OXPAT蛋白與脂質(zhì)代謝的關(guān)系探討

郭麗平， 李異玲

中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科，遼寧 沈陽 110001

綜述

OXPAT蛋白與脂質(zhì)代謝的關(guān)系探討

郭麗平， 李異玲

中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科，遼寧 沈陽 110001

OXPAT是近年發(fā)現(xiàn)鑲嵌于脂滴表面的一種結(jié)構(gòu)蛋白，是PAT家族蛋白的成員(包括perilipin、ADRP、TIP47、S3-12、OXPAT)之一，與其他成員具有高度同源的N末端PAT結(jié)構(gòu)域。OXPAT又稱MLDP或LSDPS或LSDA5或PLIN5，主要表達(dá)于氧化能力較高的組織，如骨骼肌、肝臟、心臟，并且對脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)具有重要作用。大量研究表明，OXPAT在脂質(zhì)代謝中具有重要作用，并且此過程需要ATGL等來協(xié)助共同完成。本文將對近年的研究進展作一概述。

OXPAT；脂質(zhì)代謝；PPARs；ATGL；肝臟；線粒體

OXPAT是近年發(fā)現(xiàn)鑲嵌于脂滴表面的一種結(jié)構(gòu)蛋白，是PAT家族蛋白的成員之一。OXPAT在脂質(zhì)代謝中有重要作用，本文將對近年的研究進展作一概述。

1 OXPAT生物學(xué)特征及功能

目前發(fā)現(xiàn)，OXPAT基因位于人體19號染色體，小鼠的17號染色體，只表達(dá)于哺乳動物[1]。它所表達(dá)的是一種親水性的，大小為54 kda[2]，包含468個氨基酸的偏酸性蛋白[3]。OXPAT表達(dá)廣泛，主要表達(dá)于脂肪酸(fatty acid，F(xiàn)A)氧化能力較高的組織，如骨骼肌、心肌、肝臟、褐色脂肪組織，并對脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)具有重要作用[1-3]。

通過OXPAT異位表達(dá)研究發(fā)現(xiàn)，OXPAT在脂質(zhì)代謝中具有似乎矛盾的作用。一方面OXPAT增加FA的攝取[3]和減少脂類分解[1]；另一方面增強了FA氧化[3]。支持OXPAT的多種作用的基本依據(jù)是PLIN5在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，脂肪小滴(Lipid droplets，LDs)和線粒體均有定位[1-3]。

蛋白的功能最后往往歸結(jié)于特殊的結(jié)構(gòu)域。OXPAT的N末端對于TG累積和脂滴定位有重要作用。為了判斷OXPAT的結(jié)構(gòu)域與TG累積和脂滴定位的關(guān)系，Li等[4]構(gòu)建了OXPAT截短蛋白[5]，實驗結(jié)果證明，在脂肪片段中截短的蛋白大多包含OXPAT末端(1-188 AA)，而缺乏此區(qū)域的蛋白表現(xiàn)出喪失定位目標(biāo)脂滴的功能。擁有OXPAT全部氨基酸(1-463 AA)的TG細(xì)胞比僅1-188 AA的TG含量更高，暗示OXPAT的其他區(qū)域在TG累積中也有一定作用。

OXPAT有特殊的COOH末端，它的末端有一段特殊區(qū)域可能引起與線粒體之間的聯(lián)系。OXPAT促進FA從LDs向線粒體移動氧化[6]又或者保護細(xì)胞免受氧化應(yīng)激來減少FA的氧化[7]。這兩種看似相反的功能是基于OXPAT在不同模式下表達(dá)情況的改變導(dǎo)致FA氧化的增強或減弱[6-7]。

1.1 OXPAT與PPARsLi等[4]通過轉(zhuǎn)基因小鼠實驗發(fā)現(xiàn)OXPAT是過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)的靶基因，在骨骼肌和肝臟中PPARα是激活OXPAT基因表達(dá)的必要條件，即OXPAT的表達(dá)依賴于生理環(huán)境和PPARα的活化。在人類和小鼠中PPARγ作為激活劑也可以促進OXPAT基因表達(dá)。

核受體轉(zhuǎn)錄因子PPAR家族(α、β、γ)控制著有關(guān)細(xì)胞內(nèi)FA攝取、利用和儲存的多種基因的表達(dá)[8]，通過與FA衍生出的配體直接作用來調(diào)節(jié)FA代謝[9]。實驗發(fā)現(xiàn)，在小鼠(肝臟、心臟)中，當(dāng)PPARα缺乏且OXPAT mRNA基礎(chǔ)水平被嚴(yán)重抑制時，可通過禁食誘導(dǎo)OXPAT表達(dá)，暗示著可能存在另一種調(diào)控機制。研究發(fā)現(xiàn)，在肝臟、骨骼肌、心肌中，OXPAT可被PPARα誘導(dǎo)表達(dá)，且在白色脂肪組織中，可以被吡格列酮，一種PPARγ激活劑誘導(dǎo)表達(dá)[8]。PPARα和PPARβ/δ高表達(dá)于FA氧化代謝率高的組織(如心臟、骨骼肌、肝臟)，但是PPARγ在脂肪生成組織(如脂肪細(xì)胞和肝臟)中優(yōu)先表達(dá)[9]。

1.2 OXPAT與關(guān)鍵脂肪酶OXPAT及其他家族蛋白位于中性脂質(zhì)核心并調(diào)控細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)代謝，中心脂質(zhì)以甘油三酯為主[10]。研究[11]發(fā)現(xiàn)，甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase，ATGL)、比較基因鑒定58(comparative gene identification 58，CGI-58)、激素敏感性脂肪酶(hormone-sensitive lipase，HSL)在脂肪分解中起重要作用且OXPAT與三者蛋白均可相互作用。在PAT蛋白家族中，只有OXPAT 188-391氨基酸序列能夠直接結(jié)合ATGL，促進ATGL脂滴定位，提示這兩種蛋白可能直接相互作用。實驗發(fā)現(xiàn)，OXPAT通過抑制ATGL活性吸引ATGL到達(dá)脂滴來減弱脂肪分解，而CGI-58吸引ATGL到達(dá)LDs來增強脂肪分解。OXPAT的多層面功能可能與ATGL和(或)CGI-58的相互作用及其能夠在激酶(protein kinase A，PKA)的刺激下增強脂肪代謝有關(guān)，OXPAT的功能改變依賴細(xì)胞內(nèi)環(huán)境。也有實驗[12]表明，OXPAT可以與ATGL、CGI-58分別作用并且在LDs上濃縮來增強ATGL活性和脂肪分解。不過，還有其他調(diào)節(jié)因素調(diào)節(jié)OXPAT和ATGL的相互作用，例如OXPAT通過PKA介導(dǎo)的磷酸化增強ATGL依賴的脂肪分解和ATGL的磷酸化，也許改變了OXPAT/ATGL相互作用[13]。

2 OXPAT與肝臟脂質(zhì)代謝的關(guān)系

2.1 OXPAT表達(dá)增強與肝臟脂質(zhì)堆積體內(nèi)外研究[14]證實，PLIN2、PLIN3、OXPAT三種蛋白均與肝細(xì)胞中甘油三酯的堆積有關(guān)。在禁食肝臟和非酒精性脂肪肝中，OXPAT的表達(dá)增加。為了研究在營養(yǎng)過剩狀態(tài)下OXPAT對脂肪肝代謝表型的影響，Trevino等[14]構(gòu)建了高脂肪喂養(yǎng)狀態(tài)下雄性小鼠腺病毒-OXPAT重組(Ad-OXPAT)C57BL/6J細(xì)胞，使肝臟OXPAT超表達(dá)，小鼠腺病毒-綠色熒光蛋白表達(dá)(Ad-GFP)作為對照。Ad-OXPAT肝臟和Ad-GFP肝臟相比，肝臟中的脂滴增加，利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法得出有關(guān)脂滴的各種脂質(zhì)都增加，包括甘油三酯、膽固醇酯、磷脂類。肝臟脂毒性、甘油二酯和神經(jīng)酰胺相關(guān)的脂質(zhì)在Ad-OXPAT肝臟的表達(dá)也增加。Ad-OXPAT脂肪肝和Ad-GFP對照組相比有關(guān)肝臟損傷的基因表達(dá)是不變的。OXPAT基因敲除小鼠的肝細(xì)胞中脂肪分解和FA氧化增加，然而PLIN2和PLIN3基因敲除的AML12肝細(xì)胞系不影響脂肪分解[4]。所以推測肝臟脂肪變性時，OXPAT表達(dá)增加進一步驅(qū)動脂質(zhì)堆積但不會引起肝臟損傷[14]。

2.2 OXPAT表達(dá)缺失與肝臟脂毒性研究[15]報道未酯化的脂肪酸及其衍生物的代謝是肝細(xì)胞內(nèi)脂毒性損傷的主要原因。Wang等[15]發(fā)現(xiàn)OXPAT在脂肪肝中表達(dá)增加。OXPAT基因敲除后，肝臟脂滴數(shù)量減少且形狀變小，且脂肪分解率和脂肪酸利用率提高。當(dāng)肝細(xì)胞轉(zhuǎn)染Ad-OXPAT引起OXPAT過度表達(dá)時，脂滴的數(shù)量和大小也恢復(fù)。OXPAT缺失的肝細(xì)胞表現(xiàn)出線粒體增生，可能是由于增加的未酯化的脂肪酸水平刺激PPARα表達(dá)和活性的增加。OXPAT缺失的肝臟也表現(xiàn)出線粒體脂肪酸β氧化能力增強。同時發(fā)現(xiàn)OXPAT缺失誘導(dǎo)肝細(xì)胞脂毒性損傷，應(yīng)歸因于脂質(zhì)的過氧化反應(yīng)。為了明確OXPAT缺失引起肝臟脂質(zhì)累積下降的原因，Wang等[15]研究了幾個脂質(zhì)代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。免疫印跡法結(jié)果表明在OXPAT缺失肝臟中，乙酰輔酶A羧化酶(acetylcoenzyme A carboxylase，ACC)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，F(xiàn)AS)表達(dá)下降，PLIN3和ATGL不受影響。所以，OXPAT缺失其可能抑制了FA的合成。研究還發(fā)現(xiàn)OXPAT通過競爭性的與CGI-58結(jié)合阻礙了ATGL介導(dǎo)的脂肪分解，打亂CGI-58和ATGL的相互作用。所以，OXPAT是對抗由從脂肪分解產(chǎn)生的未酯化的脂肪酸誘導(dǎo)肝臟脂毒性一種重要的保護因子，這為在肝臟脂質(zhì)儲存和肝臟脂毒性關(guān)系的調(diào)節(jié)提供了一種新的視野。Mason等[16]也認(rèn)為，OXPAT可通過調(diào)節(jié)脂肪分解來保護細(xì)胞免受“脂毒性應(yīng)激”。

3 OXPAT與脂質(zhì)代謝基因

數(shù)據(jù)顯示OXPAT定位在脂滴表面，但是在肝臟中和培養(yǎng)的細(xì)胞中OXPAT的負(fù)調(diào)控影響著大多數(shù)有關(guān)脂質(zhì)代謝的基因的表達(dá)[15]。

除了與ATGL和CGI-58的直接相互作用，OXPAT也可能通過對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)來減少脂肪分解。Trevino等[14]研究發(fā)現(xiàn)，高脂肪喂養(yǎng)的Ad-OXPAT肝臟中，OXPAT基因過度表達(dá)，但是有關(guān)脂肪分解基因(Pnpla2和Lipe)和脂肪酸氧化(Cpt1和Acot2)表達(dá)明顯減少。結(jié)果還顯示在Ad-OXPAT小鼠中關(guān)于脂肪合成基因(Dgat1和Dgat2)也減少。但是與對照組Ad-GFP比較后，F(xiàn)A合成基因(Fasn和Scd1)沒有明顯變化。所以O(shè)XPAT可能只對脂肪分解相關(guān)基因具有調(diào)節(jié)作用。肝臟中OXPAT的過度表達(dá)導(dǎo)致PPAR-α和PPAR-α有關(guān)基因的減少，相反的變化在OXPAT表達(dá)不足的肝臟中被觀察到[15]。

4 OXPAT與線粒體

有觀點認(rèn)為，OXPAT不僅能夠定位在氧化細(xì)胞LDs的表面，而且與線粒體有聯(lián)系[17]。Pollak等[18]通過實驗發(fā)現(xiàn)OXPAT在心肌中的過度表達(dá)減少了細(xì)胞內(nèi)脂肪分解，這也許和氧化磷酸化蛋白mRNA含量的減少有關(guān)，并且輕度損傷線粒體呼吸鏈。研究[17]證實OXPAT可以促進脂滴-線粒體的相互作用，并且有證據(jù)表明OXPAT可以調(diào)節(jié)脂滴-線粒體FA的穿梭，但OXPAT是否可以提高線粒體生物活性的作用還沒有定論。

在氧化組織中脂滴和線粒體之間也許存在一種密切的聯(lián)系來協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)的能量穩(wěn)態(tài)，同時也保護線粒體防止脂質(zhì)中間體和FA脂毒性水平的提高。增加的脂滴儲存對于FA細(xì)胞毒性是有保護作用的。除此之外，脂肪酸β氧化水平的增加導(dǎo)致了線粒體活性的增加[19]。OXPAT也許通過瞬間將多余的FA轉(zhuǎn)化成LD的通道作用減少了活性氧的產(chǎn)生量。在OXPAT-LDs中，TG的調(diào)節(jié)水解作用也許不只是直接引導(dǎo)FAs到線粒體，而是有可能為PPARα和PPARβ/δ激活提供功能性信號[20]?？傊?，OXPAT在線粒體中確切的作用還有待進一步研究。

OXPAT作為一種重要的脂滴表面結(jié)構(gòu)蛋白，可以通過ATGL和(或)CGI-58等相互作用抑制脂肪分解，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)FA流動來維持細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，也可能通過與線粒體分子信號的呼應(yīng)來增強氧化應(yīng)激。OXPAT也許能阻止FA誘導(dǎo)的“細(xì)胞毒性”，作為治療代謝疾病如肝臟脂肪變性等的靶基因。至于OXPAT在人體內(nèi)與脂質(zhì)代謝的具體作用，有待進一步研究。

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(責(zé)任編輯：王全楚)

The relationship between OXPAT protein and lipid metabolism

GUO Liping, LI Yiling

Department of Gastroenterology, the First Affiliated Hospital of China Medical University, Shenyang 110001, China

OXPAT is a recently discovered structural protein embedded in the surface of lipid droplets. It is a member of PAT family proteins (including perilipin, ADRP, TIP47, S3-12, OXPAT) which has highly homologous N-terminus PAT domain with the others. OXPAT is also known as MLDP or LSDPS or LSDA5 or PLIN5, mainly expressed in the organizations with high oxidation capacity, such as skeletal muscle, liver, heart, playing an important role in lipid homeostasis. Numerous studies show that OXPAT is important in Lipid Metabolism, which requires the help of ATGL etc. This paper will summarize the research findings in recent years.

OXPAT; Lipid metabolism; PPARs; ATGL; Liver; Mitochondria

10.3969/j.issn.1006-5709.2017.03.025

國家自然科學(xué)基金項目《PNALA3基因在NAFLD肝細(xì)胞脂滴和脂肪代謝中的作用及機制研究》

郭麗平，碩士，研究方向：非酒精性脂肪性肝病的基礎(chǔ)與臨床。E-mail：755847113@qq.com

李異玲，博士，主任醫(yī)師，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：非酒精性脂肪性肝病的基礎(chǔ)與臨床。E-mail：lyl-72@163.com

Q591.5

A 文章編號：1006-5709(2017)03-0338-03

2016-05-16