Twist 1基因在脂肪組織中的功能及其與肥胖癥關(guān)系的研究進展

任瑞，逯素梅，馬永梅，馬萬山

（山東大學(xué)附屬千佛山醫(yī)院，濟南 250014）

肥胖是糖尿病、高血壓、冠心病、膽石癥、痛風(fēng)癥等多種慢性疾病的危險因素，其對健康危害的核心環(huán)節(jié)是脂肪細(xì)胞積聚過多，過度分化與體積增大，生成過多功能失調(diào)的脂肪細(xì)胞。Twist 1基因廣泛參與多種組織的形成，如骨、肌肉、神經(jīng)、心臟、造血組織及脂肪組織等［1］。近年來，轉(zhuǎn)錄因子Twist 1在脂肪組織的功能研究成為熱點。本文就Twist 1在脂肪組織中的功能及其與肥胖癥關(guān)系的研究進展作一綜述。

1 肥胖癥的定義及病因

肥胖癥是指人體進食的熱量多于消耗熱量時，多余的熱量以脂肪形式儲存在體內(nèi)，導(dǎo)致體內(nèi)脂肪堆積過多和（或）分布異常，進而導(dǎo)致體質(zhì)量增加的一種多因素慢性代謝疾病。也有學(xué)者定義肥胖癥是指體內(nèi)脂肪細(xì)胞的體積和數(shù)量大量增加，脂肪尤其是甘油三酯發(fā)生過度堆積，使體質(zhì)量超過標(biāo)準(zhǔn)體質(zhì)量的20%以上的病理狀態(tài)。病因?qū)W研究發(fā)現(xiàn)，雖然導(dǎo)致肥胖發(fā)生的因素很多，如遺傳、環(huán)境及個人行為，但肥胖對健康危害的核心環(huán)節(jié)是脂肪細(xì)胞過度分化，造成細(xì)胞體積增大、積聚過多，生成過多功能失調(diào)的脂肪細(xì)胞。越來越多的學(xué)者指出，解決脂肪細(xì)胞問題才能根本解決肥胖。肥胖時的脂肪組織增加，主要為脂肪細(xì)胞的數(shù)目增多和體積增大，提示脂肪細(xì)胞的增殖和功能變化對肥胖的發(fā)生發(fā)展有重要影響。脂肪細(xì)胞除了可儲存甘油三酯調(diào)節(jié)機體的能量平衡外，還可作為一種重要的內(nèi)分泌器官分泌大量的脂肪因子，如瘦素、脂聯(lián)素、腫瘤壞死因子α、單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP-1）等，參與機體炎癥及免疫反應(yīng)，影響糖脂代謝等多個生理過程，從而影響肥胖癥的發(fā)生。脂肪細(xì)胞生長、分化及凋亡等過程也與機體肥胖癥的發(fā)生密切相關(guān)。因此，臨床預(yù)防和控制肥胖癥發(fā)生發(fā)展的核心環(huán)節(jié)在于探討脂肪細(xì)胞的功能及分子生物學(xué)調(diào)節(jié)機制。

2 Twist 1基因及其在脂肪組織中的功能

Twist 1是1987年在果蠅中發(fā)現(xiàn)的新基因，能編碼堿性螺旋-環(huán)-螺旋DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。正常情況下，Twist 1基因主要表達(dá)于胎盤、胚胎中胚層和成人的某些中胚層來源的未分化組織，在胚胎發(fā)育中起關(guān)鍵調(diào)控作用，在誘導(dǎo)細(xì)胞移動及組織塑形中起重要作用。人類Twist 1基因與機體多種腫瘤相關(guān)，如肝癌、肺癌、胃癌、頭頸癌、乳腺癌及結(jié)腸癌等［2，3］;Twist 1基因也廣泛參與多種組織的形成，如骨、肌肉、神經(jīng)、造血組織及脂肪組織等。

2.1 Twist 1基因在脂肪組織中的表達(dá) Twist 1基因在人類白色脂肪組織和棕色脂肪組織中均呈現(xiàn)高表達(dá)，其功能卻不盡相同。特異性敲除小鼠棕色脂肪組織中的Twist 1基因能夠誘導(dǎo)氧化代謝及脂肪酸氧化相關(guān)基因的表達(dá)，但是對脂裂解沒有影響;而在人類白色脂肪組織中，Twist 1基因能夠通過調(diào)控多種炎癥脂肪因子而調(diào)控炎癥途徑［4］。Pan等［5］通過對棕色脂肪組織能量動態(tài)平衡的維持機制研究，發(fā)現(xiàn)Twist 1基因在過氧化物酶體增殖活化受體γ共激活因子-1α（PGC-1α）/過氧化物酶體增殖活化受體（PPAR）δ介導(dǎo)的棕色脂肪組織能量動態(tài)平衡中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，且發(fā)現(xiàn)棕色脂肪組織中高表達(dá)Twist 1的轉(zhuǎn)基因小鼠更容易發(fā)生肥胖，而敲除Twist 1基因的小鼠表現(xiàn)為肥胖抵抗，在白色脂肪組織中未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。

2.2 Twist 1基因在脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)分化過程中的作用 ALBP、ADD1/SREBP-1c、C/EBPs、PPARγ 等轉(zhuǎn)錄因子對脂肪細(xì)胞分化起著決定性作用［6］。有不少學(xué)者圍繞Twist 1基因影響肥胖及其并發(fā)癥的中間作用環(huán)節(jié)展開了研究。以間充質(zhì)干細(xì)胞為研究材料發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)Twist 1基因的間充質(zhì)干細(xì)胞較對照細(xì)胞更易生成脂滴，且脂肪生成的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子PPARγ及脂肪細(xì)胞相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)均顯著提高［7］。但是 Pan等［5］通過靶向 Twist 1 基因表達(dá)的shRNA慢病毒載體的作用干擾棕色及白色脂肪前體細(xì)胞中Twist 1表達(dá)，并未影響脂肪細(xì)胞分化成熟的進程。本課題組也圍繞Twist 1基因?qū)χ厩绑w細(xì)胞3T3-L1分化過程的影響開展了部分研究，發(fā)現(xiàn)3T3-L1脂肪前體細(xì)胞中表達(dá)極微量的Twist 1，胰島素等刺激脂肪前體細(xì)胞分化為成熟脂肪細(xì)胞過程中Twist 1轉(zhuǎn)錄及蛋白表達(dá)水平顯著升高，進一步借助基因工程技術(shù)過表達(dá)脂肪前體細(xì)胞中Twist 1基因，發(fā)現(xiàn)上調(diào)Twist 1表達(dá)并不影響脂肪細(xì)胞的體外成熟進程［8］。

2.3 Twist 1基因與脂肪細(xì)胞 PGC-1α、PPARγ 相關(guān)性 據(jù)報道，Twist 1基因與脂肪細(xì)胞線粒體的生物功能發(fā)揮存在一定的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)Twist 1在棕色脂肪組織中的功能與PGC-1α密切相關(guān)。PGC-1α是參與細(xì)胞能量代謝的重要分子，它通過與多種轉(zhuǎn)錄因子（如 PPARγ、ERRα、NRF1）相互作用調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝。Twist 1可以與棕色脂肪組織中PGC-1α C端氨基酸353-797位點直接結(jié)合，抑制PGC-1α的表達(dá)。棕色脂肪組織中過表達(dá)Twist 1基因，還能抑制線粒體氧化代謝和解偶聯(lián)過程相關(guān)的靶基因（CPT1β、UCP1、ERRα）及其他多種 PGC-1α下游靶基因的轉(zhuǎn)錄［9］，但在白色脂肪組織中的相關(guān)研究未見報道。

PPARs是具有特色的核激素受體超家族，能被配體激活。激活的PPARγ與另一種核受體超家族-維甲類X受體結(jié)合成異二聚體，作用于特異的過氧化物增生反應(yīng)元件上，改變靶基因的調(diào)控，參與機體多個生理過程［10］。研究表明，PPARs在調(diào)控脂肪細(xì)胞分化中起重要作用，其中以轉(zhuǎn)錄因子PPARγ的作用最重要。PPARγ已成為公認(rèn)的脂肪細(xì)胞分化過程的重要標(biāo)志分子。同時，許多研究表明PPARγ在脂肪細(xì)胞中的功能并不局限于脂肪細(xì)胞的分化，其參與調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的多個生理功能。另外，炎癥是機體肥胖的一個重要狀態(tài)，它源自白色脂肪組織的功能失調(diào)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在機體低度炎癥狀態(tài)下PPARγ和Twist 1之間存在一定的級聯(lián)調(diào)控。匹格列酮是一種能夠抗機體糖尿病和炎癥狀態(tài)的PPARγ拮抗劑，給予糖尿病性肥胖患者匹格列酮處理，能夠上調(diào)脂肪組織中Twist 1基因的表達(dá)［11］。

2.4 Twist 1基因與脂肪組織分泌功能的關(guān)系 脂肪組織不僅是能量儲存、產(chǎn)生熱量的重要器官，還是人體內(nèi)最大的內(nèi)分泌器官，可分泌多種激素和蛋白因子，在機體生理和病理的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。棕色脂肪組織隨著年齡的增長其含量逐漸下降，至成年后降至最低，并分泌極少量的炎癥和脂肪細(xì)胞因子;而白色脂肪組織分布在全身各處，尤其在內(nèi)臟組織和皮下儲存量較多，可分泌大量調(diào)節(jié)機體能量代謝的脂肪因子和炎性因子［12］。例如，白色脂肪組織可分泌抵抗素，敲除抵抗素的大部分健康小鼠出現(xiàn)了低血糖癥狀，由此推斷抵抗素具有拮抗胰島素和抑制糖異生的功能［13］;脂肪組織分泌的脂聯(lián)素具有負(fù)性調(diào)節(jié)肥胖、2型糖尿病、體脂含量等功能，并與心肌肥厚疾病、動脈粥樣硬化相關(guān);同時脂肪組織可分泌瘦素，通過抑制食欲、調(diào)整胰島素敏感性等方面發(fā)揮免疫系統(tǒng)的調(diào)控作用［14］。在脂肪組織中，腫瘤壞死因子（TNF-α）分化，導(dǎo)致胰島素抵抗［15］。IL-1受體可通過減弱脂肪組織的炎癥過程而改善高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗［16］;IL-1β能夠通過促進脂肪炎癥和限制脂肪組織的擴展，促進肝細(xì)胞和脂肪組織巨噬細(xì)胞的異位脂肪聚集效應(yīng)［17］。多種生長因子及其受體（如 FGF、GHR、HGF、VEGF）在肥胖癥中作用的報道也越來越多［18］。近年來趨化因子家族及相關(guān)蛋白（CXCR4、CCR6、MCP-1等）對肥胖癥影響也有不少報道［19］。因此認(rèn)為，人體多種生理功能的調(diào)節(jié)也依靠脂肪組織分泌的激素和蛋白因子。本課題組圍繞Twist 1基因的表達(dá)與脂肪細(xì)胞因子的分泌關(guān)系之間展開研究［8］，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干擾脂肪細(xì)胞中Twist 1基因的表達(dá)促進部分脂肪細(xì)胞因子的分泌，也抑制了另外一部分脂肪細(xì)胞因子的分泌，這些細(xì)胞因子的種類主要集中在白介素類及其受體（IL-3、IL-6、IL-7、IL-9、IL-10、IL-17、IL-21和 IL-27）、生長因子及其受體類（FGF、GHR、HGF、VEGF、TNF）和趨化因子家族（CXCR4、CCR6、MCP-1）等。

3 Twist 1基因與肥胖癥的關(guān)系

Twist 1基因表達(dá)水平在肥胖癥發(fā)生過程中的變化也頗受關(guān)注。Pettersson等［20］研究了23例非肥胖（BMI＜30）和107例肥胖（BMI≥30）女性患者腹部皮下脂肪組織中Twist 1基因的表達(dá)水平，證實肥胖個體中Twist 1基因表達(dá)水平較非肥胖者顯著下調(diào)，給予一定的減肥治療后，Twist 1基因表達(dá)升高。我們課題組成員通過高脂飲食誘導(dǎo)小鼠C57/BL6肥胖癥的發(fā)生，與對照組相比較，肥胖小鼠脂肪組織中Twist 1基因表達(dá)亦顯著下調(diào)，臨床肥胖個體（BMI≥30組）脂肪組織中Twist 1基因轉(zhuǎn)錄和翻譯水平也均顯著低于非肥胖組［9］。已有研究及我們的實驗結(jié)果均提示Twist 1基因與肥胖癥的發(fā)生負(fù)相關(guān)。

總之，Twist 1基因在脂肪組織中功能活躍，與脂肪前體細(xì)胞的分化、脂肪細(xì)胞因子的分泌、脂肪細(xì)胞線粒體的生物合成及脂肪細(xì)胞的能量代謝等諸多過程有關(guān)。Twist 1基因?qū)χ厩绑w細(xì)胞分化過程的影響、在慢性代謝疾病尤其是肥胖癥和胰島素抵抗發(fā)生發(fā)展中的中間作用環(huán)節(jié)及分子調(diào)節(jié)機制將是以后研究的熱點，有助于更好地研究Twist 1基因的生物學(xué)功能，并對臨床預(yù)防和控制代謝性疾病提供重要依據(jù)。

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