游离脂肪酸受体4对胃肠激素分泌的调节作用及其生理意义研究进展

刘媛，赵妍妍，任晓莹，李亚，赵玉峰

(1西安医学院基础医学部基础医学研究所,西安710021;2西安医学院附属第一医院)

游离脂肪酸(FFA)是机体的重要能量物质，同时也作为细胞外信号分子，激活细胞膜上G蛋白偶联受体，通过细胞内信号分子产生生物学效应。FFA受体包括不同成员，分布存在组织特异性，分别介导不同的生物学效应，其中游离脂肪酸受体4(FFA4)发挥重要的代谢调控作用[1]。FFA4由中、长链饱和和不饱和脂肪酸激活，参与食欲调节、激素分泌、炎症抑制和肥胖发生等过程。近年研究[2]发现FFA4分布于多种胃肠内分泌细胞，被FFA激活后可调节胃肠激素分泌。胃肠激素是机体物质与能量代谢的重要调节因子，FFA4调控胃肠激素分泌是其参与物质与能量代谢调控的一个重要途径，深入认识FFA4与胃肠内分泌的关系，为以FFA4为靶点的药物研发提供理论依据。本研究就FFA4对胃肠激素分泌的调节作用及其生理意义进行了以下综述。

1 FFA4的结构及生理功能

人FFA4基因定位于10号染色体长臂10q23.33区域，包含3个内含子和4个外显子，编码的FFA4蛋白由377个氨基酸组成[3]。FFA4属于G蛋白偶联受体超家族中视紫红质样受体家族，具有典型7次跨膜结构，胞内端与G蛋白偶联。目前已知FFA4与Gq蛋白偶联，可激活下游分子磷脂酶C，进而活化磷脂酰肌醇信号传导通路，产生二酰基甘油和三磷酸肌醇，刺激胞质Ca2+浓度升高和蛋白激酶C活化，进而调控细胞功能[4]。也有报道[5]指出，FFA4可与Gi蛋白偶联，抑制腺苷酸环化酶，减少cAMP水平。另外，FFA4激活后可在β-arrestin2参与下发生内吞，在此过程中，β-arrestin2可结合TAB1，引发后续的信号效应[6,7]。FFA4可通过G蛋白和β-arrestin2介导的两种信号传导途径产生效应，这可能是FFA4作用多样的原因。

2 FFA4对胃肠激素分泌的调节作用

胃肠内分泌细胞散在分布于从胃到直肠的消化道黏膜，虽然在黏膜细胞中数目比例较小，但由于黏膜面积巨大，其总体数量较大，在物质能量代谢方面具有重要作用。胃肠内分泌细胞种类较多，可分泌至少20余种胃肠激素[8]。目前已知FFA4可调节胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、葡萄糖依赖性胰高素样多肽(GIP)、胆囊收缩素(CCK)、神经紧张素(NT)和胃饥饿素(Ghrelin)等激素的分泌。

2.1 FFA4对GLP-1分泌的调节 GLP-1是肠内分泌L细胞合成和分泌的多肽类激素，可作用于胰岛β细胞，促进胰岛素合成分泌和β细胞增殖分化，保护胰岛β细胞功能[9]。GLP-1还可降低食欲，抑制胃排空。在肠内分泌肿瘤细胞系STC-1细胞的研究最早发现，长链FFA可促进GLP-1分泌，此作用在抑制FFA4表达后显著减弱，提示FFA4激活刺激GLP-1分泌[10]。在体注射α-亚麻酸可刺激大鼠GLP-1分泌和β细胞增殖[11]，结肠内灌注给予DHA和EPA可刺激小鼠GLP-1分泌[12]，提示FFA4在体内也可调节GLP-1分泌。FFA4激活主要通过磷脂酰肌醇信号系统引起Ca2+浓度升高，刺激GLP-1分泌。有报道[13,14]指出，FFA4介导的GLP-1分泌与α-味转导素蛋白有关。FFA激活后增加GLP-1分泌，这可起到胰岛保护作用。GLP-1类似物及DPP-Ⅳ抑制剂已经成为临床用药，用于肥胖及2型糖尿病等代谢疾病治疗[15]。FFA4激动剂刺激内源性GLP-1合成和分泌，有望成为治疗肥胖与糖尿病的新型药物，开发前景良好。FFA4激活还可保护STC-1细胞对抗无血清培养条件下的细胞凋亡，说明FFA4激活可增强细胞活性，这与ERK1/2和PI3K信号通路激活有关[16]。FFA4激活是否对体内GLP-1细胞有抗凋亡作用有待进一步确证。

2.2 FFA4对CCK分泌的调节 CCK自肠内分泌I细胞分泌，由33个氨基酸组成，可刺激胃酸、胆汁和胰酶分泌，延缓胃排空，产生饱腹感。CCK还可作用于下丘脑，抑制食物摄入[17]。在STC-1细胞中的研究[18]表明，FFA4介导FFA刺激的CCK分泌，Ca2+浓度升高是FFA4激活促进CCK分泌的主要原因。瞬时受体电位通道TRPM5被认为介导了FFA4激活引起的Ca2+浓度升高和CCK分泌[19]。除了FFA4， FFA1受体被FFA激活后也可刺激CCK分泌[20]。那么从食物摄入的FFA既可通过FFA4，也可通过FFA1受体增加CCK分泌，二者在这个过程中各自发挥多大的作用目前尚无报道，有待明确。FFA4对于动物体内细胞的激素分泌和增殖凋亡是否有调控作用也有待深入研究。

2.3 FFA4对GIP分泌的调节 GIP由位于十二指肠和空肠黏膜的内分泌K细胞合成和分泌，可促进餐后胰岛素分泌，并促进脂肪细胞的分化成熟与贮脂[21]。GIP受体缺失小鼠可抵抗高脂饮食诱导的肥胖，说明GIP可促进肥胖发生[22]。应用荧光蛋白Venus标记GIP细胞的转基因小鼠，分选获得GIP细胞进行基因表达分析发现，GIP细胞高表达FFA4和FFA1受体。FFA受体激动剂亚油酸可刺激GIP分泌[23]。FFA4缺失后可致FFA刺激的GIP分泌下降约75%，说明FFA4是介导FFA刺激GIP分泌的关键[24]。不过，另有报道指出，FFA1受体与FFA4具有同样的调节GIP分泌的作用,并且提出FFA4间接刺激GIP分泌的机制，即FFA4刺激CCK分泌，CCK进而刺激GIP分泌[25]。FFA4与FFA1受体高表达于GIP细胞，FFA 可通过FFA4与FFA1受体直接调控GIP分泌。我们推测，CCK也可作用于GIP细胞，调节GIP细胞的兴奋状态，使之对FFA做出反应。FFA4调控GIP分泌的具体胞内信号分子和效应分子目前还不清楚，有待进一步研究明确。

2.4 FFA4对Ghrelin分泌的调节 Ghrelin是由胃黏膜中内分泌P/D1细胞合成与分泌的肽类激素，在物质与能量代谢中有着广泛作用，已知血液Ghrelin水平在饥饿时升高，在进食后下降，Ghrelin被认为是一种饥饿信号，作用于下丘脑食欲控制中枢，刺激进食。另外，Ghrelin刺激生长激素分泌，产生广泛的代谢调节作用[26]。

应用绿色荧光蛋白GFP标记Ghrelin细胞的小鼠，分离获得Ghrelin细胞进行研究发现，Ghrelin细胞高表达FFA4，不表达FFA1受体。在体外原代培养小鼠Ghrelin细胞，FFA4激动剂可显著抑制Ghrelin分泌，FFA4激动剂的抑制作用在整体动物水平也存在[27]。随后的研究[28]进一步证实FFA4激活可抑制Ghrelin 分泌，这种抑制作用可能是进食后Ghrelin水平下降的一个原因。MGH3-1细胞合成Ghrelin， FFA可显著降低该细胞内cAMP水平，提示FFA4激活后通过Gi蛋白相关信号通路抑制Ghrelin分泌[5]。

2.5 FFA4对NT分泌的调节 NT是由13个氨基酸组成的多肽，由肠黏膜N细胞分泌。NT可增加胰岛素分泌，并可促进肥胖的发生。NT敲除小鼠可对抗高脂诱导的肥胖、脂肪肝和胰岛素抵抗，而高水平NT与肥胖发生风险呈显著正相关[29]。脂肪摄入是刺激NT分泌的最强因素，其中FFA具有较强的刺激NT分泌的作用[30]。最近报道[31]指出，FFA4表达于N细胞，并且FFA4激动剂cpdA可显著升高小鼠血液中NT水平，此作用与激活胞内ERK1/2有关。FFA4激活后刺激NT分泌的研究目前十分有限，其具体分子机制和生理意义仍有待阐明。

3 FFA4调节胃肠激素分泌的生理意义

3.1 抑制摄食 在中枢食欲调控中，FFA4主要通过抑制神经肽Y神经元，对下丘脑炎症进行缓解，进而提高中枢瘦素和胰岛素的敏感性，从而在抑制摄食中发挥作用。在外周食欲调控中，位于口腔味蕾中的FFA4对脂肪酸进行感知并增强摄入食物的适口性，而位于胃肠道中的FFA4则表现出多方面抑制食欲的作用，如抑制Ghrelin分泌，促进CCK、GLP-1的分泌[32]。摄食是多种内分泌激素参与的下丘脑的复杂神经活动，已知胰岛素、瘦素、GLP-1、CCK、PP、PYY等可作用下丘脑神经元，抑制摄食，Ghrelin则可调控下丘脑神经元兴奋性，增加摄食[33]。FFA4激活后直接促进GLP-1分泌，促进胰岛素合成与分泌、提高胰岛素敏感性、刺激胰岛β细胞增殖、抑制胰高血糖素分泌，被FFA4激活后的GLP-1降低食物对人体味蕾的刺激，降低人的食欲，进而减少进食，抑制胃排空，使人产生饱腹感，控制人的食欲；通过促进CCK分泌，促进脂肪与蛋白质的消化，调节胃肠活动，使人产生饱腹感，控制进食量；通过促进GLP-1、CCK等抑制摄食激素的分泌，同时抑制Ghrelin的分泌，而Ghrelin具有启动摄食、增强人的食欲、增大进食量的作用，FFA4对Ghrelin的分泌总体起抑制作用，最终产生摄食抑制效应。不过，在整体动物水平，FFA4缺失后的一些功能异常很可能被其他信号途径所代偿，所以FFA4基因敲除小鼠并无明显的摄食增加。高表达FFA4对摄食的影响尚未见报道，有待今后明确。

3.2 影响食物消化吸收 GLP-1和CCK可抑制胃肠道蠕动和胃酸分泌，延迟胃排空[34]。FFA4激活后刺激两者分泌可减缓食物的消化吸收。一方面，FFA4激活后刺激CCK分泌可促进胆汁和胰酶分泌，加强脂肪类和蛋白类物质的消化与吸收，调节胃肠活动。另一方面，FFA4激活后促进GLP-1的分泌，促进胰岛素合成与分泌，抑制胰高血糖素分泌，胰岛素可促进脂肪的合成与储存、抑制脂肪分解、降低血糖，进而防止糖尿病的发生。Ghrelin有引发胃收缩反应和促进胃酸分泌的效应，且具有增加营养物质尤其是脂类的吸收、促进脂肪形成等多方面的作用，分泌过多会导致肥胖和代谢综合征。FFA4抑制Ghrelin也对胃动力学产生影响。不过，关于FFA4调控胃肠内分泌对食物消化吸收的具体作用还未见报道，有待今后确证。

3.3 调节能量代谢 FFA4基因敲除小鼠出现脂肪比例相对增加、糖脂代谢异常以及胰岛素抵抗[6, 35]，提示FFA4可感受FFA变化，在机体摄入大量FFA后被激活，其作用是增加能量消耗、维持代谢平衡。脂肪细胞的分化、发育与脂质形成受FFA4调控，众所周知，游离脂肪酸浓度的增加，可导致肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病及代谢综合征的发生，故FFA4作为游离长链脂肪酸的受体，它的功能对体内脂肪的平衡至关重要；活化FFA4后，脂肪酸的合成代谢会受到抑制，而脂肪酸的分解代谢会增加，进而脂肪堆积减少，达到体重减轻的效果。如今随着社会发展，生活水平的提高，人们摄入了太多含有脂肪酸的食物，而脂肪酸的过量摄入积聚在人体中，是导致肥胖的重要因素之一。Gotoh等[36]发现FFA4 mRNA在4种不同的脂肪组织中均有高表达。Sawamura等[37]研究发现，当人体摄入脂肪量多时，FFA4可促使更多的脂肪细胞形成用于存储脂肪，并促进荷尔蒙分泌，抑制食欲，防止肥胖。最近研究[38]表明，长期给予小鼠FFA4激动剂TUG-891可诱导脂肪细胞代谢增强，促进能量产生。GLP-1可诱导白色脂肪细胞棕色化，FFA4也可通过GLP-1促使脂肪细胞产生能量[39]。可见，FFA4激活对于抑制肥胖发生有一定作用。

综上所述，FFA4可通过调节胃肠激素的分泌从而抑制摄食、调节能量代谢、影响食物消化吸收，但是关于FFA4在胃肠内分泌中的作用还有许多问题有待阐明，例如，FFA4对其他胃肠激素的分泌有何作用；FFA4表达水平和调节激素分泌作用在肥胖等代谢异常状态下有何变化；FFA4与胃肠疾病有何关系等。FFA4转基因高表达动物模型对于深入明确FFA4的内分泌调节作用十分有益，期待在今后研究中成功制备和应用。