脂联素转录和翻译机制的研究进展

孙文君(综述)，胡　浩，袁国跃(审校)

(江苏大学附属医院内分泌科，江苏 镇江212000)



脂联素转录和翻译机制的研究进展

孙文君△(综述)，胡浩，袁国跃※(审校)

(江苏大学附属医院内分泌科，江苏 镇江212000)

脂联素是一种具有降血糖、增加胰岛素敏感性、抗炎和抗动脉粥样硬化等生物学效应的细胞因子，主要由脂肪细胞分泌[1]。脂联素可改善胰岛素抵抗，调节内皮细胞炎症反应，抑制血管平滑肌细胞增殖，修复损伤的内皮[1-2]。任何增加或减少脂联素基因表达的改变都将影响其生物学效应及与其相关疾病的发生、发展。深入研究脂联素的基因转录调控机制，特别是促进与抑制脂联素表达的机制过程以及脂联素的多聚化、稳定性与分泌功能，可为胰岛素抵抗与各种代谢疾病提供新的治疗方法。现就脂联素转录和翻译机制的研究时展予以综述。

1脂联素的结构

脂联素由244个氨基酸组成，属于胶原蛋白超家族，包括N端信号肽、N端非螺旋功能区、胶原结构域以及C端球形结构域，翻译后修饰为8种不同的同源蛋白。脂联素在内质网内通过3个球形结构域单体组装修饰连接成三聚体，4～6个三聚体通过胶原结构域连接成低聚体或者高级结构，有全长和球形两种循环形式。高分子量多聚体脂联素相较于三聚体和六聚体，与胰岛素抵抗联系更为紧密。脂联素的多聚化状态更容易增加胰岛素的敏感性。人脂联素基因定位于染色体3q27，由3个外显子和2个内含子构成。小鼠的脂联素基因位于第6号染色体，与人脂联素基因的互补DNA有85%的同源性。已在人的脂联素基因上发现有启动子原件，但无TATA盒[TATAA(T)AA(T)序列]。启动子中的-676~+41序列编码脂联素的转录过程，主要由上游不同信号途径共同调控脂联素表达及多聚化。

2脂联素基因转录与翻译的调控研究

脂联素基因的表达受多种因素的调控，其中过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ)在脂联素的转录和表达的过程中发挥了重要作用，噻唑烷二酮类药物、转录因子插头框蛋白O1(forkhead box transcription factor O1，FOXO1)、4-羟基壬烯醛、CCAAT(碱基序列)增强子结合蛋白(CCAAT/enhaneer binding protein，C/EBP)、固醇调节元件结合蛋白(sterol-regulatory element binding proteins，SREBPs)、内质网膜相关氧化还原酶(endoplasmic oxidoreductin 1 like protein，Ero1-La)和磺脲类药物等促进了脂联素基因的转录过程。

在肥胖人群中脂联素的表达是下降的，环腺苷酸反应元件结合蛋白(cyclic adenosine monophosphate-response element binding protein，CREB)和活化胸腺依赖性淋巴细胞核因子(nuclear factor of activated thymus-dependent lymphocyte cells，NFAT)通过诱发肥胖抑制脂联素基因的表达[1]。受体结合蛋白140、活化增强子结合蛋白2β、胰岛素样生长因子结合蛋白3、人分化抑制因子3、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和C反应蛋白等在一定程度上也抑制脂联素基因的表达。

2.1PPARγ与脂联素表达PPARγ通过直接激活启动子上的结合位点提高脂联素的水平。噻唑烷二酮类药物是PPARγ的特异性配体，能促进脂肪细胞中脂联素基因的表达和增加脂联素的浓度。用噻唑烷二酮类药物直接作用于脂肪细胞可刺激高分子量多聚体的生物合成与释放[2]。磺脲类药物可能通过抑制依赖PPARγ的蛋白激酶A信号途径促进脂联素的表达[2]。胰岛素样生长因子结合蛋白3与视黄醇类X受体α 结合抑制PPARγ的二聚化作用，进而抑制脂联素基因的表达[3]。视黄酸和甲状腺激素受体沉默中介蛋白通过受体结合区域1/2与视黄醇类X受体α和PPARγ结合抑制PPARγ活性，影响脂联素的表达及多聚化，视黄醇和甲状腺激素的不足可导致视黄酸和甲状腺激素受体沉默中介蛋白的浓度下降，进而使PPARγ的活性升高，促进脂联素的表达[4]。另有研究发现，PPARγ的另一种配体微小残留白血病配体24可能通过周期依赖性蛋白激酶5介导的磷酸化途径促进脂联素的表达和分泌[5]。4-羟基壬烯醛也通过激活PPARγ促进脂联素基因的表达[6]。

2.2单磷酸腺苷活化蛋白激酶途径与脂联素的表达在脂联素的分子结构的胶原序列中保留有4个丝氨酸残基，通过对这4个残基羟基化和糖基化作用，调节脂联素的生物合成和分泌。除了丝氨酸残基外，在脂联素的脯氨酸残基上也发生了羟基化反应，这些都与脂联素的聚化状态相关。氧化还原酶A类似蛋白(disulfidebond-A oxidoreductase-like protein，DsbA-L)是一种与脂联素多聚体形成有关的调节蛋白。在3T3-L1脂肪细胞中，胰岛素增敏剂罗格列酮能刺激DsbA-L的表达，并且被炎性因子TNF-α抑制。另一方面，DsbA-L的过度表达能够促进脂联素的多聚化，通过RNA干扰抑制DsbA-L的表达则能够抑制3T3-L1脂肪细胞中脂联素的多聚化和分泌，预示着DsbA-L蛋白能在一定程度上调控脂联素的合成和分泌[4]。并且可能通过FOXO1和单磷酸腺苷酸活化蛋白激酶(adensine monophosphate activated protein kinase，AMPK)信号途径调控[7]。FOXO1可能促进了脂联素基因的表达，已经在FOXO1上发现蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/AKT)的磷酸化位点(Thr24、Ser256 和Ser319)。脂联素水平随着FOXO1表达的下降而减少，依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙酰酶沉默信息调节因子2相关酶1也调控FOXO1的表达，野生型FOXO1和FOXO1的突变体经过去乙酰酶沉默信息调节因子2相关酶1的脱乙酰作用或者剔除AKT的磷酸化位点(Ser256)均可促进脂联素基因的表达[8]。同时，DsbA-L的过度表达能够降低高脂饮食的小鼠所产生的内质网应激效应，提高小鼠的脂联素多聚化的表达[9]。PPARγ的活化还能提高细胞内DsbA-L的表达[4]。

同时，一类固定于内质网和核被膜上的膜连接蛋白SREBPs与AMPK的磷酸化作用密切相关，在人的脂联素基因的启动子上有SREBP反应元件。SREBP-1c通过与另一种碱性/螺旋-环-螺旋因子-E47作用继而与脂联素启动子上的E-盒子原件结合[10]。预示着在脂肪细胞中，SREBP-1c至少在转录水平上能促进脂联素基因的表达。人分化抑制因子3则与E47结合阻止E47与脂联素启动子上的E-盒子结合，进而影响SREBPs的作用，抑制脂联素基因的表达[10]。

在心脏微血管内皮细胞、心肌细胞、人单核细胞白细胞1、病毒诱导的小鼠白血病肿瘤(RAW264.7)巨噬细胞及下丘脑等部位已经发现了一种与脂联素受体结合的蛋白-包含PH结构域、PTH结构域以及亮氨酸拉链基序1(adaptor protein containing PH domain,PTB domain and Leucine zipper motif 1,APPL1)参与了调控脂联素的表达[11]。APPL1通过调控AMPK和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38MAPK)信号途径调节脂联素的分泌及多聚化[4]。APPL1通过与脂联素受体1和受体2特异性结合，参与脂联素信号转导。同时，白藜芦醇通过提高FOXO1和AMPK信号途径介导的DsbA-L的表达促进脂联素的表达及多聚化[7]。二甲双胍[4]、小檗碱[12]和丹参酮ⅡA[13]则通过AMPK途径促进3T3-L1脂肪细胞中脂联素的表达及多聚化。氧化应激反应则通过AKT和蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinases，PTK)信号途径抑制脂联素的转录[14]。

2.3MAPK途径与脂联素的表达目前已经发现的与脂联素表达有关的MAPK家族包括jun氨基末端激酶(jun N-terminal kinase，JNK)、p44/42 MAPK(即extracellular signal-regulated kinases 1 and 2，ERK1/2)等，抑制MAPK信号通路能刺激细胞内脂联素的降解，降低脂联素的水平[15]。JNK使PPARγ发生磷酸化并且降低PPARγ的DNA结合能力。TNF-α通过JNK途径抑制脂联素基因的转录过程。TNF-α也通过刺激脂联素转录的抑制因子胰岛素样生长因子结合蛋白3的表达间接抑制脂联素的表达[3]。同时，TNF-α还通过蛋白激酶C信号途径抑制脂联素基因的表达[4]。并且在3T3-L1前脂肪细胞中，白细胞介素6可能通过MAPK的p44/42 MAPK信号通路抑制脂联素信使RNA的表达。白细胞介素18能抑制脂联素基因的表达，而ERK1/2活性的下降能减轻这一抑制作用[16]。高敏C反应蛋白是反映炎症的最敏感的指标。在人的皮下脂肪组织中C反应蛋白的信使RNA的表达与脂联素呈负相关[17]。C反应蛋白可以抑制PPARγ基因的表达[17]，观察人C反应蛋白转基因小鼠在高脂喂养后出现胰岛素抵抗，其脂肪组织脂联素基因的表达也显著下降。Yuan等[17]研究发现，C反应蛋白以时间、剂量依赖方式抑制脂联素的表达和分泌，且磷脂酰肌醇3激酶抑制剂LY294002、Wortmannia能部分逆转C反应蛋白对脂联素表达的抑制作用。

此外，药物对脂联素表达和分泌的影响与该途径同样密切相关。近来就有研究发现，壳二孢呋喃酮类药物通过MAPK途径抑制ERK的磷酸化进而调控与促进脂联素和PPARγ的表达[18]。

2.4内质网应激与脂联素的表达Ero1-La和内质网蛋白44(endoplasmic reticulum protein 44，ERp44)与脂联素复合物的形成和分泌密切相关。在3T3-L1前脂肪细胞的分化过程中，通过RNA干扰抑制Ero1-La的表达，脂联素的分泌也随之减少。内质网蛋白44通过1,4,5-三磷酸肌醇受体介导基因转录，使脂联素处于氧化状态以便于转录后修饰过程中二硫键的形成。Ero1-La通过与内质网蛋白44竞争脂联素结合位点促进高分子量多聚体脂联素的形成和分泌[11]。在小鼠的脂肪组织中，PPARγ的活化能够提高Ero1-La的表达[11]。

在人的脂联素基因的启动子上也已经发现了两个C/EBPα的增强子。PPARγ和C/EBPα近侧启动子基因中都含有一个与C/EBPβ结合的位点，协同刺激脂联素的转录过程。但同时，C/EBP家族蛋白是内质网应激的一个标志蛋白，内质网应激能够抑制脂肪组织中脂联素的表达，在胰岛素抵抗、代谢综合征和正常对照组的脂肪组织中C/EBPα的表达并无明显区别。线粒体通过核呼吸因子1的表达促进脂联素的分泌[19]，线粒体功能障碍导致内质网应激，升高细胞内活性氧类的水平，导致脂肪细胞中脂联素水平下降，剔除小凹蛋白1基因的小鼠中，线粒体功能障碍导致的活性氧类的过度表达降低了细胞内高分子量脂联素的浓度[20]，而内质网应激能通过自我吞噬的机制抑制脂联素的合成及多聚化反应，并且DsbA-L的过度表达能够抑制这一过程[19]。

2.5肥胖与脂联素的表达肥胖导致胰岛素抵抗抑制了脂联素的表达，可能是因为不断增加的脂肪组织导致微环境缺氧，进一步通过缺氧诱导因子1α 介导的途径抑制脂联素基因的表达[3]。并且肥胖可导致低度的炎症反应，PPARγ在炎症的表达中通过影响NFAT抑制相关炎性因子的表达，剔除小鼠脂联素启动子上NFAT的结合位点后，脂联素的表达作用增强。同时NFATc4的过度表达降低了脂联素启动子的活性，抑制了脂联素的表达[11]。通过RNA干扰NFATc4的转录过程，都能减轻白细胞介素18对脂联素基因表达的抑制作用[16]。CREB与肥胖的发生密切相关，虽然有研究发现CREB促进小鼠3T3-L1脂肪细胞中脂联素的表达，但是近来研究表明CREB通过提高转录激活因子3的转录活性抑制脂联素基因和转运载体4的表达[21]。通过转基因工程技术抑制脂肪组织中CREB的转录过程能够提高脂联素信使RNA的表达和血清中高分子量脂联素的水平[21]。蛋白激酶A也通过激活CREB抑制脂联素基因的表达[22]。

3小结

在调控能量平衡和代谢紊乱方面，脂联素的作用日益被重视，但是以脂联素作为治疗靶点对抗胰岛素抵抗还有很大的困难。研究显示，内质网相关的蛋白Erol-La和DsbA-L提高了脂肪细胞中高分子量脂联素的合成和分泌[4]。通过重组的脂联素可能具有和天然脂联素同样的生理性功能成分，而且Erol-La和DsbA-L都是PPARγ的靶点，通过这一作用机制及相似性干预脂联素的生物合成。脂肪细胞中可能存在更多的脂联素相关的内质网蛋白，共同调控脂联素的合成和分泌。又如受体结合蛋白140是一种与不同的核受体结合共同调控一系列代谢相关性疾病的转录因子，细胞质内的受体结合蛋白140能通过与蛋白激酶B底物蛋白160蛋白结合抑制脂联素的分泌[23]。通过探讨调控脂联素转录、多聚化和分泌的机制并且不断发现新的调控脂联素生物合成和分泌的调控因子，为相关的疾病治疗提供新的治疗靶点。

参考文献

[1]Liu M,Liu F.Transcriptional and post-translational regulation of adiponectin[J].Biochem,2010,425(1):41-52.

[2]Banga A,Unal R,Tripathi P,etal.Adiponectin translation is increased by the PPARγ agonists pioglitazone and omega-3 fatty acids[J].Am J Physiol Endocrinol Metab,2009,296(3):480-489.

[3]Zappala G,Rechler MM.IGFBP-3,hypoxia and TNF-α inhibit adiponectin transcription[J].Biochem Biophys Res Commun,2009,382(4):785-789.

[4]Liu M,Liu F.Up and down regulation of adiponectin expression and multimerization:mechanism and therapeutic implication[J].Biochimie,2012,94(10):2126-2130.

[5]Choi JH,Banks AS,Estall JL，etal.Anti-diabetic drugs inhibit obesity-linked phosphorvlation of PPARγ by cdk5[J].Nature,2010,466(7305):451-456.

[6]Wang ZG,Dou XB,Gu DF,etal.Gu4-Hydroxynonenal differentially regulates adiponectin gene expression and secretion via activating PPARγ and accelerating ubiquitin-proteasome degradation[J].Mol Cell Endocrinol,2012,349(2):222-231.

[7]Wang A,Liu M,Liu X,etal.Up-regulation of adiponectin by resveratrol:the essential roles of the Akt/FOXO1 and AMP-activated protein kinase signaling pathways and DsbA-L[J].J Biol Chem,2011,286(1):60-66.

[8]Huang YN,Qi JH,Xiang L,etal.Construction of adiponectin-encoding plasmid DNA and overexpression in mice in vivo[J].Gene,2012,502(2):87-93.

[9]Liu M,Xiang R,Wilk SA,etal.Fat-specific DsbA-L overexpression promotes adiponectin multimerization and protects mice from diet-induced obesity and insulin resistance[J].Diabetes,2012,61(11):2776-2786.

[10]Doran AC,Meller N,Cutchins A,etal.The helix-loop-helix factors Id3 and E47 are novel regulators of adiponectin[J].Circ Res,2008,103(6):624-634.

[11]Liu M,Liu F.Regulation of adiponectin multimerization, signaling and function[J].Best Pract Res Clin Endocrinol Metab,2014,28(1):25-31.

[12]Li Y,Wang PC,Zhuang Y,etal.Activation of AMPK by berberine promotes adiponectin multimerization in 3T3-L1 adipocytes[J].FEBS Lett,2011,585(12):1735-1740.

[13]Lin H,Li YH,Li Y,etal.Transhinone ⅡA promotes the assembly of adiponectin in 3T3-L1 adipocytes[J].Chin J Nat Med,2012,10(2):150-154.

[14]Eman WG,Hayam A,Hisham S.Glomerular and tubular dysfunctions and their relationship to adiponectin and oxidative stress in obese subjects[J].Hong Kong Jour of Neph,2012,14(2):38-47.

[15]Gu D,Wang Z,Dou X.Inhibition of ERK1/2 pathway suppresses adiponectin secretion via accelerating protein degradation by Ubiquitin-proteasome system:Relevance to obesity-related adiponectin decline[J].Metabolism,2013,62(8):1137-1148.

[16]Chandrasekar B,Patel DN,Mummidi S,etal.Interleukin-18 suppresses adiponectin expression in 3T3-L1 adipocytes via a novel signal transduction pathway involving ERK1/2-dependent NFATc4 phosphorylation[J].J Biol Chem,2008,283(7):4200-4209.

[17]Yuan G,Jia J,Di L,etal.Effects of C-reactive protein on adipokines genes expression in 3T3-L1 adipocytes[J].Biocheml Biophys Res Commun,2012,424(3):462-468.

[18]Chang YC,Cho HJ.Ascofuranone stimulates expression of adiponectin and peroxisome proliferator activated receptor through the modulation of mitogen activated protein kinase family members in 3T3-L1,murine pre-adipocyte cell line[J].Biochem Biophy Res Com,2012,422(3):423-428.

[19]Zhou L,Liu M,Zhang J,etal.DsbA-L alleviates endoplasmic reticulum stress-induced adiponectin downregulation[J].Diabetes,2010,59(11):2809-2816.

[20]Wang CH,Wang CC,Huang HC,etal.Mitochondrial dysfunction leads to impairment of insulin sensitivity and adiponectin secretion in adipocytes[J].FEBS J,2013,280(4):1039-1050.

[21]Kim HB,Kim WH,Han KL,etal.cAMP-response element binding protein (CREB) positively regulates mouse adiponectin gene expression in 3T3-L1 adipocytes[J].Biochem Biophy Res Commun,2010,391(1):634-639.

[22]Lwamoto N,Yokoyama S.Protein kinase D regulates the adiponectin gene expression through phosphorylation of AP-2:A common pathway to the ABCA1gene regulation[J].Atherosclerosis,2011,216(1):90-96.

[23]Ho PC,Wei LN.Nagative regulation of adiponectin secretion by receptor interacting protein 140(RIP140)[J].Cell Signal,2012,24(1):71-76.

摘要：脂联素是由脂肪细胞分泌的脂肪因子，在胰岛素抵抗、抗动脉粥样硬化和抗炎症方面都发挥了重要的作用。在血液循环中脂联素以三聚体、六聚体和高分子量多聚体3种形式存在，不同的聚化物形式在调控能量平衡方面的作用不同。调控脂联素转录、翻译、多聚化和分泌的相关机制研究可为治疗胰岛素抵抗、2型糖尿病和与肥胖相关的其他代谢疾病提供新的治疗靶点。

关键词：脂联素；转录；翻译；多聚化；分泌

Recent Progress of Adiponectin in the Regulation of Gene Transcription and TranslationSUNWen-jun,HUHao,YUANGuo-yue. (DepartmentofEndocrinology,theAffiliatedHospitalofJiangsuUniversity,Zhenjiang21200,China)

Abstract：Adiponectin is derived from adipose tissue, and plays an increasingly important role in antidiabetic,anti-atherogenic and anti-inflammatory process.There are three species circulating in the bloodstream:trimeric,hexameric and high-molecular-weight polymer.Different forms of adiponectin have different functions in the regulation of energy homoeostasis.The studies on the mechanisms regulating adiponectin gene transcription,multimerization and secretion may provide new therapeutic targets for for the treatment of insulin resistance,type 2 diabetes and other obesity-related metabolic disorders.

Key words：Adiponectin; Transcription; Translation; Multimerization; Secretion

收稿日期：2014-04-30修回日期：2014-08-25编辑：相丹峰

基金项目：国家自然科学基金面上项目(81370965)；江苏省自然科学基金(BK2009208)；江苏省卫生厅国际交流支撑计划及面上科技项目(H201247)；镇江市科技支撑-社会发展项目(SH2012027)

中图分类号：R34
doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.001

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)05-0769-03

分子生物医学