叶绿醇对脂肪细胞分化及糖脂代谢的调节作用

林厦菁 朱晓彤 江青艳 束 刚

(华南农业大学动物科学学院，广州 510642)

动物机体糖脂代谢的稳态调节与人类糖尿病、肥胖和动脉粥状硬化等疾病的形成密切相关。在动物生产方面，糖脂代谢也是影响畜禽骨骼肌代谢类型转换、肉色、肌内脂肪含量等肉质性状的关键因素。现有的大量研究发现，脂肪酸组成的差异，植物籽实和各种动物来源的油脂对动物脂肪代谢、心血管机能和能量稳态具有不同的调控作用，而近年来有关植物来源的支链脂肪酸对糖脂代谢的作用也逐渐为人们所认识。

叶绿醇(phytol)简称叶醇，亦称植物醇，是植物叶绿素分子上一个支链。叶绿醇属于链状双萜类物质，是一种含有多支链的脂肪醇。草食动物采食富含叶绿素的植物后，经消化可释放出叶绿醇。研究表明，牛饲喂青绿饲料可大幅提高肌肉、脂肪，甚至是乳汁中的叶绿醇，及其代谢中产物植烷酸(phytanic acid)的含量［1－3］。因而，植烷酸的含量通常可作为判定有机肉奶制品的营养学指标之一［4］。动物摄入的叶绿醇在体内的氧化代谢不仅能为动物提供能量，而且叶绿醇及其代谢产物还可以作为信号分子参与糖脂代谢和脂肪细胞分化调控过程。因此，本文对叶绿醇在体内的代谢过程、叶绿醇及其代谢产物对糖脂代谢、脂肪细胞分化聚酯的影响及其作用的核受体转录调控机制进行简要综述。

1 叶绿醇的代谢转化过程

叶绿醇的中间代谢产物主要为植烷酸和降植烷酸(pristanic acid)。叶绿醇在乙醇脱氢酶的作用下转变为2－植烷烯醛。2－植烷烯醛通过脂肪醛脱氢酶催化转化为2－植烷烯酸，然后在脂肪醛脱氢酶作用下转化为植烷酸。由于植烷酸C－3位已有甲基，不能通过β－氧化生成3－酮乙基－辅酶A中间产物，因而首先需要在过氧化酶体中进行α－氧化，即2－植烷烯酸由脂酰辅酶A合成酶催化成植烷烯酸辅酶A，随后在植烷烯酸辅酶A还原酶作用下转化为植烷酰辅酶A，后者在植烷酰辅酶A羟化酶的作用下进一步形成2－羟基植烷酰辅酶A，再通过2－羟基植烷酰辅酶A裂合酶转化成降植烷醛，降植烷醛最后在脂肪醛脱氢酶作用下转变为降植烷酸而进行β－氧化［5］(图1)。叶绿醇转化成植烷酸的速度较慢［6］，若肝脏中植烷酰辅酶A羟化酶活性低或缺乏，将导致植烷酸的堆积，进而引起中枢和周围神经的脱髓鞘性损害［7］。

图1 叶绿醇在机体的代谢途径Fig.1 The metabolic pathways of phytol in the body

2 叶绿醇及其代谢产物对脂肪细胞分化及糖脂代谢的调节作用

2.1 对白色脂肪细胞分化的调节作用

Schluter等［8］研究发现，植烷酸可以成功地诱导3T3－L1细胞和人脂肪前体细胞分化为白色脂肪细胞。在无分化诱导培养基条件下，40 μmol/L植烷酸处理3T3－L1前体脂肪细胞2周，可以诱导70%的细胞分化;而80 μmol/L植烷酸处理2周，细胞分化程度可达到85%以上。基因表达结果显示，80 μmol/L植烷酸处理的细胞中，aP2 mRNA的表达量与最佳诱导液处理的细胞的aP2 mRNA的表达量基本一致。在人白色脂肪前体细胞的诱导液中加入1 μmol/L罗格列酮［BRL49653，过氧化物酶体增殖激活物受体γ(PPARγ)激动剂］和80 μmol/L植烷酸进行对比发现，植烷酸诱导的脂肪细胞分化聚酯程度能达到BRL49653的65%左右。然而，Heim 等［9］研究结果表明，50 μmol/L 植烷酸对小鼠的胚胎成纤维细胞C3H10T1/2分化聚酯的作用有限，提示植烷酸对不同细胞分化聚酯的调控作用具有细胞选择性。

2.2 对褐色脂肪细胞分化的调节作用

叶绿醇及其代谢产物能诱导原代褐色脂肪细胞分化为成熟的褐色脂肪细胞。研究发现，低至1 μmol/L的植烷酸即可影响褐色脂肪细胞的分化，有25%的细胞分化聚酯，并且aP2 mRNA表达量提高3.1倍。此外，植烷酸还是一种很有效的解偶联蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1)激活物，20 μmol/L植烷酸处理转染大鼠UCP1和过氧化氢酶报告基因质粒的HIB－1B细胞，发现过氧化氢酶活性提高约3倍［10］。UCP1主要存在于棕色脂肪组织中，是啮齿动物非寒颤性产热的重要蛋白质，也是动物能量平衡的重要影响因素［11］。提高小鼠体内植烷酸水平可增加小鼠采食量，而对体重无影响［12］。以上试验结果提示叶绿醇及其代谢产物有可能通过激活UCP1蛋白来调控机体的能量平衡。

2.3 对肝脏糖脂代谢的调节作用

Heim 等［9］研究表明，100 μmol/L 的棕榈酸、二十二碳六烯酸(DHA)和植烷酸处理原代大鼠肝细胞24 h后，棕榈酸和DHA均能抑制肝细胞对葡萄糖的摄取，而植烷酸却显著增加肝细胞摄取葡萄糖近2倍。基因表达的结果显示，100 μmol/L植烷酸能显著上调肝细胞葡萄糖转运蛋白(2.2倍)、葡萄糖转运蛋白2(3倍)和葡萄糖激酶(3倍)基因的表达水平，而棕榈酸仅能上调葡萄糖转运蛋白1基因的表达，对葡萄糖转运蛋白2基因的表达无影响;棕榈酸和DHA还有抑制葡萄糖激酶基因的表达的趋势，提示植烷酸可以增加肝细胞对葡萄糖的摄取和氧化利用。Gloerich等［13－14］在小鼠基础饲粮中添加0.5%叶绿醇可以显著降低血浆中的脂肪酸，提高血浆和肝脏中游离肉毒碱的水平，促进脂肪酸β－氧化。其中，小鼠肝脏中参与过氧化酶体和线粒体β－氧化过程中相关代谢酶(酰基辅酶A氧化酶、肉毒碱棕榈酰基转移酶、3－羟烷基辅酶A脱氢酶、3－酮脂酰辅酶A硫解酶)的活性以及多种过氧化物酶体增殖激活物受体 α(PPARα)的调控靶基因(SCOX、SCPx、DBPHY、Catalase)的表达水平均有所提高。另有研究发现，给小鼠饲喂4周0.2%和0.5%叶绿醇的饲粮，均可以显著降低肝脏的甘油三酯含量，同时血清和肝脏中的植烷酸浓度也相应升高［15］。

此外，机体内叶绿醇关键代谢基因的表达调控也可以影响肝脏糖脂代谢。固醇载体蛋白2(sterol carrier protein 2，Scp2)是参与植烷酸转运至过氧化酶体所必需的载体蛋白。Ellinghaus等［16］研究发现，Scp2基因敲除使小鼠血清中的植烷酸浓度显著升高，并提高了肝脏PPARα的靶基因的表达水平，如酰基辅酶A氧化酶、过氧化物酶、3－酮脂酰辅酶A硫解酶和肝脏脂肪酸结合蛋白基因等。上述结果表明，叶绿醇及其代谢产物可以通过上调肝脏中脂肪酸氧化的基因表达水平，从而减少肝脏中的脂肪累积。

3 叶绿醇及其代谢产物调控糖脂代谢的信号通路

现有研究资料表明，叶绿醇对脂肪细胞分化聚酯和糖脂代谢的调控作用与PPAR、视黄醇受体(retinoid X receptor，RXR)等核受体的激活密切相关。

3.1 叶绿醇及其代谢产物调控PPARα信号通路

PPARα是调控脂肪酸氧化的重要核受体，其基因主要在脂肪和肝脏等组织表达［17］。有研究表明，叶绿醇对糖脂代谢的调控作用可能是其代谢产物(植烷酸)激活PPARα所介导。Heim等［9］在转染ACO－PPPE报告基因质粒的CV1细胞中，研究了匹立尼酸(Wy－14643)、棕榈酸、DHA、前列腺素、环格列酮、各种构型的植烷酸和叶绿醇对PPARα的激活效应，结果发现，3种构型的植烷酸［(3R，7R，11R)、(3RS，7R，11R) 和 (3S，7R，11R)］较 PPARα 激活剂(Wy－14643)的激活效应更 强［9］。Ellinghaus 等［16］也 发 现，植 烷 酸 对PPARα的激活效应比已知的PPARα激动剂(苯扎贝特、花生四烯酸和棕榈酸)分别高4、8和9倍左右。近年来的研究还发现，叶绿醇也可以直接作为配体激活PPARα。Goto等［18］利用荧光素酶报告基因的研究发现，叶绿醇可以显著激活PPARα，其激活效应是植烷酸的4倍。酵母双杂交试验同样证实，叶绿醇能促诱导类固醇受体激活剂激活物 1(steroid receptor activators－1，SRC－1)与 PPARα结合，该效应与同浓度非诺贝特(PPAPα激动剂)一致。此外，叶绿醇和非诺贝特处理HepG2细胞均能显著上调脂肪酸转运蛋白4(fatty acid transport protein 4，FATP4)和多种PPARα靶基因的表达，如CPT1A、ACS和ACO等。

3.2 叶绿醇及其代谢产物调控PPARγ信号通路

García－Rojas 等［19］在牛脂肪细胞中添加叶绿醇的代谢产物(植烷酸、降植烷酸)后发现，植烷酸可以显著提高脂肪细胞PPARγ mRNA的表达，其中100 μmol/L的植烷酸较对照组提高约6倍，而100 μmol/L降植烷酸能提高约4.5倍。Takahashi等［20］采用荧光素酶报告基因对比了香叶醇、法尼醇、胭脂素和叶绿醇等各种萜类化合物对PPARγ的激活效应。结果显示，100 μmol/L叶绿醇对PPARγ的激活作用较对照组提高2倍左右，该效应与 10 μmol/L 非诺贝特相近。Alfonso 等［21］用不同浓度的植烷酸处理已转染PPARγ的CHO细胞，同样发现100和200 μmol/L植烷酸对PPARγ激活作用较对照组分别提高2和3倍。上述结果表明叶绿醇和植烷酸均能激活PPARγ，进而参与糖脂代谢的调控。

3.3 叶绿醇及其代谢产物调控RXR信号通路

Sutisak等［22］在 CHO细胞中转染 RXR的CRBPⅡ－CAT报告基因质粒，然后分别采用植烷酸、亚麻油酸、棕榈酸、花生四烯酸和9－顺式－维甲酸诱导，发现植烷酸诱导的CAT的活性是亚麻油酸、棕榈酸和花生四烯酸的5倍，是9－顺式－维甲酸的1/200。Peter等［23］在SL－3细胞中转染CRBPⅡ－RXRE荧光素酶报道基因和RXRα基因表达质粒，对比了9－顺式－维甲酸、全反式维甲酸和植烷酸对RXRα的激活和结合能力。激活试验的结果表明，9－顺式－维甲酸、全反式维甲酸和植烷酸的半最大效应浓度(EC50)分别为2.5、26.0和3 000.0 nmol/L。配体结合试验同样发现，9－顺式－维甲酸和植烷酸的半抑制浓度(IC50)分别为70.0、2 300.0 nmol/L。上述结果表明，尽管植烷酸能激活RXR，但其激活活性相对较弱。也有研究表明叶绿醇可以间接通过调节维甲酸的代谢影响RXR的活性。Alfonso等［21］在人十二指肠上皮细胞中添加10 μmol/L维生素A和不同浓度的叶绿醇(0.01～5.00 mmol/L)，结果发现叶绿醇可以剂量依赖性地抑制全反式维甲酸的形成。

4 小结

综上所述，叶绿醇及其代谢产物在调控机体糖脂代谢和脂肪细胞分化聚酯方面具有重要作用，其机制与激活PPAR和RXR核受体有关。但目前有关叶绿醇在治疗肥胖症和增加胰岛素敏感性等脂质代谢紊乱方面的作用还有待进一步研究。此外，PPARα和PPARγ的激活是影响骨骼肌的代谢类型转换的重要因素。因此，深入研究叶绿醇对畜禽骨骼肌类型及肉品品质的影响，及体内沉积与分布的基本规律，不仅有助于探讨肉品质改善的营养调控措施，而且对提升肉品的功能性营养附加值也同样具有重要意义。

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