黃酮類化合物在脂肪代謝中的作用機制研究進展

鐘 港 陳 東

(湖南農業(yè)大學動物科學技術學院，長沙 410128)

脂肪的形成是一個復雜的過程，與許多轉錄因子和脂肪細胞特異性基因表達有關，因此，調控轉錄因子及相關基因的表達是抑制脂肪沉積的有效途徑。自然界中含有5 000多種天然黃酮類化合物，其主要來源于水果、蔬菜和茶葉等[1]。黃酮類化合物可以調控脂肪代謝，研究發(fā)現(xiàn)，芹菜素可以通過增加過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)和降低膽固醇調節(jié)元件結合蛋白1c(SREBP1c)的表達影響脂肪合成[2]；而橙皮苷則通過影響過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGCR)編碼基因的表達來調節(jié)脂肪酸和膽固醇代謝進而調控脂肪代謝[3-4]。本文將討論黃酮類化合物調節(jié)機體脂肪代謝的分子機制，總結黃酮類化合物影響機體脂肪代謝的研究進展。

1 黃酮類化合物的來源、分類、主要化合物及其作用

黃酮類化合物是一類廣泛分布于植物中的酚類化合物，它由2個苯環(huán)和1個雜環(huán)吡喃酮環(huán)組成(圖1)，根據(jù)雜環(huán)的氧化和飽和狀態(tài)，可以分為7個亞類：花青素、黃烷醇、黃烷酮、黃酮醇、異黃酮、黃酮和查耳酮[5]。研究表明，黃酮類化合物具有抗氧化、抗菌、抗糖尿病、抗疲勞、抗肥胖、保護肝臟、保護心臟和保護視網膜等多種功能[6-8]。在畜禽飼糧方面，黃酮類化合物主要來源于大麥成熟籽粒[9]、大豆[10]和紫花苜蓿[11]等原料，表1總結了黃酮類化合物的分類、主要來源、各亞類主要化合物及主要作用[10,12-28]，為研究黃酮類化合物調節(jié)脂肪代謝提供更明確的方向。

表1 黃酮類化合物分類、主要來源、主要化合物及其作用

圖1 黃酮類化合物共有化學結構

2 黃酮類化合物與脂肪代謝的關系

脂肪代謝對機體健康和畜禽產品質量十分重要，脂肪代謝失衡可能會引起機體出現(xiàn)一系列癥狀，如肥胖、糖尿病和脂肪肝等，因此，天然產品及其植物化學物質正受到越來越多的關注，對其調節(jié)脂肪代謝功效、安全性和效果穩(wěn)定性抱有很大期望。天然黃酮類化合物已被證明對脂肪代謝有潛在的調控作用，廣泛分布于植物界，是食物中最豐富的多酚類化合物[29]。研究者們在細胞水平、小鼠模型、畜禽以及人體上進行了大量試驗，發(fā)現(xiàn)各類黃酮類化合物均能減少脂肪合成和增加脂肪酸氧化分解，從而調控機體脂肪代謝(表2)[13,15-16,19,22,25,28,30-65]。

表2 黃酮類化合物對脂肪代謝的影響

續(xù)表2黃酮類化合物Flavonoids模型Models結果Results參考文獻References異黃酮Isoflvones細胞抑制前脂肪細胞成脂分化,促進褐變,增加能量消耗[51-52]小鼠降低體重、血糖和TG含量,抑制肝臟脂肪生成和促進肝臟脂肪酸氧化,減輕肝臟脂肪變性[22,53]人體降低胰島素抵抗,減輕體重[54-55]黃酮Flavones細胞抑制糖異生和脂肪酸合成,促進糖原合成和脂肪酸氧化,減少肝臟脂肪沉積[25,56]小鼠降低TC、TG和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)含量,提高高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)含量,改善非酒精性肝病(NAFLD)和肝臟脂肪積累[56-58]人體促進脂肪氧化,降低內臟和皮下脂肪含量,改善胰島素敏感性[59-60]查耳酮Chalcones細胞抑制細胞有絲分裂,下調成脂因子含量,減少脂肪沉積[61-62]小鼠降血糖,改善胰島素抵抗,降低皮下脂肪含量,減少腹股溝和附睪脂肪含量,抗炎癥,減少脂肪沉積[28,63-64]人體降低血漿脂肪酸含量[65]

3 黃酮類化合物調控脂肪代謝的分子機制

目前，已經對外源營養(yǎng)素調控脂肪代謝的分子機制進行了廣泛的研究，其主要包括介導miRNAs表達,調控腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)途徑,調節(jié)有絲分裂克隆擴增(MCE)過程,影響神經系統(tǒng)、線粒體代謝和G蛋白偶聯(lián)受體等途徑調控脂肪代謝。通過閱讀大量文獻發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物主要通過前4條途徑調控機體脂肪代謝，本文主要結合前人試驗研究結果，重點介紹黃酮類化合物調控脂肪代謝的這4條主要途徑。

3.1 通過介導miRNAs調控脂肪代謝

miRNAs是基因組中編碼的短雙鏈RNA(約22個核苷酸)，在轉錄后發(fā)揮作用，調節(jié)蛋白質的表達，1個miRNA可以有多個靶標，同時作用于調節(jié)各種基因轉錄后的表達和生理過程[66]。脂肪代謝受到miRNAs的調節(jié)，研究發(fā)現(xiàn)miR-33降低肉毒堿棕櫚酰轉移酶1(CPT1)mRNA轉錄進而抑制脂肪酸α氧化[67]，miR-122正向調控SREBP1c和脂肪酸合成酶(FAS)的轉錄[68]，miR-103和miR-107正向調控膽固醇調節(jié)元件結合蛋白1(SREBP1)的表達[69]，進而促進脂肪合成。miRNAs的表達受黃酮類化合物的調控，Su等[70-71]利用油脂誘導的HepG2細胞和高脂飲食誘導的小鼠研究發(fā)現(xiàn)，柑橘和荔枝果肉中黃酮類化合物通過下調miR-122間接降低FAS的表達來抑制脂肪合成，下調miR-33直接升高CPT1α和三磷酸腺苷結合盒轉運蛋白A1(ABCA1) mRNA的表達進而促進脂肪酸氧化分解，改善脂肪代謝。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠飼糧中添加槲皮素可以下調肝臟中miR-122基因的表達，間接降低了過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)mRNA水平，從而減少肝臟脂肪沉積[72]。由此可見，黃酮類化合物通過影響miRNAs的表達，影響脂肪代謝相關基因(如CPT1α、ABCA1、FAS和PPAR等)的表達，進而調控機體脂肪代謝。

3.2 通過調節(jié)AMPK途徑調控脂肪代謝

AMPK是一種蛋白激酶，廣泛存在于組織器官中，如肝臟、肌肉、脂肪和下丘腦等，通過參與物質代謝的多個環(huán)節(jié)來維持細胞能量供求平衡，有“能量的感受器”之稱。在不同組織器官中，AMPK調控途徑有所差異，下面主要從肝臟和脂肪組織中總結黃酮類化合物介導AMPK通路調控脂肪代謝的研究進展。

3.2.1 黃酮類化合物肝臟組織AMPK途徑和脂肪代謝

肝臟是機體的主要代謝器官，在調節(jié)碳水化合物、脂肪和蛋白質代謝方面起著重要的作用[73]，肝臟脂肪代謝失衡會引發(fā)肥胖及代謝綜合征等一系列疾病。已有研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物或富含黃酮類化合物的植物提取物能通過激活AMPK通路降低肝臟甘油三酯(TG)和脂肪含量。體內試驗發(fā)現(xiàn)，槲皮素通過激活肉雞肝臟中AMPK顯著增加PPARαmRNA的表達，同時降低PPARγ和SREBP1cmRNA的表達，進而減少膽固醇生成，增加脂肪氧化分解，加強脂質從肝臟轉出，減少脂肪沉積[74]。在老鼠模型中，山楂葉黃酮類提取物通過激活AMPK通路，影響SREBP1c和PPARαmRNA的表達，來改善高脂飲食誘導的非酒精性肝病(NAFLD)大鼠肝臟脂肪變性[75]；而從泡桐花黃酮類提取物通過激活AMPK，能顯著降低HMGCR、SREBP1c和FAS表達，同時顯著提高CPT1和磷-胰島素受體底物-1(P-IRS-1)的表達，減少小鼠肝臟中的脂質積累，降低胰島素抵抗[76]。同時，也有研究者進行了體內外結合試驗，發(fā)現(xiàn)5-乙酰氧基-6,7,8,3’,4’-五甲氧基黃酮在體外3T3-L1細胞中，能顯著降低TG含量，進一步通過高脂飲食誘導肥胖小鼠體內試驗發(fā)現(xiàn)，還能減輕高脂血癥，降低肝臟TG含量，其分子機制是通過激活肝激酶1(LKB1)-AMPK通路，影響細胞和肝臟中脂肪生成相關蛋白[FAS和磷酸化乙酰輔酶A羧化酶(pACC)]及細胞中相關轉錄因子SREBP1的表達來抑制脂質積累[77]。

另有研究發(fā)現(xiàn)，AMPK通路的激活需要其他因子的介導，Inamdar等[78]研究發(fā)現(xiàn)杜荊素(一種天然黃酮類化合物)通過與瘦素受體(LepR)結合激活AMPK通路，下調PPARγ、CCAAT/增強子結合蛋白α(C/EBPα)和SREBP1c來抑制FAS和乙酰輔酶A羧化酶(ACC)的表達，進而抑制脂肪的合成，同時上調PPARα，以增加CPT1α和脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)的表達，增強脂肪酸氧化和脂肪分解。桑椹乙醇提取物(富含花青素等黃酮類化合物)通過促進小鼠肝臟脂聯(lián)素受體2(AdipoR2)和胰島素誘導基因1(Insig1)表達，激活AMPK通路減少肝臟脂肪堆積[79]。總之，在肝臟中，黃酮類化合物先結合特定受體，激活AMPK通路，進而影響脂肪代謝相關基因的表達，調控肝臟脂肪代謝。

3.2.2 黃酮類化合物脂肪組織AMPK途徑和脂肪代謝

脂肪組織是由白色脂肪、棕色脂肪和米色脂肪3種組織組成的器官[80]，白色脂肪組織(WAT)儲存脂肪、分泌瘦素并影響脂質代謝；棕色脂肪組織(BAT)是一種潛在的內分泌器官，影響遠處組織的代謝活動以協(xié)調全身代謝，對通過解偶聯(lián)蛋白1(UCP1)增加能量消耗至關要，而UCP1是對抗肥胖的潛在治療靶點[81]；米色脂肪組織與WAT類似，也具有產熱能力[82]，還能預防體重增加和代謝紊亂并促進全身能量平衡[83-84]。研究表明，黃酮類化合物可以誘導WAT褐變，增加能量消耗，抑制高脂肪飲食(HFD)誘導的肥胖和改善代謝狀態(tài)。Liu等[85]通過小鼠體內試驗和3T3-L1細胞體外試驗研究發(fā)現(xiàn)，異戊二烯基化黃酮類化合物通過激活AMPK通路，誘導WAT褐變和激活BAT產熱來預防肥胖。

UCP1是一種BAT特異性的熱源蛋白，通過將質子轉移到線粒體基質，進行氧化磷酸化與ATP合成解偶聯(lián)反應，從而促進產熱[86]，誘導UCP1的表達有助于減少脂肪堆積。研究發(fā)現(xiàn)，補充槲皮素可以預防HFD引起的肥胖和代謝綜合征，其分子機制是通過AMPK信號通路上調UCP1，增加PPARα和CPT的蛋白水平，誘導WAT褐變，增加產熱，從而促進脂肪氧化分解[87-88]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)-依賴性蛋白脫乙酰酶1(SIRT1)，參與多種組織中的多種代謝途徑，特別是參與脂肪和葡萄糖代謝等[89]，AMPK被激活后增加脂肪酸β氧化，改變NAD+/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)比率，從而刺激SIRT1的表達[90]，進一步通過PPARα和過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α(PGC-1α)增加脂肪酸β氧化，調節(jié)脂肪代謝[91]。Sun等[92]研究發(fā)現(xiàn)，芹菜素通過AMPK-SIRT1/UCP1調節(jié)脂肪酸氧化、WAT褐變和產熱，進而調控脂肪代謝。PGC-1α是棕色和米色脂肪細胞中線粒體生物發(fā)生、氧化代謝和生熱基因表達的關鍵調控因子[93]，AMPK通路能提高PGC-1α的表達，調控WAT和米色脂肪組織的分化和功能[94]，而木犀草素、白楊素通過激活AMPK/PGC-1α信號通路，促進HFD的WAT褐變和BAT產熱[95-96]。

因此，在脂肪組織中黃酮類化合物主要通過AMPK-UCP1、AMPK-SIRT1和AMPK-PGC-1α 3條代謝通路，誘導BAT褐變，促進WAT產熱，加速脂肪酸氧化分解，調控脂肪代謝。

3.3 通過調節(jié)MCE過程調控脂肪代謝

MCE是指細胞周期G1期被阻滯并停止細胞分裂的細胞被周期蛋白和依賴于細胞周期蛋白激酶(CDK)刺激而恢復細胞分裂的階段[97]，前脂肪細胞需要經過MCE過程才能分化為成熟的脂肪細胞[98]，所以抑制MCE過程是抑制脂肪生成的關鍵分子生物學因素。黃酮類化合物主要有2種方式抑制MCE過程，其一是通過抑制細胞增殖來抑制MCE過程，如姜黃素和咖啡因[99-100]；其二是通過誘導細胞凋亡抑制MCE過程，進而影響前脂肪細胞成脂分化，如木犀草素A、4,2’-二羥基-4’,5’,6’-三甲氧基查爾酮和7,8-二羥基黃酮[101-102]。

此外，MCE過程受到相關因子的調節(jié)，如，p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)和糖原合成酶激酶-3B(GSK3B)磷酸化后激活CCAAT/增強子結合蛋白β(C/EBPβ)，進而促進PPARγ和C/EBPα基因的表達，使細胞從G1期進入S期，從而啟動MCE過程[103]；姜黃素和芹菜素能顯著降低C/EBPβ的表達，進而抑制MCE過程，減少脂肪細胞分化[104-105]。另外，抑制細胞周期蛋白和細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶(CDKs)的表達也能阻斷MCE過程[106]，CDKs激活視網膜母細胞瘤蛋白家族(p130和p107)，解除視網膜母細胞瘤(Rb)對E2啟動子結合因子(E2F)的抑制作用，進而激活E2F家族基因轉錄，使細胞進入S期，啟動MCE過程[107]。Lee等[108]研究發(fā)現(xiàn)，甘草提取物(富含黃酮類化合物)通過下調細胞周期關鍵蛋白和CDKs蛋白的表達，使細胞周期阻滯在G1期，從而在早期抑制3T3-L1細胞的MCE階段。通過對前人研究的總結，黃酮類化合物可能通過抑制相關因子(C/EBPβ、細胞周期蛋白和CDKs)的表達，阻斷MCE過程，抑制前脂肪細胞成脂分化，從而減少脂肪生成。

3.4 通過神經調節(jié)作用調控脂肪代謝

下丘腦是脂肪組織的能量調節(jié)中心，通過交感神經系統(tǒng)調控脂肪組織代謝[109]。黃酮類化合物可以通過神經調節(jié)發(fā)揮調節(jié)脂肪代謝的作用。研究發(fā)現(xiàn)，黑豆花青素能顯著上調大鼠下丘腦γ-氨基丁酸B1受體(GABAB1R)的表達，進而激活蛋白激酶A(PKA)，降低磷酸化cAMP反應元件結合蛋白(CREB)和神經肽Y(NPY)的表達，從而調節(jié)采食行為，控制體重[110]；綠茶兒茶素(GTC)通過抑制兒茶酚-O-甲基轉移酶(COMT)的活性，激活交感神經系統(tǒng)(SNS)，進而激活PKA，從而增加能量消耗和脂肪酸氧化分解[111]?？傊S酮類化合物通過神經系統(tǒng)減少攝食行為和增加消耗，進而調控機體脂肪代謝。

4 小 結

綜上可知，黃酮類化合物是潛在調節(jié)脂肪代謝失衡和治療NAFLD等代謝疾病的藥物，目前已開展的廣泛的體內體外試驗研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物對脂肪代謝具有顯著的影響，其主要通過影響miRNAs、AMPK通路、MCE和神經系統(tǒng)等途徑影響轉錄因子及脂肪代謝相關基因的表達，進而調控脂肪代謝(圖2)。黃酮類化合物在肝臟和脂肪組織中的AMPK途徑有所區(qū)別，總的效應均是控制體重、減少脂肪組織生成和加速脂肪酸氧化分解，進而減少脂肪堆積，預防肥胖。目前對黃酮類化合物進行了較廣泛的研究，但仍有許多方面值得進一步深入研究，如篩選減脂效果最佳的黃酮類化合物成分、最佳劑量和最佳服用時長，對畜禽脂肪代謝的影響是否存在部位差異性等；同時，脂肪代謝的分子機制十分復雜，深入探明黃酮類化合物對脂肪代謝影響的分子機制仍是今后研究的重點。本文綜述了黃酮類化合物與機體脂肪代謝的關系，通過多角度總結其分子機制，為調節(jié)畜禽脂肪代謝以及人體脂肪代謝失衡藥物開發(fā)提供理論依據(jù)。

GABAB1R：γ-氨基丁酸B1受體 gamma-aminobutyric acid B1 receptor；COMT：兒茶酚-O-甲基轉移酶 catechol-O-methyl transferase；SNS：交感神經系統(tǒng) sympathetic nervous system；PKA：蛋白激酶A protein kinase A；CREB：cAMP反應元件結合蛋白 cAMP responsive element binding protein；NPY：神經肽Y neuropeptide Y；ABCA1：三磷酸腺苷結合盒轉運蛋白A1 ATP binding box transporter A1；CPT1α：肉毒堿棕櫚酰轉移酶1α carnitine palmityl transferase 1α；FAS：脂肪酸合成酶 fatty acid synthetase；PPAR：過氧化物酶體增殖物激活受體 peroxisome proliferator-activated receptor；CDKs：細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶 cyclin-dependent protein kinases；MAPK：絲裂原活化蛋白激酶 mitogen activated protein kinase；ERK：細胞外信號調節(jié)激酶 extracellular signal-regulated kinase；GSK3B：糖原合成酶激酶-3B glycogen synthase kinase-3B；C/EBPβ：CCAAT/增強子結合蛋白β CCAAT/ enhancer binding protein β；PPARγ：過氧化物酶體增殖物激活受體γ peroxisome proliferator-activated receptor γ；C/EBPα：CCAAT/增強子結合蛋白α CCAAT/ enhancer binding protein α；E2F：E2啟動子結合因子 E2 promoter binding factor；MCE：有絲分裂克隆擴增 mitotic clonal expansion；LepR：瘦素受體 leptin receptor；AdipoR2：脂聯(lián)素受體2 adiponectin receptor 2；Insig1：胰島素誘導基因1 insulin induced gene 1；AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶 AMP-activated protein kinase；SREBP1c：膽固醇調節(jié)元件結合蛋白1c cholesterol regulatory element binding protein 1c；PPARα：過氧化物酶體增殖物激活受體α peroxisome proliferator-activated receptor α；ACC：乙酰輔酶A羧化酶 acetyl-CoA carboxylase；HMGCR：3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase；ATGL：脂肪甘油三酯脂肪酶 adipose triglyceride lipase；P-IRS-1：磷-胰島素受體底物1 phosphorus-insulin receptor substrate 1；UCP1：解偶聯(lián)蛋白1 uncoupling protein 1；SIRT1：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸-依賴性蛋白脫乙酰酶1 nicotinamide adenine dinucleotide-dependent protein deacetylase 1；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α；CPT1：肉毒堿棕櫚酰轉移酶1 carnitine palmityl transferase 1；WAT：白色脂肪組織 white adipose tissue；BAT：棕色脂肪組織 brown adipose tissue。