游離脂肪酸受體4調(diào)控能量代謝的途徑與分子機(jī)制

任曉瑩，梁向艷，劉媛，李亞，趙玉峰

(1.西安醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所，西安 710021；2.西安醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，西安 710077)

游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)是機(jī)體的重要能量來源，還可作為細(xì)胞外信號(hào)分子結(jié)合細(xì)胞膜表面受體激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞的激素分泌、細(xì)胞活性等。FFA受體(free fatty acid receptor，F(xiàn)FAR)4又稱G蛋白偶聯(lián)受體120，屬于視紫紅質(zhì)樣G蛋白偶聯(lián)受體，可被C14～18長鏈飽和FFA及C16～22長鏈不飽和FFA激活[1]。FFAR4主要分布于胃腸道內(nèi)分泌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，通過偶聯(lián)的Gαq/11蛋白激活磷脂酶Cβ，進(jìn)而活化磷脂酰肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，產(chǎn)生二酰甘油和1,4,5-三磷酸肌醇，刺激胞質(zhì)Ca2+水平升高和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)活化，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞功能[2]。研究表明，F(xiàn)FAR4還可在內(nèi)吞過程中激活β-抑制蛋白2介導(dǎo)的信號(hào)通路，產(chǎn)生相應(yīng)細(xì)胞效應(yīng)[3]。

與野生型小鼠相比，F(xiàn)FAR4基因敲除小鼠更易發(fā)生胰島素抵抗、糖與脂代謝異常、空腹血糖和體脂比例升高[3-5]。FFAR4失功能性基因突變與機(jī)體肥胖、空腹血糖升高、胰島功能降低等相關(guān)[6]?？梢?，F(xiàn)FAR4參與調(diào)控機(jī)體物質(zhì)能量代謝，對(duì)FFAR4的研究有助于肥胖等代謝疾病的治療[7]?，F(xiàn)對(duì)近年來FFAR4調(diào)控物質(zhì)能量代謝的途徑與分子機(jī)制研究進(jìn)展予以綜述，以期為FFAR4參與代謝調(diào)控的機(jī)制在肥胖等代謝性疾病治療中的應(yīng)用提供幫助。

1 FFAR4對(duì)下丘腦攝食中樞活動(dòng)影響

下丘腦是調(diào)控食欲和維持能量代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵區(qū)域，位于下丘腦弓狀核的神經(jīng)肽Y/刺鼠相關(guān)蛋白神經(jīng)元和阿黑皮素原神經(jīng)元是調(diào)控?cái)z食的關(guān)鍵。神經(jīng)肽Y/刺鼠相關(guān)蛋白神經(jīng)元興奮可促進(jìn)食欲，而阿黑皮素原神經(jīng)元興奮則抑制食欲[8]。神經(jīng)元以葡萄糖為主要能源物質(zhì)，F(xiàn)FA并不是神經(jīng)元的能量物質(zhì)。有證據(jù)表明，F(xiàn)FA可被下丘腦神經(jīng)元感知，以代謝依賴性方式和FFAR介導(dǎo)的非代謝方式調(diào)節(jié)下丘腦神經(jīng)元活動(dòng)。FFAR4和FFAR1均可表達(dá)于下丘腦[9]。將不飽和FFA喂食小鼠或通過腦室注射均可減輕高脂飼料誘導(dǎo)的下丘腦炎癥反應(yīng)，并可激活FFAR4與β-抑制蛋白2的結(jié)合及其下游信號(hào)[10]。目前，尚無FFAR4介導(dǎo)不飽和FFA減輕下丘腦炎癥和調(diào)節(jié)食物攝入的直接證據(jù)，但FFAR4參與了FFA對(duì)下丘腦神經(jīng)元活動(dòng)的調(diào)節(jié)。隨后，對(duì)大鼠下丘腦源性rHypoE-7細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FAR4在大鼠下丘腦源性rHypoE-7細(xì)胞表達(dá)，其激活后可抑制腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)誘導(dǎo)的細(xì)胞炎癥反應(yīng)[11]。將FFAR4特異性激動(dòng)劑TUG-1197注射到小鼠腦室后，高脂飲食誘導(dǎo)小鼠下丘腦的炎癥反應(yīng)明顯減輕，小鼠食物攝入明顯減少[9]?？梢姡咧嬍炒碳は虑鹉X產(chǎn)生非感染性炎癥后可影響下丘腦神經(jīng)元活動(dòng)，改變能量代謝平衡，繼而誘發(fā)胰島素抵抗、肥胖和糖尿病，F(xiàn)FAR4激活能夠直接抑制下丘腦的炎癥反應(yīng)，抑制食欲，進(jìn)而改變能量代謝平衡。

FFAR4調(diào)節(jié)下丘腦神經(jīng)元活動(dòng)的具體機(jī)制尚未闡明。FFAR4在下丘腦何種細(xì)胞分布尚無定論，有研究認(rèn)為，F(xiàn)FAR4表達(dá)于神經(jīng)肽Y/刺鼠相關(guān)蛋白神經(jīng)元[10]；也有文獻(xiàn)報(bào)道，F(xiàn)FAR4表達(dá)于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞[9]。下丘腦神經(jīng)細(xì)胞種類眾多，全面揭示FFAR4在下丘腦的具體表達(dá)細(xì)胞是明確下丘腦FFAR4調(diào)控作用的關(guān)鍵。此外，F(xiàn)FAR4表達(dá)水平可隨細(xì)胞功能狀態(tài)而改變，如FFAR4在前體脂肪細(xì)胞不表達(dá)，在分化后的脂肪細(xì)胞高表達(dá)，因此在下丘腦FFAR4作用的研究中，F(xiàn)FAR4表達(dá)水平是重要因素之一。同時(shí)，F(xiàn)FAR1也表達(dá)于下丘腦，F(xiàn)FAR1與FFAR4均可被FFA激活，兩者在下丘腦的作用有待深入研究。

2 FFAR4對(duì)胃腸內(nèi)分泌的調(diào)節(jié)

胃腸道是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的器官，還可分泌多種內(nèi)分泌激素。胃腸內(nèi)分泌細(xì)胞廣泛分布于胃腸黏膜，具有總體數(shù)量大、種類多的特點(diǎn)，可分泌20余種激素，參與調(diào)節(jié)食物攝入、消化吸收和能量代謝等。多種胃腸內(nèi)分泌細(xì)胞均可表達(dá)FFAR4，其激活可改變胃腸激素分泌并調(diào)節(jié)食欲和能量代謝。FFAR4參與胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)、葡萄糖依賴性促胰島素分泌多肽(glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP)、膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)、胃促生長素等的分泌。

GLP-1是腸道L細(xì)胞分泌的一種肽類激素，可促進(jìn)胰島素合成，抑制胰高血糖素分泌，延緩胃排空，減少攝食。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FAR4表達(dá)于L細(xì)胞，其激活可促進(jìn)GLP-1分泌，長鏈FFA與FFAR4結(jié)合可激活磷脂酶C和磷脂酰肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，生成1,4,5-三磷酸肌醇，刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放，升高胞質(zhì)Ca2+水平，進(jìn)而刺激GLP-1分泌[12]。長期進(jìn)食α-亞麻酸小鼠血漿GLP-1和胰島素水平顯著升高，抑制FFAR4表達(dá)，則上述作用顯著減弱，可見FFAR4也參與了GLP-1分泌[13]。FFAR4激活還可保護(hù)腸內(nèi)分泌細(xì)胞STC-1細(xì)胞對(duì)抗無血清培養(yǎng)條件下的細(xì)胞凋亡，說明FFAR4可調(diào)節(jié)細(xì)胞活性，與胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2和磷脂酰肌醇-3-激酶信號(hào)通路激活有關(guān)[14]。目前，GLP-1類似物已成為臨床用藥，用于肥胖等代謝疾病治療，F(xiàn)FAR4激活可增強(qiáng)GLP-1細(xì)胞活性和分泌，為FFAR4激動(dòng)劑的開發(fā)和應(yīng)用提供依據(jù)。

其他胃腸激素分泌也受FFAR4調(diào)控。FFAR4激活可促進(jìn)CCK分泌，CCK由小腸黏膜I細(xì)胞分泌，具有促進(jìn)膽囊收縮和胰酶分泌的作用，還可調(diào)節(jié)下丘腦攝食調(diào)控神經(jīng)元活動(dòng)，抑制食欲。長鏈FFA刺激CCK分泌，Ca2+通道阻滯和FFAR4表達(dá)抑制可消除此作用，提示FFAR4激活可刺激小腸黏膜I細(xì)胞內(nèi)Ca2+信號(hào)并促進(jìn)CCK分泌[15]。FFAR4還表達(dá)于腸黏膜胃腸內(nèi)分泌K細(xì)胞，K細(xì)胞合成與分泌GIP，GIP促進(jìn)餐后胰島素分泌，促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化成熟和貯脂[16]。GIP過多與肥胖的發(fā)生密切相關(guān)。FFAR4激活可直接刺激GIP分泌，在高脂飲食刺激GIP分泌中起關(guān)鍵作用[17]。也有研究指出，F(xiàn)FAR4激活后刺激CCK分泌，CCK進(jìn)而刺激GIP分泌[18]。

此外，F(xiàn)FAR4還表達(dá)于胃促生長素細(xì)胞[19]。胃促生長素是由胃黏膜中內(nèi)分泌P/D1細(xì)胞合成與分泌的肽類激素，其血液水平在饑餓時(shí)升高，在進(jìn)食后降低。胃促生長素被認(rèn)為是一種饑餓信號(hào)，作用于下丘腦食欲控制中樞，刺激進(jìn)食；同時(shí)，胃促生長素還可直接作用于脂肪細(xì)胞，促進(jìn)脂肪合成，直接作用于生長激素細(xì)胞，促進(jìn)生長激素分泌，具有廣泛的代謝調(diào)節(jié)作用。對(duì)體外原代培養(yǎng)小鼠的胃促生長素細(xì)胞進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FAR4激動(dòng)劑可顯著抑制胃促生長素分泌，F(xiàn)FAR4激動(dòng)劑的抑制作用存在于整體動(dòng)物水平[19]。FFAR4抑制胃促生長素分泌被認(rèn)為與激活Gi蛋白和減少第二信使環(huán)腺苷酸產(chǎn)生有關(guān)，但具體機(jī)制尚有待深入研究[20]。

GLP-1、CCK、GIP和胃促生長素是機(jī)體重要的能量代謝調(diào)控激素，F(xiàn)FAR4激活可通過影響上述激素的分泌調(diào)節(jié)能量代謝。GLP-1和CCK作用于下丘腦的攝食中樞，抑制食欲，減少能量攝入，而胃促生長素則作用于下丘腦刺激食欲，促進(jìn)能量攝入。FFAR4激活后促進(jìn)GLP-1和CCK分泌，抑制胃促生長素分泌，總體上可產(chǎn)生一定的抑制攝食效應(yīng)，減少能量攝入。另一方面，GLP-1和CCK作用于脂肪細(xì)胞，通過激活脂蛋白脂酶等促進(jìn)脂肪分解，減少脂肪堆積，胃促生長素則促進(jìn)脂肪堆積。FFAR4激活后對(duì)GLP-1、CCK和胃促生長素分泌的作用有助于促進(jìn)脂肪分解，減少脂肪生成。

3 FFAR4對(duì)脂肪組織代謝的影響

FFAR4在前體脂肪細(xì)胞不表達(dá)，但可高表達(dá)于分化成熟的脂肪細(xì)胞。RNA可干擾并抑制小鼠前體脂肪細(xì)胞3T3-L1的FFAR4表達(dá)，導(dǎo)致前體脂肪細(xì)胞分化的抑制，提示FFAR4在脂肪細(xì)胞分化成熟中起重要作用[21]。隨后，有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FAR4激動(dòng)劑TUG-891可提高前體脂肪細(xì)胞3T3-L1胞質(zhì)Ca2+水平，并促進(jìn)葡萄糖攝取[22]。研究指出，F(xiàn)FAR4激活還可促進(jìn)白色脂肪的解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)，促進(jìn)其向棕色脂肪轉(zhuǎn)化，增加熱量產(chǎn)出；另外，F(xiàn)FAR4激活可刺激脂肪細(xì)胞分泌成纖維細(xì)胞生長因子21，其可進(jìn)一步增強(qiáng)脂肪細(xì)胞的解偶聯(lián)作用，促進(jìn)熱量產(chǎn)生[23-24]。以上研究表明，激活FFAR4可降低血糖，增加能量消耗，有望用于肥胖和2型糖尿病的治療[25]。研究表明，F(xiàn)FAR4激動(dòng)劑TUG-891可增加小鼠棕色脂肪細(xì)胞攝取脂肪酸和促進(jìn)脂肪酸氧化，增加線粒體分裂和氧消耗，減少脂肪含量，TUG-891的作用主要通過FFAR4激活的磷脂酰肌醇信號(hào)通路和胞質(zhì)Ca2+水平升高有關(guān)?？梢?，F(xiàn)FAR4不僅可促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞的能量代謝，還可促進(jìn)棕色脂肪細(xì)胞的能量消耗[26]。

脂肪細(xì)胞不僅對(duì)糖和脂肪代謝十分重要，還具有復(fù)雜的內(nèi)分泌功能，釋放瘦素和脂聯(lián)素等激素以及白細(xì)胞介素(interleukin，IL)等多種活性因子，通過內(nèi)分泌方式調(diào)節(jié)物質(zhì)能量代謝，并通過自分泌方式調(diào)節(jié)自身狀態(tài)。FFA可通過FFAR4調(diào)節(jié)內(nèi)臟脂肪細(xì)胞IL-6、TNF-α、IL-10表達(dá)[27]。用FFAR4激動(dòng)劑TUG-891處理小鼠3T3-F442A脂肪細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FAR4激活可抑制IL-1、IL-6、IL-12和TNF-α的表達(dá)[28]。一方面，炎癥因子可降低脂肪細(xì)胞的胰島素敏感性，F(xiàn)FAR4激活可減少脂肪細(xì)胞炎癥因子表達(dá)，這可能是FFAR4增強(qiáng)脂肪細(xì)胞胰島素敏感性的原因之一。另一方面，脂肪組織中的巨噬細(xì)胞可釋放細(xì)胞因子，以旁分泌方式調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞功能，在肥胖發(fā)生過程中，脂肪組織中巨噬細(xì)胞的數(shù)量增加，炎癥因子釋放增多，導(dǎo)致脂肪細(xì)胞對(duì)胰島素敏感性降低，并參與機(jī)體胰島素抵抗的發(fā)生。FFAR4表達(dá)于巨噬細(xì)胞，并在激活后減少誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞由促炎 M1型向抑炎M2型的轉(zhuǎn)變，減少IL-6、TNF-α表達(dá)，增加IL-10表達(dá)，從而有助于提高胰島素敏感性，改善機(jī)體肥胖的代謝狀態(tài)[29]。

FFAR4在脂肪組織可通過誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞分化、增加脂肪細(xì)胞棕色化、抑制炎癥因子表達(dá)改善物質(zhì)與能量代謝。但脂肪細(xì)胞FFAR4激活產(chǎn)生各種效應(yīng)的具體分子機(jī)制仍有待闡明；不同營養(yǎng)狀態(tài)下(如肥胖或饑餓消瘦時(shí))FFAR4激活后的效應(yīng)變化也需進(jìn)一步闡明。

4 FFAR4對(duì)肝臟代謝的影響

正常肝臟的肝上皮細(xì)胞不表達(dá)FFAR4，F(xiàn)FAR4表達(dá)于肝巨噬細(xì)胞(庫普弗細(xì)胞)，庫普弗細(xì)胞可釋放炎癥因子影響肝上皮細(xì)胞，參與脂肪性肝炎等代謝性疾病的發(fā)生。有報(bào)道稱，庫普弗細(xì)胞FFAR4激活可抑制c-Jun氨基端激酶和核因子κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，從而減輕肝臟缺血再灌注損傷[30-31]。FFAR4基因的R270H突變可致其功能下降，R270H突變?nèi)巳狠^正常人群丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平升高，提示肝臟功能損害[32]。研究表明，二十二碳六烯酸可減輕肝臟脂肪沉積及其誘發(fā)的炎癥，與FFAR4信號(hào)激活有關(guān)[33-34]。靜脈注射富含魚油的脂肪乳可防止腸外營養(yǎng)性肝功能損害，F(xiàn)FAR4基因敲除小鼠的魚油保護(hù)作用不復(fù)存在，表明FFAR4參與肝臟功能，并減少腸外營養(yǎng)所致?lián)p傷[35]。庫普弗細(xì)胞FFAR4激活可在肝臟產(chǎn)生抗炎效果，減少肝臟損傷，從而改善代謝。但也有研究發(fā)現(xiàn)，蛋氨酸可刺激大鼠肝上皮細(xì)胞株WB-F344細(xì)胞誘導(dǎo)FFAR4表達(dá)，且FFAR4參與蛋氨酸增強(qiáng)的細(xì)胞遷移活性，可見，在某種環(huán)境下，肝上皮細(xì)胞也可表達(dá)有功能的FFAR4[36-37]。多不飽和脂肪酸和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可增加肥胖小鼠肝臟細(xì)胞中FFAR4的表達(dá)，并增強(qiáng)其信號(hào)傳遞，從而產(chǎn)生抗炎效應(yīng)[38]。

FFAR4激活具有肝臟保護(hù)作用，此作用可通過調(diào)節(jié)庫普弗細(xì)胞功能、抑制肝臟炎癥實(shí)現(xiàn)，也可通過直接改變肝細(xì)胞基因表達(dá)實(shí)現(xiàn)，但目前FFAR4調(diào)節(jié)肝臟功能的報(bào)道較少。隨著研究的深入，F(xiàn)FAR4在肝臟表達(dá)調(diào)控機(jī)制及其參與肝臟代謝的分子機(jī)制將逐漸闡明。

5 FFAR4對(duì)飲食偏好的影響

FFAR4表達(dá)于人類和嚙齒類等動(dòng)物的舌味蕾細(xì)胞[39]。與野生型小鼠相比，F(xiàn)FAR4基因敲除小鼠對(duì)脂肪酸選擇性攝入減少，對(duì)脂肪酸刺激的味覺神經(jīng)反應(yīng)減弱，提示FFAR4參與機(jī)體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)種類的偏好[40]。另有研究指出，F(xiàn)FAR4在小鼠感受飲食脂肪的過程中對(duì)小鼠的脂肪偏好無關(guān)鍵作用[41]。最新研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FAR4主要分布于舌前部味蕾細(xì)胞，激活后可興奮脂肪酸感受相關(guān)神經(jīng)元，在分辨脂肪酸味覺中具有一定作用[42]。FFAR4基因敲除小鼠脂肪酸引發(fā)的感覺神經(jīng)元興奮閾值顯著提高，表明味蕾細(xì)胞FFAR4與脂肪刺激的味覺產(chǎn)生有關(guān)[42]。FFAR4很可能與其他脂肪感受分子(CD36等)共同調(diào)控小鼠的脂肪偏好，進(jìn)而調(diào)節(jié)物質(zhì)與能量代謝[43]。但味蕾細(xì)胞FFAR4激活的信號(hào)是否參與中樞神經(jīng)其他能量代謝相關(guān)神經(jīng)元的活動(dòng)目前尚不清楚。

6 小 結(jié)

代謝性疾病如肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪肝等已成為當(dāng)今社會(huì)危害人類健康的主要疾病，深入闡明機(jī)體代謝調(diào)控分子機(jī)制、尋找有效的干預(yù)靶點(diǎn)具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[44]。FFAR4具有抑制食欲、減輕肥胖、改善機(jī)體胰島素抵抗的作用，可在多方面調(diào)控機(jī)體代謝，是治療肥胖等代謝疾病的靶點(diǎn)分子。目前，F(xiàn)FAR4調(diào)控整體代謝的作用、在飽食、饑餓、低脂與高脂等不同營養(yǎng)狀態(tài)下的作用及其影響因素仍需進(jìn)一步深入研究，對(duì)FFAR4調(diào)控能量代謝與分子機(jī)制的研究有助于更加清晰認(rèn)識(shí)FFAR4調(diào)控能量代謝的作用，也可為FFAR4相關(guān)靶點(diǎn)藥物研發(fā)提供理論依據(jù)。