脂肪型脂肪酸结合蛋白的研究进展

王金慧 综述 同 军 审校

脂肪型脂肪酸结合蛋白的研究进展

王金慧 综述 同 军 审校

脂肪型脂肪酸结合蛋白（fatty acid-binding protein 4， FABP4）为脂肪酸结合蛋白（fatty acid-binding proteins， FABPs）家族中研究最为详细的一种亚型，主要参与细胞内脂质的交换、代谢和细胞内信号转导。研究证实FABP4是机体代谢及炎性反应的关键递质，有可能成为治疗糖脂代谢、哮喘、肿瘤等的潜在靶标。目前FABP4的靶向治疗纳入相关疾病的免疫治疗方法，并且处于动物实验阶段，有望成为相关疾病新的治疗策略。

脂肪型脂肪酸结合蛋白；糖脂代谢；哮喘；肿瘤

脂 肪 酸 结 合 蛋 白（fatty acid-binding proteins，FABPs）最初由美国科学家在肠黏膜中发现［1］，是一组分子量为14～15 Ku的细胞质蛋白，迄今为止已经发现9种不同类型：肝型（L-）、小肠型（I-）、心型（H-）、脂肪型（A-）、表皮型（E-）、回肠型（IL-）、脑型（B-）、髓磷脂型（M-）及睾丸型（T-）。不同类型的FABPs在不同疾病中具有不同意义。目前，研究最为广泛的为脂肪型脂肪酸结合蛋白（fatty acid-binding protein4，FABP4）。FABP4能够通过与脂肪酸、类花生酸类和维甲酸结合，参与细胞内外脂质代谢，在细胞分化、代谢、炎性反应等的调节方面具有中心枢纽作用［2］。长链脂肪酸、胰岛素、过氧化物酶增殖因子活性受体γ （peroxisome proliferatoractivated receptor-γ，PPARγ）激动剂均能够诱导FABP4基因的表达。研究证实，FABP4与糖脂代谢、哮喘、肿瘤、心血管疾病的发病存在一定关联。笔者主要对FABP4的基因表达及生物学功能、相关性疾病及FABP4相关治疗方法进行综述。

1 FABP4的表达及生物学功能

1.1 表达 人类FABP4基因定位于8q21染色体区域，含有4个外显子和3个内含子，包含1个逆向和3个顺向脂肪特异性元件（fat-specific elements，FSE），1个甘油-3-磷酸脱氢酶基因和l个FSE2元件［3］。FABP4分子量大约15 Ku，共含有134个氨基酸，由2个α螺旋和1个β折叠结构组成，以螺旋-卷曲-螺旋的结构域形式存在。FABP4在各种正常组织、细胞中广泛表达，尤其在脂肪组织和巨噬细胞中高表达，是成熟脂肪细胞的重要胞质蛋白，而在其他组织如肾脏、心脏中表达水平较低。FABP4表达的主要部位是白色和棕色脂肪组织及正在分化的脂肪细胞，占细胞质中蛋白质总含量的0.5%～6%。FABP4作为脂肪细胞分化的标志，其表达具体由胰岛素和/或IGF-1，地塞米松和脂肪酸介导，同时可以作为PPARγ激动剂的下游靶标。除此之外，FABP4在其他类型细胞如巨噬细胞中高表达，特别是在炎性反应中，检测发现在支气管上皮中FABP4存在高表达情况［4］。

1.2 生物学功能 FABP4的重要功能单位是一个由α螺旋、β、C-F片层所组成的“开口”结构，能够与脂肪酸分子甲基相结合并限制脂肪酸分子的移动，同时，此结构域能够通过与疏水性饱和脂肪酸和类花生酸相结合，增强游离脂肪酸的可溶性［5］，从而帮助脂质由脂膜部位转运到线粒体或过氧化物酶体中，氧化分解成甘油三酯或磷脂，或转运到内质网参与细胞信号转导，以及在细胞核中调控基因的表达。动物实验发现，FABP4基因敲除小鼠的短链脂肪与长链脂肪比在肌肉和脂肪组织中有所增加，同时FABP4能够提高磷酸激酶活性、脂肪酸氧化、胰岛素受体信号转导和葡萄糖吸收，还能帮助长链脂肪酸聚集在肝脏组织中［6］。因此，FABP4的主要生物学功能是参与细胞内脂肪酸的转运和靶向定位，通过参与一些与代谢或炎性相关的脂质转运来影响全身能量代谢活动和炎性反应。

2 FABP4与相关性疾病

2.1 糖脂代谢

2.1.1 FABP4在动物实验观察 以胰岛素抵抗、2型糖尿病、冠心病、脂肪肝等疾病为主的代谢性临床症候群，肥胖是导致代谢性疾病发生及发展的主要原因之一［7］。FABP4在脂肪细胞分化和转运过程中的表达受PPARγ激动剂、游离脂肪酸（free fatty acid，FAs）、地塞米松和胰岛素的调控。在脂肪细胞中，FABP4激活激素敏感酯酶（hormone-sensitive lipase， HSL）调节脂肪细胞的脂解作用。Bernlohr等［8］成功建立FABP4-/-小鼠模型，研究中将高脂饮食或遗传性肥胖小鼠作为实验组，发现FABP4-/-小鼠的血清葡萄糖及胰岛素水平显著下降，同时体外脂肪细胞降解速度下降40%，这可能是FABP4改变了体内脂质代谢和炎性因子调控的结果。Hotamisligil等［9］报道高脂饮食诱导FABP4-/-鼠发展为肥胖，但没有胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）和糖尿病的发生；其脂肪组织中肿瘤坏死因子（TNF-α）的表达降低。提示FABP4是联系肥胖与IR的中心环节，可能与TNF-α调节脂肪酸代谢有关。Baar等［10］研究报道FABP4-/-小鼠脂肪细胞的脂肪酸流出水平降低，导致胰岛素敏感性提高，机体优先利用葡萄糖，避免了高血糖的发生。这些研究表明FABP4参与了调节机体葡萄糖代谢以及FABP4与脂肪细胞因子的关系。另有学者发现鼠胚胎干细胞由于缺乏PPARγ和FABP4基因的表达，而不能发育成脂肪细胞，提示FABP4基因参与了脂肪细胞的分化及肥胖的发生［11］。以上结果显示FABP4参与脂肪细胞的糖脂代谢，脂肪细胞FABP4的高表达与肥胖及胰岛素抵抗有关。

2.1.2 人群FABP4基因表达 血清中FABP4蛋白主要由脂肪细胞分泌，FABP4同时也是机体内的一个脂肪因子。大量血清学的研究发现人类外周血中FABP4蛋白水平的升高与代谢综合征、糖尿病、心血管疾病等代谢性疾病的发生及发展关系密切［11-13］；对中国人群5年随访研究发现，血清中高浓度的FABP4可以预测代谢综合征的发生［14］；10年回顾性研究也显示血清中高浓度FABP4可以预测2型糖尿病的发生［15］。通过对高加索人及其他健康人群进行FABP4 单核苷酸（single nucleotide polymorphisms，SNP）位点的突变研究发现，人类FABP4基因活性的降低减少了慢性代谢性疾病的发生，与动物模型中FABP4基因的缺失具有相似的作用［14，15］。以上研究结果显示，人类机体FABP4基因功能异常导致机体肥胖，过多的脂肪细胞分泌大量的FABP4，进而导致机体慢性代谢性疾病的发生发展。

2.2 哮喘 肺部炎性疾病（如哮喘）的发生时常伴有气道新血管形成。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在哮喘患者气道血管重塑中起到重要作用［16］。VEGF介导FABP4的内皮细胞中脂质伴侣，FABP4在体外有促血管生成功能，但是目前其具体作用机制尚不明确。为了验证FABP4是否具有促进VEGF诱导气道血管生成的作用，Ghelfi等［17］通过建立转基因小鼠模型，发现高表达VEGF的小鼠气道中FABP4 mRNA及内皮细胞中FABP4显著升高。提高VEGF水平后，FABP4-/-小鼠形成新血管和内皮细胞的功能明显下降，气道血管中的这些变化都伴随着炎性介质的表达降低。

除此之外，一氧化氮合成酶作为VEGF介导的活性酶，VEGF-TG/FABP4-/-小鼠和VEGF-TG小鼠相比内皮细胞中一氧化氮合成酶的表达显著降低［17］。实验组小鼠气管中FABP4含量较对照组显著增高，提示FABP4高水平表达为哮喘发病的危险因素。虽然PPARγ激动剂罗格列酮能够起到上调脂肪细胞和巨噬细胞中FABP4的表达的作用，但其对人支气管上皮细胞FABP4 mRNA的表达作用不大，人的支气管细胞中白介素4介导的信号传导蛋白和转录激活物6（signal transducers and activators of transcription 6，STAT6）可致FABP4的基因高表达，STAT6是过敏性炎性反应中起主要调节作用的转录因子，在哮喘中其表达明显增强，单独活化STAT6可使FABP4基因转录增强。在白介素4干预下，STAT6+/+小鼠气道上皮细胞中FABP4表达增强；而STAT6基因敲除小鼠气道上皮细胞中FABP4表达没有改变，因此哮喘中气道上皮细胞FABP4表达增强。哮喘时Th1/Th2细胞因子失衡，Th2细胞因子占优势。研究发现Th1细胞因子、IFN-γ下调气道上皮细FABP4的表达，而Th2细胞因子、白介素4和白介素13上调FABP4的表达［17］，进一步研究发现哮喘组小鼠较对照组小鼠气道上皮细胞中FABP4染色显著性增强［18］。这些数据显示FABP4可能是验证哮喘气道重塑的潜在靶标。

2.3 肿瘤

2.3.1 FABP4作用机制 肿瘤组织的一个共同特征是诱导血管生成，VEGF在肿瘤新生血管生成中具有非常重要的作用。Harjes等［19］研究发现血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A）能够诱导血管内皮细胞表达Delta like4（DLL4），从而促进旁分泌通路激活相邻细胞中的NOTCH信号通路，并间接诱导FABP4基因启动并转录FABP4。当磷酸化蛋白酪氨酸激酶（agammaglobulinaemia tyrosine kinase，AKT）活性降低时，Forkhead转录因子（Forkhead box protein O1，FOXO1）将储存在细胞核中，同时促进依赖DLL4-NOTCH通路的FABP4表达。AKT的激活将诱导FOXO1磷酸化减少FABP4表达，抑制ATK可以将FOXO1禁锢于细胞核中，进而促进FABP4表达。富含VEGFA的肿瘤细胞环境中，高表达FABP4基因促进肿瘤组织中血管的生长［20］。

2.3.2 FABP4在肿瘤组织中表达 Hancke等［21］研究151名乳腺癌患者及49名对照组患者血清中FABP4、瘦素水平，发现FABP4与乳腺癌的高危因素有关，能够成为乳腺癌患者的新型预后相关因素。采用回顾性分析，用免疫组织化学染色方法检测FABP4在58例乳腺浸润性导管癌（infiltrating ductal breast cancer， IDC）组织及12例正常乳腺组织中的表达分布，发现正常乳腺组织中FABP4阳性表达率为16.7%（1/6）， 58例IDC组织中FABP4阳性表达率分别为79.3%（46/58），FABP4在IDC有淋巴结转移、且肿瘤直径＞2 cm组织中阳性表达百分率较无淋巴结转移、肿瘤直径≤2 cm组织中高，差异有统计学意义［22］。

3 FABP4相关治疗方法

3.1 FABP4小分子抑制剂治疗 目前，关于FABPs治疗都集中在FABP4抑制剂的研究上，且以肥胖、糖尿病、心血管疾病、遗传研究的动物模型为基础［23］。FABPs的分子结构和生理学特性在人和动物模型之间具有一定的相似性，这说明可以将FABP4的靶向治疗纳入慢性代谢性疾病的免疫治疗方法中。对于遗传性肥胖小鼠给予BMS309403药物治疗，可以改善其葡萄糖代谢平衡和胰岛素敏感性，降低脂肪组织中的炎性反应，并减少非酒精性脂肪肝的脂质蓄积，这种合成小分子FABP4抑制剂能够显著改善载脂蛋白E基因敲除小鼠的动脉粥样硬化病变的进展，改善血管内皮功能［24］。在巨噬细胞中，另一个小分子FABP4抑制剂HTS01037，能够诱导解偶联蛋白（uncoupling protein 2，UCP2）表达并衰减促炎NF-κB信号。其他FABP4抑制剂已经被逐步开发出来，虽然尚未应用于临床，但在动物试验中一些FABP4抑制剂已被证实能够改善肥胖小鼠的炎性反应、糖尿和脂肪肝［25，26］。

3.2 FABP4配体治疗 除了新合成的小分子FABP4抑制剂，美国食品药物管理局（food and drugadministration， FDA）新批准的药物中出现了几个FABP4配体［27］。广谱抗生素左氧氟沙星被确定为FABP4的高亲和力配体［28］。此外，具有尿酸排泄促进性质的药物苯溴马隆，也被确定为FABP4的配体，同时能够显著降低肥胖小鼠的血糖 。这些分子参与代谢活动或者其衍生物具有进一步研究价值。

3.3 靶向FABP4干扰RNA治疗 将修改载体的小干扰RNA（small interfering RNAs， siRNAs）作用于特定细胞类型的分子技术已经取得了很大进展。例如，β1，3-D-葡聚糖封装iRNAs主要靶向作用于肿瘤坏死因子（tmmor necrosis factor， TNF）和骨桥蛋白，当被应用于动物模型后发现，脂肪组织或者肥胖动物的巨噬细胞能够提高胰岛素敏感性及葡萄糖耐受性［28］。目前已发现出一种作用于脂肪组织FABP4上的短发夹RNA（shorthairpin RNAs， shRNAs），shRNAs能够通过与体内脂肪组织中具有特异性传递作用的肽序列耦合，最终导致FABP4的表达受到显著抑制［29］。shRNAs通过抑制脂肪组织中FABP4的表达能够增加胰岛素敏感性和葡萄糖耐受性，降低血糖水平，同时证明了机体使用靶向FABP4干扰RNA治疗疾病的可行性。

由于FABP4的分泌功能，特别是在与糖尿病、肥胖等疾病密切相关，使用抗体介导的中和靶向FABP4治疗完全具有可行性和可靠性。研究证实，治疗肥胖型糖尿病小鼠的靶向FABP4多克隆抗体能显著改善胰岛素敏感性及显著改善葡萄糖稳态［30］。但是将FABP4抑制剂应用于临床还需要单克隆抗体技术进一步发展，迄今为止只有一位研究者报道了应用FABP4单克隆抗体治疗肥胖糖尿病小鼠，达到了改进糖耐量与胰岛素敏感性的目的［31］。虽然目前研究均在动物实验中进行，但抑制FABP4有望成为相关疾病新的治疗策略，值得充分重视。

4 展 望

过去20年通过细胞学和动物实验证实，FABP4广泛表达，不仅表达于脂肪细胞和巨噬细胞，还表达于全身多数脏器微血管内皮细胞及其他细胞如支气管上皮细胞等，这种分布的广泛性提示其功能的多样性。FABP4代表了FABPs家族在代谢平衡和代谢性疾病中的作用，FABP4不仅参与脂肪酸生存与代谢、调解内分泌，同时具有特殊生物学功能。然而，随着FABPs和脂质生物学研究领域的探索不断深入，分子之间作用机制也将会逐渐明确，FABP4抑制剂应用于慢性代谢性疾病的治疗已基本明确，能否应用于恶性肿瘤的治疗，如卵巢癌，乳腺癌和前列腺恶性肿瘤等，仍需要未来医学进一步研究证实。

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（2016-03-23 收稿 2016-06-24 修回）

（责任编辑 宋宫儒）

Research progress on fatty acid-binding protein 4

WANG Jinhui and TONG Jun. Clinical College， General Hospital of Chinese People's Armed Police Forces， Anhui Medical University， Beijing 100039， China
Corresponding author： TONG Jun， E-mail：tj_212@163.com

Fatty-acid-binding protein 4 （FABP4）， as a well-studied subtype in FABP family， plays an important role in intracellular lipid exchange， metabolism and signal transduction. Confirmed as a key neurotransmitter in metabolism and inflammatory response， FABP4 serves as a potential target in the treatment of glucose and lipid metabolish， asthma， cancer， etc. So far， the targeted therapy of FABP4 has been included in the immune treatment of relevant diseases. It is now in the phase of animal experiments and could be a potential therapeutic strategy for related diseases.

fatty acid-binding protein4； glucose and lipid metabolish； asthma； tumor

R72；R54

10.13919/j.issn.2095-6274.2016.07.016

王金慧，硕士研究生在读，E-mail： wjhui147@126.com 作者单位：100039 北京，安徽医科大学武警总医院临床学院 通讯作者： 同 军，E-mail：tj_212@163.com