肝脏脂质代谢关键转录因子研究进展

李　姣，胡　群，罗　佩，李文平

(湖南农业大学动物医学院，湖南长沙 410128)



肝脏脂质代谢关键转录因子研究进展

李姣△，胡群△，罗佩，李文平*

(湖南农业大学动物医学院，湖南长沙 410128)

摘要：目前发现的与肝脏脂质代谢相关的转录因子主要包括过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)、肝X受体(LXRs)和固醇调节元件结合蛋白(SREBPs)。这些转录因子通过对脂类代谢基因的调节，从而在维持机体的脂代谢平衡中起着重要作用。随着对转录因子的深入研究，以其为作用靶点的药物相继被开发出来，广泛应用于肥胖、高血脂、糖尿病等脂代谢障碍性疾病的防治，并表现出良好的临床效果和应用前景。论文通过综述肝脏脂质代谢关键转录因子的调控靶基因、调控机制和临床应用，旨在促进肝脏脂质代谢关键转录因子的进一步研究,以及临床新药的开发与应用。

关键词：脂质代谢；转录因子；激活剂

脂代谢是人体三大物质代谢之一，主要包括甘油三酯代谢、胆固醇及其酯的代谢、磷脂和糖脂代谢等。在这些代谢过程中，有大量的蛋白酶、受体、转运子等参与其中，而它们又受一些转录调控因子的调控，形成了复杂而精细的调控网络，以维持细胞乃至整个机体的脂代谢平衡。核受体是一类配体依赖的转录因子，在生物体内分布广泛，是一个大家族。它们通过激活或抑制靶基因的表达来调控脂质代谢。至今已发现的与脂质代谢相关的转录因子有很多，包括过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs)、肝X受体(liver X receptor，LXR)、视黄醛受体(retinoid X receptor，RXR)、固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element binding proteins，SREBPs)、法尼酯衍生物X受体(farnesoid X receptor，FXR)、糖应答元件结合蛋白(carbohydrate response element binding protein，ChREBP)、孕烷X受体(pregnane X receptor，PXR)及肝细胞核因子-4(hepatocyte nuclear factor 4，HNF-4)等。论文对最主要的PPARs、LXRs和 SREBPs的调控靶基因、调控过程及临床应用做一综述。

1PPARs

1.1PPARs概述

PPARs是一类由配体激活的核转录因子，属于Ⅱ型核激素受体超家族，分为PPARα、PPARβ/δ和PPARγ3个亚型[1]。其中，PPAR-α主要在肝、肾、心脏等代谢活性较高的组织中表达，PPAR-γ主要在脂肪组织中高表达，而PPAR-β/δ分布较广泛，无组织特异性[2]。通常，PPARs需要与配体结合后才能被激活，从而发挥其在脂肪细胞分化和脂肪酸氧化方面的调控作用。目前已知的天然配体多为不饱和脂肪酸及其衍生物，如亚油酸、花生四烯酸、环氧化酶产物15-脱氧前列腺素J2(15d-PGJ2)等；合成配体包括贝特类和噻唑烷酮类，如苯扎贝特、罗格列酮等[3]。活化后的 PPARs与RXR结合，形成异二聚体 ，释放共抑制蛋白并结合辅激活蛋白，然后与启动子上游过氧化物酶体增殖物反应元件结合(peroxisome proliferator response element，PPRE)，从而激活某些与脂肪代谢有关的蛋白或酶基因，起到调节转导的作用。

1.2PPARs的调控机制

PPARα主要参与脂肪酸的β氧化过程，在肝脏和骨骼肌的脂质代谢中发挥重要作用。PPARα促进脂肪酸氧化的作用机制主要包括促进脂肪酸氧化限速酶肉碱脂酰转移酶(carnitine acyl transferase，CAT)的表达和促进脂酰辅酶A合成酶(acyl-CoAsyntheta，ACS)的合成，从而催化脂肪酸活化，加速脂肪酸分解。另外， PPARα还可通过以下途径促进胆固醇的逆向转运。第一条途径，PPARα通过介导下游基因，高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein，HDL-C)的主要结构蛋白，载脂蛋白AⅠ(apolpoprotein AI，Apo-AI)的表达来调节胆固醇的逆向转运；第二条途径， PPARα 直接激活 LXRα 促进三磷酸腺苷结合盒转运体A1(ABCA1)的表达，从而增加胆固醇的外流。此外， PPARα可通过激活其下游基因细胞色素p450 酶体系的一些酶，产生羟胆固醇，作为 LXRα的内源性配体进一步激活LXRα，进而激活 ABCA1[4]。PPARα还能通过抑制肝脏中载脂蛋白CⅢ(apolpoprotein CⅢ，Apo-CⅢ)的表达，促进脂蛋白酯酶(LPL)对甘油三酯(triglyceride，TG)的水解。PPARα也可直接作用于肝脏和巨噬细胞，促进LPL基因的表达。

PPARγ主要在脂肪细胞的分化中起着关键的启动作用，同时也参与脂代谢相关基因的表达调控。有大量报道指出，PPARγ可作用于LXRα，引起LXRα的表达增加，进而促进ABCA1的表达。同时，PPAR-γ亦可增加Apo-AI和HDL，从而增加胆固醇的清除，抑制胆固醇酯的积聚。其作用机制与PPAR-α相似。PPARγ还可通过改善胰岛β细胞功能，调控肿瘤坏死因子α(TNF-α) 和脂肪细胞瘦素(leptin)的生成来抑制脂肪的生成，但活化的PPARγ又能降低TNF-α、IL-1、IL-2、IFN-γ和TGFβ等细胞因子的表达，从而促进脂肪生成[5]。虽然PPARα与PPARγ之间存在拮抗作用，但总体来说，PPARγ主要表现为促进脂质消除和排出。

1.3PPARs的临床应用

PPARs除参与脂质代谢外，还参与糖代谢，具有降血脂、降血糖、抗炎、抗动脉粥样硬化等作用，以其为治疗靶点的降脂药和抗糖尿病药物已被大量应用于临床。贝特类是PPARα的合成配体，在20世纪60年代已被用于高脂血症的治疗。PPARγ激动剂噻唑烷二酮类(TZDs)能有效改善胰岛素抵抗，降低血糖浓度，已成为2型糖尿病的治疗药物。郑萍[6]在对冠心病患者的基因研究中发现，PPARγ基因C161→T能降低冠心病的危险。用PPARγ配体罗格列酮激动剂干预心肌梗死大鼠的试验表明，罗格列酮能有效降低心肌细胞调亡，缩小心肌梗死面积。此外，它还能降低人静脉内皮细胞炎症因子TNF-α的表达[7]。以上数据均证实PPARγ激动剂在抑制炎症反应、改善心功能方面的作用。近年来有报道指出，单纯的PPAR-α或PPARγ兴奋剂能引起如心血管并发症等严重不良反应。之后的试验证明了这一观点，并且发现PPARα/γ激动剂不仅能避免这些不良反应，提高安全性，还能降低肝脏TG的积蓄，抑制脂肪的生成，其作用效果优于单用[8-9]。

2LXRs

2.1LXRs概述

LXRs是核受体超家族配体激活的转录因子，有α、β两种亚型。LXRα主要在肝脏、肠、肾和巨噬细胞中表达，在肝脏中表达最高，而LXRβ的表达无组织特异性[10]。LXRα是胆固醇代谢感受器，在胆固醇转运、胆汁酸和脂肪酸合成等过程中起着十分重要的调控作用。胆固醇及其他的一些代谢产物如羟基固醇 24(S)，25-环氧胆固醇等为其内源性激活剂；一些合成的化合物如TO901317和GW3965为其外源性激活剂[11]。LXRs激活后，先与RXR形成杂二聚体LXR/RXR，然后与靶基因的LXR反应元件(LXRE)结合，从而发挥转录调节作用。

2.2LXRs的调控机制

LXRs在胆固醇代谢中发挥重要的调控作用。激活的LXR可通过DR4 序列如 ATP 结合盒转移子家族 (ATP binding-cassette，ABC) 、胆固醇酯转运蛋白(cholesteryl ester transferprotein，CETP)、载脂蛋白E等介导细胞胆固醇外流[12]。此外，LXR 还可通过促进胆汁酸合成限速酶CYP7A1的转录，从而降低胞内胆固醇水平。研究表明[13]，LXRs能直接抑制胆固醇合成相关酶羊毛甾醇14α去甲基化酶(lanosterol14-ademethylase,CYP51)和鲨烯合成酶(squalena synthase)的表达，从而抑制胆固醇的生物合成。同时，LXRs还可以抑制LDLR的转录和促进LPL的表达，进而促进肝脏对HDL的摄取并降低小肠对TC的吸收。LXR除参与胆固醇代谢外，LXRα还能通过调控脂肪酸生成的关键酶乙酰CoA羧化酶(ACC)、脂肪酸合成酶(FAS)、胆固醇调节元件结合蛋白(SREBP-1c)等下游基因，参与脂肪酸的合成[14]。Cha J Y等[15]研究发现，LXRs还可通过上调葡萄糖敏感转录因子ChREBP的表达，促进肝脏中糖类向脂质转化。

2.3LXRs的临床应用

LXRs除参与脂代谢外，还参与糖代谢以及炎症反应。PPARs激活剂已被用于糖尿病和高脂血症的治疗，而LXRα是其靶基因，其部分功能是由LXRα实现，所以LXR激活剂也可能具有相似的作用。动物体内和体外试验表明[16]，LXR激活剂能促进肝葡萄糖生成并降低血葡萄糖浓度，预示其作为治疗糖尿病药物的潜在价值。新合成的LXRs激动剂DMHCA能有效延缓ApoE-/-小鼠粥样斑块的形成，且不引起肝脏脂肪变性和高三酰甘油血症[17]。近年来，LXR在抗炎方面的作用引起了广大学者关注，研究表明，LXR激动剂能有效降低血管内皮因子损伤导致的IL-1、IL-6、MMP-9等炎症因子的水平[18]。另外，LXR还可通过核因子κB(nuclear factor-kappa，NF-κB)信号通路抑制由细菌、TNF-α、IL-1β刺激产生的一系列促炎因子，从而阻止动脉粥样硬化的形成。但值得一提的是，LXR在发挥这些有益作用的同时，还提高了血浆TG水平和肝脏、肌肉中的脂含量，所以临床上需要开发新的具有高度亚型选择性或组织特异性的LXR激活剂来进行选择性治疗。据最新报道[19]，LXRs-/-和LXRs激动剂均可诱导ABCA1的表达，但LXRs-/-不诱导SREBP-1c的表达，这主要与辅阻遏物和辅激活物的参与有关，因此也可以从辅阻遏物和辅激活物方面着手开发新的激活剂。

3SREBPs

3.1SREBPs概述

SREBPs是一类重要的核转录因子，属于bHLH-Zip超家族。目前己经确认的SREBPs成员有3种，即SREBP-1a、SREBP-1c、SREBP-2。其分布具有明显的物种特异性，大多在肝脏和脂肪组织中表达，SREBP-1a的表达很少。SREBP-1a和SREBP-1c主要调节脂肪酸、甘油三酯和葡萄糖代谢相关酶基因的表达，SREBP-2主要调控胆固醇代谢[20]。胆固醇和氧化甾醇是其内源性激活/抑制剂，当细胞受到低浓度刺激时，SREBPs基因被激活，并与SREBP裂解激活蛋白(SREBP-cleavage activating protein,SCAPS)结合形成CAP/SREBP复合物，被运送到高尔基体加工。SREBPs进行两次蛋白水解，释放出含有bHLH-Zip区的氨基末端活性片断，进入细胞核，与其靶基因启动子的SREs或E盒结合，并在其他辅助因子的作用下启动生脂基因的转录。

3.2SREBPs的调控机制

SREBPs在胆固醇代谢和脂肪分化中的作用不可忽视。当细胞内胆固醇浓度降低，SREBP-2被激活，从而增加LDLR、HMG-CoA合成酶、HMG-CoA还原酶等基因的翻译，提高细胞对外源性胆固醇的摄取和内源性胆固醇的合成速率，上调细胞内胆固醇的含量[21]。当胆固醇在细胞内累积时，Insig与SCAP结合，形成Insig-SCAP-SREBP复合物，滞留在内质网，使SREBP2从膜上水解释放的反应被限制，已经进入核内的NHZ-末端区域也会被迅速降解，从而导致所有依赖于SREBP2的靶基因的转录水平下降，最终降低细胞胆固醇的含量。研究发现，高浓度的胆固醇能激活LXRα，诱导SREBP-1c基因的表达，促进脂肪酸合成相关基因(如FAS、ACCD等)的转录，从而增加脂肪酸的合成。相反，多不饱和脂肪酸(PUFA)能和瘦素抑制SREBP-1c基因的表达和脂肪酸合成[22]。此外，SREBPs还受胰岛素和葡萄糖的调控，且有报道指出，胰岛素对许多基因的调控都是通过SREBP-1c介导[23]。

3.3SREBPs的临床应用

脂肪在非脂肪组织的过度积聚可引起2型糖尿病、肝脏脂肪变性、心血管疾病等的发生，而 SREBPs是调控脂肪合成的关键。有资料表明[24]，降血糖药物二甲双胍可通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)，降低SREBP-1cmRNA及蛋白表达，从而改善肝脏脂肪变性和血糖水平。另外，学者们还发现，SREBPs可通过影响内皮细胞功能和泡沫细胞的形成，进而在动脉粥样硬化中发挥重要作用[25]。也有报道指出，SREBP-2的基因多态性位点1784G>C与高脂血症患者的血浆胆固醇和LDL-C水平相关，同时也与冠心病等心血管疾病的发生有关联[26]。以上数据均能说明SREBPs可成为脂肪肝、糖尿病、心血管疾病等预防和治疗的新途径。目前虽无有关SREBPs抑制剂的新药报道，但在基因沉默方面已取得较大进展。房殿亮等[27]通过构建SREBP-1c基因的miRNA干扰载体，转染人肝细胞后发现细胞内SREBP-1c蛋白水平明显降低，同样的结果也在奶牛身上得到了印证[28]。这些研究发现为SREBPs新药开发提供了一条新途径。

4小结

综上所述，PPARs、LXRs和 SREBPs在肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化、高脂血症等疾病的形成中起至关重要的作用。PPAR激活剂药物在临床的应用证实，通过调节转录因子的表达来治疗相关疾病是完全可能的。但也有报道指出，这类药物在治疗疾病的同时也容易引起一些副作用，如肝毒性、心血管并发症。所以，在研发以转录因子为作用靶点的药物时应考虑其作用亚型和组织特异性。随着对PPARs、LXRs和 SREBPs等转录因子的深入研究，相信在不久的将来，会有更多新型、高效的药物被研发出来，并应用于肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化、高血脂症等疾病的防治。

参考文献:

[1]马晶晶，章涛.PPARγ功能与疾病关系研究进展[J].中国药理学通报，2012，28(5):601-604.

[2]Bogna G G.Peroxisome proliferator-activated receptors and their ligands: nutritional and clinical implications-a review[J].Nutrition，2014,13:17.

[3]Farnesi-de-Assunão T S，Alves C F，Carregaro V，et al.PPAR-γ agonists,mainly 15d-PGJ2, reduce eosinophil recruitment following allergen challenge[J].Cell Immunol，2012，273(1):23-29.

[4]Guan J Z，Tamasawa N，Murakami H，et al.Clofibrate，aperoxisome-proliferator，enhances reverse cholesterol transport through cytochrome p450 activation and oxysterol generation [J].J Exp Med，2003，201(4):251-259．

[5]Laurencikiene J，Ryden M.Liver X receptors and fat cell metabolism[J].Int J Obesity，2012，36(12):1494-1502.

[6]郑萍.PPARγC161-T基因多态性与冠心病的相关性研究[D].天津：天津医科大学，2013.

[7]袁博，王东琦，刘胜强，等.PPARγ激动剂罗格列酮对大鼠心肌再灌注损伤保护作用的实验研究[J].海南医学院学报，2015，21(8):1014-1017.

[8]Kannisto K，Gafvels M，Jiang Z Y,et al.LXR driven induction of HDL-cholesterol is independent of intestinal cholesterol absorption and ABCA1 protein expression [J].Lipids，2014，49(1):71-83.

[9]DiMarco D M，Fernandez M L.The regulation of reverse cholesterol transport and cellular cholesterol homeostasis by microRNAs [J].Biology，2015，4(3):496-497.

[10]Jakobsson T，Treuter E，Gustafsson J Å， et al.Liver X receptor biology and pharmacology:new pathways,challenges and opportunities[J].Trends Pharmacol Sci,2012，33(7):394-404.

[11]Theofilopoulos S，Arenas E.Liver X receptors and cholesterol metabolism: role in ventral midbrain development and neurodegeneration[J].F1000Prime Rep,2015，7：37.

[12]Zhang L，Reue K，Fong L G，et al.Feedback regulation of cholesterol uptake by the LXR -IDOL-LDLR axis[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2012，32(11): 2541-2546.

[13]Wang Y，Rogers P M，Su C，et al.Regulation of cholesterologenesis by the oxys-terol receptor LXR alpha[J].J Biol Chem，2008，283 (39):26332-26339.

[14]Hong C，Tontonoz P.Liver X receptors in lipid metabolism: opportunities for drug discovery[J].Nat Rev Drug Discov,2014，13(6):433-444.

[15]Cha J Y，Repa J J.The liverX receptor (LXR) and hepatic lipogenesis.The carbohydrate-response element-binding protein is a target gene of LXR[J].J Biol Chem，2007，282(1)：743-751.

[16]Liu Y，Yan C，Wang Y，et al.Liver X receptor agonist T0901317 inhibition of glucocorticoid receptor expression in hepatocytes may contribute to the amelioration of diabetic syndrome in db/db mice[J].Endocrinology，2006，147(11):5061-5068.

[17]Kratzer A，Buchebner M，Pfeifer T，et al.Synthetic LXR agonist attenuates plaque formation in apoE-/-mice without inducing liver steatosis and hyper-triglyceridemia[J].J Lipid Res，2009，50(2):312-326.

[18]Castrillo A，Joseph S B，Marathe C，et al.Liver X receptor-dependent repression of matrix metalloproteinase-9 expression in macrophages[J].J Biol Chem，2003，278(12):10443- 10449.

[19]Lee S D，Tontonoz P.Liver X receptors at the intersection of lipid metabolism and atherogenesis[J].Atherosclerosis,2015,242(1):29-36.

[20]Liang X Q，Gu H G，Zhang X L，et al.Effects of Yang Gan Li Dan granule on PPARγ and CYP7A1 of liver in mice with cholesterol gallstone[J].Liaoning J Trad Chin Med，2011，38 (1):172-174.

[21]Cao Y， Bei W J， Hu Y M，et al.Hypocholesterolemia of rhizoma coptidis alkaloids is related to the bile acid by up-regulated CYP7A1 in hyperlipidemic rats[J].Phtyomedicine，2012，19(8/9):686-692.

[22]Bao L D，Bai S M，Bo J H.Hypolipidemic effects of a new piperine derivative GB-N from Piper longum in high-fat diet-fed rats[J].Pharm Biol，2012，50(8):962-967.

[23]Eberle D，Clement K，Meyre D，et al.SREBF-1 gene polymorphisms are associated with obesity and type 2 diabetes in French obese and diabetic cohorts[J].Diabetes，2004，53(8):2153-2157.

[24]Wu W，Tanq S，Shi J，et al.Metformin attenuates palmitic acid-induced insulin resistance in L6 cells through the AMP-activated protein kinase/sterol regulatory element-binding protein-1c pathway[J].Int J Mol Med,2015,35(6):1734-1740.

[25]李博，李卫华.SREBPs信号转导途径与动脉粥样硬化研究进展[J].心血管病学进展，2011，32(6):876-879.

[26]段雪英，朱文丽，尹喜玲，等.中国汉族胆固醇调节元件结合蛋白-2基因多态性与高脂血症的关系[J].卫生研究，2004，33(03):314-316.

[27]房殿亮，宁波，沈薇，等.干扰SREBP-1c对内质网应激状态下L02和HepG2肝细胞脂质沉积的影响[J].第三军医大学学报，2013，35(6):513-517.

[28]杨文涛.腺病毒介导的SREBP-1c过表达对奶牛肝细胞脂肪沉积的影响[D].吉林长春：吉林大学，2013.

Progress on Key Transcription Factors in Liver Lipid Metabolism

LI Jiao,HU Qun,LUO Pei,LI Wen-ping

(CollegeofVeterinaryMedicine,HunanAgriculturalUniversity,Changsha,Hunan,410128,China)

Abstract:So far,the transcription factors related hepatic lipid metabolism mainly include the following three categories:Peroxisomal proliferator activated receptors (PPARs),liver X receptors (LXRs) and sterol regulatory element binding proteins(SREBPs).These transcription factors play an important role in maintaining the balance of lipid metabolism by regulating lipid metabolism genes.With the in-depth study of transcription factors,targeting drugs have been developed, which is widely used in the prevention and treatment of obesity,hyperlipidemia,diabetes and other lipid metabolic disorders,and show good clinical effects and application prospect.In this paper,the author summarized the key transcription factor target genes,regulatory mechanisms and clinical applications,aimed to promote the further research of the key transcription factors in liver lipid metabolism,and new drugs' development and application.

Key words:lipid metabolism;transcription factor;activator

文章编号:1007-5038(2016)04-0090-04

中图分类号:S852.21

文献标识码:A

作者简介：李姣(1993-)，女，湖南益阳人，硕士研究生，主要从事动物源性中药材开发与利用研究。胡群(1990-)，男，湖南常德人，本科生，主要从事小动物疾病研究。△同等贡献作者。*通讯作者

基金项目：湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目(DFCXS201303)

收稿日期：2015-10-09