神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白4調(diào)節(jié)脂代謝的研究進(jìn)展

王雪冉，田宗源，劉瑞霞

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院/北京婦幼保健院 中心實(shí)驗(yàn)室，北京 100026

神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白4(neuregulin 4, NRG4)是神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白家族成員之一,在脂肪組織,尤其是棕色脂肪組織中表達(dá)最多。NRG4作為新型脂肪因子,可通過(guò)自分泌、旁分泌、內(nèi)分泌的方式與脂肪細(xì)胞、肝細(xì)胞和胰島細(xì)胞等靶細(xì)胞膜上表皮生長(zhǎng)因子受體4(epidermal growth factor receptor 4,ErbB4)特異性結(jié)合,在調(diào)節(jié)糖脂代謝及能量代謝中發(fā)揮重要作用,與非酒精性脂肪肝、肥胖、糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化等代謝性疾病密切相關(guān)。NRG4在巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞等靶細(xì)胞中, 還有抗感染, 促進(jìn)細(xì)胞增殖,抑制細(xì)胞凋亡等不同生物學(xué)作用。NRG4對(duì)脂代謝的調(diào)節(jié)多呈現(xiàn)有益影響,可能成為改善血脂及代謝性疾病的潛在靶點(diǎn)。本文綜述了NRG4調(diào)節(jié)脂代謝的作用機(jī)制及在疾病中與脂代謝的相關(guān)性。

1 NRG4的表達(dá)及調(diào)控

神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白(neuregulin, NRG)家族具有表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor, EGF)類(lèi)似區(qū)域,在神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)。NRG作為酪氨酸激酶ErbB/HER家族受體的配體,可與ErbB(ErbB1、ErbB2、ErbB3、ErbB4)受體的胞外區(qū)域結(jié)合,但親和力不同。NRG4是NRG家族中唯一在神經(jīng)系統(tǒng)以外的組織表達(dá)的配體,首次在人胰腺組織中被發(fā)現(xiàn),其在骨骼肌中有少量表達(dá),而在腦、胎盤(pán)、心臟、肺、肝和腎中表達(dá)量較低[1]。人NRG4蛋白由NRG4基因編碼,其表達(dá)的5種產(chǎn)物(NRG4A1、NRG4A2、NRG4B1、NRG4B2、NRG4B3)中,僅NRG4A1和NRG4A2有跨膜區(qū)域及生物活性。NRG4的EGF結(jié)構(gòu)域有結(jié)合特異性,僅與ErbB4受體結(jié)合。NRG4為單跨膜蛋白,其細(xì)胞外EGF樣結(jié)構(gòu)域和跨膜片段之間存在蛋白水解位點(diǎn),允許NRG4在一個(gè)或多個(gè)基質(zhì)金屬蛋白酶的作用下從質(zhì)膜中脫落,經(jīng)蛋白水解的胞外片段釋放并與表達(dá)ErbB4的靶細(xì)胞結(jié)合。NRG4可引起ErbB4受體二聚化,在細(xì)胞質(zhì)酪氨酸激酶催化下自身磷酸化,引發(fā)下游信號(hào)級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)導(dǎo)及細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),發(fā)揮不同的生物學(xué)作用[1]。

2 NRG4調(diào)節(jié)脂代謝

2.1 NRG4調(diào)節(jié)肝臟脂代謝

肝臟是NRG4主要的靶器官,NRG4與肝細(xì)胞膜上酪氨酸激酶ErbB3和ErbB4受體結(jié)合,激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白5(signal transducer and activator of transcription 5, STAT5)磷酸化,STAT5通路以細(xì)胞自主方式負(fù)性調(diào)節(jié)肝X受體(liver X receptor, LXR)、固醇元件反應(yīng)蛋白1(sterol regulatory element binding protein-1c, SREBP-1c)及其靶基因的表達(dá),減弱肝細(xì)胞的脂肪從頭合成,抑制肝脂質(zhì)生成及肝脂肪變性[2]。NRG4還促進(jìn)脂肪酸β-氧化和生酮作用,減輕肝脂肪變性。NRG4轉(zhuǎn)基因小鼠中,高脂喂養(yǎng)引起的肝脂質(zhì)積累較少,改善肝脂肪變性,且饑餓狀態(tài)時(shí),血漿中β-羥基丁酸酯及肝臟中輔酶A(coenzyme A, CoA)和乙酰CoA的濃度增加[3]。高脂喂養(yǎng)的NRG4缺乏小鼠體質(zhì)量明顯增加,肝臟出現(xiàn)更明顯的脂肪積累,肝臟三酰甘油(triglycerides, TG)含量和血漿丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(alanine aminotransferase, ALT)濃度的增加。其血漿TG水平、空腹血糖和血漿胰島素濃度也均高于野生對(duì)照組小鼠[2]。NRG4缺乏使編碼葡萄糖激酶(glucokinase,GK)、蘋(píng)果酸酶(malic enzyme,ME1)、脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FASN)、硬脂酰CoA去飽和酶1(stearoyl-CoA desaturase,SCD1)和ELOVL脂肪酸延長(zhǎng)酶5(ELOVL fatty acid elongase 5,ELOVL5)等與脂肪從頭合成有關(guān)的基因表達(dá)升高,與肝脂肪變性相關(guān)的脂滴蛋白Fsp27和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)增加[2]。因而,NRG4缺乏誘導(dǎo)肝脂肪異常生成,易加重飲食誘導(dǎo)的肝脂肪變性。此外,NRG4還可通過(guò)單磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMPK)/哺乳動(dòng)物雷帕霉素(mTOR)信號(hào)通路激活自噬,抑制炎性反應(yīng),減弱肝臟脂肪生成信號(hào),減輕肝細(xì)胞脂肪變性[4-5]。NRG4主要通過(guò)抑制脂質(zhì)生成和增加脂肪酸氧化及生酮作用,抑制脂質(zhì)合成及儲(chǔ)存,減輕飲食誘導(dǎo)的肝脂肪變性,在肥胖及代謝性疾病中起保護(hù)作用。

2.2 NRG4調(diào)節(jié)脂肪組織脂代謝

NRG4在健康脂肪細(xì)胞中高表達(dá),而在肥胖者脂肪細(xì)胞中表達(dá)顯著降低。小鼠和人類(lèi)肥胖中,脂肪組織NRG4表達(dá)明顯下降[2]。NRG4可調(diào)控脂肪組織基因的表達(dá),NRG4下調(diào)的基因簇包括參與免疫和炎性反應(yīng)的基因,而上調(diào)的基因簇包括與線粒體功能和能量代謝有關(guān)的基因[3]。腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)可促使棕色和白色脂肪細(xì)胞中NRG4表達(dá)下降。NRG4參與脂質(zhì)的合成與分解。NRG4的基因表達(dá)與棕色/米色脂肪基因(UCP1、UCP3、TMEM26)正相關(guān),對(duì)脂質(zhì)分解有促進(jìn)作用,與脂肪合成基因(FASN、PPARG、SLC2A4)呈負(fù)相關(guān)[6]。NRG4不足加劇了飲食誘導(dǎo)的肥胖及代謝性疾病的發(fā)展,在嚴(yán)重肥胖受試者全外顯子測(cè)序及外顯子基因分型中發(fā)現(xiàn),NRG4的EGF樣結(jié)構(gòu)域中存在兩個(gè)罕見(jiàn)的錯(cuò)義突變p.R44H和p.E47Q[7]。NRG4還可以降低脂肪細(xì)胞的胰島素抵抗[8],NRG4與人胰島素敏感性負(fù)相關(guān),這與NRG4增加磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的表達(dá),增加肝臟葡萄糖的產(chǎn)生和外周組織對(duì)葡萄糖的利用[3,9],刺激胰島β細(xì)胞,促進(jìn)胰島素的分泌有關(guān)[10]。因此,NRG4對(duì)脂肪組織的有利影響,有助于改善與肥胖相關(guān)的代謝性紊亂。

此外,NRG4作為一種促神經(jīng)細(xì)胞增殖的脂肪因子,在棕色脂肪生成過(guò)程中大量表達(dá),通過(guò)刺激交感神經(jīng)元神經(jīng)突起生長(zhǎng),加強(qiáng)組織中交感神經(jīng)支配,驅(qū)動(dòng)神經(jīng)血管重塑,激活交感神經(jīng),進(jìn)而引起兒茶酚胺釋放增加,誘導(dǎo)白色脂肪棕色樣變,進(jìn)一步激活棕色脂肪組織,增強(qiáng)脂肪組織抗寒能力。NRG4在體外和體內(nèi)激活內(nèi)皮血管生成,調(diào)節(jié)脂肪組織中血管重塑,改善了肥胖狀態(tài)下的脂肪組織缺氧[11]。NRG4的遺傳缺失導(dǎo)致棕色和白色脂肪組織血管減少,即使在正常飲食時(shí)也會(huì)引起超重、肥胖等相關(guān)代謝紊亂。研究表明,棕色脂肪來(lái)源的NRG4可減輕雄性小鼠的內(nèi)皮炎性反應(yīng)和動(dòng)脈粥樣硬化,主要通過(guò)減輕血管炎性反應(yīng)和黏附反應(yīng),減弱白細(xì)胞歸巢并減少內(nèi)皮損傷實(shí)現(xiàn)的。NRG4與ErbB4結(jié)合,可激活絲氨酸/蘇氨酸激酶/磷脂酰肌醇三激酶通路(AKT/PI3K),抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡并防止動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。在內(nèi)皮細(xì)胞中,NRG4還可以減少氧化低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL-C)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡、炎性反應(yīng)和黏附反應(yīng),有益于心血管疾病的改善[12]。

3 NRG4在代謝性疾病中與血脂的相關(guān)性

NRG4參與機(jī)體的脂代謝,其在非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)、代謝綜合征(metabolic syndrome, MS)、2型糖尿病(diabetes mellitus type 2, T2DM)、心血管疾病和甲狀腺疾病等代謝性疾病中多表現(xiàn)為保護(hù)作用,與脂質(zhì)水平呈負(fù)相關(guān),維持脂代謝平衡,但結(jié)論不一,具體作用機(jī)制仍有待探究。

NRG4通過(guò)抑制脂質(zhì)的從頭合成,限制NAFLD進(jìn)展為非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH),在NAFLD中起保護(hù)作用。肝臟中的NRG4可以通過(guò)阻斷細(xì)胞死亡負(fù)調(diào)節(jié)蛋白的泛素化和蛋白酶體降解,以細(xì)胞自主方式減輕肝細(xì)胞死亡,通過(guò)激活細(xì)胞存活途徑來(lái)抑制飲食誘導(dǎo)的NASH[13]。NRG4表達(dá)降低被認(rèn)為是NAFLD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。血清NRG4水平降低在NAFLD受試者中普遍存在,且隨NRG4水平逐漸降低,NAFLD的患病率逐漸升高。但也發(fā)現(xiàn)NRG4水平在NAFLD病人及正常健康人中無(wú)差異,與NRG4-ErbB4通路相關(guān)的82個(gè)基因在肝和內(nèi)臟脂肪組織中的表達(dá)譜在NAFLD、NASH及肥胖對(duì)照組中也均無(wú)顯著差異[14]。NRG4水平降低與NAFLD患者TG負(fù)相關(guān),與高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein, HDL-C)正相關(guān)[15]。

NRG4水平降低也是MS發(fā)展的危險(xiǎn)因素。在肥胖成年患者中,MS患者NRG4水平較健康對(duì)照組低,且NRG4與MS風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)[16]。在MS中,NRG4與血脂的相關(guān)性不一,在311例T2DM合并MS的患者中發(fā)現(xiàn),NRG4與HDL-C、載脂蛋白A正相關(guān),與TG、高靈敏度C反應(yīng)蛋白呈負(fù)相關(guān)[17]。在肥胖成年人中則發(fā)現(xiàn),NRG4水平降低與三酰甘油(triglyceride,TG)水平升高及HDL-C水平降低無(wú)關(guān)[18]。

NRG4參與甲狀腺相關(guān)激素對(duì)脂代謝的調(diào)節(jié)。甲狀腺激素(thyroxine, T4)及促甲狀腺激素(thyroid-stimulating hormone, TSH)水平異常也是血脂異常的重要因素。甲亢疾病中,NRG4水平升高,在人群、動(dòng)物及細(xì)胞水平均被證實(shí)[19]。甲亢患者血清NRG4水平與血清總膽固醇(total cholesterol, TC)、LDL-C、HDL-C、TSH水平負(fù)相關(guān)[20],而與T4、三碘甲狀腺原氨酸(3,3’,5-triiodo-L-thyronine, T3)正相關(guān)。亞甲亢患者血清NRG4僅與HDL-C、TSH水平負(fù)相關(guān),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與其他血脂指標(biāo)的相關(guān)性[20]。甲亢患者經(jīng)T3治療后,血清NRG4水平下降,TC及HDL-C水平上升。T3治療的甲亢小鼠,其白色脂肪組織及原代肝細(xì)胞內(nèi)NRG4 mRNA含量也有所上升[19]。但目前,NRG4在甲減、亞甲減等其他甲狀腺疾病中的作用及與脂代謝的相關(guān)性仍缺乏研究。

NRG4在妊娠期的變化及對(duì)脂代謝的調(diào)節(jié)并不明確,目前僅在妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus, GDM)中有所研究。NRG4水平降低被認(rèn)為是GDM的重要危險(xiǎn)因素,與胰島素抵抗相關(guān)[21]。而妊娠期,NRG4對(duì)GDM孕婦脂代謝調(diào)節(jié)的病理生理機(jī)制尚缺乏,與血脂的相關(guān)性結(jié)論不一。與正常妊娠相比,GDM孕婦血清NRG4降低,而產(chǎn)后NRG4水平無(wú)差異[22]。GDM孕婦降低的NRG4與TC、TG、LDL-C水平呈負(fù)相關(guān),與HDL-C相關(guān)性不一致[23-24]。但也有發(fā)現(xiàn),GDM孕婦血清NRG4水平異常升高,與TC, TG水平均呈正相關(guān),尤其與TG升高的血脂異常密切相關(guān),可作為GDM 的生物標(biāo)志物[25]。

4 問(wèn)題與展望

NRG4是棕色脂肪組織分泌的新型脂肪因子,在提高棕色脂肪活性,增加產(chǎn)熱,減少脂質(zhì)生成基因的表達(dá),促進(jìn)脂肪組織中血管重塑及神經(jīng)分布,促進(jìn)糖異生,改善胰島素抵抗等方面發(fā)揮作用。NRG4抑制脂質(zhì)的合成,減輕肝脂肪變性,可作為預(yù)防和治療肥胖相關(guān)代謝紊亂的有效靶點(diǎn)。多項(xiàng)研究也證實(shí),NRG4在肥胖、NAFLD、T2DM、動(dòng)脈粥樣硬化、冠狀動(dòng)脈疾病等脂代謝相關(guān)疾病中具有保護(hù)性作用,可能成為相關(guān)疾病的預(yù)測(cè)因素及潛在的新治療靶點(diǎn),有必要進(jìn)行前瞻性隊(duì)列研究進(jìn)一步證實(shí)。但在代謝性疾病中,NRG4調(diào)控脂代謝的作用機(jī)制仍不明確,且目前研究?jī)H局限于部分疾病。妊娠期疾病目前也僅局限于GDM,NRG4調(diào)控妊娠期脂代謝的病理生理機(jī)制,與非妊娠期的異同尚不明確。有關(guān)NRG4對(duì)脂代謝調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)研究也有待于深入進(jìn)行。因此,NRG4是否能成為臨床相關(guān)的代謝標(biāo)志物或作為代謝性疾病治療的評(píng)判目標(biāo),需要進(jìn)一步探討。