肥胖基因FTO对非酒精性脂肪性肝病的作用机制

吴雪 郑丽丽

(郑州大学第一附属医院 内分泌及代谢科 河南 郑州 450052)

近年来，随着我国国民经济的快速发展，人民的饮食结构及生活方式也随之有了非常大的改变，肥胖人群数量迅速增多，而由肥胖所带来的一系列相关并发症也明显增多，例如脂肪肝，特别是非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)的发病率显著升高。有相关研究显示，在肥胖患者中NAFLD 的发病率约为75%，并且初步估计NAFLD 人群的比例在全球范围内会高达15% ～30%［1］。脂肪量与肥胖相关基因(fat mass and obesity－associated gene，FTO)是近年来第1 个被明确的与肥胖有极为密切关系的新型候选基因［2］。对不同地域多个人种的独立研究证实，FTO 基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)可影响成人及儿童的体质量指数(body mass index，BMI)，增加体质量、体内脂肪量，改变摄食行为等［3］并与代谢综合征、2 型糖尿病、冠心病等多种代谢性疾病相关，是其发病及造成相关死亡的独立危险因素之一［4－9］。FTO 与肥胖、非酒精性脂肪肝等代谢性疾病的关系及其作用机制越来越受到人们的重视。本文就近年有关FTO 基因及其与肥胖、NAFLD 的相关性及其可能作用机制的最新研究结果综述如下。

1 FTO 基因概述

2007年Frayling 等［2］在寻找2 型糖尿病相关致病基因的过程中首次通过全基因组关联研究(genome－wide association study，GWAS)发现了FTO 基因，并证实FTO 是与肥胖密切相关的可靠候选基因。FTO 基因又被称为肥胖基因，定位于人类第16 号染色体长臂(16q12.2)，该基因片段共包含有9 个外显子;FTO 基因在不同年龄、不同性别人群的多种组织中广泛表达，尤其在下丘脑、垂体、肾上腺等部位高度表达［2］。人类FTO基因与鼠、猪等哺乳动物的FTO 基因序列高度同源。通过基因测序并分析其晶体结构显示，FTO 基因表达的相关蛋白是一类脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)去甲基化酶，其N末端具有典型的双加氧酶特征，即依赖亚铁离子和酮戊二酸的相关结构，使其隶属于非血红素加双氧酶超家族(non－heme dioxygenase superfamily)［10］。其C 末端由大量α－螺旋构成，这对稳定N 末端具有催化功能的核心结构域有重要作用。FTO蛋白可选择性修饰单链DNA 或RNA 的活性，这一结构基础是通过FTO 所特有的长loop 发挥部分作用。有证据表明，如上述基因修复功能受损，可能会导致肥胖及其相关并发症的发生。

2 FTO 通过多种途径作用于肝脏导致NAFLD

NAFLD 是一种以肝细胞脂肪变性和脂肪贮积为病理特征，但无过量饮酒史的临床综合征，病理学上以弥漫性肝细胞大泡性脂肪变为主要特征，其疾病谱包括非酒精性单纯性脂肪肝(non－alcoholic simple fatty liver，NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(non－alcoholic steatohepatitis，NASH)及脂肪变进一步发展而形成的脂肪性肝硬化3 种主要病变类型［11］。作为一种与遗传－环境－代谢应激等多方面因素密切相关的疾病，NAFLD与肥胖的关系极为密切，而就目前的研究结果来看，多数学者仍认为著名的“二次打击”学说是其主要发病机制。

2.1 通过增加食欲、参与细胞能量平衡的调节而导致肥胖德国Fischer 等［12］在研究转基因小鼠时发现，与正常小鼠相比，FTO 基因敲除小鼠出现生长迟缓、体质量明显下降、白色脂肪组织显著减少及能量消耗增加等现象。进一步通过详细的原位杂交分析可知，FTO 基因多表达于与进食有关的大脑脑干及部分下丘脑核，如孤束核、弓状核、视上核及室旁核等，表明FTO 基因可作用于这些部位，影响机体能量的摄入与消耗，进而影响机体的脂肪量与体质量，造成超重或肥胖。Pitman等［13］通过siRNA(small－interfering RNAs)造成3T3－L1 脂肪细胞和SH－SY5Y 神经细胞内FTO 基因的低表达，利用生物发光法检测细胞内ATP 水平，以此评估细胞的能量状态，结果表明随着细胞内FTO mRNA 水平的明显下降，细胞内的ATP 水平显著升高;通过免疫印迹法(immunoblotting)测定与糖代谢途径密切相关的AMP 依赖的蛋白激酶［adenosine 5’－monophosphate (AMP)－activated protein kinase，AMPK］、蛋白激酶B(PKB/Akt)，结果表明二者水平均显著下降;在脂肪细胞中这一现象则刚好相反。以上结果从不同层面证明，FTO 基因可通过AMPK、Akt 等通路调节细胞内能量平衡，进而造成机体的肥胖状态。另外，该实验同时发现通过人为造成FTO 基因低表达，可下调SH－SY5Y 神经细胞内神经肽Y(neuropetite Y，NPY)的表达。而敲除FTO 基因的啮齿类动物实验研究显示，下调NPY 在可上调下丘脑抑食欲肽－阿片促黑素原(proopiomelanocortin，POMC)和下调促食欲肽－Agouti(agouti－related peptide Agouti，AgRP)相关肽，作用于黑素促皮质素受体4(melanocyte corticotropin receptor 4，MC4R)以及通过AgPR 结合蛋白磷酸酰肌醇3－激酶－蛋白激酶B［binding proteins(IRS)phosphorothioate phosphoinositide 3－kinase，P13K－Akt］信号转导，最终作用于靶器官，导致胰岛素及瘦素表达增加，使小鼠摄食减少、体质量下降;与之相反，FTO 基因过表达小鼠表现为食欲亢进，代谢缓慢［14］。Cecil 等［15］对大量年龄在4 ～10 岁苏格兰儿童的研究表明，携带FTO 危险等位基因的儿童能量摄入增加，而这种增加可能是由于食物摄入总量增加或者个体食物选择倾向改变所致，这些携带FTO 危险等位基因的个体可能更倾向于选择能量密度较高的食物，从而导致肥胖的发生，提高心血管等疾病的发病率和致死率。

2.2 通过增加胰岛素抵抗导致NAFLD NAFLD 形成的所谓“初次打击”即是由胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)引起的肝细胞脂质沉积，继而形成NAFL。Prakash 等［16］在研究与肥胖相关的1 个FTO 基因单核苷酸多态性(rsl7817449)时发现，FTO rs17817449 不仅与被检者的BMI、体质量和腰围相关，同时对其空腹时的胰岛素水平、胰岛素敏感性指数(insulin sensitivity index，ISI)和胰岛素抵抗指数(insulin resistant index，IRI)也造成不同程度的影响。Stadlmayr 等［17］在研究NASH 与胰岛B 细胞之间的作用关系时利用B 细胞稳态模型(homeostatic model assessment－B，HOMA－B)和B 细胞指数(B－cell index，BI)测定胰岛细胞功能，结果显示与对照组相比，NAFLD 患者的HOMA－B 明显增高，B 细胞功能下降，而HOMA－B 在NASH 与NAFL 患者之间无明显差异，提示胰岛素抵抗在非酒精性脂肪肝的发生发展中起重要作用。在研究FTO 基因过表达小鼠时，其胰岛素第一时相增强，并且该实验中过表达FTO基因小鼠的STAT3(signal transducer and activator of transcription)mRNA 明显高出正常小鼠4 倍。众所周知，STAT3 的敲除可显著降低胰岛素第一时相分泌，上调瘦素抵抗，因此通过STAT3 这一途径调控FTO 基因，从而间接调节胰岛素分泌也是可能的;同一实验也证实FTO 基因在小鼠β 细胞内处于不断合成而又快速降解的动态平衡状态，提示FTO 基因可能在β细胞内通过某些途径发挥重要的生物学效应［18］。

2.3 通过增加氧化应激，促进肝脏细胞脂肪沉积 NAFLD 形成的第“二次打击”则主要是由于各种原因所致的氧化应激继而介导形成的NASH。随着细胞内活性氧族(reactive oxygen species，ROS)及其衍生物的增多，ATP、NAD、谷胱甘肽及三大营养物质不断被耗竭，进而引起氧化应激和细胞死亡;氧化应激可触发某些炎症细胞因子的产生，导致炎症和纤维增生反应，这些最终都会导致NASH 的发生与发展，并导致终末期肝脏疾病［19］。有相当数量的临床证据表明，肥胖及超重患者体内的氧化应激水平明显升高，而肥胖者氧化应激水平升高的主要来源就是其体内的脂肪组织，其产生机制即细胞内活性氧族生成增多和抗氧化能力下降，而过表达FTO 基因可显著增加脂肪细胞内脂质沉积并引起ROS 聚集［20－21］。Guo 等［22］在NAFLD 大鼠模型中通过反转录PCR(reverse transcript－polymerse chain reaction，RT－PCR)、Western Blot 发现，其肝组织FTO mRNA 及蛋白的表达水平显著高于正常对照组，并且标志氧化应激水平的丙二醛(malondialdehyde，MDA)和抗氧化能力的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的水平与FTO水平改变密切相关，结果表明其氧化应激水平增加近2 倍，而抗氧化能力降低约45%;体外的细胞实验同样显示，在LO2 肝细胞系中通过质粒转染过表达FTO 基因会增加氧化应激并造成肝细胞内脂质沉积。

2.4 通过抑制脂肪水解等降低机体新陈代谢率 Wahlen等［23］的研究表明，FTO mRNA 水平在肥胖人群脂肪组织中的表达显著升高，且未携带FTO 危险等位基因的人群总体脂肪水解功能较携带FTO 危险等位基因的人群高30%，其脂肪细胞的脂肪水解功能高20%;这是由于其高水平FTO mRNA 上调去甲肾上腺素，进一步增强脂肪水解能力。牛丛丛［24］通过对猪FTO 基因的一些转录调控机制研究也发现，过表达FTO基因可通过促进细胞内脂肪酸(fatty acids，FA)合成、抑制细胞内甘油三酯(triglyceride，TG)水解，从而增加细胞内TG 的含量导致脂质堆积，从而影响细胞内的脂代谢;还可通过促进线粒体的融合、抑制线粒体的分裂从而下调细胞线粒体数量，影响线粒体的氧化能力，同时提高氧化应激水平。这些研究报告从不同层面均提示，FTO 基因可能是通过抑制脂肪水解，降低机体的新陈代谢水平，从而抑制机体将能量转换为热量，导致肥胖，形成NAFLD。

3 展望

肥胖人群的数量在近几年呈爆发式的增长，肥胖问题所带来的一系列相关并发疾病如NAFLD、高血压、冠心病、2 型糖尿病等，增加人民的经济负担，且严重消耗医疗卫生资源。随着对FTO 与NAFLD 之间关系的进一步研究，通过抑制FTO 基因过表达作用于下丘脑食欲相关肽调控能量摄入、消耗，减轻IR、氧化应激、瘦素抵抗，进而影响糖、脂代谢，从而减少摄食、减轻体质量，为NAFLD、肥胖、2 型糖尿病等的治疗带来福音。但目前FTO 与NAFLD 的相关性研究甚少，发生机制也未明了，仍需要我们不断的探索，为临床治疗上述代谢性相关疾病开启一扇新的大门。

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