周脂素基因表达调控及运动对其的影响

邱烈峰 肖 爽

(信阳师范学院体育学院，河南 信阳 464000)

肥胖、血脂代谢紊乱、胰岛素抵抗(IR)均可能与脂肪分解失调有关。近年来关于脂肪分解的研究逐渐集中于包被于脂肪细胞中性脂滴表面的蛋白上。脂滴外周包被的单层磷脂分子层表面嵌着多种膜蛋白，包括周脂素或脂滴包被蛋白(Perilipin)、脂肪细胞分化相关蛋白(ADRP)、47 kD的尾连蛋白(TIP-47)、S3-12和P200，窖蛋白(caveolins)、波形蛋白(vimentin)以及氧化型PAT蛋白(OXPAT)或脂滴蛋白(LSDP)5或心肌脂滴蛋白(MLDP)〔1～3〕。其中，Perilipin、ADRP和TIP-47这3种蛋白的氨基端高度保守，大约有100个氨基酸的区域具有很高的同源性，所以取Perilipin、ADRP和TIP47的第一个字母来命名，称为“PAT”家族。目前研究认为Perilipin在调控脂肪储存、分解反应及相关病理过程中发挥重要作用，可能与2型糖尿病、肥胖和动脉粥样硬化等多种代谢性疾病或心脑血管疾病有关〔4，5〕。

1 Perilipin的结构及功能

1.1Perilipin的结构 Perilipin合成于游离核糖体，由PLIN基因编码。鼠的Plin基因定位于第7号染色体，人的PLIN基因定位于15号染色体2区6带1亚带(15q26.1)，该区与高血压、高甘油三酯(TG)血症以及糖尿病的发生有关〔6〕。Plin单拷贝基因通过不同的剪接方式，转录生成6种不同长度的信使RNA，编码四种不同的蛋白质，即Perilipin A、B、C、D。这四种亚基具有相同的氨基末端，不同的羧基末端。其中，Perilipin A含量最多，研究也最多〔7〕。Perilipin氨基末端区域(大约100个氨基酸残基)与ADRP的氨基末端区域极为相似，称亲脂素样区域PAT-1〔8，9〕；其远端150个氨基酸为同源性有限的PAT-2区；中央25％序列包括3个疏水区(H1、H2、H3)和1个酸性区，可将其锚定于脂滴表面。在这三个疏水序列中，缺失任何1个疏水序列或任何2个疏水序列结合都不会阻止其与脂滴的结合，只有在同时缺失三个疏水区域和酸性区时，Perilipin蛋白才失去与脂滴结合的功能〔10，11〕。Perilipin蛋白如果无法与脂质结合就会通过蛋白酶体途径被迅速降解〔12〕。

1.2Perilipin的功能 Perilipin对TG的代谢具有双重作用〔13〕。Perilipin的羧基端可以保护TG不被水解，而其氨基端被磷酸化后会降低Perilipin对TG的保护作用〔14〕。

研究表明Perilipin不仅在维持脂肪细胞基础状态的稳定是必需的，而且被蛋白激酶(PK)A磷酸化的Perilipin是最大脂解所必需的〔15，16〕。Tansey等〔17〕报道，在饲养条件相同的情况下，Perilipin敲除鼠(peri-/-)的基础脂解率较高，脂肪组织较少，大约是野生型鼠(peri+/+)的30％。然而在激素等脂解刺激作用下其脂解活性显著降低。表明Perilipin敲除后丧失了对脂滴的保护，同时也降低了其最大脂解作用。

基础状态下，Perilipin磷酸化水平较低。此时Perilipin作为“屏障”覆盖在脂滴的表面，将脂滴内的TG与胞质中的脂肪分解酶隔开，减少了脂肪酶接触脂滴内TG的概率，使基础状态下的脂解作用减弱，从而有利于脂滴中TG的存储。

刺激状态下，Perilipin 能被PKA磷酸化(Perilipin上有六个PKA磷酸化位点)，协同激素敏感脂肪酶(HSL)和脂肪组织TG脂肪酶(ATGL)，促进TG水解〔15，16〕。磷酸化的Perilipin促进TG水解的可能原因包括：①Perilipin磷酸化后，其所形成的分子屏障被打开，同时磷酸化的Perilipin能为磷酸化的HSL在脂滴表面停靠提供位点，因而可以促进磷酸化的HSL从细胞质转位至脂滴表面〔18〕。磷酸化的HSL由胞质转位到脂滴表面的过程中需要磷酸化的Perilipin〔18〕；②虽然ATGL不发生明显转位，但Perilipin磷酸化后，比较基因鉴定(CGI)-58从Perilipin上分离，激活ATGL，从而启动脂肪分解过程〔16，19〕；③脂滴碎裂过程的启动受到Perilipin磷酸化的调控〔20〕。脂滴破裂成更小的脂滴，弥散在整个胞质中，导致脂滴的总表面积增加，而 Perilipin的量没有显著增加，因此 Perilipin的屏障作用减弱〔24〕，生理屏障作用削弱，阻碍脂肪酶接触TG的能力下降，有利于脂解〔21〕。

2 Perilipin的基因表达调控

2.1过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)-γ对Perilipin的调控 PPAR-γ是PPAR家族(PPARs)中的一员，是目前所知唯一在脂肪组织中高水平表达的转录因子。PPAR-γ与脂肪细胞分化、机体免疫和IR等过程关系密切。在3T3-L1脂肪细胞中添加PPAR-γ激动剂可使Perilipin基因表达显著上调。在分化的脂肪细胞中，PLIN基因的表达主要由PPAR-γ2调控〔22〕。Nagai等〔23〕实验表明，将Pioglitazone(PPAR-γ激动剂)及GW9662(拮抗剂)分别作用已分化成熟的3T3-L1脂肪细胞，结果发现随pioglitazone浓度升高，Perilipin mRNA水平逐渐升高，而GW9662则可降低Perilipin mRNA水平，并且干扰Pioglitazone升高Perilipin mRNA水平的作用。同时证明，在大鼠Plin启动子上游1.9 kb处有一功能性的过氧化物酶体增殖物反应元件(PPRE)。Perilipin是PPAR-γ的靶基因，PPAR-γ与维甲类X受体(RXR)α结合后，所形成的异二聚体与Perilipin启动子上的PPAR结合元件结合〔24〕，进而调节Perilipin转录。

2.2TNF-α对Perilipin的调控 TNF-α可以通过下调Perilipin的表达，降低其对脂滴的保护作用，增加脂肪分解酶和脂滴的接触，促进基础状态下的脂解作用〔25，26〕。有报道认为，TNF-α通过磷酸化细胞外信号调节激酶(ERK)，降低脂质小滴表面Perilipin的水平〔27〕。另有报道称TNF-α也可通过ERK磷酸化PPAR-γ，降低其与相应靶DNA序列结合能力，从而抑制PPAR-γ活性，这可能是TNF-α影响Perilipin表达水平的另一机制〔28〕。亦有报道称TNF-α通过激活核因子(NF)-κB及丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径调节Perilipin转录〔29，30〕。

在肥胖动物和人的脂肪细胞中常常出现TNF-α过表达现象，而肥胖程度又与IR高度相关。那么，TNF-α下调Perilipin的表达，进而刺激脂解，使游离脂肪酸升高。游离脂肪酸升高又会引起和加重IR。这似乎是一个合理的解释。

2.3瘦素(LP)对Perilipin的调控 Ke等〔21〕发现转基因小鼠和给LP缺失小鼠注射LP，会导致Perilipin mRNA降低，进而使蛋白表达下降。李玉成等〔31〕也报道，LP下调Perilipin mRNA 的表达。张明涛〔32〕研究表明LP可以抑制Perilipin mRNA和PPAR-γ mRNA 的表达，但两者机制不同。LP可能通过MAPK-ERK和PKC-ERK抑制PPAR-γ mRNA的表达；而LP对原代大鼠脂肪细胞Perilipin mRNA表达的抑制可能是通过酪氨酸激酶-信号转导和转录活化蛋白(JAK-STAT3)通路抑制NF-κB的转录活性来实现的。然而，这仅仅是推测。有关LP、PPAR-γ、Perilipin三者之间的相互调控及其在脂肪细胞中的精确的分子机制尚需进一步研究。

2.4雌激素受体关联受体(ERR)α对Perilipin的调控 ERR-α与Perilipin的表达有关。Akter等〔33〕首次发现Perilipin启动子区域包含六个 ERR-α结合元件，并证实其中一个元件能够与 ERR-α结合。ERR-α可显著上调Perilipin A 蛋白的表达，ERR-α很可能通过调节Perilipin的活性影响脂肪细胞TG水解。然而，在过表达 ERR-α后脂肪细胞的甘油释放量显著增加，这可能是ERR-α上调了HSL 和 ATGL 的表达量〔34〕。

2.5儿茶酚胺对Perilipin的影响 儿茶酚胺、胰岛素等可以改变Perilipin的磷酸化状态，进而调控脂肪分解。在能量需要增加时，肾上腺素与脂肪细胞上的β3受体结合，进而激活环磷酸腺苷(cAMP)-PKA信号转导系统，使Perilipin与HSL同步磷酸化，导致TG水解〔35〕。Mooney等〔36〕研究表明，脂滴在去甲肾上腺素的刺激下，Perilipin磷酸化大大加强；在胰岛素作用下，去磷酸化程度上升2～3倍，表明Perilipin依赖激素促进脂代谢中的作用。

2.6胰岛素对Perilipin的影响 胰岛素抑制脂解的机制目前尚不明确。可能的原因有二：①胰岛素与其受体结合，通过使磷酸二酯酶3B活化，降低cAMP水平，进而减少PKA的活化，降低Perilipin磷酸化水平；②胰岛素通过活化蛋白磷酸酶使Perilipin去磷酸化，进而抑制脂解〔5〕。

然而，杨永青等〔37〕报道，慢性高剂量胰岛素通过ERK通路抑制PPAR-γ和Perilipin的表达，进而刺激猪脂肪细胞的脂肪分解。这似乎可以用来解释肥胖者体内同时存在基础脂代谢水平较高和高胰岛素水平这一现象。

3 运动对Perilipin的影响

Chapados等〔38〕报道8 w中等负荷运动并没有改变高脂饲料饲养大鼠肠系膜脂肪组织中Perilipin蛋白表达。Petridou等〔39〕报道8 w的跑台运动使大鼠附睾脂肪组织中Perilipin升高，此时尽管PPAR-γ含量没有升高，但其活性提高。Wohlers等〔40〕也发现运动后大鼠肠系膜脂肪组织中Perilipin蛋白含量没有变化。尽管运动没有改变Perilipin的水平，但运动后Perilipin A/比较基因组鉴定蛋白(CGI)-58复合体减少〔41〕，CGI-58与ATGL蛋白结合增多，Perilipin与HSL的相互作用也增强〔42〕。

Lira等〔43〕实验结果显示，运动训练使大鼠附睾脂肪组织中的Perilipin蛋白表达下降。Johnson等〔44〕通过对腹部皮下脂肪组织活检时发现，肥胖安静组〔体重指数(BMI)>30 kg/m2〕与瘦者运动组(BMI≤25 kg/m2)的Perilipin均低于瘦者安静组。提示，运动使瘦者的Perilipin下降。田吉明等〔45，46〕也报道，急性运动后即刻Perilipin蛋白暂时增加，随后下降，并持续到运动后24 h；而Perilipin基因表达一直保持下降。并认为急性运动引起Perilipin基因表达下调的可能原因是运动引起Perilipin蛋白被大量和持续磷酸化激活，增加了Perilipin的泛素-蛋白酶体降解途径，进而抑制Perilipin的基因表达。长期运动会导致肥胖大鼠脂肪组织中的Perilipin蛋白和基因表达同时降低。脂肪组织中Perilipin下降，是否减弱了其屏障的保护作用，进而有利于脂肪动员则是一个值得深思的问题。

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