G蛋白偶联受体120在动物脂代谢及免疫调节中作用的研究进展

申青怡，杨晓静

(南京农业大学动物医学院，江苏 南京 210095)

近年来，随着脂质代谢紊乱相关疾病的日益增加，脂肪酸的作用备受关注[1]。脂肪组织的主要作用是缓冲身体保护器官和储存能量，在需要时释放游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)为身体供能。FFA不仅是能量的重要来源，同时也是一种信号分子，能够介导相关信号通路，对体重调节和免疫功能发挥重要作用[2-3]。脂肪酸可以分为短链，中链及长链脂肪酸。细胞膜上的G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor，GPR)是这些脂肪酸的特异性受体，目前主要有研究的是GPR40、GPR41、GPR43以及GPR120[4]，其中短链脂肪酸是GPR41和GPR43的激动剂，中长链脂肪酸可激活GPR40和GPR84。以往的研究表明，GPR120会被C14～C18的饱和长链脂肪酸及C16～C22的不饱和长链脂肪酸激活[5]。

在过去十年的许多研究表明，GPR120与体内许多生理过程均有着密切的联系，包括脂肪生成，抗炎过程，葡萄糖的摄取和胰岛素敏感性以及激素的分泌等。因此，近年来越来越多的研究开始把GPR120作为一个药物靶点[6-7]。在主要畜禽包括奶牛、猪、鸡体内都检测到GPR120的表达，所以研究GPR120作为靶点在调节畜禽代谢、抗炎等方面具有重要价值。

1 GPR120的生物学特性

GPR120又称为游离脂肪酸受体4(free fatty acid receptor 4，FFAR4)，立体结构包含由α 螺旋组成的7 个跨膜结构域，可以被多种长链不饱和脂肪酸所激活。前期的研究表明，与GPR120相关的信号通路主要有两条：一条是GPR120与其下游的G蛋白α亚基q/11(Gαq/11)偶联，激活细胞分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)和磷脂酰肌醇激酶(phosphatidy-linositol kinase，PI3K)以及Ca2+离子信号通路，从而引起细胞内一系列的反应，如抑制细胞凋亡，促进脂肪细胞生成分化，促进糖摄取等[8]；另一条信号通路是GPR120与β抑制蛋白(β-arrestin2)结合内吞进入胞内，通过磷脂酶C细胞分裂素原活化蛋白激酶信号通路(PLG-MAPK)来调节细胞的增殖及凋亡[9]。研究表明，如果配体或者激动剂持续刺激受体时，GPR120又会启动负反馈机制，引发受体的失敏[10-11]。

GPR120被证实在哺乳动物中内源性表达，包括舌、肌肉、小肠、淋巴细胞等均有分布，其中在脂肪细胞中GPR120的表达很高[12]。

2 GPR120在动物脂代谢中的作用

脂肪组织是体内三酰甘油(TG)和FFA代谢的重要场所。在维持体内葡萄糖稳态、脂肪形成等功能和细胞增殖等生理过程中发挥重要的作用[13]。

2.1 GPR120在脂肪形成和分解中的作用

GPR120在前脂肪细胞中不表达，但在白色脂肪细胞及棕色脂肪细胞中的表达很丰富。作为脂肪形成的正调控因子，GPR120能够刺激前脂肪细胞分化，促进白色脂肪向棕色脂肪的转化，增强脂肪细胞中的葡萄糖摄取，并具有抗炎抗脂解的作用，还能提高脂肪组织对胰岛素的敏感性，在缓解二型糖尿病中发挥重要作用[12-14]。

在诱导3T3-L1细胞分化为脂肪细胞期间，GPR120的表达随脂质在细胞中的积累而增加。前期研究通过siRNA使GPR120基因缺失，抑制了3T3-L1细胞和小鼠胚胎成纤维细胞中成脂基因的表达和脂质积累[15]。GPR120与Gαq/11结合会引起细胞内钙浓度的增加和细胞外调节蛋白激酶1/2(extracellularregulated protein kinase1/2，ERK1/2)级联的磷酸化，ERK1/2和钙浓度的增加在脂肪形成中均起关键作用，并且通过加入激动剂TUG891和钙离子的螯合剂或ERK1/2抑制剂的联合使用可以抑制脂肪形成[12]。这些数据表明，GPR120可能与脂肪组织的发育和代谢密切相关，同时受体的特殊分布也反映着GPR120的关键功能。

脂肪细胞中脂代谢过程中有2个重要的调控基因，分别是过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptors γ，PPARγ)和固醇调节元件结合蛋白1c(SREBP-1c)[16]。在脂肪细胞分化的过程中，GPR120与PPARγ可能进行着十分重要的相互作用。有研究发现，GPR120基因的敲除可降低PPARγ和成脂标记基因脂肪酸结合蛋白4(fatty acid-binding protein 4，FABP4)的表达。在缺乏GPR120基因的小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryo fibroblast，MEF)诱导的脂肪细胞中，与脂肪形成相关的基因(包括PPARγ和FABP4)表达减少[17]。此外，PPARγ激动剂曲格列酮已经被证明可以增加GPR120基因mRNA表达[18]。

脂肪酸的过量摄入和堆积，是导致近年来肥胖率快速增加的重要原因。Satapati等[19]通过向肥胖大鼠灌服GPR120的选择性激动剂，检测血浆中FFA的水平，发现血浆中FFA的水平显著降低，表明GPR120的激活直接抑制了脂解的作用。

Cintra等[20]发现，向肥胖的小鼠脑室注射了不饱和脂肪酸后，大鼠通过增加肉毒碱棕榈酰基转移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1，CPT1)和硬脂酰辅酶A去饱和酶1(stearoyl-Co A desaturase 1，SCD1)基因的表达，减少对食物的摄入从而减轻体重。同时GPR120被激活后，脂肪酸的合成代谢会被抑制，脂肪堆积相应变少，体重也会减轻。

2.2 GPR120在白色脂肪棕色化中的作用

白色脂肪棕色化显示出了其对机体代谢的正面影响，包括缓解饮食诱导的肥胖、增强机体消耗能量的能力、改善胰岛素抵抗等，可能可以作为治疗与肥胖相关代谢性疾病的重要思路。

已有研究揭示了GPR120激活棕色脂肪组织的机制。GPR120的激活诱导棕色和白色脂肪细胞释放成纤维细胞生长因子21(FGF21)，并增加血液FGF21的水平。在无FGF21的小鼠和细胞中，GPR120激活对棕色脂肪组织的激活和褐变的影响减弱。因此，脂质传感器GPR120通过FGF21诱导的机制激活棕色脂肪[21]。有关鱼油的研究显示，在啮齿动物中，鱼油可以起到减少脂肪沉积的作用。体外研究表明，鱼油中富含二十碳五烯酸(eicosapentenoic acid，EPA)，可诱导棕色脂肪细胞中热基因的表达，并促进白色脂肪细胞分化为米色脂肪细胞，燃烧卡路里，减少储存[22]。

3 GPR120在动物免疫调节中的作用

各种代谢性疾病如肥胖会引起慢性炎症，GPR120在这些与免疫功能相关的疾病上也起着至关重要的调节作用。GPR120由巨噬细胞表达，巨噬细胞有两种表型：促炎性的M1型，以及抗炎性的M2型。同时GPR120还可以调节巨噬细胞的功能[17]。

3.1 GPR120参与抗炎的主要机制

Oh等[17]研究表明omega-3不饱和长链脂肪酸激活巨噬细胞中的GPR120，其主要机制涉及β-arrestin2和GPR120的相互作用。GPR120与β-arrestin2的复合物又能与转化生长因子激活激酶结合蛋白(TAK1-binding protein 1，TAB1)结合，抑制了转化生长因子激活激酶(TGF-activated kinase 1，TAK1)所介导的c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)和核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)的炎症通路，从而抑制炎症的发生[20]。

ω-3不饱和脂肪酸通过GPR120受体介导表现出抗炎症反应，其潜在的机制可能与TOLL样受体(toll-like receptors，TLR)的相关作用有关，激活 GPR120 能特异性抑制转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGFβ)激活激酶的磷酸化，为抑制TLR和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-a，TNF-a)信号提供了通用的机制[17]。

同时也有研究显示，EPA可以减弱3T3-L1脂肪细胞中棕榈酸酯诱导的炎症基因表达并增加NF-κB磷酸化。在GPR120下游信号分析中，发现EPA降低了棕榈酸酯诱导的TAK1/TAB1复合物表达的增加。EPA的补充使基质血管部分中的巨噬细胞表型从M1型变为M2型，增强机体的抗炎功能[14]。

GPR120在脂肪组织中充当ω-3不饱和脂肪酸的传感器，可触发有益的抗炎作用。白色脂肪组织可以起到内分泌器官的作用，并释放出许多促脂或促炎状态的脂肪因子。近年来，研究者们越来越关注脂肪组织巨噬细胞(adipose tissue macrophages，ATMs)在肥胖中的作用以及在脂肪组织中激活的炎症途径中ATM的功能。在ω-3多不饱和脂肪酸治疗的情况下，野生型小鼠中M1型巨噬细胞数量减少，而M2巨噬细胞中M1巨噬细胞半乳糖C型凝集素1(MGL1)的数量显着增加，但GPR120缺陷型小鼠则没有该表现[17]。此外，GPR120还加速了M2巨噬细胞的极化，促进了脂肪组织中抗炎状态的形成。GPR120的基因缺陷消除了ω-3不饱和脂肪酸的这些作用[10,17,23]。这些结果表明，ω-3不饱和脂肪酸激活GPR120在体内通过抑制巨噬细胞诱导的组织炎症反应，发挥了有效的胰岛素增敏和抗糖尿病作用。

3.2 GPR120在肿瘤治疗方面的作用

迄今为止，GPR120还在治疗肿瘤方面有很多的研究报道。肿瘤及癌症的发生往往与GPR的失调有很大关系。近年来的研究发现，M1型巨噬细胞具有杀肿瘤活性，而M2巨噬细胞则促进组织修复和血管生成[24]，还有证据显示其可能会促进肿瘤的发生发展[25]。

Liang等[26]发现宿主GPR120在摄入ω-3不饱和脂肪酸的饮食的抗癌作用中起着核心作用，这种作用可能是通过减少M2样肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)的数量和功能来实现的。

Liu等[27]使用激动剂TUG-891和ω-3不饱和脂肪酸，发现GPR120在抑制前列腺癌细胞(DU145)增殖中有潜在作用。对于食道癌的研究也发现，GPR120可以通过对NF-κB等信号通路以及各种炎症因子的影响来调控癌细胞的功能[28]。

4 GPR120相关激动剂的研究

GPR120近年来已经成为了研究者们的新宠儿，作为一个潜在治疗脂质代谢紊乱相关疾病例如肥胖、2型糖尿病的靶点，它的前景不可估量。同时，通过激活配体，GPR与G蛋白和β-arrestin结合，通过下游途径转导信号，调节一系列细胞内代谢。GPR120对中长链多不饱和脂肪酸，尤其是n-3 PUFA表现出强烈的反应。

激动剂是一类能增强另一种分子活性、促进某种反应的药物或分子。GPR120的激动剂分为内源性及外源性。内源性激动剂包括α-亚麻酸(α-Linolenic acid，ALA)、EPA、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)等长链不饱和脂肪酸。非内源性激动剂包括TUG-891、GW9508、cpdA、GSK137647A等。TUG-891是GPR120高效特异性的激动剂。GPR120激活后会迅速发生磷酸化，分泌GLP-1，调节血糖，进而抑制促炎性细胞因子的分泌。GW9508通过刺激GPR120，经过Gαq/11通路使得细胞内的钙离子发生去极化，并诱导胰岛素的分泌。cpdA能高度识别GPR120受体并配对，能够发挥强大的抗炎功能[29]。GSK137647A在动员Ca2+方面，对FFA4的选择性非常高[30]。

5 GPR120在畜禽上的研究

目前有关GPR120在猪上的研究并不多，仅有的研究主要集中在GPR120的表达情况以及其转录调控上。研究表明转录因子C/EBPβ对猪GPR120基因表达具有调控作用[31]。Wang等[32]分析了猪GPR120在发育过程中的甲基化模式。在猪母体妊娠期肥胖的条件下，GPR120的表达受到影响，并引发胎盘的功能异常[33]。GPR120在猪的脂肪、肌肉、肝脏等均有分布[34]。在集约化养殖环境中，畜禽受到来自环境及饲养管理的各种刺激，时间一长，则会不可避免地产生应激反应。长期应激对猪等动物体内指标的研究显示，其体内FFA含量在应激条件下明显升高，应激状态下畜禽GPR120的生物学功能发挥了怎样的作用还有待于进一步研究。

李莹等[35-36]研究GPR120对奶牛脂肪细胞脂代谢的调节作用上，发现在体外培养的奶牛脂肪细胞中，GPR120可以促进脂肪细胞的脂合成，抑制其脂解。Agrawal等[37]发现以GPR120为代表的GPR可能会成为监测围产期奶牛代谢和免疫力的靶标。GPR可能间接影响肝脏中脂肪的积累，导致反刍动物在产犊前的代谢紊乱。Sawamura等[38]研究GPR120在鸡口腔组织脂肪酸传感中的作用，他们从含有味蕾的鸡肉上克隆出了GPR120，确定油酸和亚油酸是鸡的GPR120激动剂，并发现鸡GPR120是鸡体内功能性脂肪味觉受体之一。

6 总结与展望

近年来的许多研究都表明，在脂肪细胞发育和代谢过程中，GPR120的表达及激活能促进脂肪代谢，对改善脂质代谢紊乱相关疾病有重要作用。在免疫调节方面，不饱和脂肪酸通过巨噬细胞中的GPR120抑制炎症的发生，同时GPR120充当ω-3不饱和脂肪酸的传感器，起抗炎作用。激活GPR120的优势作用十分明显，目前也有较多关于GPR120激动剂的研究。在畜禽生产实际中，人们常常在日粮中添加各种脂类或者功能性脂肪酸，有关畜禽长链脂肪酸受体GRP120功能的研究也受到广泛关注。GPR120有望成为调节畜禽代谢和增强免疫功能的重要靶点。