特征和有害的三酰甘油在非脂肪組織如肝、心臟和肌肉中的積累(異位脂質積聚)。因此，肥胖個體患胰島素抵抗的風險很高，這可能進一步導致2型糖尿病和心血管并發癥，如急性心肌梗死和糖尿病性心肌病〔23～25〕。由于其在脂肪酸過量供應的脂質代謝改變中的關鍵作用，FAT/CD36 已涉及肥胖誘導或高脂肪飲食誘導的異位脂質積累和胰島素抵抗的病因學，并且已被建議作為目標用于治療干預〔26，27〕。

脂肪酸向心臟或肌肉的慢性過量供應引發FAT/CD36循環的變化，導致該轉運蛋白從內體到肌纖維膜的永久性重新定位。在大鼠中，這種變化非常迅速，即在高脂肪攝食開始后2～3 d內，肌細胞脂肪酸攝取率增加〔28〕。然后，脂肪酸不僅成為能量產生的主要代謝底物，而且還導致三酰甘油、二酰甘油和神經酰胺在肌細胞內形成。后兩種脂肪酸代謝物抑制胰島素信號傳導并損害葡萄糖轉運蛋白GLUT4從內體到肌膜的轉運，導致葡萄糖攝取降低并降低葡萄糖向糖原的摻入。這時心臟或肌肉已經形成胰島素抵抗并顯示出收縮功能受損〔28〕。但這個階段反而使脂肪酸攝取增加，形成脂質誘導的胰島素抵抗和進一步損害心臟功能的惡性循環。總之，FAT/CD36在由于脂質過載引起的胰島素抗性發展的早期階段已經發揮了重要作用。實際上，磺酸-N-琥珀酰亞胺油酸酯對FAT/CD36的特異性抑制或FAT/CD36的缺失可防止高脂肪飲食誘導的胰島素抵抗和心臟收縮功能障礙〔29〕。最近的研究表明，在喂食高脂肪飲食的大鼠中觀察到內體堿化，由于抑制液泡型H+-腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的質子泵活性，增加的FAT/CD36易位至肌膜是由內體的堿化引起的〔27〕。

6 對FAT/CD36代謝機制研究的最新進展

目前的研究旨在進一步破譯FAT/CD36相關的信號通路及FAT/CD36控制的囊泡運輸和細胞骨架網絡蛋白，如心肌中FAT/CD36和GLUT4易位所必需的囊泡相關膜蛋白。有研究認為FAT/CD36的促進作用不僅受蛋白質的細胞內循環控制，還受各種類型的翻譯后修飾控制，特別是棕櫚酰化、N-糖基化和泛素化〔30〕。此外，有研究指出FAT/CD36能作為O-連接的N-乙酰葡糖胺的靶標，經過修飾誘導的FAT/CD36轉移至心肌膜，增加肌細胞脂肪酸攝取和脂肪酸氧化的速率〔19〕。

FAT/CD36介導的信號傳導對于誘導關鍵乳糜微粒的表達很重要 。FAT/CD36介導胰高血糖素樣肽2，在倉鼠和小鼠中有增強腸道脂肪酸吸收和乳糜微粒產生的作用，而在FAT/CD36-/-小鼠中不存在胰高血糖素樣肽2效應。FAT/CD36對于乳糜微粒產生很重要，在FAT/CD36-/-小鼠中產生的腸脂蛋白小于35%并且表現出對其血液清除的延遲。FAT/CD36的內化和降解似乎是誘導乳糜微粒形成的關鍵蛋白所必需的〔31〕。

內皮細胞的特異性FAT/CD36缺失表明FAT/CD36對血管健康很重要，突顯出其在內皮細胞在引發腸道炎癥中的潛在作用 。最近的研究結果揭示了FAT/CD36在維持上皮屏障完整性方面的特殊作用。這種作用與脂質攝取和代謝中的作用不同，它可能表明腸道中的FAT/CD36功能障礙可增加腸道對脂肪處理異常導致炎癥的易感性〔32〕。

FAT/CD36基因中的單核苷酸多態性與脂質代謝異常和人類代謝綜合征風險有關。最近一項研究發現，降低FAT/CD36表達的FAT/CD36 單核苷酸個體在攝入高脂肪膳食后會增加餐后血脂水平〔33〕。另外，DNA甲基化證明了大幅度降低FAT/CD36表達位點與血漿中高三酰甘油和低密度脂蛋白相關，這表明FAT/CD36的表觀遺傳調控在脂質代謝異常中有潛在作用〔33〕。患有中FAT/CD36缺乏的人的餐后脂質改變可能有助于研究FAT/CD36單核苷酸與糖尿病相關心血管疾病和代謝綜合征風險之間的聯系〔33〕。

最近報道了FAT/CD36-/-小鼠可免于受到高膽固醇飲食的影響而患膽結石〔34〕，這表明FAT/CD36在膽管中對膽固醇轉運和分泌有調節作用。在高膽固醇飲食喂養小鼠的肝臟脂質含量中未發現總膽固醇或游離膽固醇含量的差異，但顯示FAT/CD36-/-小鼠肝臟中膽汁酸含量增加。隨著牛磺酸氨基乙酸濃度的增加，FAT/CD36-/-小鼠的膽汁脂質分泌發生改變，疏水性降低FAT/CD36-/-小鼠的膽囊收縮能力下調，可導致更頻繁的膽汁排空和膽汁疏水性降低，這解釋了FAT/CD36缺失的保護作用。而腸道和肝臟特異性FAT/CD36缺失均未顯示出對LD誘導的膽結石形成的保護作用〔34〕。

綜上，越來越多的證據支持清道夫受體FAT/CD36在關鍵代謝途徑中引發深刻變化的突出作用。此外，其在循環、消化、運動等系統中的分布與其在葡萄糖穩態和線粒體活性的相關功能的潛力，有待于進一步研究。