犬瘟热病毒引起啮齿类动物肥胖症的机制研究进展

刘玉秀,高玉伟,李天松,王 磊,于志君,李 林,张钊伟,朱晓文,冯 娜,黄 耕,杨松涛,王铁成,夏咸柱*

(1.吉林大学畜牧兽医学院,吉林长春130062;2.中国人民解放军军事医学科学院军事兽医研究所吉林省人畜共患病预防与控制重点实验室,吉林长春130062)

自20世纪80年代以来,全球肥胖患者的数量呈直线增加,由其导致的相关疾病的发病率和死亡率也引起全世界的广泛关注[1]。多数学者认为肥胖的病因包括环境、遗传、能量代谢的差异、生活方式、体力活动减少、神经内分泌因素等,而传染性因子可引起肥胖常常被忽略[2]。病毒引起肥胖症并不是一个新的概念,早在1982年,Lyons等报道感染犬瘟热病毒(Canine distemper virus,CDV)的瑞士白化鼠,有1/4的幸存者表现过度肥胖症状。随后又发现4个动物源病毒和3个人源病毒与动物和人的肥胖症有关,它们分别是7型劳斯相关病毒(Rous associated virus 7),波尔纳病病毒(Borna disease virus),痒病因子(Scrapie),印度禽类腺病毒(SMAM-1),腺病毒36(Adenovirus-36),腺病毒37(Adenovirus-37),腺病毒5(Adenovirus-5)[2]。研究表明7型劳斯相关病毒可引起鸡生长矮小、肥胖、高血脂;波尔纳病病毒可引起大鼠的肥胖;羊瘙痒症因子可引起小鼠和仓鼠的肥胖;印度禽类腺病毒是目前惟一证实与人肥胖症有关的动物源性病毒[2];Ad-37和Ad-5引起动物的肥胖;Ad-36与人的肥胖症有关,存在于30%的肥胖人群中,Ad-36还可引起鸡、小鼠、大鼠和猴的肥胖[2-3]。

研究发现过去30年中一些肥胖症是由于病毒感染引起的,因此针对病毒引起肥胖症的研究,其潜在的公共卫生学意义受到国内外学者的广泛关注。CDV作为首个发现与肥胖症有关的病毒,虽然目前CDV还不是感染人的病原体,但麻疹病毒与犬瘟热病毒同属于副黏病毒科麻疹病毒属,因此研究CDV引起啮齿动物肥胖症的机制,利用感染CDV的啮齿动物建立肥胖动物模型研究肥胖症发病机制和传染性,对肥胖症的治疗和预防有着极其重要的意义,本文综述了有关犬瘟热病毒引起啮齿动物肥胖症机制的研究进展。

1 CDV在病态肥胖鼠体内的分布

嗜神经CDV毒株可引起宿主中枢神经的病理变化,尤其是下丘脑的损伤,并可触发暂时或永久性神经系统功能紊乱,例如神经病和内环境失衡[4]。Lyons M等[5]首次报道小鼠脑内接种CDV后,由于病毒的增殖,感染小鼠在早期出现神经症状(脑炎),幸存的小鼠在接毒几个月或十几个月后表现为自主性的损伤(癫痫和旋转运动)或肥胖症。为探索病毒复制与产生这些症状的关系,Bernard A等[6]证实了病毒在感染鼠脑中分布情况,研究发现CDV可在啮齿动物的丘脑、丘脑下部、黑质、脊核和边缘系统(海马、中隔、扣带回皮质、杏仁核)内复制,而不能在小脑、纹状体、大部分皮质、内皮细胞中复制。亚急性型感染鼠在接毒4周～6周后,只能在丘脑下部检测到病毒物质,之后小鼠虽然有病态肥胖的临床症状,但所有病毒靶点部位都检测不到病毒物质[4,6]。Bernard A等[7]证实丘脑核群是CDV的靶点,CDV持续存在于肥胖小鼠的下丘脑中,虽然病毒量很低,但很重要。

病毒对下丘脑的亲嗜性与肥胖症有关,下丘脑是哺乳动物的摄食控制中枢,可分泌多种调节摄食的因子,其中促进食欲的因子包括黑色素浓集激素(MCH)、食欲素(OX)、神经肽Y(NPY)等,抑制食欲的因子有α-2-促黑激素(α-2MSH)、可卡因-2-苯丙胺调节转录物(CART)、促甲状腺素释放激素(T RH)及胆囊收缩素(CCK)。虽然CDV引起动物肥胖症的致病机制还不甚明了,但众多研究表明感染CDV肥胖鼠脑体内的一些神经因子及其受体的表达发生了变化,直接或间接证明CDV作为环境因子介入肥胖症的发生。

2 感染CDV的肥胖啮齿动物体内各种因子的变化

2.1 瘦素及其瘦素受体的变化

瘦素是脂肪基因的产物,是由白色脂肪细胞分泌的一种循环激素,通过与下丘脑中的瘦素受体直接结合来传递体内脂肪储存的负性反馈信号。主要生理功能是调控进食量、能量消耗及体重。瘦素只有与瘦素长型受体结合以后才能把体脂库大小的信号传递给下丘脑的体重调节中枢,下丘脑再通过抑制食欲、减少能量摄取,增加能量消耗,抑制脂肪合成以调节机体脂肪的沉积,从而减轻体重,使体重保持相对稳定[8]。

Bernard A等给小鼠脑内接种CDV,比较肥胖小鼠和非肥胖小鼠体内瘦素水平,发现在急性感染过程中,CDV亲嗜性的组织中瘦素升高,肥胖鼠除下丘脑之外的其他CDV亲嗜性组织中瘦素也呈升高趋势,而有功能的瘦素长型受体在下丘脑中明显减少,不能与瘦素发生特异性结合[9]。Stricker-Krongrad A等[10]通过实时定量PCR技术比较肥胖的Zucker大鼠和消瘦Zucker大鼠体内瘦素的水平,发现肥胖Zucker大鼠血清中瘦素都有提高,同时检测到有瘦素受体表达下降的现象。这些研究表明感染病毒的肥胖鼠体内瘦素含量虽然增多,但瘦素受体表达下降,使内源性瘦素未能发挥正常的生理功能,CDV感染鼠后期的肥胖症可能由于体内瘦素受体抑制所致。

多项研究结果表明,肥胖患者存在瘦素抵抗现象,研究认为引起瘦素抵抗的原因有:①肥胖个体的瘦素多以自由形式存在,但只有以结合形式存在的瘦素才具有生物学活性;②肥胖个体的瘦素浓度较正常体重个体高2倍～3倍或更高,而脑脊液中的瘦素浓度仅升高30%;③下丘脑对瘦素的反应性下降;④瘦素与其受体结合后神经递质合成分泌不足;⑤瘦素的作用阈值过高;⑥瘦素通过血脑屏障具有一定限度的饱和性;由此推断CDV感染鼠的病态肥胖也可能与瘦素抵抗有关[11]。

2.2 黑色素浓集激素及其受体的变化

黑色素浓集激素(MCH)最早于硬骨鱼中发现,它的激活可导致黑色素沉着。在哺乳动物脑中MCH主要在下丘脑外侧和神经元中合成,其神经元轴突在中枢神经系统中有广泛的投射区,可刺激啮齿动物食欲和体重的增加[11-12]。黑色素浓集激素受体(MCHR)属于G蛋白偶联受体(GPCR)家族,其功能主要与紧张、焦虑等精神活动及摄食行为的调控有关。MCHR-Ⅰ在啮齿动物大脑的许多区域均有表达,主要集中在下丘脑的腹中线、背中线和弓形核。MCHR-Ⅱ与MCHR-Ⅰ相似,主要集中在下丘脑,但在大鼠、小鼠、豚鼠中仅表达MCHR-I而缺乏有功能的MCH R-Ⅱ[12]。

Griffond B等[13]通过CDV感染肥胖鼠模型,研究下丘脑神经肽的变化对体重和能量消耗的影响,发现在感染初期,病毒在脑内大量繁殖,下丘脑某些神经肽有显著的升高,特别是神经肽Y,黑色素浓集激素(MCH)、加压素和速激肽,这些神经肽升高的程度与病毒负荷及个体的易感性有关。在感染的后期,消瘦小鼠体内神经肽恢复到正常水平,而肥胖小鼠体内神经肽系统表现紊乱。由此可推测CDV感染肥胖鼠体内神经内分泌系统的紊乱可能触发或维持小鼠的肥胖症。Stricker-Krongrad A等通过实时定量PCR比较肥胖Zucker大鼠和消瘦Zucker大鼠体内MCH及MCH R-Ⅰ水平,发现肥胖Zucker大鼠体内MCH增加20%(P＜0.01),而MCHR-Ⅰ水平提高了50%(P＜0.05)以上,表明感染啮齿动物体内MCH水平的提高与肥胖的发生有一定的关系。Verlaeten O等[14]用差异显示PCR方法在感染肥胖小鼠体内检测到黑色素浓集激素前体(ppMCH)mRNA水平特异性下降现象。黑色素浓集激素前体(ppMCH)的减少对啮齿动物摄食增多和能量消耗的减少有重要作用,因此可见ppMCH的减少在感染CDV的啮齿动物肥胖症的维持上起重要作用。

另外,Elliott J C等[15]通过实时定量PCR检测饮食致肥鼠体内MCH水平的变化,发现饮食致肥鼠体内MCH水平提高了33%～49%,MCHR-Ⅰ水平提高85%～115%,饮食致肥鼠中MCH及其受体水平的提高,使小鼠的饮食欲有了极大的提高。Kokkotou E等[16]研究发现,MCH过表达的转基因小鼠表现为摄食增多、肥胖,并伴有高血糖、高胰岛素血症以及瘦素和胰岛素耐受等症状;而敲除MCH基因的小鼠可因进食减少和代谢增强而导致体重减轻、体型瘦小。以上研究为CDV对感染小鼠下丘脑的损伤引起黑色素浓集激素和其受体的变化,导致感染小鼠的肥胖提供了有力的支持。

2.3 胰高血糖素的变化

Bernard A等[17]利用CDV致肥鼠模型研究病毒在免疫神经内分泌病理中所产生的作用,发现感染小鼠后期的肥胖是胰高血糖素分泌过多的特征,肥胖小鼠体内有胰高血糖素分泌过多、脂肪细胞超常增生、下丘脑瘦素受体的表达减少等特征,这些与CDV在下丘脑内复制导致单胺和神经肽的调节紊乱有关。这些结果支持病毒的“后滞作用”(“hit and run”)理论,即病毒感染初期对下丘脑的损伤是造成感染后期小鼠免疫神经内分泌紊乱的原因。由此推断一些人的神经病或神经内分泌疾病可能是由于早期感染一种传染性病毒所致,只是还没有了解病原体的致病机制。

2.4 儿茶酚胺的变化

Bencsik A等[18]发现感染CDV的肥胖小鼠体内儿茶酚胺(Catecholamine)水平有所下降。在感染早期CDV仅在鼠脑黑质的局位进行短暂的复制。黑质在参与运动调控上有重要作用,而多数幸存的肥胖小鼠都存在运动缺失的临床症状。病毒在黑质部位细胞中的复制导致了酪氨酸羟化酶(T H)转录水平的下降,而TH是儿茶酚胺合成的限速酶。细胞凋亡不存在TH转录的下调,TH表达的减少,与多巴胺能细胞体的消耗有关。试验表明CDV感染早期对触发不可逆转的神经病变过程有至关重要的影响。

2.5 食欲素和神经肽Y的变化

下丘脑外侧分泌的食欲素(OX)与神经肽Y(NPY)对啮齿类食欲有强烈刺激作用。Beck B等[19]用实时定量PCR检测感染肥胖Zucker大鼠脑内这两种神经肽及其受体(OX1-R和OX2-R,Y1和Y5)的变化,发现肥胖Zucker大鼠的食欲素(OX)前体mRNA减少了两倍多(P＜0.01),其受体OX1-R和OX2-R分别增加了5倍和4倍(P＜0.05),神经肽Y的mRNA增加了20%(P＜0.002),而它的受体Y1和Y5分别减少了25%(P＜0.01)和50%(P＜0.002)。这种现象可能与肥胖鼠中瘦素信号肽的缺乏和高胰高血糖症有关。推断食欲素的减少可能参与抗调节系统,限制了神经肽Y在饮食摄入和体重调节中的作用,从而促进感染Zucker大鼠体重的增加。

2.6 啮齿动物体内肥胖基因的发现

在嗜神经CDV感染啮齿动物导致肥胖的研究中,发现了啮齿动物的肥胖基因。Verlaeten O等[20]通过小鼠脑内接种CDV鉴定出与肥胖症有关的基因,他们在小鼠的第19号染色体上发现一个新基因Urop 11,其对肥胖有正调节作用。研究发现Urop 11是下丘脑整合途径中重要的分子,与其他已知的mRNA没有同源性,在肥胖小鼠的下丘脑和脂肪细胞中检测到Urop 11的正调节。用瘦素对其进行处理,发现Urop 11是瘦素的一个靶点。

3 结语

病毒作为肥胖症的一种病因已经成为不争的事实,迄今为止能引起啮齿动物肥胖症的有:犬瘟热病毒、7型劳斯相关病毒、波尔纳病病毒、瘙痒病因子、腺病毒36,由于他们作用的靶器官不同,因此各自的致病机理也有差异,如7型劳斯相关病毒作用于啮齿动物甲状腺,导致甲状腺淋巴细胞浸润,引起啮齿动物机体甲状腺激素水平下降和血液胰岛素含量升高;波尔纳病病毒对下丘脑造成损伤;瘙痒病因子可引起肾上腺、下丘脑和脑垂体损伤;腺病毒36造成小鼠脂肪组织变化,引起小鼠瘦素表达和分泌下降,葡萄糖摄取和脂肪垫及脏器脂肪增加,从而导致啮齿类的肥胖症[21]。

早期犬瘟热病毒在鼠脑中的复制引起后期下丘脑神经元数量急剧减少,对下丘脑造成了不可逆的损伤。感染鼠表现为体重增加、脂肪细胞增大、体内瘦素受体表达水平下降,黑色素浓集激素前体mRNA水平下降,黑色素浓集激素水平增高,高胰岛素血症,儿茶酚胺水平降低,这些因子与机体的食欲增强和(或)能量消耗减少有密切关系。从以上研究中可推断出犬瘟热病毒引起啮齿动物肥胖症的机制可能为:CDV在啮齿动物下丘脑中开始增殖后,病毒基因在上述结构中的表达破坏了中枢神经系统的平衡,影响了啮齿动物体内参与能量调节和食物消耗的一些因子的表达如儿茶酚胺水平,瘦素受体的表达和黑色素浓集激素前体,最后导致其神经或神经内分泌疾病——肥胖症。

全球肥胖患者越来越多,由肥胖引发相关疾病造成的死亡率也逐年攀升,而目前对肥胖症的病因及其发病机制还没有足够的认知,因此研究犬瘟热病毒引起啮齿动物肥胖症的机制,利用感染CDV的啮齿动物建立肥胖动物模型研究肥胖症发病机制和传染性,对日后肥胖症的治疗和预防有着极其重要的意义。

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