抗增殖蛋白对脂肪分化的调控的研究进展

贺小丹综述，杨人强，王伶审校

(南昌大学医学院　南昌大学第二附属医院：1，检验科，2心血管内科，江西　南昌330006)



抗增殖蛋白对脂肪分化的调控的研究进展

贺小丹1综述，杨人强2，王伶1审校

(南昌大学医学院南昌大学第二附属医院：1，检验科，2心血管内科，江西南昌330006)

摘要：抗增殖蛋白（Prohibitin，PHB)是一种进化上高度保守的蛋白质，广泛存在于真核及原核生物中，在维持线粒体形态和调节细胞周期、转录、增殖、细胞分化等过程中发挥重要作用。PHB在脂肪细胞分化中表现活跃。本文主要阐述PHB功能及其对脂肪分化过程的调控作用，为预防肥胖及相关疾病提供一定理论基础。

关键词：PHB；脂肪分化；线粒体；信号通路

肥胖会导致一系列代谢相关疾病，肥胖引起的高血压、糖尿病和心血管疾病的发生率也随之增加。肥胖的产生是脂肪分化失常的表现，在脂肪分化形成过程中进行调控，减少白色脂肪的分化和生成，促进棕色脂肪的转化，对于控制肥胖，减少其引起的相应代谢性疾病有着重要的意义。PHB是种广泛表达的多功能蛋白质，在肿瘤、炎症性肠病、2型糖尿病、肥胖中表达异常。目前国外研究已证实其参与脂肪形成过程的调控[1，2]。但对于在脂肪分化中PHB通过哪些因素及如何影响这些因素来调控脂肪形成尚未详细报道，本文主要是针对PHB的生物学功能及其在脂肪分化过程中发挥的调控进行简要阐述并展望，为治疗肥胖及2型糖尿病寻求新靶标提供理论基础。

1　 PHB基因及PHB蛋白的特点

PHB基因最早发现于，因其具有明显的抑制细胞增殖和抗肿瘤作用而被命名，其中人类PHB基因（hPHB）家族包括hPHB-1(BAP-32)、hPHB-2 (BAP-37，EA，prohibitone)两个成员。PHB-1位于染色体17q21区，包含7个外显子，编码由275个氨基酸组成分子量为32kD的PHB-1蛋白。PHB-2位于12p13，包含10个外显子，编码由316个氨基酸组成分子量为37kD的PHB-2蛋白。PHBs主要由PHB1和PHB2这两个高度保守的蛋白质组成，它们多以异源性二聚体结合状态存在。PHB在生物进化过程中具有高度保守性，不同种属生物的PHB蛋白氨基酸序列组成高度同源，如小鼠和大鼠的PHB蛋白氨基酸序列完全相同，与人类仅区别于1个氨基酸，即小鼠第107位是酪氨酸而人类是苯丙氨酸[3]。PHB具有多种生物学功能，广泛存在于细胞核、细胞质和细胞膜等部位，PHB蛋白所在的位置决定它们的功能，存在于线粒体内膜的PHB有维持线粒体正常形态、抗氧化应激及凋亡等作用，因而推测它能通过影响线粒体功能来调节脂肪分化；细胞核内的PHB参与转录调节，因此猜测能通过胰岛素等信号通路来影响转录因子对脂肪细胞增殖和分化的调控；质膜和胞质的PHB主要参与细胞粘附和信号传递，也是脂肪分化信号通路中的关键分子，这些提示PHB与脂肪分化有着密切联系。

2　脂肪的分化

人体脂肪组织按形态和功能分为白色脂肪组织(white adipose tissue，WAT)和棕色脂肪组织（brown adipose tissue，BAT），WAT即通常所说的脂肪组织，主要功能是以甘油三酯的形式储存和调动能量，含量增多可致肥胖，也是种内分泌器官分泌多种脂肪因子[4，5]，作用于靶器官实现多种途径的能量调节。BAT富含特异性表达的解偶联蛋白，使氧化与磷酸化分离，将化学能转为热能释放，有燃烧脂肪拮抗肥胖形成等作用，这一功能受交感神经调节。最近在WAT中发现了一种棕色样的脂肪称为米色脂肪或brite或诱导性棕色脂肪，其特点是通过增加产热基因和呼吸率来增强产热和燃烧脂肪，所以诱导脂肪干组织向棕色脂肪或米色脂肪分化或者激活体内的棕色或米色脂肪是一种治疗肥胖的新思路。

虽然白色和棕色脂肪来源于不同的前体细胞但随后的分化过程都主要受过氧化物酶体增殖子激活受体(peroxisome proliferator-activiated receptorγ，PPARγ)和CCAAT增强子结合蛋白(CCAAT enhancer-binding proteins，C/EBPs)等转录因子调控，尤其在终末分化阶段，PPAR-γ和C/EBPs是大量转录因子程序性表达的过程的主要驱动者。

3　 PHB对脂肪分化的调节

诸多研究显示PHB可以通过磷脂酰肌醇-3-激酶/丝苏氨酸激酶(PI3K/Akt)、丝裂原激活蛋白激酶/细胞外信号调节蛋白激酶(MAPK/ERK)信号通路调节细胞增殖和生长[6]，同样在Ande SR等[7]研究中发现PHB可影响这些信号通路调节胰岛素诱导的脂肪生成。PHB不仅介导信号通路来调节脂肪细胞的分化，并对线粒体功能调控有着重要的作用：用寡义核苷酸敲除PHB后发现，除脂肪形成标志物的表达和脂质的积累显著减少外，还观察到线粒体网状组织破裂、嵴缺失和线粒体数量下降[1]，Supales S等认为PHB缺失最终引起严重的糖尿病也是通过影响线粒体功能实现的[8]。PHB还能调节丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase，PC)影响能量和糖脂代谢[9]。可见，PHB可通过影响信号通路、线粒体生成及PC等诸多方面来调节脂肪分化（图1）。

图1　PHB对脂肪细胞分化的影响途径

3.1PHB通过影响信号通路调节脂肪分化PHB通过转录因子双向调控细胞增殖与分化，在脂肪分化过程中转录因子也发挥了重要作用。PPARγ 和C/EBPs是关键的调控因子，启动脂肪细胞分化[10]，cAMP反应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB)调控C/EBPβ的表达来促进脂肪生成，而沉默CREB的表达则抑制脂肪的分化[11]，研究[6，7]已分别证实PHB对这些调控因子的信号通路PI3K/Akt和MAPK/ERK有调节作用，并促进脂肪分化[12]。因此PHB在3T3-L1前脂肪细胞分化中是必需的。

当胰岛素与受体结合使其β亚基酪氨酸位点被激活，后者使受体底物酪氨酸位点磷酸化，一方面募集PI3K作用于三磷酸磷脂酰肌醇（phoS-phatidylinositol-3-phosphate，PIP3），PIP3与Akt结合，激活Akt后引起PHB（Thr258）磷酸化增强PI3K/Akt信号通路和促进细胞分化，或引起Raf （Ser259）磷酸化而抑制MAPK/ERK信号通路及细胞增殖；另一方面胰岛素受体底物激活后还可磷酸化PHB（Tyr114）[9]和促进PHB与Shp1/2异源二聚体化。Shp1/2是一种磷酸酶能抑制Akt信号而减弱PI3K/Akt信号通路的传递[13]。所以推测胰岛素受体底物激活PHB（Tyr114）后通过抑制PI3K/ Akt信号通路来减弱胰岛素信号的激活，这是一种正常条件下脂肪分化稳态的表现，PHB与胰岛素相互监督，平衡脂肪分化稳态。

PHB也参与Raf-MAPK/ERK通路的调节，目前研究显示Raf-MAPK/ERK通路的激活依赖PHB[6，14]，它可由Akt激活Thr258位点，此位点和Raf-1 （Ser259）均为Akt磷酸化靶点，PHB竞争Raf-1 （Ser259）磷酸化，但在观察肌管时发现Akt对Ras/ MAPK/ERK的干扰仅针对分化后的肌管细胞，而对成肌细胞无影响[13]，即这种交叉作用只发生在特定阶段。同样在Kowno M等[15]研究中发现PHB促进多能胚胎干细胞增殖而抑制分化，主要抑制神经干细胞向神经元的分化，对向神经干细胞分化阶段无明显影响。由此猜想脂肪生成早期阶段细胞以克隆扩增为主，即Akt主要磷酸化Raf （Ser259），此特定阶段对MAPK/ERK信号通路无干扰而促进细胞增殖，PHB（Thr258）激活较少因而PI3K/Akt信号通路传导及细胞分化较弱；随后脂肪细胞分化增强，可能Akt主要激活PHB （Thr258），促进PI3K/Akt信号通路传导及细胞分化，Raf（Ser259）磷酸化少相对减弱了Ras/MAPK/ ERK信号通路的抑制作用而促进了细胞增殖。这是符合正常分化规律的表现，有丝分裂克隆扩增是否是脂肪细胞分化所必需尚存在争议，有丝分裂使DNA螺旋结构打开，便于转录因子与特定基因的转录调控区域结合，以启动随后分化所需的基因表达，总之细胞增殖也为快速分化打下基础。

研究发现人脂肪来源干细胞PHB表达上调，且脂肪细胞分化不是增强而是受抑，而缺乏胰岛素时PHB过表达促进了脂肪生成[1，16]，胰岛素抵抗类似胰岛素缺乏，所以也表现为脂肪生成增加及肥胖。进一步了解发现胰岛素抵抗时两条信号通路稳态被破坏，损伤了信号通路（尤其PI3K/Akt）[17]，PHB上调ERK促进信号经MAPK/ERK通路的传导及脂肪的生成[6]，ERK于胰岛素抵抗时抑制AKt活性，干扰PI3K/Akt信号通路[7，18]，Zick Y[18]同时也证实了ERK激活受体底物丝氨酸位点（Ser312）磷酸化而抑制酪氨酸的磷酸化引起胰岛素抵抗。总之，胰岛素抵抗时可能PI3K/Akt信号通路受损，PHB参与促进MAPK/ERK信号的传导致脂肪生成增加，最终引起肥胖。

脂肪分化中PHB对PI3K/Akt和MAPK/ERK信号通路的影响(图2)。

图2　脂肪分化中PHB对PI3K/Akt和MAPK/ERK信号通路影响的示意图

3.2PHB通过影响线粒体的生成来影响脂肪的分化在转基因小鼠模型中脂肪细胞PHB过表达引起的肥胖是由上调脂肪细胞线粒体生成所致[2]，Wilson-Fritch等研究[19]也证明脂肪分化与线粒体生成有关，线粒体保障了脂肪分化顺利进行。而低氧诱导脂肪分化也与线粒体相关，是通过影响线粒体活性氧的生成实现的[20]，而且研究[21]证实线粒体呼吸抑制剂如抗霉素A可完全阻止转录因子PPARγ与DNA的结合，影响脂肪生成。这些充分说明线粒体对脂肪形成极其重要。线粒体PHB由12-16对异源二聚体组成并呈环形栅栏样结构，利于维持线粒体结构及功能，其借助氨基端跨膜区锚定于线粒体内膜，羧基端位于膜间隙。PHB作为分子伴侣在线粒体复合体I和视神经萎缩蛋白（optic atrophy l protein，OPA1）的组装合成中发挥了重要作用。OPA1是线粒体融合和维持嵴所必需的，而OPA1的稳定性、线粒体融合、线粒体基因组的维持均依赖PHB，PHB功能缺失会导致线粒体破碎和OPA1的稳定性丧失[22]。Schleicher M[23]等研究中证明内皮细胞中敲除PHB基因后，线粒体氧化呼吸链中复合体Ⅰ受到抑制，阻断了电子传递，致ROS产生增加最终引发线粒体功能紊乱和细胞衰老。Carriere A等[24]证实线粒体ROS作用于C/ EBP转录因子亚型CHOP-10/GADD153来抑制脂肪细胞的分化。另外，PHB通过线粒体转录因子A （mitochondrial transcription factor A，TFAM）非依赖途径或者未定义的转录因子X稳定线粒体类核结构，而它维持线粒体DNA拷贝数的稳定则依赖TFAM途径[23]，mtDNA稳定性破坏终将引起线粒体功能障碍。所以PHB可以通过影响线粒体功能来调控脂肪的分化。

3.3PHB抑制PC来影响脂肪分化脂肪细胞分化伴随着脂肪合成，脂酸合成主要来源于乙酰CoA（全部在线粒体中生成），需借助PC与草酰乙酸反应生成柠檬酸通过柠檬酸-丙酮酸循环进入线粒体内膜，因此PC在脂酸合成和甘油三酯生成中必不可少。PHB是PC抑制剂，脂肪细胞质膜上的PHB作为脂筏蛋白增强了细胞间隙与线粒体联系，通过抑制PC来减弱胰岛素刺激产生的葡萄糖和脂肪酸的氧化[8]，提示PHB有促进脂质蓄积作用。因此可靶向作用于PHB来调控PC影响脂肪酸和甘油三酯的合成及影响脂肪分化。

4　展望

综上所述，PHB可以通过多种途径来调节脂肪分化，揭示了它在脂肪代谢中的重要角色，为肥胖症及高胰岛素症等疾病的治疗提供了新靶点。目前，它的临床价值已经被越来越多的学者所肯定，但其在脂肪分化过程中的作用研究较少，尤其是脂肪分化中调控PHB的因素有待于进一步研究和完善。

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中图分类号：R589.2

文献标识码：A

文章编号：1674-1129(2016)03-0314-04

DOI：10.3969/j.issn.1674-1129.2016.03.017

基金项目：国家自然科学基金项目(81560145；81060069；81160027)；江西省教育厅课题（GJJ14072）

作者简介：贺小丹，女，1986年1月生，硕士，临床检验诊断学，18797811259@163.Com。

通信作者：王伶，女，1971年12月生，主任技师，副教授，硕士研究生导师，研究方向：血小板免疫功能在微血管疾病中的作用。

(收稿日期2016-03-29；修回日期2016-05-25)