中藥調(diào)控棕色脂肪組織解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)的機(jī)制研究概述

任美玲 王萍

肥胖是一種能量攝入大于能量消耗的復(fù)雜性代謝性疾病，以白色脂肪組織堆積為特征。人體內(nèi)還存在棕色脂肪和米色脂肪兩種脂肪組織[1]，與白色脂肪儲(chǔ)存能量的作用相反，棕色脂肪和米色脂肪通過燃燒體內(nèi)脂肪酸產(chǎn)熱，從而使能量耗散，達(dá)到減肥的效果[2]。其中，僅少量的棕色脂肪便具有驚人的釋放熱量的能力。據(jù)研究估計(jì)，63 g棕色脂肪充分活化所消耗的能量相當(dāng)于減重4.1 kg[3]。解偶聯(lián)蛋白1[4-7]是線粒體內(nèi)膜的一種跨膜蛋白，其在棕色脂肪和白色脂肪中大量表達(dá)分別是棕色脂肪活化和白色脂肪棕色化(米色脂肪生成)的標(biāo)志，是治療肥胖的重要靶點(diǎn)。

肥胖是許多心血管疾病、糖尿病等代謝性疾病的危險(xiǎn)因素，近年來的研究結(jié)果顯示中國(guó)肥胖的發(fā)病率居高不下[8]，并有低齡化增長(zhǎng)的趨勢(shì)[9]。中藥治療肥胖的歷史悠久[10-11]，臨床療效確切，由于其作用機(jī)制未明，影響了中藥在該領(lǐng)域的發(fā)展?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)許多中藥可通過相關(guān)通路促進(jìn)解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)，使棕色脂肪活化或者白色脂肪褐變，從而防治肥胖。本文通過整理中藥調(diào)控解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)所涉及的信號(hào)通路及其研究進(jìn)展，為闡明中藥治療肥胖的作用機(jī)制提供思路。

1 中藥可能通過調(diào)節(jié)能量代謝相關(guān)信號(hào)通路改善肥胖

1.1 中藥可能通過單磷酸腺苷激活蛋白激酶通路加快能量消耗

單磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMP-activated protein kinas，AMPK)[12]被稱為人體代謝的總開關(guān)，存在于每一個(gè)細(xì)胞中，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)細(xì)胞的供能體系。AMPK作為重要的能量調(diào)節(jié)因子，以直接或間接的方式促進(jìn)過氧化物酶體增殖物激活受體輔助激活因子1α[13]的活化，調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體γ水平，最終共同作用于解偶聯(lián)蛋白1啟動(dòng)子，啟動(dòng)機(jī)體產(chǎn)熱程序。因此，靶向AMPK通路激活解偶聯(lián)蛋白1可成為中藥治療肥胖的途徑。

中藥可能通過AMPK通路加快能量消耗，從而使體重減輕。早有研究發(fā)現(xiàn)辣椒素[14]可以升高脂肪組織氧化率，加快脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)，降低細(xì)胞模型中的脂質(zhì)含量，AMPK參與了這個(gè)過程，這可能與增加解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)有關(guān)。Lone J團(tuán)隊(duì)[15]認(rèn)為姜黃素作用于通過AMPK可激活解偶聯(lián)蛋白1等相關(guān)產(chǎn)熱因子的表達(dá)，從而促進(jìn)能量消耗。XING T等[16]發(fā)現(xiàn)膳食覆盆子可誘導(dǎo)米色脂肪生成，表現(xiàn)為鳶尾素、解偶聯(lián)蛋白1的指標(biāo)含量增加。ZOU T團(tuán)隊(duì)[17]之前研究證實(shí)飲食覆盆子可以改善肥胖小鼠的代謝綜合征，現(xiàn)在進(jìn)一步評(píng)估了覆盆子經(jīng)AMPK通路對(duì)能量消耗和適應(yīng)性產(chǎn)熱的影響，實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了AMPK敲除模型小鼠，和野生型小鼠形成對(duì)照，在此基礎(chǔ)上再分為高脂飼料喂養(yǎng)組和高脂飼料加覆盆子補(bǔ)充劑組，結(jié)果覆盆子未能增加AMPK缺陷小鼠耗氧量和產(chǎn)熱量，未能誘導(dǎo)棕色脂肪組織中的產(chǎn)熱基因表達(dá)和棕色樣脂肪細(xì)胞的形成，結(jié)論證明AMPK在覆盆子對(duì)棕色和米色脂肪細(xì)胞發(fā)育的影響以及預(yù)防肥胖的過程中是必不可少的。大黃酚[18]、綠茶提取物[19]、葛根及其提取物[20-21]、小檗堿[22-23]等中藥同樣通過激活A(yù)MPK上調(diào)解偶聯(lián)蛋白1相關(guān)產(chǎn)熱因子表達(dá)促進(jìn)能量代謝，從而改善肥胖。

上述研究表明AMPK通路調(diào)控著棕色脂肪組織中的產(chǎn)熱基因表達(dá)和米色脂肪細(xì)胞的形成，中藥可能通過激活A(yù)MPK信號(hào)通路進(jìn)一步激活解偶聯(lián)蛋白1加快能量消耗，從而對(duì)抗肥胖中的能量過剩。

1.2 中藥可能通過絲氨酸蛋白激酶和酪氨酸蛋白激酶信號(hào)通路促進(jìn)脂肪動(dòng)員

絲氨酸蛋白激酶(protein kinase A，PKA)[24]能誘導(dǎo)釋放游離脂肪酸，在能量消耗、攝入行為以及脂質(zhì)代謝方面發(fā)揮重要作用。外部刺激使環(huán)磷酸腺苷[25]升高觸發(fā)PKA信號(hào)通路，引起關(guān)鍵性脂肪酶水解，促進(jìn)棕色脂肪細(xì)胞線粒體熱量生成，上調(diào)機(jī)體產(chǎn)熱量。酪氨酸蛋白激酶(protein kinase G，PKG)通路和PKA通路相似，均促進(jìn)脂肪動(dòng)員和磷酸化p38上調(diào)解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)。因此，靶向PKA/PKG通路激活解偶聯(lián)蛋白1可成為中藥治療肥胖的新方向。

中藥可能經(jīng)PKA/PKG通路促進(jìn)脂肪動(dòng)員，上調(diào)解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)來減肥。綠茶提取物[26-27]被認(rèn)為可減少食物攝入量，降低膽固醇和甘油三酯的含量，還可以抑制脂肪生成和脂肪變性，上調(diào)解偶聯(lián)蛋白1-3表達(dá)量來增加能量消耗，這個(gè)過程主要由PKA和AMPK通路介導(dǎo)，其抗肥胖潛力已在細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物和人體研究中得到證實(shí)。其中Lee MS團(tuán)隊(duì)通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，將3T3-L1脂肪細(xì)胞置于含10 mmol/L綠茶提取物的培養(yǎng)液中孵育24小時(shí)后檢測(cè)細(xì)胞相關(guān)指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累顯著減少，從細(xì)胞釋放到培養(yǎng)基中的甘油量增加了，而脂肪細(xì)胞的生存能力不受影響。通過定量實(shí)時(shí)RT-PCR分析脂肪細(xì)胞中的mRNA水平，發(fā)現(xiàn)綠茶提取物組激素敏感性脂肪酶的mRNA水平顯著增加，結(jié)果表明綠茶提取物通過刺激脂肪分解有效地消耗了脂肪堆積。肉桂[28]干預(yù)的脂肪細(xì)胞模型與對(duì)照組相比，肉桂處理的細(xì)胞脂質(zhì)含量顯著降低。此外，肉桂還增加了棕色脂肪細(xì)胞標(biāo)記基因的表達(dá)，這些表達(dá)因子能結(jié)合解偶聯(lián)蛋白1啟動(dòng)子活性的從而誘導(dǎo)白色脂肪細(xì)胞褐變。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證在脂肪細(xì)胞中β腎上腺素能刺激經(jīng)由環(huán)磷酸腺昔介導(dǎo)的途徑催化脂解和解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)。

綜合以上研究，PKA/PKG調(diào)控著食物攝入行為，脂肪生成以及脂肪分解，中藥可通過激活PKA/PKG通路促進(jìn)脂肪酸氧化，增加耗能，減少白色脂肪堆積。

1.3 中藥可能通過瞬時(shí)受體電位香草素亞家族成員1/乙?；?信號(hào)通路抑制脂質(zhì)積累

瞬時(shí)受體電位香草素亞家族成員1(transient receptor potential cation channel subfamily V member 1，TRPV1)[29]是一種重要的膜受體，參與能量穩(wěn)態(tài)，控制能量消耗，又稱為辣椒素受體。TRPV1介導(dǎo)鈣內(nèi)流，激活A(yù)MPK和乙?；?使PR結(jié)構(gòu)域蛋白和過氧化物酶體增殖物激活受體γ去乙?；?，可調(diào)節(jié)棕色脂肪產(chǎn)熱，抑制脂質(zhì)積累。因此，靶向TRPV1是治療肥胖的途徑之一。

中藥可能激活TRPV1/乙?；?信號(hào)通路阻礙脂肪生成，誘導(dǎo)棕色樣脂肪表型。Baboota RK團(tuán)隊(duì)[30]首先通過體外實(shí)驗(yàn)觀察不同濃度辣椒素對(duì)脂肪細(xì)胞的影響，利用鈣離子流入測(cè)定法、油紅-O染色法、前脂肪細(xì)胞和成熟脂肪細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)分析等多種技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明在較低濃度下，辣椒素會(huì)抑制脂質(zhì)積累并刺激TRPV1基因表達(dá)，此時(shí)辣椒素的濃度和其抑制脂肪生成的作用成正比。當(dāng)濃度超過最高點(diǎn)，它會(huì)增強(qiáng)脂質(zhì)積累并抑制其受體的表達(dá)。同時(shí)基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)顯示解偶聯(lián)蛋白1等相關(guān)產(chǎn)熱因子表達(dá)增加，結(jié)論證明辣椒素的抗脂肪生成作用與脂肪細(xì)胞中棕色樣表型表達(dá)密切相關(guān)。WANG J等[31]研究通過設(shè)計(jì)正常飼料、高脂飼料和添加、不加生姜兩對(duì)變量探討生姜對(duì)肥胖的影響，由間接熱量法發(fā)現(xiàn)生姜顯著增加了呼吸交換比和產(chǎn)熱，降低了高脂飲食引起的脂肪堆積、血清葡萄糖、甘油三酯和膽固醇水平的升高，還顯著增強(qiáng)棕色脂肪組織功能，并激活白色脂肪組織選擇性標(biāo)記物的基因表達(dá)和蛋白質(zhì)水平而變褐。結(jié)果表明生姜可能通過乙酰化酶1通過改變棕色脂肪細(xì)胞基因表達(dá)和蛋白質(zhì)水平，并增強(qiáng)棕色脂肪組織功能和誘導(dǎo)白色脂肪組織褐變。

由此可見，TRPV1/乙酰化酶1調(diào)控脂質(zhì)積累、產(chǎn)熱相關(guān)因子表達(dá)和棕色脂肪組織功能。中藥通過激活TRPV1/乙?；?發(fā)揮抗脂肪生成作用，從而抑制肥胖。

2 中藥可能通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)相關(guān)信號(hào)通路改善肥胖

2.1 中藥可能通過MAPK信號(hào)通路抗炎改善葡萄糖抵抗

MAPK信號(hào)通路主要包括MAPK、MAPK激酶以及MAPK激酶的激酶三級(jí)信號(hào)傳遞過程[32]，調(diào)節(jié)著細(xì)胞應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等多種重要的病理效應(yīng)。肥胖中的胰島素抵抗可由MAPK功能障礙觸發(fā)[33]，MAPK抗炎激活改善葡萄糖抵抗，同時(shí)出現(xiàn)棕色脂肪活化和白色脂肪褐變。因此，靶向MAPK信號(hào)是現(xiàn)代研究中藥防治肥胖的相關(guān)分子機(jī)制之一。

表1 中藥及其單體通過能量代謝相關(guān)通路治療肥胖的機(jī)理

中藥可能作用于MAPK信號(hào)通路發(fā)揮抗炎功效，進(jìn)而激活產(chǎn)熱相關(guān)因子，增加能量消耗。ZHANG C團(tuán)隊(duì)[34]首先在體內(nèi)證實(shí)了雞血藤其提取物的減重作用，同時(shí)排除熱量限制的影響，研究其活化棕色脂肪機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)高脂飲食小鼠生熱相關(guān)基因的表達(dá)水平顯著提高，雞血藤其提取物治療改善了小鼠的棕色和白色脂肪中的葡萄糖抵抗并增加了相關(guān)MAPK和AMPK途徑蛋白的表達(dá)。其次團(tuán)隊(duì)分離小鼠的棕色原代脂肪細(xì)胞進(jìn)行體外棕色脂肪細(xì)胞分化試驗(yàn)，通過分為加入和不加入雞血藤其提取物處理兩組進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示雞血藤其提取物以劑量依賴性方式增加解偶聯(lián)蛋白1的表達(dá)。結(jié)論提示雞血藤提取物可能通過影響MAPK通路，觸發(fā)棕色細(xì)胞活化。MIN W等人[35]用黃芩苷干預(yù)脂肪細(xì)胞后，使用定量實(shí)時(shí)PCR反應(yīng)和蛋白質(zhì)印跡法檢測(cè)，結(jié)果表明施用黃芩苷可降低脂肪細(xì)胞中的MAPK和過氧化物酶體增殖物激活受體γ水平，但解偶聯(lián)蛋白1和過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助因子1α表達(dá)上升，研究表明黃芩苷治療肥胖可能與MAPK途徑有關(guān)。

MAPK作為重要的信號(hào)級(jí)聯(lián)，受細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)調(diào)節(jié)，同時(shí)將信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到脂肪細(xì)胞內(nèi)，調(diào)節(jié)產(chǎn)熱因子表達(dá)。中藥雖能通過MAPK通路改善葡萄糖抵抗，活化棕色脂肪，但其激活或者抑制具體機(jī)制涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，仍需進(jìn)一步研究。

2.2 中藥可能通過熱休克因子1信號(hào)通路應(yīng)激激活相關(guān)產(chǎn)熱因子

熱休克因子1(heat shock factor1，HSF1)是機(jī)體免受應(yīng)激損害的關(guān)鍵因子，具有激活脂肪組織中過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助因子1α來調(diào)節(jié)能量消耗的作用。冷暴露通過β-腎上腺素能受體信號(hào)通路誘導(dǎo)HSF1應(yīng)激轉(zhuǎn)錄水平，直接驅(qū)動(dòng)下游產(chǎn)熱因子基因程序的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)機(jī)體產(chǎn)熱。因此，靶向HSF1是一種治療肥胖的可行策略[36]。

中藥可能刺激HSF1轉(zhuǎn)錄，驅(qū)動(dòng)下游產(chǎn)熱因子活化，調(diào)節(jié)機(jī)體適應(yīng)性產(chǎn)熱，使機(jī)體耗能增加。雷公藤有抗炎、調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤等多種藥理作用[37]，研究證實(shí)其能增加脂肪和肌肉中的線粒體功能以及過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助因子1α表達(dá)，還能通過激活HSF1的藥理作用與增加能量消耗來預(yù)防肥胖。Ma X團(tuán)隊(duì)[38]首次評(píng)估HSF1對(duì)能量平衡的影響，通過免疫共沉淀分析其在體外調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體γ及其輔助因子1α水平作用，發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素能增強(qiáng)兩者相互作用驅(qū)動(dòng)棕色脂肪及其線粒體基因程序。而在HSF1敲除的小鼠中，雷公藤紅素引起的代謝改變則消失，出現(xiàn)脂質(zhì)沉積，棕色脂肪標(biāo)記減少和解偶聯(lián)蛋白1染色降低等，實(shí)驗(yàn)證明HSF1信號(hào)通路是雷公藤紅素發(fā)揮改善肥胖代謝不平衡作用所必須的途徑。此外，HSF1激活還會(huì)提高骨骼肌中的線粒體數(shù)量和功能，這表明在雷公藤紅素處理的小鼠中總體能量消耗增加是由于至少兩個(gè)不同的代謝活性組織的改變引起的。

HSF1作為棕色脂肪和米色脂肪的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)重要的因子，可能激活相關(guān)產(chǎn)熱因子，啟動(dòng)皮下脂肪細(xì)胞產(chǎn)生熱量，促進(jìn)機(jī)體耗散熱量。但其冷暴露和熱暴露[39]觸發(fā)的機(jī)制還需進(jìn)一步探究，充分發(fā)揮中藥通過激活HSF1通路啟動(dòng)機(jī)體產(chǎn)熱程序，平衡體內(nèi)能量代謝的作用。

3 寒熱性中藥治療肥胖的機(jī)制比較和探索

中藥四氣，即四性，指寒、熱、溫、涼之屬性，是中藥基礎(chǔ)理論的核心內(nèi)容。寒熱性中藥給藥能對(duì)機(jī)體產(chǎn)熱過程產(chǎn)生影響，這與棕色脂肪的產(chǎn)熱功能契合，因此不同寒熱性中藥治療肥胖與棕色脂肪組織的解耦聯(lián)反應(yīng)可能相關(guān)。

寒熱藥性通過調(diào)節(jié)機(jī)體產(chǎn)熱過程，影響體內(nèi)的熱生成。其中溫?zé)崴幵黾訜嵘?，寒涼藥減少熱生成。楊玉嬌等[40]探討寒性中藥(黃連、黃芩、黃柏)和熱性中藥(白芷、肉桂、胡椒)對(duì)小鼠棕色脂肪組織中解偶聯(lián)蛋白1 mRNA和蛋白表達(dá)的影響，通過實(shí)時(shí)定量RCR和免疫印跡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，熱性中藥組小鼠棕色脂肪中的解偶聯(lián)蛋白1 mRNA和蛋白相對(duì)表達(dá)量顯著升高，寒性中藥組相同指標(biāo)相對(duì)表達(dá)量顯著下降，得出結(jié)論解偶聯(lián)蛋白1在基因和蛋白水平表達(dá)的生物效應(yīng)可能與中藥藥性的寒熱性表征相關(guān)。周煒煒團(tuán)隊(duì)[41]則采用脂肪細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)基因表達(dá)量，其結(jié)果大體與預(yù)期一致。但部分中藥存在例外，如寒涼性中藥黃連素組、葛根素組解偶聯(lián)蛋白1基因表達(dá)量較對(duì)照組高，溫?zé)嵝灾兴幐吡冀M、三七皂苷組、麻黃堿組、姜黃素組、異歐前胡素組的基因表達(dá)量較對(duì)照組低?？梢姾疅嵝灾兴巻误w成分在基因和蛋白層面調(diào)節(jié)解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)的結(jié)果未能在分子水平上揭示不同寒熱性中藥治療肥胖的機(jī)制差異。

表2 中藥及其單體通過炎癥反應(yīng)相關(guān)通路治療肥胖的機(jī)理

表3 不同寒熱藥性中藥及其單體治療肥胖的機(jī)理

本文整理了一二節(jié)所述不同寒熱性中藥及其單體對(duì)解偶聯(lián)蛋白1的調(diào)節(jié)作用，在調(diào)節(jié)通路方面沒有明顯區(qū)別，且這些中藥均能上調(diào)解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)，但未能說明不同寒熱性中藥對(duì)解偶聯(lián)蛋白1的具體表達(dá)量有無差異?？芍貜?fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證寒性中藥是否下調(diào)解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)量，同時(shí)肥胖者本身寒熱證的不同是否干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果也應(yīng)該納入考慮范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

肥胖具有病程長(zhǎng)、難治愈、易反彈的特點(diǎn)，且病因復(fù)雜，發(fā)病機(jī)制尚未清楚，治療難度大。中藥在中醫(yī)理論指導(dǎo)下著眼于整體調(diào)控，具有多靶點(diǎn)多層次的優(yōu)勢(shì)。中藥治療肥胖涉及的通路有AMPK信號(hào)通路、PKA和PKG信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路、TRPV1/乙?；?信號(hào)通路、熱休克因子1信號(hào)通路等。有些中藥可同時(shí)調(diào)控多條信號(hào)通路，如辣椒素可激活A(yù)MPK和TRPV1/乙?；?信號(hào)通路，綠茶提取物能通過AMPK和PKA途徑使體重減輕。中藥通過激活不同信號(hào)通路，調(diào)節(jié)解偶聯(lián)蛋白1大量表達(dá)，促進(jìn)棕色脂肪和米色脂肪產(chǎn)熱，進(jìn)而達(dá)到能量消耗、體重減輕的功效。因此，通過信號(hào)通路研究中藥治療肥胖的作用機(jī)制，可為肥胖的治療提供新的思路，促進(jìn)中藥在肥胖治療方面的應(yīng)用，同時(shí)經(jīng)驗(yàn)證能上調(diào)解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)的中藥可成為減肥用藥的優(yōu)選。