视黄酸对白色脂肪棕色化作用的研究进展

杜 岑，都 健

(中国医科大学附属第四医院第一内分泌与代谢病科，沈阳 110032)

随着生活方式的改变和生活水平的不断提高，越来越多的人深受肥胖困扰。肥胖不仅影响美观，还会引起各种心脑血管疾病及代谢性疾病的发生。人体内含有两种脂肪：白色脂肪和棕色脂肪。其中，白色脂肪主要通过三酰甘油的形式在能量储存中发挥作用，而棕色脂肪在能量消耗中发挥作用。近年来有研究者发现，白色脂肪中的“米色脂肪”能与棕色脂肪一样发挥作用，这种现象被称为“白色脂肪棕色化”[1]。白色脂肪棕色化的发现为治疗肥胖及相关疾病拓宽了思路。2012年，Boss和Farmer[2]提出白色脂肪棕色化过程受到许多转录因子和蛋白质的调节。近年来，已有研究证明视黄酸对白色脂肪棕色化有一定的作用[3]。作为维生素A的衍生物，视黄酸主要影响骨的生长和促进上皮细胞的增生、分化，其曾广泛应用于治疗寻常痤疮、银屑病等皮肤疾病，而其他作用尚不明确。现就视黄酸促进白色脂肪棕色化作用的研究进展予以综述。

1 脂肪组织与视黄酸

白色脂肪和棕色脂肪在结构、分布和功能上均存在很大的差别。①在白色脂肪细胞中，细胞质由一个大的脂滴构成，而棕色脂肪细胞中含有多个小的脂滴。②白色脂肪细胞中线粒体含量较少，而棕色脂肪细胞中线粒体含量多。③棕色脂肪组织血管更丰富，因而其受神经系统(交感神经系统)的支配较白色脂肪组织多。④白色脂肪组织主要分布在皮下、附睾、肠系膜、肾周等处，而棕色脂肪组织主要分布在颈部、肩胛间、肩胛下、主动脉周围、心脏等区域[4]。⑤白色脂肪组织主要在能量储存中发挥作用，而棕色脂肪组织因表达解偶联蛋白(uncoupling protein,UCP)1，拥有非寒战性产热的能力。且体内棕色脂肪组织含量越高，越能阻止代谢性疾病的发生[5]。⑥白色脂肪自出生后才开始出现，并受环境因素、饮食等的影响，如摄取高脂肪含量的食物会使白色脂肪生成增加[6]。棕色脂肪则与生俱来，并随着年龄的增长逐渐减少。2009年，Van Marken Lichtenbelt 等[7]证实棕色脂肪的数量越少，体质指数越大，皮下脂肪含量越多。因此，肥胖的发生与人体内棕色脂肪含量的减少密切相关。

UCP1是棕色脂肪的标志物，可通过检测UCP1来判断是否发生白色脂肪棕色化。早前研究发现，对UCP1的调控主要在转录水平[8]。UCP1基因的5′区域内有许多转录因子的结合位点，包括CCAAT/增强子结合蛋白调控位点、环腺苷酸反应元件及一些核受体过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)、视黄酸受体(retinoic acid receptors，RARs)和甲状腺激素受体的结合位点。这些基因调控元件及与其结合的转录复合物调节UCP1的转录。动物实验表明，反式视黄酸能影响脂肪组织与脂肪细胞的功能[9]。用缺乏视黄酸的食物喂养小鼠发现，UCP1的表达减少，而反式视黄酸能够促进UCP1在白色脂肪组织和棕色脂肪组织中的表达，也包括在棕色脂肪细胞系中的表达[10]。

2 视黄酸的功能和作用途径

2.1功能 视黄酸是维生素A人工合成或在体内代谢形成的中间产物，是维生素A的羧酸形式。其对人体的视力、繁殖、造血、胚胎发育和生长调节起重要作用。同时，视黄酸还能影响上皮细胞的增殖、分化，临床主要应用于治疗痤疮黑色素瘤、银屑病、鱼鳞病等皮肤疾病。啮齿类动物实验表明，视黄酸能使体温升高，提高胰岛素的敏感性，促进脂肪分解，从而使体重降低并能增加UCP1的表达[11]。超重和肥胖的个体显示，其血清中的视黄酸水平偏低，且饮食中视黄酸的摄入与肥胖的产生有密切关系[12]。如果视黄酸促进白色脂肪棕色化机制能得到进一步研究，其将在治疗肥胖、糖尿病和动脉粥样硬化等慢性疾病上取得突破。

2.2作用途径 视黄酸有多种同分异构体，根据其分子中极性基团和侧链结构的不同可分为全反式视黄酸、13-顺式视黄酸和9-顺式视黄酸等。 视黄酸通过单纯扩散的方式进入细胞内，与细胞视黄酸结合蛋白(cellular retinoic acid binding protein,CRABP)结合。CRABP分为两种：CRABP-Ⅰ和CRABP-Ⅱ，它们可以运载视黄酸在体内进行转运。其中，CRABP-Ⅰ将细胞质内的视黄酸转运至内质网，在内质网中被P450酶代谢，降解成非活性物质排出体外。剩下的视黄酸与CRABP-Ⅱ结合，被运载到细胞核内与相应受体结合发挥作用[13]。

视黄酸在体内有两种受体：RARs和类视黄醇X受体。每种受体均有3个不同的亚型，分别为α、β和γ[14]。这些核受体在白色脂肪和棕色脂肪中高度表达。有研究表明，除RARs和类视黄醇X受体外，肝细胞核因子4α、鸡卵白蛋白上游启动子转录因子Ⅱ和PPARβ/δ均能作为转录因子介导视黄酸的表达[15]。这为视黄酸促进白色脂肪棕色化提供了新方向。

3 视黄酸与白色脂肪棕色化

3.1视黄酸与脂代谢 视黄酸通过参与脂代谢促进白色脂肪棕色化的发生。大多数的全反式视黄酸是通过RARs与类视黄醇X受体形成的异二聚体发挥作用，形成的异二聚体结合到目的基因上的视黄酸反应元件来调节目的基因的表达[14]。许多参与脂代谢的蛋白质的基因编码是通过RARs途径在转录水平被调节。这些基因编码的蛋白质包括参与甘油异生和糖异生的限速酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和将饱和脂肪酸转化成单一不饱和脂肪酸的硬脂酰辅酶A脱氢酶1,及参与线粒体β氧化的中链酰基辅酶A脱氢酶等。视黄酸能上调这些参与脂代谢的蛋白质的基因在细胞内的表达，且能编码激素敏感性脂肪酶，参与脂肪细胞的分解。

新发现的脂质运载蛋白2(lipocalin 2,Lcn2)是脂肪来源的细胞因子，在调节通过非肾上腺素途径的适应性产热中起重要作用。进一步研究发现，Lcn2是视黄酸作用的靶基因，在Lcn2启动子区域有视黄酸反应元件，通过与其结合可促进脂肪组织中的Lcn2表达[16]。Lcn2在调节视黄酸代谢稳态及视黄酸介导的脂肪组织产热效应中起关键作用。如果Lcn2缺乏，脂肪组织中视黄酸的稳态将被破坏，同时由视黄酸诱导表达的RARs与类视黄醇X受体目的基因减少，最终导致UCP1和PPARγ协同刺激因子1的表达减少，从而使视黄酸对能量代谢及脂肪组织产热效应的影响被削弱。实验证明，用视黄酸喂养的实验组小鼠体重较对照组明显下降，而用视黄酸喂养敲除Lcn2基因的小鼠，视黄酸的作用被减弱[16]。

3.2视黄酸与PPAR作用 PPAR是核受体超家族中的一员，目前有3种亚型，分别为α、β/δ和γ。PPAR与人体代谢息息相关，参与了糖代谢、脂肪代谢等。其中，α和γ在脂肪组织中存在。而视黄酸通过分别与PPAR的3种亚型作用影响白色脂肪棕色化的发生。

在肝细胞内，PPARα的激活剂和视黄酸通过结合靶基因启动子的PPAR反应元件调节脂肪酸的分解代谢。这些靶基因包括编码肉毒碱携带体的基因和编码乙酰辅酶A氧化酶的基因。同时，PPARα受体与RARs协同作用可以进一步增加UCP1和UCP2的表达。此外，PPARα促使白色脂肪棕色化有可能需以激活促分裂原活化的蛋白激酶为前提[17]。但目前的研究仅限于动物实验，在人类的脂肪细胞中并无相应结果。

有研究发现，视黄酸抑制肥胖和胰岛素抵抗的机制在于激活PPARβ/δ和RARs受体[18]。Berry和Noy[18]以小鼠为模型研究视黄酸是否能抑制肥胖和胰岛素抵抗。他们将实验小鼠以高脂高糖饮食喂养16周后分为两组，分别以高脂高糖饮食和视黄酸喂养，结果发现经视黄酸治疗的小鼠体重减轻，且减轻的主要为腹腔和腹股沟的白色脂肪组织质量。该实验发现，视黄酸通过诱导PPARβ/δ和RARs能表达靶基因乙醛脱氢酶9、3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1、人血管生成素样蛋白4、UCP1、UCP3和脂肪分化相关蛋白参与脂肪代谢。其中，乙醛脱氢酶9作为PPARβ/δ和RARs诱导表达的靶基因在脂肪酸氧化中起重要作用。而其他基因编码的蛋白质(3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1)可参与胰岛素反应。人血管生成素样蛋白4，作为一个脂肪因子可以调节激素敏感性酯酶和UCP1等。

在脂肪前体细胞中，视黄酸通过激活CRABP-Ⅱ/RAR途径抑制脂肪细胞的分化，从而调节新脂肪细胞的形成。在成熟的脂肪组织和肌肉中，视黄酸既能激活CRABP-Ⅱ/RAR途径，又能激活脂肪酸结合蛋白5/PPARβ/δ途径，从而促进脂肪氧化和能量的利用。此外，视黄酸还能与PPARβ/δ和RARs受体协同表达靶基因参与脂肪组织的分解代谢并促进UCP1的表达，使白色脂肪棕色化。

视黄酸不仅能与PPARα、β/δ协同表达促进白色脂肪棕色化，对PPARγ也有一定的作用。目前发现的治疗糖尿病的药物——格列酮类，主要通过激活PPARγ起作用，其主要通过增加靶组织对胰岛素作用的敏感性来降低血糖，改善血脂谱等。Wener等[19]研究发现，PPARγ激动剂不仅能减轻血管炎症反应，对改善动脉粥样硬化也有一定作用。同时他们还发现，小鼠在经PPARγ激动剂治疗6周后，PPARγ激动剂表达的目的基因信使RNA如乙酰辅酶A氧化酶、脂肪酸结合蛋白3、肉毒碱棕榈酰转移酶在肝脏的表达增加。这些基因减少了肝内脂肪并提高靶组织对胰岛素作用的敏感性。在PPARγ激动剂刺激后，人体内白色脂肪组织中的UCP1、PPARγ协同刺激因子1α表达明显增加，即白色脂肪棕色化，这种改变在腹股沟处的白色脂肪组织最为明显，而在附睾处程度最轻[20]。在白色脂肪和棕色脂肪细胞的生成和分化过程中，PPARγ是一种必不可少的转录因子。研究发现，PPARγ是否乙酰化也与白色脂肪棕色化有密切联系[19]。PR结构域蛋白16是棕色脂肪发育的决定因子。在PR结构域蛋白16与PPARγ形成转录复合物的过程中[21]，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖去乙酰化酶使PPARγ的Lys293和Lys268位点去乙酰化，促进白色脂肪棕色化发生[6]。在PPARγ结合棕色脂肪基因时，一种Fbox蛋白早期B淋巴细胞因子2可作为辅助因子正向调节其活性[22]。此外，PPARγ不仅可以激活棕色脂肪基因表达，还能通过抑制白色脂肪基因表达参与白色脂肪棕色化过程[23]。

3.3视黄酸与血管生成 视黄酸除了与体内相关受体结合影响相关脂肪因子从而促进白色脂肪棕色化外，Wang等[24]研究还发现，母体内视黄酸能通过促进血管生成影响后代棕色脂肪的生成。给予母体一定的视黄酸能够上调血管内皮生长因子受体2的表达，从而促进血管生成。将研究小鼠暴露于寒冷刺激下发现，小鼠体内的白色脂肪和棕色脂肪组织中的血管生成增加，若阻断血管内皮生长因子受体2，能够使寒冷诱导下的新生血管失活且损害脂肪组织非寒战性产热的能力[24]。虽然目前米色脂肪细胞是否是由新生成脂肪生成或是从现存的脂肪细胞转变而来还存在争议[25-26]，但血管内皮上的原始细胞能够分化成米色脂肪细胞已被证实[27-29]。

肥胖和糖尿病能够损害脂肪组织干细胞血管生成的潜力[30-31]。视黄酸通过过度表达血管内皮生长因子刺激血管生成，从而促进脂肪组织产热并防止饮食导致的肥胖[31]。因此，实验得出视黄酸通过促进血管系统发育影响白色脂肪棕色化[32]。

4 小 结

视黄酸不仅能通过与视黄酸相关受体及PPAR结合促进UCP1表达，还能促进血管生成影响脂肪组织的生成，进而促进白色脂肪棕色化。棕色脂肪一直是减肥药物的研究方向。但因人体内棕色脂肪含量少，所以限制了其作为减肥药物开发的前景。白色脂肪棕色化能增加体内能量的消耗，进而影响体重，并降低代谢性疾病的发生风险。越来越多的证据表明，维生素A的衍生物视黄酸可促进白色脂肪棕色化的发生[33-35]。视黄酸不仅能通过增加白色脂肪和棕色脂肪等组织的脂肪动员和能量利用减少脂肪形成，还能抑制胰岛素抵抗和炎症发生。此外，视黄酸中的反式视黄酸还能通过影响脂肪和能量代谢来调节能量平衡和治疗肥胖。目前，视黄酸对白色脂肪棕色化影响的研究尚处于初期阶段。视黄酸参与白色脂肪棕色化的分子机制尚不完善。在人类的脂肪细胞研究中，并没有发现反式视黄酸能促进UCP1基因的表达，这个研究结果有待进一步证实[36]。食物中含有丰富的维生素A，其在体内能够代谢成视黄酸。因此，未来可通过进一步研究食物疗法解决肥胖问题。