脂肪組織中自噬影響肥胖發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

季學(xué)濤，張?jiān)S，劉謹(jǐn)，李仲

南京醫(yī)科大學(xué)罕見(jiàn)代謝性疾病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系，江蘇省人類功能基因組重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211166

在過(guò)去的幾十年里，肥胖及其并發(fā)癥正在全球范圍內(nèi)迅速增多［1］。截至2016年，全球有近40%的成年人和18%的兒童（5～19歲）伴有肥胖，中國(guó)的腹型肥胖率也高達(dá)34%［2］。肥胖會(huì)導(dǎo)致一系列并發(fā)癥，包括脂肪肝、高血壓、2 型糖尿病和心血管疾病等。2015 年全球約有400 萬(wàn)人死于肥胖［3］，給社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的醫(yī)療壓力。肥胖是由于脂肪細(xì)胞體積增大和數(shù)量增生引起脂肪組織的異常或過(guò)度堆積導(dǎo)致。因此，提高對(duì)脂肪生成分子機(jī)制的理解具有重大的健康和科學(xué)意義。

脂肪生成受到多因素調(diào)節(jié)：在前期的研究報(bào)道中細(xì)胞外信號(hào)、轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)和基因組的表觀修飾等均能從不同層面調(diào)控脂肪細(xì)胞的分化［4-5］。近年來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)自噬能夠調(diào)控脂肪細(xì)胞數(shù)量、脂肪生成和白色脂肪棕色化等過(guò)程［6］。自噬是一種基本的細(xì)胞降解途徑，它從雙層膜自噬小體的形成開(kāi)始，最終與溶酶體融合降解細(xì)胞器和蛋白質(zhì)以供機(jī)體重新循環(huán)利用［7］。脂肪組織中自噬主要存在3種不同的方式：非選擇性的自噬、選擇性的線粒體自噬和脂噬。在不同的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下自噬、線粒體自噬和脂噬相互協(xié)調(diào)共同維持脂肪細(xì)胞的數(shù)量、生成、形態(tài)及功能。本文就近年來(lái)在脂肪組織中發(fā)生的自噬進(jìn)行系統(tǒng)地回顧和總結(jié)，旨在闡明自噬對(duì)脂肪組織的功能和肥胖癥的影響，為肥胖癥的預(yù)防和治療提供潛在的靶點(diǎn)。

1 脂肪組織和肥胖

1.1 脂肪細(xì)胞的分類

脂肪組織是機(jī)體重要的代謝器官，其中最主要的細(xì)胞是脂肪細(xì)胞和一些免疫細(xì)胞。脂肪細(xì)胞根據(jù)其特征不同可以分為3類：白色脂肪細(xì)胞、棕色脂肪細(xì)胞和米色脂肪細(xì)胞［8］。白色脂肪細(xì)胞含有單一的大脂滴（lipid droplets，LD）和少量線粒體，能夠存儲(chǔ)能量和分泌某些細(xì)胞因子；棕色脂肪細(xì)胞含有大量的小脂滴，具有豐富的線粒體，能通過(guò)解偶聯(lián)蛋白1（uncoupling protein 1，UCP1）將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能從而增加能量消耗并為機(jī)體提供熱量；米色脂肪細(xì)胞分布于白色脂肪組織中并具有部分棕色脂肪細(xì)胞的特征，含有一定數(shù)量的線粒體，并能通過(guò)UCP1 蛋白增加能量消耗［9］。白色脂肪棕色化是指在環(huán)境或激素的刺激下，白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槊咨炯?xì)胞從而增加能量消耗和產(chǎn)熱的過(guò)程。

1.2 脂肪生成

成人體內(nèi)的脂肪細(xì)胞數(shù)目不會(huì)再變化，但每年會(huì)有10%的細(xì)胞更新。脂肪生成特指脂肪細(xì)胞分化的過(guò)程，會(huì)在細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生含有甘油三酯和脂肪酸的脂滴［10］。脂肪細(xì)胞的分化包括兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是由脂肪組織中的間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）或胚胎干細(xì)胞分化成脂肪祖細(xì)胞再進(jìn)一步形成脂肪前體細(xì)胞；第二個(gè)階段是指脂肪前體細(xì)胞分化為成熟的脂肪細(xì)胞。其中，第一階段主要是由BMP-SMAD 信號(hào)通路調(diào)控促進(jìn)脂肪前體細(xì)胞的生成［11］；第二階段的調(diào)控主要分為3 個(gè)步驟：首先是CCAAT 增強(qiáng)子結(jié)合蛋白（CCAAT-enhancer binding proteins，C/EBPs）的β和δ亞型表達(dá)，啟動(dòng)脂肪細(xì)胞的分化；其次是轉(zhuǎn)錄因子過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）和CCAAT 增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α（CCAAT-enhancer binding proteins α，C/EBPα）的大量表達(dá)，進(jìn)一步誘導(dǎo)脂滴的形成和糖脂代謝相關(guān)基因的表達(dá)；最后是成熟脂肪細(xì)胞的形成，這個(gè)過(guò)程中脂肪細(xì)胞的標(biāo)志蛋白大量表達(dá)，脂滴中的甘油三酯合成進(jìn)一步增多并能分泌一些脂肪因子協(xié)同調(diào)控機(jī)體能量平衡。C/EBPβ、C/EBPα和PPARγ是脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中重要的調(diào)控因子。在分化的前期C/EBPβ迅速表達(dá)并誘導(dǎo)C/EBPα和PPARγ的表達(dá)，而在分化的后期C/EBPβ的表達(dá)降低，研究表明C/EBPβ或C/EBPα敲除的小鼠脂肪組織發(fā)育明顯受損［12］。雖然C/EBPβ和C/EBPα對(duì)脂肪組織的發(fā)育至關(guān)重要，但卻不是脂肪細(xì)胞發(fā)育所必需的，因?yàn)檠芯勘砻髟谌魏我环N敲除C/EBPs 的小鼠中外源表達(dá)PPARγ都能逆轉(zhuǎn)其脂肪發(fā)育障礙。相反，敲除PPARγ而外源表達(dá)C/EBPs 則不能逆轉(zhuǎn)脂肪分化障礙，說(shuō)明PPARγ而非C/EBPs是脂肪細(xì)胞分化的后期調(diào)控因子且是脂肪細(xì)胞分化所必需的［13］。

在機(jī)體攝入能量過(guò)多的情況下，多余能量會(huì)以甘油三酯等中性脂肪的形式儲(chǔ)存在白色脂肪細(xì)胞中，導(dǎo)致白色脂肪細(xì)胞的過(guò)度擴(kuò)張，進(jìn)而引發(fā)肥胖癥。而肥胖往往會(huì)導(dǎo)致一系列的代謝性并發(fā)癥包括脂肪肝、心血管疾病和2型糖尿病等。

2 脂肪組織中的自噬

自噬通常是指巨自噬，是細(xì)胞降解細(xì)胞質(zhì)中受損的細(xì)胞器和一些不需要的物質(zhì)，再對(duì)降解產(chǎn)物重新循環(huán)利用的過(guò)程［14］。當(dāng)細(xì)胞或組織的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)受限或處于惡劣環(huán)境、氧化應(yīng)激或基因毒性等壓力時(shí)，自噬可作為一種細(xì)胞存活和防御的機(jī)制而被激活［15］。當(dāng)細(xì)胞能量來(lái)源不足時(shí)，能通過(guò)抑制雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1（the mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC1）和激活5＇-AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）來(lái)激活自噬以完成細(xì)胞的能量循環(huán)供機(jī)體生存需要。相反，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)能量過(guò)剩時(shí)則通過(guò)激活mTORC1，抑制AMPK 信號(hào)通路來(lái)抑制自噬。當(dāng)自噬被抑制時(shí)，如果機(jī)體長(zhǎng)期處于高脂高糖飲食而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)過(guò)剩時(shí)，過(guò)剩的能量會(huì)在脂肪、肝臟、肌肉等組織中堆積最終導(dǎo)致肥胖、脂肪肝和糖尿病等代謝性疾?。?6-17］。但有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)在肥胖人群中自噬是被過(guò)度激活的，目的是為了從脂肪細(xì)胞中獲取更多的能量以生成更多的脂肪細(xì)胞［18］。

2.1 自噬的步驟

自噬包括幾個(gè)連續(xù)的步驟：隔離、降解和氨基酸或多肽的產(chǎn)生和重新利用，每一步都在以不同的方式發(fā)揮著作用。自噬的第一步是自噬小體的形成，細(xì)胞質(zhì)組分或細(xì)胞器被特殊的隔離膜結(jié)構(gòu)包裹形成自噬小體，該膜結(jié)構(gòu)也被稱作自噬起始膜。自噬起始膜是一個(gè)扁平的具有雙層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，其延伸之后可以包裹需要降解的細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞器形成閉環(huán)的自噬小體，該過(guò)程不伴隨物質(zhì)的降解，只是形成隔離的自噬小體結(jié)構(gòu)［19］。自噬小體的形成至少有3 個(gè)步驟：起始、成核、伸長(zhǎng)和關(guān)閉［20］。自噬的起始可以由unc-51樣激酶1（unc-51-like kinase 1，ULK1）復(fù)合體啟動(dòng)，這個(gè)復(fù)合體由絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶ULK1、自噬相關(guān)蛋白13（autophagy-related protein 13，ATG13）、200 kDa的黏著斑激酶家族相互作用蛋白（focal adhesion kinase family interacting protein of 200 kDa，F(xiàn)IP200）和自噬相關(guān)蛋白101（autophagy-related protein 101，ATG101）等蛋白構(gòu)成。當(dāng)自噬被誘導(dǎo)時(shí)，ULK1 復(fù)合體會(huì)轉(zhuǎn)位到自噬起始位點(diǎn)并招募自噬的第二個(gè)激酶復(fù)合體：囊泡分選蛋白34（vacuolar protein sorting 34，VPS34）復(fù)合體［21］。該復(fù)合體由Beclin-1、VPS15 和ATG14L 蛋白組成，其作用是激活Ⅲ類磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）以產(chǎn)生磷脂酰肌醇-3-磷酸（phosphatidylinositol-3-phosphate，PI3P），ULK1 復(fù)合體轉(zhuǎn)位到自噬起始位點(diǎn)并招募VPS34 復(fù)合體產(chǎn)生PI3P 的過(guò)程被稱為成核作用。正常情況下，Beclin-1與其抑制物B淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）或其同源物B 淋巴細(xì)胞瘤-XL（B-cell lymphoma-XL，Bcl-XL）持續(xù)相互作用而被抑制；當(dāng)自噬被激活時(shí)，Beclin-1 與Bcl-2 或Bcl-XL 分離而激活VPS34 復(fù)合體的激酶活性［22］，但ULK1 復(fù)合物（起始）、Beclin-1 和Ⅲ類PI3K復(fù)合物（成核）之間的具體功能關(guān)系還需要進(jìn)一步探究。自噬起始膜的延伸和閉合以形成成熟的自噬小體還需要兩個(gè)共軛系統(tǒng)的參與：第一個(gè)系統(tǒng)是在ATG7 和ATG10 的輔助下，ATG12、ATG5和ATG16結(jié)合形成ATG16-ATG5-ATG12復(fù)合物［23］；第二個(gè)系統(tǒng)是胞質(zhì)中可溶的微管相關(guān)蛋白輕鏈3（microtubule-associated protein light chain 3，LC3）依次在ATG4、ATG7 和ATG3 的作用下和磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）結(jié)合形成自噬膜上的LC3（LC3-Ⅱ），可與自噬接頭蛋白P62/SQSTM1 結(jié)合促進(jìn)自噬起始膜的閉合形成完整的自噬小體［24］。降解過(guò)程是指自噬小體與溶酶體結(jié)合形成溶酶體自噬體，自噬小體中的物質(zhì)在溶酶體中各種酶的幫助下完成降解，降解后的物質(zhì)變成單體單位之后（如氨基酸或肽段）重新釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)被機(jī)體利用，這個(gè)過(guò)程稱為氨基酸或肽段的重利用，目前機(jī)體是如何重新利用自噬產(chǎn)物的機(jī)制尚不明確。

2.2 脂肪組織中自噬的分類

在脂肪細(xì)胞中發(fā)生的自噬可以分為非選擇性的自噬和選擇性的自噬：非選擇性的自噬即巨自噬，選擇性的自噬包括線粒體自噬和脂噬。自噬指無(wú)差別降解脂肪細(xì)胞中的物質(zhì)，線粒體自噬是自噬小體和線粒體特異性結(jié)合降解線粒體的過(guò)程，而脂噬特指自噬小體和脂滴結(jié)合促進(jìn)脂質(zhì)的降解和重新利用。脂肪細(xì)胞中的3種自噬方式對(duì)脂肪細(xì)胞的生成、白色脂肪棕色化和脂肪代謝等過(guò)程具有重要的調(diào)控作用。

3 自噬和脂肪生成

脂肪細(xì)胞中的物質(zhì)非選擇性地通過(guò)和自噬小體或溶酶體結(jié)合而降解蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的方式是脂肪細(xì)胞中主要的自噬方式之一。在過(guò)去的幾十年里，自噬和脂肪生成之間是否具有密切的聯(lián)系引起了人們的廣泛關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)自噬是脂肪細(xì)胞發(fā)育所必需的，并且在脂肪生成的過(guò)程中自噬被激活［6，25］。最早的研究表明，提取ATG5 全身敲除小鼠的胚胎成纖維細(xì)胞（embryonic fibroblast，MEF）分化，發(fā)現(xiàn)脂肪生成有障礙。而在小鼠中靶向敲除ATG5顯著降低胚胎后期和新生小鼠中圍脂滴蛋白A（perilipin A）陽(yáng)性的白色脂肪細(xì)胞數(shù)［26］。同樣，在3T3-L1細(xì)胞中敲降A(chǔ)TG7 或在小鼠脂肪組織中特異性敲除ATG7抑制自噬能明顯抑制脂肪細(xì)胞的分化和脂滴的累積，在表達(dá)生肌因子5（myogenic factor 5，Myf5）的棕色脂肪前體細(xì)胞中敲降A(chǔ)TG7也會(huì)影響棕色脂肪細(xì)胞的分化［6，27］。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)m6A 去甲基化酶脂肪量和肥胖相關(guān)蛋白（fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO）能通過(guò)靶向ATG5 和ATG7 調(diào)節(jié)自噬和脂肪生成，敲降FTO會(huì)降低ATG5和ATG7的表達(dá)，導(dǎo)致自噬小體形成減少，抑制自噬和脂肪生成進(jìn)而抵抗高脂誘導(dǎo)的肥胖［28］。然而，在白色脂肪前體細(xì)胞3T3-L1 中敲降ULK1 抑制自噬后，雖然脂肪細(xì)胞分化的關(guān)鍵調(diào)控因子C/EBPs 和PPARγ沒(méi)有發(fā)生明顯的改變，但卻促進(jìn)了脂肪生成，這可能是由于ULK1敲除之后降低了脂肪酸的β氧化而增加了脂肪酸的攝取。但是在3T3-L1細(xì)胞中敲降unc-51樣激酶2（unc-51-like kinase 2，ULK2）則得到與ULK1相反的結(jié)果，敲降ULK2之后抑制脂肪生成［29］。在脂肪組織中特異性敲除Beclin1會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的脂肪萎縮、胰島素抵抗和脂肪肝，這可能是由于敲除Beclin1抑制自噬之后引起嚴(yán)重的脂肪分化障礙而導(dǎo)致的脂肪異位堆積［30］。這些結(jié)果表明在脂肪細(xì)胞分化的過(guò)程中，自噬發(fā)揮著某種重要的作用，以促進(jìn)脂肪細(xì)胞的正常分化和脂滴的形成。

分離肥胖人群或肥胖小鼠的脂肪組織發(fā)現(xiàn)，在肥胖的人群或小鼠中自噬的標(biāo)志蛋白LC3-Ⅱ水平增加，而自噬接頭蛋白P62水平降低，表明在肥胖的人群和小鼠中自噬被激活，目的是為了在營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩時(shí)通過(guò)激活自噬來(lái)促進(jìn)脂肪細(xì)胞生成以儲(chǔ)存更多的能量［31］。自噬在脂肪細(xì)胞分化的過(guò)程中是否被激活由脂肪細(xì)胞分化的類型和脂肪細(xì)胞所受的刺激所決定。研究表明，在白色脂肪細(xì)胞分化形成脂滴的過(guò)程中自噬被激活；而棕色脂肪細(xì)胞分化的過(guò)程中自噬和線粒體自噬則被抑制；環(huán)境或激素刺激如寒冷和PPARγ激動(dòng)劑TZD類藥物促進(jìn)白色脂肪棕色化的過(guò)程中自噬和線粒體自噬同樣被抑制［32］。基于前期的研究，白色脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中自噬被激活以獲得更多的能量來(lái)完成白色脂肪細(xì)胞的生成，抑制自噬能夠抵抗飲食誘導(dǎo)的肥胖，降低白色脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的累積，促進(jìn)棕色或米色脂肪細(xì)胞中能量的消耗［32-33］。

4 線粒體自噬和白色脂肪棕色化

4.1 線粒體自噬類型

線粒體自噬是一種選擇性的自噬，由線粒體和自噬小體結(jié)合形成線粒體自噬體，最后與溶酶體結(jié)合促進(jìn)線粒體的降解［34］。在脂肪細(xì)胞成熟或營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)能通過(guò)激活A(yù)MPK通路或抑制mTORC1通路而激活線粒體自噬。線粒體自噬主要通過(guò)泛素分子依賴的張力蛋白同源物（PTEN）誘導(dǎo)的激酶1（PTEN induced putative kinase 1，PINK1）和Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬途徑，當(dāng)線粒體受到損傷發(fā)生去極化時(shí)一些線粒體外膜蛋白能夠被E3 泛素連接酶Parkin 泛素化，通過(guò)P62 和自噬起始膜上的LC3-Ⅱ結(jié)合形成線粒體自噬體，線粒體自噬體和溶酶體結(jié)合后在溶酶體中的各種水解酶作用下完成線粒體的降解［35-37］。其次，一些含有LC3 相互作用結(jié)構(gòu)域（LC3-interacting region，LIR）的線粒體外膜蛋白如NIP3 樣蛋白X（NIP3-like protein X，NIX）、FUN14 結(jié)構(gòu)域包含蛋白1（FUN14 domain containingprotein 1，F(xiàn)UNDC1）和Bcl-2/腺病毒E1B 19 kDa相互作用蛋白3（Bcl-2/adenovirus E1B 19 kDa-interacting protein 3，BNIP3）等能直接通過(guò)和LC3-Ⅱ相互作用與自噬起始膜結(jié)合，促進(jìn)線粒體自噬的發(fā)生［38-40］。

4.2 線粒體自噬對(duì)白色脂肪棕色化的影響

在白色脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中脂肪細(xì)胞能通過(guò)線粒體自噬減少線粒體數(shù)目，限制脂肪酸的氧化從而促進(jìn)脂肪細(xì)胞中脂滴的形成；同樣在米色脂肪細(xì)胞白色化的過(guò)程中線粒體自噬被激活，米色脂肪細(xì)胞通過(guò)線粒體自噬清除胞內(nèi)多余的線粒體，從而完成從米色脂肪細(xì)胞向白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變的過(guò)程［37，41］。因此當(dāng)白色脂肪細(xì)胞中的線粒體自噬被抑制，線粒體無(wú)法清除而累積之后會(huì)抑制脂肪生成，導(dǎo)致白色脂肪細(xì)胞呈現(xiàn)出棕色脂肪細(xì)胞的部分特征［35，42］。與細(xì)胞中結(jié)果一致，在小鼠中通過(guò)基因工程敲除自噬相關(guān)基因或注射藥物抑制線粒體自噬后，小鼠的體脂率降低，白色脂肪組織中脂肪細(xì)胞減小，線粒體數(shù)目變多，呈現(xiàn)出棕色脂肪組織的特征［36-37］。Parkin 作為E3 泛素連接酶能介導(dǎo)線粒體自噬，在3T3-L1 細(xì)胞分化的過(guò)程中被誘導(dǎo)。羅格列酮處理3T3-L1 細(xì)胞促使細(xì)胞向棕色脂肪細(xì)胞分化的同時(shí)會(huì)下調(diào)Parkin蛋白的表達(dá)；脂肪細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Parkin蛋白會(huì)抑制白色脂肪細(xì)胞向米色脂肪細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。在小鼠中敲除Parkin雖然不會(huì)影響白色脂肪組織的棕色化，但是能激活棕色脂肪組織促進(jìn)產(chǎn)熱，增加能量消耗從而抵抗高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗［36，43］。此外，Parkin 敲除小鼠在撤除寒冷或β3受體激動(dòng)劑CL 316，243等刺激因素之后能更久地維持米色脂肪細(xì)胞的形態(tài)，這是因?yàn)镻arkin 敲除之后線粒體自噬被抑制，棕色化過(guò)程中大量合成的線粒體不能被清除從而能更久地維持米色脂肪細(xì)胞的形態(tài)［37，41］。

BNIP3 是線粒體外膜蛋白，能介導(dǎo)線粒體自噬。在脂肪細(xì)胞分化的過(guò)程中，BNIP3 表達(dá)上調(diào)。BNIP3敲除小鼠在高脂飲食后體重不會(huì)發(fā)生明顯的改變，但是會(huì)有明顯的脂肪發(fā)育障礙，脂肪組織不能儲(chǔ)脂進(jìn)而引起脂肪在肝臟和其他外周器官異位堆積形成脂肪肝和胰島素抵抗［44］。在脂肪細(xì)胞中PPARγ的激動(dòng)劑羅格列酮類藥物能促進(jìn)BNIP3的表達(dá)，敲降BNIP3 能夠抑制羅格列酮誘導(dǎo)線粒體合成的作用并抑制線粒體功能，這說(shuō)明BNIP3 是脂肪細(xì)胞中線粒體合成所必需的［45］。在脂肪組織中特異性敲除絲氨酸和蘇氨酸蛋白激酶3（serine/threonineprotein kinase 3，STK3）和STK4后通過(guò)抑制BNIP3的88 位絲氨酸磷酸化，促進(jìn)BNIP3 的降解，進(jìn)而抑制線粒體自噬促進(jìn)白色脂肪組織棕色化，抵抗高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗。同樣，過(guò)表達(dá)STK3/STK4 能促進(jìn)BNIP3 的88 位絲氨酸磷酸化，從而抑制其降解，促進(jìn)線粒體自噬，抑制白色脂肪組織棕色化［46］。這與BNIP3全身敲除鼠的表型不同，可能是由于BNIP3全身敲除之后引起了其他組織器官的代償性變化，而脂肪組織特異性地降低BNIP3 則可以抑制線粒體自噬而促進(jìn)白色脂肪棕色化。FUNDC1蛋白在缺氧條件下被誘導(dǎo)并介導(dǎo)線粒體自噬，F(xiàn)UNDC1 敲除小鼠在面對(duì)高脂飲食時(shí)更容易發(fā)生肥胖、炎癥和胰島素抵抗，可能是由于線粒體自噬被抑制導(dǎo)致?lián)p傷的線粒體在體內(nèi)累積進(jìn)而引起代謝障礙［31］。在寒冷刺激過(guò)程中，核呼吸因子1（nuclear respiratory factors 1，NRF1）能夠結(jié)合到FUNDC1的啟動(dòng)子區(qū)域促進(jìn)FUNDC1在棕色脂肪組織中的表達(dá)，棕色脂肪組織中特異性敲除FUNDC1會(huì)造成線粒體損傷，影響棕色脂肪組織的產(chǎn)熱和功能［47］。在肌肉組織中特異性敲除FUNDC1雖然降低肌肉中脂肪的利用和小鼠運(yùn)動(dòng)的耐力，但能促進(jìn)白色脂肪棕色化從而抵抗高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗［48］。FUNDC1在白色脂肪組織中的作用以及對(duì)白色脂肪棕色化過(guò)程的影響還有待進(jìn)一步確認(rèn)。NIX 蛋白在脂肪細(xì)胞的分化過(guò)程中持續(xù)性表達(dá)，因此由NIX 蛋白介導(dǎo)的線粒體自噬在脂肪組織中的作用目前還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。

4.3 線粒體自噬調(diào)控白色脂肪棕色化的復(fù)雜性

雖然線粒體自噬可以作為白色脂肪細(xì)胞生成的正調(diào)控因子，米色或棕色脂肪細(xì)胞生成的負(fù)調(diào)控因子，但由于營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的復(fù)雜性，線粒體自噬在人群或小鼠中調(diào)節(jié)白色、米色和棕色脂肪細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)化還取決于當(dāng)時(shí)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。臨床研究人員在肥胖患者體內(nèi)觀察到比正常對(duì)照人群更多的功能障礙和代謝受損的線粒體［31］，這表明線粒體自噬可能受到肥胖患者體內(nèi)積累的脂肪負(fù)調(diào)控。在營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩的條件下mTORC1 信號(hào)通路被激活，線粒體自噬被抑制從而導(dǎo)致?lián)p傷線粒體的累積［35］。對(duì)高脂飲食喂養(yǎng)自噬相關(guān)基因敲除小鼠的研究表明，當(dāng)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩而自噬和線粒體自噬被抑制時(shí)，機(jī)體可以通過(guò)抑制脂肪生成和激活脂噬來(lái)代償因自噬和線粒體自噬缺陷而導(dǎo)致的代謝障礙問(wèn)題［35］。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩時(shí)，線粒體自噬被抑制可代償性地引起脂噬增加，這種代償可能是脂肪細(xì)胞用來(lái)維持線粒體的豐度和脂肪細(xì)胞數(shù)目的結(jié)果［37］。因此，線粒體自噬是否是調(diào)控白色脂肪組織功能和棕色化過(guò)程的必需因子還需進(jìn)一步確認(rèn)［49］。

5 脂噬和脂肪代謝

5.1 脂噬的過(guò)程

脂肪生成和脂肪水解之間的平衡在調(diào)節(jié)白色和棕色脂肪細(xì)胞的脂質(zhì)代謝中起著至關(guān)重要的作用。脂噬是細(xì)胞內(nèi)脂滴選擇性和自噬小體結(jié)合促進(jìn)脂滴降解的過(guò)程。在脂肪細(xì)胞中脂滴的消除是通過(guò)脂解和脂噬來(lái)完成的［50］。脂解主要是指甘油三酯在脂肪甘油三酯脂肪酶（adipose triglyceride lipase，ATGL）、激素敏感脂肪酶（hormone-sensitive lipase，HSL）和單酰基甘油脂肪酶（monoglyceride lipase，MGL）3 種酶的作用下水解生成甘油和游離脂肪酸的過(guò)程。在營(yíng)養(yǎng)缺乏的情況下，由ATG5、ATG7、LC3 和Ras 相關(guān)蛋白（ras-related proteins，Rab）家族共同組成自噬起始膜，包裹脂滴促進(jìn)脂噬的發(fā)生［51］。脂噬起始于脂滴與自噬起始膜上LC3-Ⅱ的識(shí)別和結(jié)合，并逐漸形成成熟的自噬小體。包裹著脂滴的自噬小體會(huì)進(jìn)一步和溶酶體結(jié)合，在溶酶體中，脂滴被溶酶體中的酸性脂肪酶分解（在酸性條件下起作用，pH 4.5～5.0），可降解甘油三酯、甘油二酯、膽固醇酯和視黃酯［52］。

5.2 脂噬的分子調(diào)控

脂解過(guò)程中的關(guān)鍵酶ATGL在脂噬過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用，LC3通過(guò)和ATGL的LIR結(jié)構(gòu)域相互作用促進(jìn)胞質(zhì)中的ATGL向脂滴移動(dòng)并誘導(dǎo)脂噬的發(fā)生［53］。在脂滴中也發(fā)現(xiàn)了小型調(diào)節(jié)性GTP 酶（Rab）分子開(kāi)關(guān)家族Rab7 和Rab10 能夠調(diào)控脂噬。Rab10主要被發(fā)現(xiàn)在某些條件下對(duì)肝細(xì)胞中的脂噬至關(guān)重要［54］，而Rab7 在調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞中由溶酶體介導(dǎo)的脂質(zhì)降解中起著重要作用。此外，Rab7在營(yíng)養(yǎng)缺乏的情況下被激活，并在脂噬過(guò)程中促進(jìn)多泡體和溶酶體向脂滴表面募集進(jìn)而促進(jìn)脂噬［55］。脂滴中存在的脂肪酶在脂噬過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用，如含patatin 樣磷脂酶結(jié)構(gòu)域蛋白5（patatin-like phospholipase domain containing protein 5，PNPLA5）已被證明有助于脂噬和自噬蛋白的水解［56］。這些脂肪酶除了在識(shí)別脂滴中發(fā)揮作用外，還能通過(guò)誘導(dǎo)甘油三酯和甾醇酯的募集直接促進(jìn)自噬小體的形成，在啟動(dòng)脂噬中發(fā)揮重要作用［57］。PNPLA8 能通過(guò)與高脂飲食喂養(yǎng)小鼠肝細(xì)胞中的LC3 相互作用來(lái)介導(dǎo)甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2（sterol regulatory element binding proteins 2，SREBP-2）驅(qū)動(dòng)的脂噬［58］，PNPLA3對(duì)饑餓的人類肝細(xì)胞脂噬過(guò)程中自噬小體的形成有重要作用［59］。

5.3 脂噬與機(jī)體的能量供應(yīng)

脂噬的發(fā)生與否和細(xì)胞中的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)密切相關(guān)，如果細(xì)胞處于不需要游離脂肪酸作為能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)豐富狀態(tài)時(shí)，脂噬水平被抑制。相反，在細(xì)胞處于饑餓狀態(tài)的飲食限制情況下，脂肪細(xì)胞會(huì)通過(guò)脂噬分解脂滴中的甘油三酯以滿足細(xì)胞對(duì)能量的需求［60］。在體實(shí)驗(yàn)表明，小鼠在面對(duì)冷刺激和注射雷帕霉素后，棕色脂肪組織和肝臟中的脂滴表面蛋白ATGL能和LC3結(jié)合而激活脂噬［61］。雖然肝臟和脂肪都是重要的脂質(zhì)代謝器官，但是在肝臟和脂肪中抑制脂噬的結(jié)果卻不相同：在肝臟中特異性敲除自噬相關(guān)基因ATG7抑制脂噬后會(huì)導(dǎo)致肝臟中脂質(zhì)的堆積，引起脂肪肝，但是在脂肪組織中敲除ATG7能夠促進(jìn)白色脂肪棕色化，降低脂滴含量，增加線粒體數(shù)目和β氧化。在人體中，當(dāng)能量過(guò)剩時(shí)mTORC1被激活，脂噬被抑制，脂滴會(huì)在肝臟和棕色脂肪組織中累積［62］。相反，當(dāng)機(jī)體處于饑餓狀態(tài)時(shí)，AMPK 被激活，mTORC1 被抑制，脂噬過(guò)程被激活，能降解白色脂肪細(xì)胞中的脂滴并以游離脂肪酸的形式釋放，使其他代謝組織（如肝臟和肌肉）將它們用作能量來(lái)源［63］。因此，在不同的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)機(jī)體會(huì)有不同的策略以滿足機(jī)體正常的代謝需要。

6 總結(jié)和展望

發(fā)生肥胖癥的主要原因是體內(nèi)脂質(zhì)的過(guò)度堆積導(dǎo)致脂肪細(xì)胞的擴(kuò)張和增生。肥胖及肥胖引發(fā)的脂肪肝、糖尿病等并發(fā)癥嚴(yán)重影響人們的正常生活水平。但是肥胖癥的臨床治療十分困難，除減重代謝手術(shù)外，胰高血糖素樣肽-1 受體激動(dòng)劑（glucagon like peptide-1 receptor agonists，GLP-1RAs）類藥物常被用于體重指數(shù)（body mass index，BMI）＞30 kt/m2的肥胖癥患者的臨床治療［64］，該類藥物主要作用于中樞神經(jīng)和胃腸道的胰高血糖素樣肽-1受體，從而抑制食欲增加飽腹感來(lái)減少能量的攝入，但往往伴隨著惡心嘔吐等不良反應(yīng)［65］。至于作用于脂肪組織本身來(lái)增加能量消耗和控制體重的靶點(diǎn)藥物目前在臨床上還沒(méi)有相關(guān)應(yīng)用。自噬在肥胖的人群和小鼠中被過(guò)度激活以促進(jìn)更多的脂肪細(xì)胞生成以用來(lái)儲(chǔ)存能量，并且自噬在脂肪細(xì)胞的分化和肥胖的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。本文系統(tǒng)地回顧總結(jié)了脂肪組織中所發(fā)生的不同類型的自噬以及它們對(duì)脂肪細(xì)胞分化和功能的影響。在脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中自噬和線粒體自噬被激活以獲得更多的能量來(lái)完成白色脂肪細(xì)胞的生成，同時(shí)清除白色脂肪細(xì)胞中多余的線粒體來(lái)維持白色脂肪細(xì)胞的形態(tài)。抑制自噬和線粒體自噬降低白色脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的累積，促進(jìn)棕色或米色脂肪細(xì)胞中能量的消耗從而抵抗飲食誘導(dǎo)的肥胖。在營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩的條件下mTORC1 被激活，自噬和脂噬過(guò)程被抑制增加脂滴在白色脂肪組織中的合成。相反，在饑餓或營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足的情況下，mTORC1 被抑制，AMPK被激活，促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞中脂滴的降解，產(chǎn)生游離脂肪酸供機(jī)體利用。

機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)調(diào)控復(fù)雜多變，不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下機(jī)體會(huì)有不同的策略來(lái)調(diào)節(jié)自噬、線粒體自噬和脂噬以維持脂肪細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)和機(jī)體的能量供應(yīng)。脂肪細(xì)胞中發(fā)生的自噬、線粒體自噬和脂噬對(duì)脂肪細(xì)胞生成、功能形態(tài)的維持以及能量代謝的平衡與穩(wěn)態(tài)具有重要意義，因此探究脂肪細(xì)胞中所發(fā)生的自噬、線粒體自噬和脂噬之間的平衡和關(guān)系可為未來(lái)預(yù)防和治療肥胖提供潛在靶點(diǎn)。