碳水化合物反应元件结合蛋白在肝脏和脂肪组织中的作用及其调节脂质生成的机制研究进展

冉 慧 苏 青

近年来，非酒精性脂肪肝（NAFLD）、肥胖和2型糖尿病等代谢性疾病的发病率明显升高［1］。发病机制方面，通常认为NAFLD与脂肪堆积引起的“一次打击”，以及氧化应激、肝细胞大量死亡和纤维化诱导的“二次打击”有关［2］；肥胖、2型糖尿病也与脂肪堆积、胰岛素抵抗密切相关［3-4］，但这些脂质代谢相关疾病的具体发病机制仍待阐明。

葡萄糖是人体主要的供能物质之一，在脂质代谢中具有重要的作用。当机体摄入过多的糖类后，升高的血糖可通过多种机制促进脂质生成。其中，胰岛素作为经典的降糖激素，通过减少葡萄糖来源和增加葡萄糖去路来降低和稳定血糖。在脂质代谢方面，胰岛素可通过调节相关转录因子而调控肝脏糖脂代谢。例如，固醇调节元件结合蛋白-1c（SREBP-1c）是肝脏中最主要的调节脂质合成的转录因子，其转录活性依赖胰岛素刺激：在空腹或饥饿情况下，肝脏中SREBP-1c的表达水平很低，摄食后在胰岛素的刺激下SREBP-1c水平快速上升，并与靶基因启动子上的固醇调节元件（SRE）结合而开始靶基因的转录，从而参与脂肪酸和三酰甘油的合成，后者被运送至肝外的脂肪组织中贮存［5］。此外，葡萄糖不只是脂质合成的“原料”，其还可通过直接调节转录因子而影响脂质合成。Yamashita等［6］于2001年发现了一种与肝丙酮酸激酶（LPK）基因启动子区的碳水化合物反应元件（ChoRE）特异性结合的蛋白质，称为碳水化合物反应元件结合蛋白（Ch REBP）。不同于SREBP-1c，Ch REBP是一种依赖高浓度葡萄糖而非胰岛素激活的转录因子。目前已知，Ch REBP的主要功能是调节糖酵解与脂肪生成过程中关键酶基因的转录［7-8］。现就近年来关于Ch REBP在肝脏，尤其是脂肪肝中和脂肪组织中的作用及其调节脂质生成的机制的研究进行综述。

1 分子特征

Ch REBP也称Mondo B或MLXIPL，是碱性螺旋-环-螺旋-亮氨酸锌指结构（b HLH/ZIP）转录因子家族的一员，通过识别靶基因中E-box序列而与Cho RE结合。Ch REBP的蛋白序列在不同类哺乳动物组织中高度保守，其含有几个关键的结构域：N末端含有一核定位信号（NLS），C末端含有b HLH/ZIP结构域和亮氨酸锌指样结构域，中间有一富含脯氨酸结构域。此外，Ch REBP还含有若干个环磷酸腺苷（c AMP）依赖的蛋白激酶（PKA）和单磷酸腺苷（AMP）激活的蛋白激酶（AMPK）的磷酸化位点。Ch REBP的196位丝氨酸残基（Ser196）、626位丝氨酸残基（Ser626）和666位苏氨酸残基（Thr666）可以被PKA磷酸化。Ch REBP的568位丝氨酸残基（Ser568）则为AMPK 的磷酸化位点［9-10］。

Ch REBP分子含有一个葡萄糖感受组件（GSM），该组件由低葡萄糖抑制结构域（LID）和葡萄糖敏感的激活保守元件（GRACE）构成。低糖条件下，LID抑制GRACE的转录活性，而在高糖条件下这种抑制作用解除而发挥ChREBP的转录活性［11］。Ch REBP有两种大小不同的异构体：Ch REBPα和Ch REBPβ，两者由同一基因编码，区别在于ChREBPα转录起始位点在第1外显子，其蛋白产物由864个氨基酸残基组成；Ch REBPβ转录起始位点在第4外显子，含有687个氨基酸残基。与Ch REBPα相比，Ch REBPβ缺失了前面的177个氨基酸残基，即缺失LID，而两者后面的氨基酸序列相同。Herman等［12］发现，在高糖刺激下，先有Ch REBPα的转录，然后再激活Ch REBPβ的转录。

2 糖脂代谢相关靶基因和糖脂代谢效应

Ch REBP广泛表达于哺乳动物各组织中，以肝脏、白色脂肪、棕色脂肪和小肠中表达水平较高，在胰腺中的表达水平也较高。Ch REBP调控的靶基因主要是糖酵解和脂质生成过程中的各种酶类，这些基因遍布于从葡萄糖转化为三酰甘油的整个过程。如糖酵解中的葡萄糖激酶（GK）、丙酮酸激酶（LPK），参与脂肪酸合成的乙酰辅酶A羧化酶（ACC）、脂肪酸合酶（FAS），以及参与三酰甘油形成的三磷酸甘油脱氢酶（GPD1）、线粒体三酰甘油转移蛋白（MTTP）等［7-8］。此外，肝脏中的成纤维细胞生长因子21（FGF21）的转录也由Ch REBP调控，从而参与机体能量代谢［13］。

只有与b HLH/ZIP家族的另一个成员Max样蛋白X（Mlx）形成异源二聚体，才能与靶基因的ChoRE结合，从而发挥其转录调节作用［14］。既往研究［15-16］结果表明，人肝细胞核因子4α（HNF-4α）、c-Myc也在调控Ch REBP依赖的葡萄糖应答基因转录中发挥分子伴侣的作用。

Iizuka等［10］进行的研究发现，在正常饮食条件下，与野生小鼠相比，ChREBP基因敲除小鼠的LPK表达水平下调、丙酮酸生成减少、糖酵解过程受抑制；同时，肝脏的6-磷酸葡萄糖和糖原增多、肝脏重量增加，提示糖原合成增加；给予高糖饮食时，ChREBP基因敲除小鼠的脂肪组织明显减少，糖酵解和糖异生显著下调，同时肝脏中由葡萄糖转化的脂质成分减少。值得注意的是，Ch REBP基因敲除小鼠的肝脏糖异生相关酶如葡萄糖-6-磷酸酶、磷酸烯醇式丙酮酸激酶的表达水平下调，表明其肝脏葡萄糖和糖原的增多并非来源于糖异生，而主要是由糖酵解过程受抑制导致。由此看来，Ch REBP是促使葡萄糖酵解并向脂质转化的关键转录因子之一。

3 与肝脏脂肪合成和脂肪肝的关系

NAFLD的发展过程包括单纯性脂肪肝、脂肪性肝炎（NASH）、肝硬化和肝癌［1］。根据脂质的来源、生成、分解和运输，导致脂肪变性的原因可归结如下：外周储存的脂肪组织中脂肪的分解减少，肝细胞中从头脂肪酸生物合成增加而β氧化受损，肝脏中三酰甘油输出减少而产生堆积［17］。如前所述，现在观点认为脂肪肝患者常合并胰岛素抵抗，一些脂质具有“脂毒性”且与胰岛素抵抗的发生有关［18］。关于Ch REBP在肝脏脂肪合成中的重要性及其与脂肪肝的关系，通过几项在体研究进行分析和探讨。

3.1 全身ChREBP基因敲除小鼠 全身Ch REBP基因敲除小鼠可以正常发育，但出现了糖酵解减少，脂质合成减少，糖原合成增加，肝脏肿大，以及一定程度的糖耐量异常和轻度的胰岛素抵抗［10］。

3.2 ob/ob小鼠中Ch REBP基因全身或条件性敲除 ob/ob小鼠肝脏中Ch REBP表达明显上调，糖酵解和脂质合成相关酶的表达也明显增多。在肝脏特异性敲除ChREBP基因的ob/ob小鼠中发现，脂肪肝和胰岛素抵抗都减轻［19］；在全身Ch REBP基因敲除的ob/ob小鼠中，不仅糖酵解和脂质合成功能均得以改善，脂肪肝和胰岛素抵抗也都减轻，摄食量和体重也下降［20］。以上研究均提示，抑制Ch REBP的作用对脂肪肝和胰岛素抵抗有缓解作用。

3.3 高脂饮食诱导的肥胖小鼠过表达Ch REBP Benhamed等［21］发现，高脂饮食诱导的肥胖小鼠过表达Ch REBP，脂肪肝加重而胰岛素抵抗减轻，即“脂肪肝与胰岛素抵抗分离”现象，提示并非所有的脂质都会损害胰岛素敏感性；该研究还发现，Ch ERBP促进硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）表达，从而使饱和脂肪酸（SFA）转化为单不饱和脂肪酸（MUFA），而MUFA作为有益脂肪调节了胰岛素敏感性，符合“脂益性”［22］的概念。

3.4 其他ChREBP基因敲除小鼠 Erion等［23］用Ch REBP特异性反义寡核苷酸抑制小鼠肝脏和脂肪中Ch REBP的表达，同时给予高果糖饮食。结果发现，相比野生小鼠，上述小鼠血浆三酰甘油水平下降，肝脏中脂肪从头合成的各种酶的表达均下调，脂肪输出相关酶微粒体甘油三酸酯转运蛋白（MTTP）也下调，脂肪肝和胰岛素抵抗无改善。提示，在果糖刺激下，Ch REBP参与肝脏中从糖酵解和脂质生成到脂质输出的全过程；Ch REBP表达抑制并不能够改善高果糖饮食诱导的脂肪肝和肝脏的胰岛素敏感性。另外，Wu等［24］发现，与野生型相比，给予ChREBP基因全身敲除的小鼠高碳水化合物、高脂、高胆固醇的西方饮食后，小鼠的脂肪从头合成减少，但仍出现肝肿大、肝脏脂滴形态变大、肠吸脂率增高、肝极低密度脂蛋白（VLDL）分泌增多和β氧化减少等引起脂肪肝加重的现象，其他改变包括体重有所控制，血糖和胰岛素改善。提示，在这种碳水化合物和脂质含量都很高的西方饮食模型中，抑制Ch REBP可能仍不足以阻止脂肪肝的发展。

4 在脂肪组织中的作用

Ch REBP在脂肪组织中的表达量也较高，脂肪组织三酰甘油的从头合成与葡萄糖转运体4（GLUT4）介导的葡萄糖摄入关系密切。为了明确ChREBP在脂肪组织中的具体作用机制，Herman等［12］在小鼠白色脂肪上特异性过表达GLUT4（AG4-OX），结果显示，AG4-OX小鼠出现了脂肪生成增加，肥胖加重，胰岛素敏感性和糖耐量明显改善，提示脂肪细胞中GLUT4介导的葡萄糖摄取增多并改善了胰岛素敏感性；而AG4-OX小鼠在全身Ch REBP敲除后（AG4-OX/Ch REBP-KO），除了脂肪从头合成、血脂降至正常外，过强的胰岛素敏感性也恢复至正常，说明在脂肪组织中，Ch REBP可以调节脂肪从头合成，也可通过调节葡萄糖进入脂肪细胞而改变胰岛素敏感性，尤其是ChREBP-β可作为胰岛素敏感性的预测指标。AG4-OX小鼠中胰岛素敏感性的变化与循环中血脂变化不一致，提示脂肪组织可分泌一些有益脂质增强胰岛素敏感性。Yore等［25］又对AG4-OX小鼠的脂肪组织进行脂质分析，结果显示羟基脂肪酸支链脂肪酸酯（FAHFA）水平明显上升。该研究在小鼠中观察以羟基硬脂酸棕榈酸酯（PAHSA）为代表的FAHFA的变化，发现Ch REBP-KO的小鼠中皮下脂肪和附睾脂肪中的PAHSA水平下降，血浆中的PAHSA水平无变化；AG4-OX/Ch REBP-KO小鼠中皮下脂肪、附睾脂肪和血浆中的PAHSA水平均下降。在胰岛素抵抗方面，有胰岛素抵抗的患者血浆和脂肪组织中的PAHSA水平均下降，而有胰岛素抵抗的小鼠给予PAHSA后，胰岛素抵抗减轻（通过促进胰岛素和GLP1分泌）。因此，FAHFA被认为是与胰岛素敏感性紧密相关的有益脂质。这些研究进一步阐明了前文所述Ch REBP敲除小鼠中脂肪肝与胰岛素敏感性的关系。

综上所述，近年来多项关于Ch REBP与脂肪肝关联性的研究表明，Ch REBP的表达异常与糖脂代谢紊乱的代谢性疾病的发生和发展相关。这些对Ch REBP作用机制的研究，丰富了对脂肪肝等代谢性疾病发病机制的认知，可为临床治疗提供参考和新思路。