視黃酸對白色脂肪棕色化作用的研究進展

杜 岑，都 健

(中國醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院第一內(nèi)分泌與代謝病科，沈陽 110032)

隨著生活方式的改變和生活水平的不斷提高，越來越多的人深受肥胖困擾。肥胖不僅影響美觀，還會引起各種心腦血管疾病及代謝性疾病的發(fā)生。人體內(nèi)含有兩種脂肪：白色脂肪和棕色脂肪。其中，白色脂肪主要通過三酰甘油的形式在能量儲存中發(fā)揮作用，而棕色脂肪在能量消耗中發(fā)揮作用。近年來有研究者發(fā)現(xiàn)，白色脂肪中的“米色脂肪”能與棕色脂肪一樣發(fā)揮作用，這種現(xiàn)象被稱為“白色脂肪棕色化”[1]。白色脂肪棕色化的發(fā)現(xiàn)為治療肥胖及相關疾病拓寬了思路。2012年，Boss和Farmer[2]提出白色脂肪棕色化過程受到許多轉錄因子和蛋白質的調(diào)節(jié)。近年來，已有研究證明視黃酸對白色脂肪棕色化有一定的作用[3]。作為維生素A的衍生物，視黃酸主要影響骨的生長和促進上皮細胞的增生、分化，其曾廣泛應用于治療尋常痤瘡、銀屑病等皮膚疾病，而其他作用尚不明確?，F(xiàn)就視黃酸促進白色脂肪棕色化作用的研究進展予以綜述。

1 脂肪組織與視黃酸

白色脂肪和棕色脂肪在結構、分布和功能上均存在很大的差別。①在白色脂肪細胞中，細胞質由一個大的脂滴構成，而棕色脂肪細胞中含有多個小的脂滴。②白色脂肪細胞中線粒體含量較少，而棕色脂肪細胞中線粒體含量多。③棕色脂肪組織血管更豐富，因而其受神經(jīng)系統(tǒng)(交感神經(jīng)系統(tǒng))的支配較白色脂肪組織多。④白色脂肪組織主要分布在皮下、附睪、腸系膜、腎周等處，而棕色脂肪組織主要分布在頸部、肩胛間、肩胛下、主動脈周圍、心臟等區(qū)域[4]。⑤白色脂肪組織主要在能量儲存中發(fā)揮作用，而棕色脂肪組織因表達解偶聯(lián)蛋白(uncoupling protein,UCP)1，擁有非寒戰(zhàn)性產(chǎn)熱的能力。且體內(nèi)棕色脂肪組織含量越高，越能阻止代謝性疾病的發(fā)生[5]。⑥白色脂肪自出生后才開始出現(xiàn)，并受環(huán)境因素、飲食等的影響，如攝取高脂肪含量的食物會使白色脂肪生成增加[6]。棕色脂肪則與生俱來，并隨著年齡的增長逐漸減少。2009年，Van Marken Lichtenbelt 等[7]證實棕色脂肪的數(shù)量越少，體質指數(shù)越大，皮下脂肪含量越多。因此，肥胖的發(fā)生與人體內(nèi)棕色脂肪含量的減少密切相關。

UCP1是棕色脂肪的標志物，可通過檢測UCP1來判斷是否發(fā)生白色脂肪棕色化。早前研究發(fā)現(xiàn)，對UCP1的調(diào)控主要在轉錄水平[8]。UCP1基因的5′區(qū)域內(nèi)有許多轉錄因子的結合位點，包括CCAAT/增強子結合蛋白調(diào)控位點、環(huán)腺苷酸反應元件及一些核受體過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)、視黃酸受體(retinoic acid receptors，RARs)和甲狀腺激素受體的結合位點。這些基因調(diào)控元件及與其結合的轉錄復合物調(diào)節(jié)UCP1的轉錄。動物實驗表明，反式視黃酸能影響脂肪組織與脂肪細胞的功能[9]。用缺乏視黃酸的食物喂養(yǎng)小鼠發(fā)現(xiàn)，UCP1的表達減少，而反式視黃酸能夠促進UCP1在白色脂肪組織和棕色脂肪組織中的表達，也包括在棕色脂肪細胞系中的表達[10]。

2 視黃酸的功能和作用途徑

2.1功能 視黃酸是維生素A人工合成或在體內(nèi)代謝形成的中間產(chǎn)物，是維生素A的羧酸形式。其對人體的視力、繁殖、造血、胚胎發(fā)育和生長調(diào)節(jié)起重要作用。同時，視黃酸還能影響上皮細胞的增殖、分化，臨床主要應用于治療痤瘡黑色素瘤、銀屑病、魚鱗病等皮膚疾病。嚙齒類動物實驗表明，視黃酸能使體溫升高，提高胰島素的敏感性，促進脂肪分解，從而使體重降低并能增加UCP1的表達[11]。超重和肥胖的個體顯示，其血清中的視黃酸水平偏低，且飲食中視黃酸的攝入與肥胖的產(chǎn)生有密切關系[12]。如果視黃酸促進白色脂肪棕色化機制能得到進一步研究，其將在治療肥胖、糖尿病和動脈粥樣硬化等慢性疾病上取得突破。

2.2作用途徑 視黃酸有多種同分異構體，根據(jù)其分子中極性基團和側鏈結構的不同可分為全反式視黃酸、13-順式視黃酸和9-順式視黃酸等。 視黃酸通過單純擴散的方式進入細胞內(nèi)，與細胞視黃酸結合蛋白(cellular retinoic acid binding protein,CRABP)結合。CRABP分為兩種：CRABP-Ⅰ和CRABP-Ⅱ，它們可以運載視黃酸在體內(nèi)進行轉運。其中，CRABP-Ⅰ將細胞質內(nèi)的視黃酸轉運至內(nèi)質網(wǎng)，在內(nèi)質網(wǎng)中被P450酶代謝，降解成非活性物質排出體外。剩下的視黃酸與CRABP-Ⅱ結合，被運載到細胞核內(nèi)與相應受體結合發(fā)揮作用[13]。

視黃酸在體內(nèi)有兩種受體：RARs和類視黃醇X受體。每種受體均有3個不同的亞型，分別為α、β和γ[14]。這些核受體在白色脂肪和棕色脂肪中高度表達。有研究表明，除RARs和類視黃醇X受體外，肝細胞核因子4α、雞卵白蛋白上游啟動子轉錄因子Ⅱ和PPARβ/δ均能作為轉錄因子介導視黃酸的表達[15]。這為視黃酸促進白色脂肪棕色化提供了新方向。

3 視黃酸與白色脂肪棕色化

3.1視黃酸與脂代謝 視黃酸通過參與脂代謝促進白色脂肪棕色化的發(fā)生。大多數(shù)的全反式視黃酸是通過RARs與類視黃醇X受體形成的異二聚體發(fā)揮作用，形成的異二聚體結合到目的基因上的視黃酸反應元件來調(diào)節(jié)目的基因的表達[14]。許多參與脂代謝的蛋白質的基因編碼是通過RARs途徑在轉錄水平被調(diào)節(jié)。這些基因編碼的蛋白質包括參與甘油異生和糖異生的限速酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和將飽和脂肪酸轉化成單一不飽和脂肪酸的硬脂酰輔酶A脫氫酶1,及參與線粒體β氧化的中鏈?；o酶A脫氫酶等。視黃酸能上調(diào)這些參與脂代謝的蛋白質的基因在細胞內(nèi)的表達，且能編碼激素敏感性脂肪酶，參與脂肪細胞的分解。

新發(fā)現(xiàn)的脂質運載蛋白2(lipocalin 2,Lcn2)是脂肪來源的細胞因子，在調(diào)節(jié)通過非腎上腺素途徑的適應性產(chǎn)熱中起重要作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Lcn2是視黃酸作用的靶基因，在Lcn2啟動子區(qū)域有視黃酸反應元件，通過與其結合可促進脂肪組織中的Lcn2表達[16]。Lcn2在調(diào)節(jié)視黃酸代謝穩(wěn)態(tài)及視黃酸介導的脂肪組織產(chǎn)熱效應中起關鍵作用。如果Lcn2缺乏，脂肪組織中視黃酸的穩(wěn)態(tài)將被破壞，同時由視黃酸誘導表達的RARs與類視黃醇X受體目的基因減少，最終導致UCP1和PPARγ協(xié)同刺激因子1的表達減少，從而使視黃酸對能量代謝及脂肪組織產(chǎn)熱效應的影響被削弱。實驗證明，用視黃酸喂養(yǎng)的實驗組小鼠體重較對照組明顯下降，而用視黃酸喂養(yǎng)敲除Lcn2基因的小鼠，視黃酸的作用被減弱[16]。

3.2視黃酸與PPAR作用 PPAR是核受體超家族中的一員，目前有3種亞型，分別為α、β/δ和γ。PPAR與人體代謝息息相關，參與了糖代謝、脂肪代謝等。其中，α和γ在脂肪組織中存在。而視黃酸通過分別與PPAR的3種亞型作用影響白色脂肪棕色化的發(fā)生。

在肝細胞內(nèi)，PPARα的激活劑和視黃酸通過結合靶基因啟動子的PPAR反應元件調(diào)節(jié)脂肪酸的分解代謝。這些靶基因包括編碼肉毒堿攜帶體的基因和編碼乙酰輔酶A氧化酶的基因。同時，PPARα受體與RARs協(xié)同作用可以進一步增加UCP1和UCP2的表達。此外，PPARα促使白色脂肪棕色化有可能需以激活促分裂原活化的蛋白激酶為前提[17]。但目前的研究僅限于動物實驗，在人類的脂肪細胞中并無相應結果。

有研究發(fā)現(xiàn)，視黃酸抑制肥胖和胰島素抵抗的機制在于激活PPARβ/δ和RARs受體[18]。Berry和Noy[18]以小鼠為模型研究視黃酸是否能抑制肥胖和胰島素抵抗。他們將實驗小鼠以高脂高糖飲食喂養(yǎng)16周后分為兩組，分別以高脂高糖飲食和視黃酸喂養(yǎng)，結果發(fā)現(xiàn)經(jīng)視黃酸治療的小鼠體重減輕，且減輕的主要為腹腔和腹股溝的白色脂肪組織質量。該實驗發(fā)現(xiàn)，視黃酸通過誘導PPARβ/δ和RARs能表達靶基因乙醛脫氫酶9、3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1、人血管生成素樣蛋白4、UCP1、UCP3和脂肪分化相關蛋白參與脂肪代謝。其中，乙醛脫氫酶9作為PPARβ/δ和RARs誘導表達的靶基因在脂肪酸氧化中起重要作用。而其他基因編碼的蛋白質(3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1)可參與胰島素反應。人血管生成素樣蛋白4，作為一個脂肪因子可以調(diào)節(jié)激素敏感性酯酶和UCP1等。

在脂肪前體細胞中，視黃酸通過激活CRABP-Ⅱ/RAR途徑抑制脂肪細胞的分化，從而調(diào)節(jié)新脂肪細胞的形成。在成熟的脂肪組織和肌肉中，視黃酸既能激活CRABP-Ⅱ/RAR途徑，又能激活脂肪酸結合蛋白5/PPARβ/δ途徑，從而促進脂肪氧化和能量的利用。此外，視黃酸還能與PPARβ/δ和RARs受體協(xié)同表達靶基因參與脂肪組織的分解代謝并促進UCP1的表達，使白色脂肪棕色化。

視黃酸不僅能與PPARα、β/δ協(xié)同表達促進白色脂肪棕色化，對PPARγ也有一定的作用。目前發(fā)現(xiàn)的治療糖尿病的藥物——格列酮類，主要通過激活PPARγ起作用，其主要通過增加靶組織對胰島素作用的敏感性來降低血糖，改善血脂譜等。Wener等[19]研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ激動劑不僅能減輕血管炎癥反應，對改善動脈粥樣硬化也有一定作用。同時他們還發(fā)現(xiàn)，小鼠在經(jīng)PPARγ激動劑治療6周后，PPARγ激動劑表達的目的基因信使RNA如乙酰輔酶A氧化酶、脂肪酸結合蛋白3、肉毒堿棕櫚酰轉移酶在肝臟的表達增加。這些基因減少了肝內(nèi)脂肪并提高靶組織對胰島素作用的敏感性。在PPARγ激動劑刺激后，人體內(nèi)白色脂肪組織中的UCP1、PPARγ協(xié)同刺激因子1α表達明顯增加，即白色脂肪棕色化，這種改變在腹股溝處的白色脂肪組織最為明顯，而在附睪處程度最輕[20]。在白色脂肪和棕色脂肪細胞的生成和分化過程中，PPARγ是一種必不可少的轉錄因子。研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ是否乙?；才c白色脂肪棕色化有密切聯(lián)系[19]。PR結構域蛋白16是棕色脂肪發(fā)育的決定因子。在PR結構域蛋白16與PPARγ形成轉錄復合物的過程中[21]，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴去乙?；甘筆PARγ的Lys293和Lys268位點去乙?；?，促進白色脂肪棕色化發(fā)生[6]。在PPARγ結合棕色脂肪基因時，一種Fbox蛋白早期B淋巴細胞因子2可作為輔助因子正向調(diào)節(jié)其活性[22]。此外，PPARγ不僅可以激活棕色脂肪基因表達，還能通過抑制白色脂肪基因表達參與白色脂肪棕色化過程[23]。

3.3視黃酸與血管生成 視黃酸除了與體內(nèi)相關受體結合影響相關脂肪因子從而促進白色脂肪棕色化外，Wang等[24]研究還發(fā)現(xiàn)，母體內(nèi)視黃酸能通過促進血管生成影響后代棕色脂肪的生成。給予母體一定的視黃酸能夠上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子受體2的表達，從而促進血管生成。將研究小鼠暴露于寒冷刺激下發(fā)現(xiàn)，小鼠體內(nèi)的白色脂肪和棕色脂肪組織中的血管生成增加，若阻斷血管內(nèi)皮生長因子受體2，能夠使寒冷誘導下的新生血管失活且損害脂肪組織非寒戰(zhàn)性產(chǎn)熱的能力[24]。雖然目前米色脂肪細胞是否是由新生成脂肪生成或是從現(xiàn)存的脂肪細胞轉變而來還存在爭議[25-26]，但血管內(nèi)皮上的原始細胞能夠分化成米色脂肪細胞已被證實[27-29]。

肥胖和糖尿病能夠損害脂肪組織干細胞血管生成的潛力[30-31]。視黃酸通過過度表達血管內(nèi)皮生長因子刺激血管生成，從而促進脂肪組織產(chǎn)熱并防止飲食導致的肥胖[31]。因此，實驗得出視黃酸通過促進血管系統(tǒng)發(fā)育影響白色脂肪棕色化[32]。

4 小 結

視黃酸不僅能通過與視黃酸相關受體及PPAR結合促進UCP1表達，還能促進血管生成影響脂肪組織的生成，進而促進白色脂肪棕色化。棕色脂肪一直是減肥藥物的研究方向。但因人體內(nèi)棕色脂肪含量少，所以限制了其作為減肥藥物開發(fā)的前景。白色脂肪棕色化能增加體內(nèi)能量的消耗，進而影響體重，并降低代謝性疾病的發(fā)生風險。越來越多的證據(jù)表明，維生素A的衍生物視黃酸可促進白色脂肪棕色化的發(fā)生[33-35]。視黃酸不僅能通過增加白色脂肪和棕色脂肪等組織的脂肪動員和能量利用減少脂肪形成，還能抑制胰島素抵抗和炎癥發(fā)生。此外，視黃酸中的反式視黃酸還能通過影響脂肪和能量代謝來調(diào)節(jié)能量平衡和治療肥胖。目前，視黃酸對白色脂肪棕色化影響的研究尚處于初期階段。視黃酸參與白色脂肪棕色化的分子機制尚不完善。在人類的脂肪細胞研究中，并沒有發(fā)現(xiàn)反式視黃酸能促進UCP1基因的表達，這個研究結果有待進一步證實[36]。食物中含有豐富的維生素A，其在體內(nèi)能夠代謝成視黃酸。因此，未來可通過進一步研究食物療法解決肥胖問題。