G蛋白偶聯(lián)受體120在動(dòng)物脂代謝及免疫調(diào)節(jié)中作用的研究進(jìn)展

申青怡，楊曉靜

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210095)

近年來(lái)，隨著脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)疾病的日益增加，脂肪酸的作用備受關(guān)注[1]。脂肪組織的主要作用是緩沖身體保護(hù)器官和儲(chǔ)存能量，在需要時(shí)釋放游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)為身體供能。FFA不僅是能量的重要來(lái)源，同時(shí)也是一種信號(hào)分子，能夠介導(dǎo)相關(guān)信號(hào)通路，對(duì)體重調(diào)節(jié)和免疫功能發(fā)揮重要作用[2-3]。脂肪酸可以分為短鏈，中鏈及長(zhǎng)鏈脂肪酸。細(xì)胞膜上的G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein coupled receptor，GPR)是這些脂肪酸的特異性受體，目前主要有研究的是GPR40、GPR41、GPR43以及GPR120[4]，其中短鏈脂肪酸是GPR41和GPR43的激動(dòng)劑，中長(zhǎng)鏈脂肪酸可激活GPR40和GPR84。以往的研究表明，GPR120會(huì)被C14～C18的飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸及C16～C22的不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸激活[5]。

在過(guò)去十年的許多研究表明，GPR120與體內(nèi)許多生理過(guò)程均有著密切的聯(lián)系，包括脂肪生成，抗炎過(guò)程，葡萄糖的攝取和胰島素敏感性以及激素的分泌等。因此，近年來(lái)越來(lái)越多的研究開(kāi)始把GPR120作為一個(gè)藥物靶點(diǎn)[6-7]。在主要畜禽包括奶牛、豬、雞體內(nèi)都檢測(cè)到GPR120的表達(dá)，所以研究GPR120作為靶點(diǎn)在調(diào)節(jié)畜禽代謝、抗炎等方面具有重要價(jià)值。

1 GPR120的生物學(xué)特性

GPR120又稱(chēng)為游離脂肪酸受體4(free fatty acid receptor 4，F(xiàn)FAR4)，立體結(jié)構(gòu)包含由α 螺旋組成的7 個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，可以被多種長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸所激活。前期的研究表明，與GPR120相關(guān)的信號(hào)通路主要有兩條：一條是GPR120與其下游的G蛋白α亞基q/11(Gαq/11)偶聯(lián)，激活細(xì)胞分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)和磷脂酰肌醇激酶(phosphatidy-linositol kinase，PI3K)以及Ca2+離子信號(hào)通路，從而引起細(xì)胞內(nèi)一系列的反應(yīng)，如抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)脂肪細(xì)胞生成分化，促進(jìn)糖攝取等[8]；另一條信號(hào)通路是GPR120與β抑制蛋白(β-arrestin2)結(jié)合內(nèi)吞進(jìn)入胞內(nèi)，通過(guò)磷脂酶C細(xì)胞分裂素原活化蛋白激酶信號(hào)通路(PLG-MAPK)來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖及凋亡[9]。研究表明，如果配體或者激動(dòng)劑持續(xù)刺激受體時(shí)，GPR120又會(huì)啟動(dòng)負(fù)反饋機(jī)制，引發(fā)受體的失敏[10-11]。

GPR120被證實(shí)在哺乳動(dòng)物中內(nèi)源性表達(dá)，包括舌、肌肉、小腸、淋巴細(xì)胞等均有分布，其中在脂肪細(xì)胞中GPR120的表達(dá)很高[12]。

2 GPR120在動(dòng)物脂代謝中的作用

脂肪組織是體內(nèi)三酰甘油(TG)和FFA代謝的重要場(chǎng)所。在維持體內(nèi)葡萄糖穩(wěn)態(tài)、脂肪形成等功能和細(xì)胞增殖等生理過(guò)程中發(fā)揮重要的作用[13]。

2.1 GPR120在脂肪形成和分解中的作用

GPR120在前脂肪細(xì)胞中不表達(dá)，但在白色脂肪細(xì)胞及棕色脂肪細(xì)胞中的表達(dá)很豐富。作為脂肪形成的正調(diào)控因子，GPR120能夠刺激前脂肪細(xì)胞分化，促進(jìn)白色脂肪向棕色脂肪的轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)脂肪細(xì)胞中的葡萄糖攝取，并具有抗炎抗脂解的作用，還能提高脂肪組織對(duì)胰島素的敏感性，在緩解二型糖尿病中發(fā)揮重要作用[12-14]。

在誘導(dǎo)3T3-L1細(xì)胞分化為脂肪細(xì)胞期間，GPR120的表達(dá)隨脂質(zhì)在細(xì)胞中的積累而增加。前期研究通過(guò)siRNA使GPR120基因缺失，抑制了3T3-L1細(xì)胞和小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中成脂基因的表達(dá)和脂質(zhì)積累[15]。GPR120與Gαq/11結(jié)合會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)鈣濃度的增加和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2(extracellularregulated protein kinase1/2，ERK1/2)級(jí)聯(lián)的磷酸化，ERK1/2和鈣濃度的增加在脂肪形成中均起關(guān)鍵作用，并且通過(guò)加入激動(dòng)劑TUG891和鈣離子的螯合劑或ERK1/2抑制劑的聯(lián)合使用可以抑制脂肪形成[12]。這些數(shù)據(jù)表明，GPR120可能與脂肪組織的發(fā)育和代謝密切相關(guān)，同時(shí)受體的特殊分布也反映著GPR120的關(guān)鍵功能。

脂肪細(xì)胞中脂代謝過(guò)程中有2個(gè)重要的調(diào)控基因，分別是過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptors γ，PPARγ)和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP-1c)[16]。在脂肪細(xì)胞分化的過(guò)程中，GPR120與PPARγ可能進(jìn)行著十分重要的相互作用。有研究發(fā)現(xiàn)，GPR120基因的敲除可降低PPARγ和成脂標(biāo)記基因脂肪酸結(jié)合蛋白4(fatty acid-binding protein 4，F(xiàn)ABP4)的表達(dá)。在缺乏GPR120基因的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(mouse embryo fibroblast，MEF)誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞中，與脂肪形成相關(guān)的基因(包括PPARγ和FABP4)表達(dá)減少[17]。此外，PPARγ激動(dòng)劑曲格列酮已經(jīng)被證明可以增加GPR120基因mRNA表達(dá)[18]。

脂肪酸的過(guò)量攝入和堆積，是導(dǎo)致近年來(lái)肥胖率快速增加的重要原因。Satapati等[19]通過(guò)向肥胖大鼠灌服GPR120的選擇性激動(dòng)劑，檢測(cè)血漿中FFA的水平，發(fā)現(xiàn)血漿中FFA的水平顯著降低，表明GPR120的激活直接抑制了脂解的作用。

Cintra等[20]發(fā)現(xiàn)，向肥胖的小鼠腦室注射了不飽和脂肪酸后，大鼠通過(guò)增加肉毒堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1，CPT1)和硬脂酰輔酶A去飽和酶1(stearoyl-Co A desaturase 1，SCD1)基因的表達(dá)，減少對(duì)食物的攝入從而減輕體重。同時(shí)GPR120被激活后，脂肪酸的合成代謝會(huì)被抑制，脂肪堆積相應(yīng)變少，體重也會(huì)減輕。

2.2 GPR120在白色脂肪棕色化中的作用

白色脂肪棕色化顯示出了其對(duì)機(jī)體代謝的正面影響，包括緩解飲食誘導(dǎo)的肥胖、增強(qiáng)機(jī)體消耗能量的能力、改善胰島素抵抗等，可能可以作為治療與肥胖相關(guān)代謝性疾病的重要思路。

已有研究揭示了GPR120激活棕色脂肪組織的機(jī)制。GPR120的激活誘導(dǎo)棕色和白色脂肪細(xì)胞釋放成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21(FGF21)，并增加血液FGF21的水平。在無(wú)FGF21的小鼠和細(xì)胞中，GPR120激活對(duì)棕色脂肪組織的激活和褐變的影響減弱。因此，脂質(zhì)傳感器GPR120通過(guò)FGF21誘導(dǎo)的機(jī)制激活棕色脂肪[21]。有關(guān)魚(yú)油的研究顯示，在嚙齒動(dòng)物中，魚(yú)油可以起到減少脂肪沉積的作用。體外研究表明，魚(yú)油中富含二十碳五烯酸(eicosapentenoic acid，EPA)，可誘導(dǎo)棕色脂肪細(xì)胞中熱基因的表達(dá)，并促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞分化為米色脂肪細(xì)胞，燃燒卡路里，減少儲(chǔ)存[22]。

3 GPR120在動(dòng)物免疫調(diào)節(jié)中的作用

各種代謝性疾病如肥胖會(huì)引起慢性炎癥，GPR120在這些與免疫功能相關(guān)的疾病上也起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。GPR120由巨噬細(xì)胞表達(dá)，巨噬細(xì)胞有兩種表型：促炎性的M1型，以及抗炎性的M2型。同時(shí)GPR120還可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的功能[17]。

3.1 GPR120參與抗炎的主要機(jī)制

Oh等[17]研究表明omega-3不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸激活巨噬細(xì)胞中的GPR120，其主要機(jī)制涉及β-arrestin2和GPR120的相互作用。GPR120與β-arrestin2的復(fù)合物又能與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子激活激酶結(jié)合蛋白(TAK1-binding protein 1，TAB1)結(jié)合，抑制了轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子激活激酶(TGF-activated kinase 1，TAK1)所介導(dǎo)的c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)和核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)的炎癥通路，從而抑制炎癥的發(fā)生[20]。

ω-3不飽和脂肪酸通過(guò)GPR120受體介導(dǎo)表現(xiàn)出抗炎癥反應(yīng)，其潛在的機(jī)制可能與TOLL樣受體(toll-like receptors，TLR)的相關(guān)作用有關(guān)，激活 GPR120 能特異性抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β，TGFβ)激活激酶的磷酸化，為抑制TLR和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-a，TNF-a)信號(hào)提供了通用的機(jī)制[17]。

同時(shí)也有研究顯示，EPA可以減弱3T3-L1脂肪細(xì)胞中棕櫚酸酯誘導(dǎo)的炎癥基因表達(dá)并增加NF-κB磷酸化。在GPR120下游信號(hào)分析中，發(fā)現(xiàn)EPA降低了棕櫚酸酯誘導(dǎo)的TAK1/TAB1復(fù)合物表達(dá)的增加。EPA的補(bǔ)充使基質(zhì)血管部分中的巨噬細(xì)胞表型從M1型變?yōu)镸2型，增強(qiáng)機(jī)體的抗炎功能[14]。

GPR120在脂肪組織中充當(dāng)ω-3不飽和脂肪酸的傳感器，可觸發(fā)有益的抗炎作用。白色脂肪組織可以起到內(nèi)分泌器官的作用，并釋放出許多促脂或促炎狀態(tài)的脂肪因子。近年來(lái)，研究者們?cè)絹?lái)越關(guān)注脂肪組織巨噬細(xì)胞(adipose tissue macrophages，ATMs)在肥胖中的作用以及在脂肪組織中激活的炎癥途徑中ATM的功能。在ω-3多不飽和脂肪酸治療的情況下，野生型小鼠中M1型巨噬細(xì)胞數(shù)量減少，而M2巨噬細(xì)胞中M1巨噬細(xì)胞半乳糖C型凝集素1(MGL1)的數(shù)量顯著增加，但GPR120缺陷型小鼠則沒(méi)有該表現(xiàn)[17]。此外，GPR120還加速了M2巨噬細(xì)胞的極化，促進(jìn)了脂肪組織中抗炎狀態(tài)的形成。GPR120的基因缺陷消除了ω-3不飽和脂肪酸的這些作用[10,17,23]。這些結(jié)果表明，ω-3不飽和脂肪酸激活GPR120在體內(nèi)通過(guò)抑制巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的組織炎癥反應(yīng)，發(fā)揮了有效的胰島素增敏和抗糖尿病作用。

3.2 GPR120在腫瘤治療方面的作用

迄今為止，GPR120還在治療腫瘤方面有很多的研究報(bào)道。腫瘤及癌癥的發(fā)生往往與GPR的失調(diào)有很大關(guān)系。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，M1型巨噬細(xì)胞具有殺腫瘤活性，而M2巨噬細(xì)胞則促進(jìn)組織修復(fù)和血管生成[24]，還有證據(jù)顯示其可能會(huì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[25]。

Liang等[26]發(fā)現(xiàn)宿主GPR120在攝入ω-3不飽和脂肪酸的飲食的抗癌作用中起著核心作用，這種作用可能是通過(guò)減少M(fèi)2樣腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages, TAMs)的數(shù)量和功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

Liu等[27]使用激動(dòng)劑TUG-891和ω-3不飽和脂肪酸，發(fā)現(xiàn)GPR120在抑制前列腺癌細(xì)胞(DU145)增殖中有潛在作用。對(duì)于食道癌的研究也發(fā)現(xiàn)，GPR120可以通過(guò)對(duì)NF-κB等信號(hào)通路以及各種炎癥因子的影響來(lái)調(diào)控癌細(xì)胞的功能[28]。

4 GPR120相關(guān)激動(dòng)劑的研究

GPR120近年來(lái)已經(jīng)成為了研究者們的新寵兒，作為一個(gè)潛在治療脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)疾病例如肥胖、2型糖尿病的靶點(diǎn)，它的前景不可估量。同時(shí)，通過(guò)激活配體，GPR與G蛋白和β-arrestin結(jié)合，通過(guò)下游途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)，調(diào)節(jié)一系列細(xì)胞內(nèi)代謝。GPR120對(duì)中長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸，尤其是n-3 PUFA表現(xiàn)出強(qiáng)烈的反應(yīng)。

激動(dòng)劑是一類(lèi)能增強(qiáng)另一種分子活性、促進(jìn)某種反應(yīng)的藥物或分子。GPR120的激動(dòng)劑分為內(nèi)源性及外源性。內(nèi)源性激動(dòng)劑包括α-亞麻酸(α-Linolenic acid，ALA)、EPA、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)等長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸。非內(nèi)源性激動(dòng)劑包括TUG-891、GW9508、cpdA、GSK137647A等。TUG-891是GPR120高效特異性的激動(dòng)劑。GPR120激活后會(huì)迅速發(fā)生磷酸化，分泌GLP-1，調(diào)節(jié)血糖，進(jìn)而抑制促炎性細(xì)胞因子的分泌。GW9508通過(guò)刺激GPR120，經(jīng)過(guò)Gαq/11通路使得細(xì)胞內(nèi)的鈣離子發(fā)生去極化，并誘導(dǎo)胰島素的分泌。cpdA能高度識(shí)別GPR120受體并配對(duì)，能夠發(fā)揮強(qiáng)大的抗炎功能[29]。GSK137647A在動(dòng)員Ca2+方面，對(duì)FFA4的選擇性非常高[30]。

5 GPR120在畜禽上的研究

目前有關(guān)GPR120在豬上的研究并不多，僅有的研究主要集中在GPR120的表達(dá)情況以及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控上。研究表明轉(zhuǎn)錄因子C/EBPβ對(duì)豬GPR120基因表達(dá)具有調(diào)控作用[31]。Wang等[32]分析了豬GPR120在發(fā)育過(guò)程中的甲基化模式。在豬母體妊娠期肥胖的條件下，GPR120的表達(dá)受到影響，并引發(fā)胎盤(pán)的功能異常[33]。GPR120在豬的脂肪、肌肉、肝臟等均有分布[34]。在集約化養(yǎng)殖環(huán)境中，畜禽受到來(lái)自環(huán)境及飼養(yǎng)管理的各種刺激，時(shí)間一長(zhǎng)，則會(huì)不可避免地產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。長(zhǎng)期應(yīng)激對(duì)豬等動(dòng)物體內(nèi)指標(biāo)的研究顯示，其體內(nèi)FFA含量在應(yīng)激條件下明顯升高，應(yīng)激狀態(tài)下畜禽GPR120的生物學(xué)功能發(fā)揮了怎樣的作用還有待于進(jìn)一步研究。

李瑩等[35-36]研究GPR120對(duì)奶牛脂肪細(xì)胞脂代謝的調(diào)節(jié)作用上，發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)的奶牛脂肪細(xì)胞中，GPR120可以促進(jìn)脂肪細(xì)胞的脂合成，抑制其脂解。Agrawal等[37]發(fā)現(xiàn)以GPR120為代表的GPR可能會(huì)成為監(jiān)測(cè)圍產(chǎn)期奶牛代謝和免疫力的靶標(biāo)。GPR可能間接影響肝臟中脂肪的積累，導(dǎo)致反芻動(dòng)物在產(chǎn)犢前的代謝紊亂。Sawamura等[38]研究GPR120在雞口腔組織脂肪酸傳感中的作用，他們從含有味蕾的雞肉上克隆出了GPR120，確定油酸和亞油酸是雞的GPR120激動(dòng)劑，并發(fā)現(xiàn)雞GPR120是雞體內(nèi)功能性脂肪味覺(jué)受體之一。

6 總結(jié)與展望

近年來(lái)的許多研究都表明，在脂肪細(xì)胞發(fā)育和代謝過(guò)程中，GPR120的表達(dá)及激活能促進(jìn)脂肪代謝，對(duì)改善脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)疾病有重要作用。在免疫調(diào)節(jié)方面，不飽和脂肪酸通過(guò)巨噬細(xì)胞中的GPR120抑制炎癥的發(fā)生，同時(shí)GPR120充當(dāng)ω-3不飽和脂肪酸的傳感器，起抗炎作用。激活GPR120的優(yōu)勢(shì)作用十分明顯，目前也有較多關(guān)于GPR120激動(dòng)劑的研究。在畜禽生產(chǎn)實(shí)際中，人們常常在日糧中添加各種脂類(lèi)或者功能性脂肪酸，有關(guān)畜禽長(zhǎng)鏈脂肪酸受體GRP120功能的研究也受到廣泛關(guān)注。GPR120有望成為調(diào)節(jié)畜禽代謝和增強(qiáng)免疫功能的重要靶點(diǎn)。