脂肪酸转位酶在脂代谢中作用机制研究进展

孔莫维 高宇

(承德医学院 1研究生院，河北 承德 067000；2附属医院内分泌科)

脂肪酸(FA)是产生细胞能量的主要来源，特别是在肝脏、肌肉和心脏中，是构成生物膜磷脂的一部分，可共价连接到特定蛋白质以调节其功能，如在蛋白质磷酸化的调节和修饰基因表达等事件中起作用。在血浆和细胞间质中，脂肪酸与白蛋白紧密结合，而在细胞内，脂肪酸与脂肪酸结合蛋白(FABP)结合。然而，脂肪酸如何穿过质膜进入可溶性细胞质尚不完全清楚，因为关于脂肪酸摄取过程中的限速步骤及膜相关蛋白在何种程度上促进调节细胞脂肪酸摄取的问题尚存在争议〔1，2〕。脂肪酸转位酶(FAT/CD36)在促进长链脂肪酸摄取和氧化中的作用受到广泛关注，被定位为FA代谢的关键参与者〔3〕。研究表明，FAT/CD36可增加胰岛β细胞的脂肪酸摄取〔4〕。FAT/CD36是一种B级清道夫受体，显示出对长链FA的高亲和力〔5〕，并将FA浓缩在特定的质膜结构域内并增加脂肪酸的可用性以用于随后的膜易位。本文对FAT/CD36在脂代谢中的作用机制及研究进展进行综述。

1 脂肪酸摄取的研究进程

从20世纪80年代早期开始，关于膜相关蛋白是否参与实质细胞摄取脂肪酸就存在争议。细胞摄取脂肪酸的过程，对蛋白质介导的质膜转运抑制剂敏感，并对竞争性抑制敏感。此外，抑制剂可通过对膜双层结构组织的影响间接作用于脂肪酸摄取，脂肪酸竞争实验也可通过脂肪酸与白蛋白和质膜FABP结合水平的竞争来解释，而不是膜相关蛋白。然而，从生理学的角度来看，脂肪酸进入或离开细胞而不受膜控制是不合理的，因为这严重妨碍脂肪酸在细胞内的可用性与代谢需求的变化的协调〔1〕。

从20世纪80年代中期开始，几个研究小组报道了几种参与细胞摄取脂肪酸的膜蛋白，其中包括FABP、脂肪酸转运蛋白、小窝蛋白和FAT/CD36〔6〕。脂肪酸转运蛋白即是酰基辅酶A合成酶，通过将进入的脂肪酸直接转化为它们的酰基CoA酯而起到细胞脂肪酸摄取的作用〔6〕。而FAT/CD36是Abumrad等〔7〕对离体大鼠脂肪细胞摄取脂肪酸的研究发现的跨膜糖蛋白。这是一种最初在血小板中普遍存在的蛋白质，参与脂肪酸的膜渗透。对于靶向敲除FAT/CD36的小鼠的研究，得到了FAT/CD36有利于细胞脂肪酸摄取的有效证据。与野生型小鼠相比，FAT/CD36敲除小鼠体内心脏脂肪酸摄取率降低50%～80%，骨骼肌降低40%～75%，和脂肪组织降低60%～70%但在肝脏中没有降低，因为FAT/CD36在肝脏中表达缺失或非常低〔8〕。这些脂肪酸摄取的减少也导致脂肪酸代谢率改变，特别是在心脏和骨骼肌中的脂肪酸氧化。

2 FAT/CD36

FAT/CD36 是清道夫受体家族成员之一，它的羧基(C) 端和氨基(N) 端各有一个连续的疏水氨基酸区，其胞外区高度糖基化，与胞内信号传递有关，是结合氧化低密度脂蛋白等的主要结构域〔9〕。

FAT/CD36 是一种脂肪酸转运蛋白，通过其识别长链脂肪酸(LCFA)的能力，促进细胞内游离脂肪酸的积累，在能量代谢中具有调节作用。其蛋白表达水平与脂肪酸吸收障碍和胰岛素抵抗有关。现已发现FAT/CD36与糖尿病、动脉粥样硬化、血脂异常和胰岛素抵抗有关，国外研究也证实，FAT/CD36基因单核苷酸多态性与2型糖尿病显著相关〔10〕。FAT/CD36的高表达会导致肌纤维对游离脂肪酸的高摄取及胞内三酰甘油的蓄积。Wallin等〔11〕证明在β细胞中增加FAT/CD36的表达导致脂肪酸摄取增加并导致代谢和功能改变。反之，LCFA也诱导FAT/CD36介导的信号，影响FA氧化〔12〕。

动物实验发现FAT/CD36 作为腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)/乙酰辅酶A羧化酶(ACC)信号通路的上游信号分子，通过调节 AMPK/ACC信号通路的活性来对骨骼肌脂肪酸氧化代谢水平进行调控〔13〕。FAT/CD36可能作为肉碱棕榈酰转移酶1的下游蛋白来调节LCFA的氧化。FAT/CD36在线粒体有氧氧化过程中发挥着重要作用，当FAT/CD36在小鼠骨骼肌中过量表达时，则使血浆三酰甘油和LCFA浓度显著下降，肌细胞摄取脂肪酸的速率大幅度提高〔14〕。也有研究表明，FAT/CD36不仅是一种脂肪酸转运蛋白，而且还与代谢应激条件下的信号级联相关。因此，FAT/CD36将是糖尿病病症中的重要治疗靶标。

3 FAT/CD36转运脂肪的分子机制

FAT/CD36目前被认为是促进脂肪细胞、肠细胞、心肌细胞和骨骼肌细胞脂肪酸转运的主要膜蛋白〔15～17〕。关于细胞脂肪酸摄取的分子机制，在细胞外部位FAT/CD36 最有可能作为脂肪酸的受体起作用，促进脂肪酸分配到脂质双层的外部小叶，然后从膜外扩散到膜内。这一过程发生得非常快，不需要膜蛋白的帮助。在进入膜内后，脂肪酸将与细胞质FABP结合，这是整个跨膜转运的限速步骤。在细胞内，FAT/CD36可通过为FABP或作用于脂肪酸的酶(如酰基辅酶A合成酶)提供停靠位点来促进转运。在细胞外位点FAT/CD36 显示出在蛋白质层面与FABP的相互作用，表明膜蛋白质簇在促进和调节细胞脂肪酸摄取中起作用。细胞质中FABP是FAT/CD36正常功能所必需的，因为缺乏细胞质FABP的大鼠心肌细胞系(H9c2)中FAT/CD36 的转染不会增加脂肪酸摄取率。

除了作为跨膜脂肪酸转运的促进剂之外，FAT/CD36 也参与调节细胞脂肪酸摄取的速率。FAT/CD36通过由胞内到质膜的可逆转运发生脂肪酸转运的调节以增加脂肪酸摄取。如在心肌和骨骼肌中，肌肉收缩的增加或胰岛素的作用都会在几分钟内刺激FAT/CD36从胞内转移到肌纤维膜，从而使脂肪酸摄取增加。收缩诱导的FAT/CD36易位由AMP激活的激酶介导。胰岛素诱导的易位由磷酸肌醇3激酶介导〔18〕。值得注意的是，这种通过循环FAT/CD36 调节细胞脂肪酸摄取的机制非常类似于细胞葡萄糖摄取调节，其在心脏和骨骼肌中涉及葡萄糖转运蛋白(GLUT4)从细胞内转运到了肌膜。肌肉收缩或胰岛素刺激增加后，FAT/CD36 和GLUT4同时聚集到肌纤维膜中，导致脂肪酸和葡萄糖的摄取率增加〔18〕。这种FAT/CD36 再循环也发生在人类骨骼肌和脂肪组织中。

4 FAT/CD36表达的转录控制

FAT/CD36在具有高脂肪酸代谢能力的组织中作为脂肪酸转运促进剂的作用，取决于机体发育、荷尔蒙和环境条件。FAT/CD36 在肠道中高表达，也在内皮细胞、肺细胞、血小板和巨噬细胞中表达，其表达同样与脂肪酸摄取和氧化低密度脂蛋白的结合有关。FAT/CD36 表达受核过氧化物酶体增殖激活受体(PPAR)的激动剂以组织特异性方式调节。PPARs是由多种分子激活的转录因子家族，包括脂肪酸和脂肪酸代谢物，并调节与不同细胞类型中的代谢、炎症、增殖和分化有关的多种基因的转录〔19〕。PPARα主要在高脂肪酸氧化率的组织(肝脏、心脏、骨骼肌、肾脏和棕色脂肪组织)中表达，并且调节参与脂肪酸分解代谢的蛋白质的表达，PPARγ主要在白色脂肪组织中表达，是脂肪生成的关键调节剂。PPARβ/δ具有更广泛地组织分布，特别是在禁食和耐力运动期间在骨骼肌中高度表达〔20〕。PPARs可通过与类视黄醇X受体形成异二聚体并通过DNA结合结构域与靶基因的启动子或转录区域中的过氧化物酶体增殖物反应元件序列结合，直接调节靶基因的转录〔20〕。

脂肪酸，尤其是长链脂肪酸，被认为是PPARs的天然配体，各种脂肪酸代谢物，如酰基辅酶A酯、氧化脂肪酸和类二十烷酸，也会激活PPAR〔21〕。心脏PPARα的激活和骨骼肌PPARα的激活导致参与脂肪酸线粒体氧化的各种蛋白质和酶的协调表达增加，包括参与细胞脂肪酸摄取的蛋白质，即FAT/CD36和FABPc的上调。通过这种方式，FAT/CD36促进脂肪酸的细胞内可利用性，对其自身的从头合成产生积极影响。在心肌中，FAT/CD36和核受体PPARα在控制心脏脂肪酸利用中的关键作用可从以下观察中得到证实:PPARα-敲除小鼠显示心脏脂肪酸利用能力下降，PPARα在小鼠中的心脏特异性过表达导致脂肪酸摄取和利用增强，而过量表达PPARα的小鼠中FAT/CD36的缺失可防止心脏脂肪增加酸利用〔22〕。

5 FAT/CD36和脂质代谢的病理生理学

几种慢性疾病的特征在于脂肪酸或脂质代谢紊乱。如肥胖与葡萄糖和脂质代谢的紊乱有关，导致动脉粥样硬化血浆脂质特征和有害的三酰甘油在非脂肪组织如肝、心脏和肌肉中的积累(异位脂质积聚)。因此，肥胖个体患胰岛素抵抗的风险很高，这可能进一步导致2型糖尿病和心血管并发症，如急性心肌梗死和糖尿病性心肌病〔23～25〕。由于其在脂肪酸过量供应的脂质代谢改变中的关键作用，FAT/CD36 已涉及肥胖诱导或高脂肪饮食诱导的异位脂质积累和胰岛素抵抗的病因学，并且已被建议作为目标用于治疗干预〔26，27〕。

脂肪酸向心脏或肌肉的慢性过量供应引发FAT/CD36循环的变化，导致该转运蛋白从内体到肌纤维膜的永久性重新定位。在大鼠中，这种变化非常迅速，即在高脂肪摄食开始后2～3 d内，肌细胞脂肪酸摄取率增加〔28〕。然后，脂肪酸不仅成为能量产生的主要代谢底物，而且还导致三酰甘油、二酰甘油和神经酰胺在肌细胞内形成。后两种脂肪酸代谢物抑制胰岛素信号传导并损害葡萄糖转运蛋白GLUT4从内体到肌膜的转运，导致葡萄糖摄取降低并降低葡萄糖向糖原的掺入。这时心脏或肌肉已经形成胰岛素抵抗并显示出收缩功能受损〔28〕。但这个阶段反而使脂肪酸摄取增加，形成脂质诱导的胰岛素抵抗和进一步损害心脏功能的恶性循环。总之，FAT/CD36在由于脂质过载引起的胰岛素抗性发展的早期阶段已经发挥了重要作用。实际上，磺酸-N-琥珀酰亚胺油酸酯对FAT/CD36的特异性抑制或FAT/CD36的缺失可防止高脂肪饮食诱导的胰岛素抵抗和心脏收缩功能障碍〔29〕。最近的研究表明，在喂食高脂肪饮食的大鼠中观察到内体碱化，由于抑制液泡型H+-腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的质子泵活性，增加的FAT/CD36易位至肌膜是由内体的碱化引起的〔27〕。

6 对FAT/CD36代谢机制研究的最新进展

目前的研究旨在进一步破译FAT/CD36相关的信号通路及FAT/CD36控制的囊泡运输和细胞骨架网络蛋白，如心肌中FAT/CD36和GLUT4易位所必需的囊泡相关膜蛋白。有研究认为FAT/CD36的促进作用不仅受蛋白质的细胞内循环控制，还受各种类型的翻译后修饰控制，特别是棕榈酰化、N-糖基化和泛素化〔30〕。此外，有研究指出FAT/CD36能作为O-连接的N-乙酰葡糖胺的靶标，经过修饰诱导的FAT/CD36转移至心肌膜，增加肌细胞脂肪酸摄取和脂肪酸氧化的速率〔19〕。

FAT/CD36介导的信号传导对于诱导关键乳糜微粒的表达很重要 。FAT/CD36介导胰高血糖素样肽2，在仓鼠和小鼠中有增强肠道脂肪酸吸收和乳糜微粒产生的作用，而在FAT/CD36-/-小鼠中不存在胰高血糖素样肽2效应。FAT/CD36对于乳糜微粒产生很重要，在FAT/CD36-/-小鼠中产生的肠脂蛋白小于35%并且表现出对其血液清除的延迟。FAT/CD36的内化和降解似乎是诱导乳糜微粒形成的关键蛋白所必需的〔31〕。

内皮细胞的特异性FAT/CD36缺失表明FAT/CD36对血管健康很重要，突显出其在内皮细胞在引发肠道炎症中的潜在作用 。最近的研究结果揭示了FAT/CD36在维持上皮屏障完整性方面的特殊作用。这种作用与脂质摄取和代谢中的作用不同，它可能表明肠道中的FAT/CD36功能障碍可增加肠道对脂肪处理异常导致炎症的易感性〔32〕。

FAT/CD36基因中的单核苷酸多态性与脂质代谢异常和人类代谢综合征风险有关。最近一项研究发现，降低FAT/CD36表达的FAT/CD36 单核苷酸个体在摄入高脂肪膳食后会增加餐后血脂水平〔33〕。另外，DNA甲基化证明了大幅度降低FAT/CD36表达位点与血浆中高三酰甘油和低密度脂蛋白相关，这表明FAT/CD36的表观遗传调控在脂质代谢异常中有潜在作用〔33〕。患有中FAT/CD36缺乏的人的餐后脂质改变可能有助于研究FAT/CD36单核苷酸与糖尿病相关心血管疾病和代谢综合征风险之间的联系〔33〕。

最近报道了FAT/CD36-/-小鼠可免于受到高胆固醇饮食的影响而患胆结石〔34〕，这表明FAT/CD36在胆管中对胆固醇转运和分泌有调节作用。在高胆固醇饮食喂养小鼠的肝脏脂质含量中未发现总胆固醇或游离胆固醇含量的差异，但显示FAT/CD36-/-小鼠肝脏中胆汁酸含量增加。随着牛磺酸氨基乙酸浓度的增加，FAT/CD36-/-小鼠的胆汁脂质分泌发生改变，疏水性降低FAT/CD36-/-小鼠的胆囊收缩能力下调，可导致更频繁的胆汁排空和胆汁疏水性降低，这解释了FAT/CD36缺失的保护作用。而肠道和肝脏特异性FAT/CD36缺失均未显示出对LD诱导的胆结石形成的保护作用〔34〕。

综上，越来越多的证据支持清道夫受体FAT/CD36在关键代谢途径中引发深刻变化的突出作用。此外，其在循环、消化、运动等系统中的分布与其在葡萄糖稳态和线粒体活性的相关功能的潜力，有待于进一步研究。