Twist 1基因在脂肪组织中的功能及其与肥胖症关系的研究进展

任瑞，逯素梅，马永梅，马万山

（山东大学附属千佛山医院，济南 250014）

肥胖是糖尿病、高血压、冠心病、胆石症、痛风症等多种慢性疾病的危险因素，其对健康危害的核心环节是脂肪细胞积聚过多，过度分化与体积增大，生成过多功能失调的脂肪细胞。Twist 1基因广泛参与多种组织的形成，如骨、肌肉、神经、心脏、造血组织及脂肪组织等［1］。近年来，转录因子Twist 1在脂肪组织的功能研究成为热点。本文就Twist 1在脂肪组织中的功能及其与肥胖症关系的研究进展作一综述。

1 肥胖症的定义及病因

肥胖症是指人体进食的热量多于消耗热量时，多余的热量以脂肪形式储存在体内，导致体内脂肪堆积过多和（或）分布异常，进而导致体质量增加的一种多因素慢性代谢疾病。也有学者定义肥胖症是指体内脂肪细胞的体积和数量大量增加，脂肪尤其是甘油三酯发生过度堆积，使体质量超过标准体质量的20%以上的病理状态。病因学研究发现，虽然导致肥胖发生的因素很多，如遗传、环境及个人行为，但肥胖对健康危害的核心环节是脂肪细胞过度分化，造成细胞体积增大、积聚过多，生成过多功能失调的脂肪细胞。越来越多的学者指出，解决脂肪细胞问题才能根本解决肥胖。肥胖时的脂肪组织增加，主要为脂肪细胞的数目增多和体积增大，提示脂肪细胞的增殖和功能变化对肥胖的发生发展有重要影响。脂肪细胞除了可储存甘油三酯调节机体的能量平衡外，还可作为一种重要的内分泌器官分泌大量的脂肪因子，如瘦素、脂联素、肿瘤坏死因子α、单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）等，参与机体炎症及免疫反应，影响糖脂代谢等多个生理过程，从而影响肥胖症的发生。脂肪细胞生长、分化及凋亡等过程也与机体肥胖症的发生密切相关。因此，临床预防和控制肥胖症发生发展的核心环节在于探讨脂肪细胞的功能及分子生物学调节机制。

2 Twist 1基因及其在脂肪组织中的功能

Twist 1是1987年在果蝇中发现的新基因，能编码碱性螺旋-环-螺旋DNA结合的转录因子。正常情况下，Twist 1基因主要表达于胎盘、胚胎中胚层和成人的某些中胚层来源的未分化组织，在胚胎发育中起关键调控作用，在诱导细胞移动及组织塑形中起重要作用。人类Twist 1基因与机体多种肿瘤相关，如肝癌、肺癌、胃癌、头颈癌、乳腺癌及结肠癌等［2，3］;Twist 1基因也广泛参与多种组织的形成，如骨、肌肉、神经、造血组织及脂肪组织等。

2.1 Twist 1基因在脂肪组织中的表达 Twist 1基因在人类白色脂肪组织和棕色脂肪组织中均呈现高表达，其功能却不尽相同。特异性敲除小鼠棕色脂肪组织中的Twist 1基因能够诱导氧化代谢及脂肪酸氧化相关基因的表达，但是对脂裂解没有影响;而在人类白色脂肪组织中，Twist 1基因能够通过调控多种炎症脂肪因子而调控炎症途径［4］。Pan等［5］通过对棕色脂肪组织能量动态平衡的维持机制研究，发现Twist 1基因在过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子-1α（PGC-1α）/过氧化物酶体增殖活化受体（PPAR）δ介导的棕色脂肪组织能量动态平衡中发挥重要调节作用，且发现棕色脂肪组织中高表达Twist 1的转基因小鼠更容易发生肥胖，而敲除Twist 1基因的小鼠表现为肥胖抵抗，在白色脂肪组织中未发现类似现象。

2.2 Twist 1基因在脂肪细胞诱导分化过程中的作用 ALBP、ADD1/SREBP-1c、C/EBPs、PPARγ 等转录因子对脂肪细胞分化起着决定性作用［6］。有不少学者围绕Twist 1基因影响肥胖及其并发症的中间作用环节展开了研究。以间充质干细胞为研究材料发现，过表达Twist 1基因的间充质干细胞较对照细胞更易生成脂滴，且脂肪生成的主要转录调控因子PPARγ及脂肪细胞相关标志物的表达均显著提高［7］。但是 Pan等［5］通过靶向 Twist 1 基因表达的shRNA慢病毒载体的作用干扰棕色及白色脂肪前体细胞中Twist 1表达，并未影响脂肪细胞分化成熟的进程。本课题组也围绕Twist 1基因对脂肪前体细胞3T3-L1分化过程的影响开展了部分研究，发现3T3-L1脂肪前体细胞中表达极微量的Twist 1，胰岛素等刺激脂肪前体细胞分化为成熟脂肪细胞过程中Twist 1转录及蛋白表达水平显著升高，进一步借助基因工程技术过表达脂肪前体细胞中Twist 1基因，发现上调Twist 1表达并不影响脂肪细胞的体外成熟进程［8］。

2.3 Twist 1基因与脂肪细胞 PGC-1α、PPARγ 相关性 据报道，Twist 1基因与脂肪细胞线粒体的生物功能发挥存在一定的联系。研究发现Twist 1在棕色脂肪组织中的功能与PGC-1α密切相关。PGC-1α是参与细胞能量代谢的重要分子，它通过与多种转录因子（如 PPARγ、ERRα、NRF1）相互作用调节细胞能量代谢。Twist 1可以与棕色脂肪组织中PGC-1α C端氨基酸353-797位点直接结合，抑制PGC-1α的表达。棕色脂肪组织中过表达Twist 1基因，还能抑制线粒体氧化代谢和解偶联过程相关的靶基因（CPT1β、UCP1、ERRα）及其他多种 PGC-1α下游靶基因的转录［9］，但在白色脂肪组织中的相关研究未见报道。

PPARs是具有特色的核激素受体超家族，能被配体激活。激活的PPARγ与另一种核受体超家族-维甲类X受体结合成异二聚体，作用于特异的过氧化物增生反应元件上，改变靶基因的调控，参与机体多个生理过程［10］。研究表明，PPARs在调控脂肪细胞分化中起重要作用，其中以转录因子PPARγ的作用最重要。PPARγ已成为公认的脂肪细胞分化过程的重要标志分子。同时，许多研究表明PPARγ在脂肪细胞中的功能并不局限于脂肪细胞的分化，其参与调节脂肪细胞的多个生理功能。另外，炎症是机体肥胖的一个重要状态，它源自白色脂肪组织的功能失调。有学者发现在机体低度炎症状态下PPARγ和Twist 1之间存在一定的级联调控。匹格列酮是一种能够抗机体糖尿病和炎症状态的PPARγ拮抗剂，给予糖尿病性肥胖患者匹格列酮处理，能够上调脂肪组织中Twist 1基因的表达［11］。

2.4 Twist 1基因与脂肪组织分泌功能的关系 脂肪组织不仅是能量储存、产生热量的重要器官，还是人体内最大的内分泌器官，可分泌多种激素和蛋白因子，在机体生理和病理的发生发展中发挥重要作用。棕色脂肪组织随着年龄的增长其含量逐渐下降，至成年后降至最低，并分泌极少量的炎症和脂肪细胞因子;而白色脂肪组织分布在全身各处，尤其在内脏组织和皮下储存量较多，可分泌大量调节机体能量代谢的脂肪因子和炎性因子［12］。例如，白色脂肪组织可分泌抵抗素，敲除抵抗素的大部分健康小鼠出现了低血糖症状，由此推断抵抗素具有拮抗胰岛素和抑制糖异生的功能［13］;脂肪组织分泌的脂联素具有负性调节肥胖、2型糖尿病、体脂含量等功能，并与心肌肥厚疾病、动脉粥样硬化相关;同时脂肪组织可分泌瘦素，通过抑制食欲、调整胰岛素敏感性等方面发挥免疫系统的调控作用［14］。在脂肪组织中，肿瘤坏死因子（TNF-α）分化，导致胰岛素抵抗［15］。IL-1受体可通过减弱脂肪组织的炎症过程而改善高脂饮食诱导的胰岛素抵抗［16］;IL-1β能够通过促进脂肪炎症和限制脂肪组织的扩展，促进肝细胞和脂肪组织巨噬细胞的异位脂肪聚集效应［17］。多种生长因子及其受体（如 FGF、GHR、HGF、VEGF）在肥胖症中作用的报道也越来越多［18］。近年来趋化因子家族及相关蛋白（CXCR4、CCR6、MCP-1等）对肥胖症影响也有不少报道［19］。因此认为，人体多种生理功能的调节也依靠脂肪组织分泌的激素和蛋白因子。本课题组围绕Twist 1基因的表达与脂肪细胞因子的分泌关系之间展开研究［8］，结果发现干扰脂肪细胞中Twist 1基因的表达促进部分脂肪细胞因子的分泌，也抑制了另外一部分脂肪细胞因子的分泌，这些细胞因子的种类主要集中在白介素类及其受体（IL-3、IL-6、IL-7、IL-9、IL-10、IL-17、IL-21和 IL-27）、生长因子及其受体类（FGF、GHR、HGF、VEGF、TNF）和趋化因子家族（CXCR4、CCR6、MCP-1）等。

3 Twist 1基因与肥胖症的关系

Twist 1基因表达水平在肥胖症发生过程中的变化也颇受关注。Pettersson等［20］研究了23例非肥胖（BMI＜30）和107例肥胖（BMI≥30）女性患者腹部皮下脂肪组织中Twist 1基因的表达水平，证实肥胖个体中Twist 1基因表达水平较非肥胖者显著下调，给予一定的减肥治疗后，Twist 1基因表达升高。我们课题组成员通过高脂饮食诱导小鼠C57/BL6肥胖症的发生，与对照组相比较，肥胖小鼠脂肪组织中Twist 1基因表达亦显著下调，临床肥胖个体（BMI≥30组）脂肪组织中Twist 1基因转录和翻译水平也均显著低于非肥胖组［9］。已有研究及我们的实验结果均提示Twist 1基因与肥胖症的发生负相关。

总之，Twist 1基因在脂肪组织中功能活跃，与脂肪前体细胞的分化、脂肪细胞因子的分泌、脂肪细胞线粒体的生物合成及脂肪细胞的能量代谢等诸多过程有关。Twist 1基因对脂肪前体细胞分化过程的影响、在慢性代谢疾病尤其是肥胖症和胰岛素抵抗发生发展中的中间作用环节及分子调节机制将是以后研究的热点，有助于更好地研究Twist 1基因的生物学功能，并对临床预防和控制代谢性疾病提供重要依据。

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