OXPAT蛋白与脂质代谢的关系探讨

郭丽平， 李异玲

中国医科大学附属第一医院消化内科，辽宁 沈阳 110001

综述

OXPAT蛋白与脂质代谢的关系探讨

郭丽平， 李异玲

中国医科大学附属第一医院消化内科，辽宁 沈阳 110001

OXPAT是近年发现镶嵌于脂滴表面的一种结构蛋白，是PAT家族蛋白的成员(包括perilipin、ADRP、TIP47、S3-12、OXPAT)之一，与其他成员具有高度同源的N末端PAT结构域。OXPAT又称MLDP或LSDPS或LSDA5或PLIN5，主要表达于氧化能力较高的组织，如骨骼肌、肝脏、心脏，并且对脂质稳态具有重要作用。大量研究表明，OXPAT在脂质代谢中具有重要作用，并且此过程需要ATGL等来协助共同完成。本文将对近年的研究进展作一概述。

OXPAT；脂质代谢；PPARs；ATGL；肝脏；线粒体

OXPAT是近年发现镶嵌于脂滴表面的一种结构蛋白，是PAT家族蛋白的成员之一。OXPAT在脂质代谢中有重要作用，本文将对近年的研究进展作一概述。

1 OXPAT生物学特征及功能

目前发现，OXPAT基因位于人体19号染色体，小鼠的17号染色体，只表达于哺乳动物[1]。它所表达的是一种亲水性的，大小为54 kda[2]，包含468个氨基酸的偏酸性蛋白[3]。OXPAT表达广泛，主要表达于脂肪酸(fatty acid，FA)氧化能力较高的组织，如骨骼肌、心肌、肝脏、褐色脂肪组织，并对脂质稳态具有重要作用[1-3]。

通过OXPAT异位表达研究发现，OXPAT在脂质代谢中具有似乎矛盾的作用。一方面OXPAT增加FA的摄取[3]和减少脂类分解[1]；另一方面增强了FA氧化[3]。支持OXPAT的多种作用的基本依据是PLIN5在细胞质基质，脂肪小滴(Lipid droplets，LDs)和线粒体均有定位[1-3]。

蛋白的功能最后往往归结于特殊的结构域。OXPAT的N末端对于TG累积和脂滴定位有重要作用。为了判断OXPAT的结构域与TG累积和脂滴定位的关系，Li等[4]构建了OXPAT截短蛋白[5]，实验结果证明，在脂肪片段中截短的蛋白大多包含OXPAT末端(1-188 AA)，而缺乏此区域的蛋白表现出丧失定位目标脂滴的功能。拥有OXPAT全部氨基酸(1-463 AA)的TG细胞比仅1-188 AA的TG含量更高，暗示OXPAT的其他区域在TG累积中也有一定作用。

OXPAT有特殊的COOH末端，它的末端有一段特殊区域可能引起与线粒体之间的联系。OXPAT促进FA从LDs向线粒体移动氧化[6]又或者保护细胞免受氧化应激来减少FA的氧化[7]。这两种看似相反的功能是基于OXPAT在不同模式下表达情况的改变导致FA氧化的增强或减弱[6-7]。

1.1 OXPAT与PPARsLi等[4]通过转基因小鼠实验发现OXPAT是过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)的靶基因，在骨骼肌和肝脏中PPARα是激活OXPAT基因表达的必要条件，即OXPAT的表达依赖于生理环境和PPARα的活化。在人类和小鼠中PPARγ作为激活剂也可以促进OXPAT基因表达。

核受体转录因子PPAR家族(α、β、γ)控制着有关细胞内FA摄取、利用和储存的多种基因的表达[8]，通过与FA衍生出的配体直接作用来调节FA代谢[9]。实验发现，在小鼠(肝脏、心脏)中，当PPARα缺乏且OXPAT mRNA基础水平被严重抑制时，可通过禁食诱导OXPAT表达，暗示着可能存在另一种调控机制。研究发现，在肝脏、骨骼肌、心肌中，OXPAT可被PPARα诱导表达，且在白色脂肪组织中，可以被吡格列酮，一种PPARγ激活剂诱导表达[8]。PPARα和PPARβ/δ高表达于FA氧化代谢率高的组织(如心脏、骨骼肌、肝脏)，但是PPARγ在脂肪生成组织(如脂肪细胞和肝脏)中优先表达[9]。

1.2 OXPAT与关键脂肪酶OXPAT及其他家族蛋白位于中性脂质核心并调控细胞内脂质代谢，中心脂质以甘油三酯为主[10]。研究[11]发现，甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase，ATGL)、比较基因鉴定58(comparative gene identification 58，CGI-58)、激素敏感性脂肪酶(hormone-sensitive lipase，HSL)在脂肪分解中起重要作用且OXPAT与三者蛋白均可相互作用。在PAT蛋白家族中，只有OXPAT 188-391氨基酸序列能够直接结合ATGL，促进ATGL脂滴定位，提示这两种蛋白可能直接相互作用。实验发现，OXPAT通过抑制ATGL活性吸引ATGL到达脂滴来减弱脂肪分解，而CGI-58吸引ATGL到达LDs来增强脂肪分解。OXPAT的多层面功能可能与ATGL和(或)CGI-58的相互作用及其能够在激酶(protein kinase A，PKA)的刺激下增强脂肪代谢有关，OXPAT的功能改变依赖细胞内环境。也有实验[12]表明，OXPAT可以与ATGL、CGI-58分别作用并且在LDs上浓缩来增强ATGL活性和脂肪分解。不过，还有其他调节因素调节OXPAT和ATGL的相互作用，例如OXPAT通过PKA介导的磷酸化增强ATGL依赖的脂肪分解和ATGL的磷酸化，也许改变了OXPAT/ATGL相互作用[13]。

2 OXPAT与肝脏脂质代谢的关系

2.1 OXPAT表达增强与肝脏脂质堆积体内外研究[14]证实，PLIN2、PLIN3、OXPAT三种蛋白均与肝细胞中甘油三酯的堆积有关。在禁食肝脏和非酒精性脂肪肝中，OXPAT的表达增加。为了研究在营养过剩状态下OXPAT对脂肪肝代谢表型的影响，Trevino等[14]构建了高脂肪喂养状态下雄性小鼠腺病毒-OXPAT重组(Ad-OXPAT)C57BL/6J细胞，使肝脏OXPAT超表达，小鼠腺病毒-绿色荧光蛋白表达(Ad-GFP)作为对照。Ad-OXPAT肝脏和Ad-GFP肝脏相比，肝脏中的脂滴增加，利用液相色谱-串联质谱法得出有关脂滴的各种脂质都增加，包括甘油三酯、胆固醇酯、磷脂类。肝脏脂毒性、甘油二酯和神经酰胺相关的脂质在Ad-OXPAT肝脏的表达也增加。Ad-OXPAT脂肪肝和Ad-GFP对照组相比有关肝脏损伤的基因表达是不变的。OXPAT基因敲除小鼠的肝细胞中脂肪分解和FA氧化增加，然而PLIN2和PLIN3基因敲除的AML12肝细胞系不影响脂肪分解[4]。所以推测肝脏脂肪变性时，OXPAT表达增加进一步驱动脂质堆积但不会引起肝脏损伤[14]。

2.2 OXPAT表达缺失与肝脏脂毒性研究[15]报道未酯化的脂肪酸及其衍生物的代谢是肝细胞内脂毒性损伤的主要原因。Wang等[15]发现OXPAT在脂肪肝中表达增加。OXPAT基因敲除后，肝脏脂滴数量减少且形状变小，且脂肪分解率和脂肪酸利用率提高。当肝细胞转染Ad-OXPAT引起OXPAT过度表达时，脂滴的数量和大小也恢复。OXPAT缺失的肝细胞表现出线粒体增生，可能是由于增加的未酯化的脂肪酸水平刺激PPARα表达和活性的增加。OXPAT缺失的肝脏也表现出线粒体脂肪酸β氧化能力增强。同时发现OXPAT缺失诱导肝细胞脂毒性损伤，应归因于脂质的过氧化反应。为了明确OXPAT缺失引起肝脏脂质累积下降的原因，Wang等[15]研究了几个脂质代谢相关蛋白的表达水平。免疫印迹法结果表明在OXPAT缺失肝脏中，乙酰辅酶A羧化酶(acetylcoenzyme A carboxylase，ACC)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，FAS)表达下降，PLIN3和ATGL不受影响。所以，OXPAT缺失其可能抑制了FA的合成。研究还发现OXPAT通过竞争性的与CGI-58结合阻碍了ATGL介导的脂肪分解，打乱CGI-58和ATGL的相互作用。所以，OXPAT是对抗由从脂肪分解产生的未酯化的脂肪酸诱导肝脏脂毒性一种重要的保护因子，这为在肝脏脂质储存和肝脏脂毒性关系的调节提供了一种新的视野。Mason等[16]也认为，OXPAT可通过调节脂肪分解来保护细胞免受“脂毒性应激”。

3 OXPAT与脂质代谢基因

数据显示OXPAT定位在脂滴表面，但是在肝脏中和培养的细胞中OXPAT的负调控影响着大多数有关脂质代谢的基因的表达[15]。

除了与ATGL和CGI-58的直接相互作用，OXPAT也可能通过对基因表达的调节来减少脂肪分解。Trevino等[14]研究发现，高脂肪喂养的Ad-OXPAT肝脏中，OXPAT基因过度表达，但是有关脂肪分解基因(Pnpla2和Lipe)和脂肪酸氧化(Cpt1和Acot2)表达明显减少。结果还显示在Ad-OXPAT小鼠中关于脂肪合成基因(Dgat1和Dgat2)也减少。但是与对照组Ad-GFP比较后，FA合成基因(Fasn和Scd1)没有明显变化。所以OXPAT可能只对脂肪分解相关基因具有调节作用。肝脏中OXPAT的过度表达导致PPAR-α和PPAR-α有关基因的减少，相反的变化在OXPAT表达不足的肝脏中被观察到[15]。

4 OXPAT与线粒体

有观点认为，OXPAT不仅能够定位在氧化细胞LDs的表面，而且与线粒体有联系[17]。Pollak等[18]通过实验发现OXPAT在心肌中的过度表达减少了细胞内脂肪分解，这也许和氧化磷酸化蛋白mRNA含量的减少有关，并且轻度损伤线粒体呼吸链。研究[17]证实OXPAT可以促进脂滴-线粒体的相互作用，并且有证据表明OXPAT可以调节脂滴-线粒体FA的穿梭，但OXPAT是否可以提高线粒体生物活性的作用还没有定论。

在氧化组织中脂滴和线粒体之间也许存在一种密切的联系来协调细胞内的能量稳态，同时也保护线粒体防止脂质中间体和FA脂毒性水平的提高。增加的脂滴储存对于FA细胞毒性是有保护作用的。除此之外，脂肪酸β氧化水平的增加导致了线粒体活性的增加[19]。OXPAT也许通过瞬间将多余的FA转化成LD的通道作用减少了活性氧的产生量。在OXPAT-LDs中，TG的调节水解作用也许不只是直接引导FAs到线粒体，而是有可能为PPARα和PPARβ/δ激活提供功能性信号[20]。总之，OXPAT在线粒体中确切的作用还有待进一步研究。

OXPAT作为一种重要的脂滴表面结构蛋白，可以通过ATGL和(或)CGI-58等相互作用抑制脂肪分解，调节细胞内FA流动来维持细胞内脂质稳态，也可能通过与线粒体分子信号的呼应来增强氧化应激。OXPAT也许能阻止FA诱导的“细胞毒性”，作为治疗代谢疾病如肝脏脂肪变性等的靶基因。至于OXPAT在人体内与脂质代谢的具体作用，有待进一步研究。

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(责任编辑：王全楚)

The relationship between OXPAT protein and lipid metabolism

GUO Liping, LI Yiling

Department of Gastroenterology, the First Affiliated Hospital of China Medical University, Shenyang 110001, China

OXPAT is a recently discovered structural protein embedded in the surface of lipid droplets. It is a member of PAT family proteins (including perilipin, ADRP, TIP47, S3-12, OXPAT) which has highly homologous N-terminus PAT domain with the others. OXPAT is also known as MLDP or LSDPS or LSDA5 or PLIN5, mainly expressed in the organizations with high oxidation capacity, such as skeletal muscle, liver, heart, playing an important role in lipid homeostasis. Numerous studies show that OXPAT is important in Lipid Metabolism, which requires the help of ATGL etc. This paper will summarize the research findings in recent years.

OXPAT; Lipid metabolism; PPARs; ATGL; Liver; Mitochondria

10.3969/j.issn.1006-5709.2017.03.025

国家自然科学基金项目《PNALA3基因在NAFLD肝细胞脂滴和脂肪代谢中的作用及机制研究》

郭丽平，硕士，研究方向：非酒精性脂肪性肝病的基础与临床。E-mail：755847113@qq.com

李异玲，博士，主任医师，教授，博士生导师，研究方向：非酒精性脂肪性肝病的基础与临床。E-mail：lyl-72@163.com

Q591.5

A 文章编号：1006-5709(2017)03-0338-03

2016-05-16