PPARγ与胰岛素抵抗的关系

吴 慧，李晓华，沈春燕※

(上海中医药大学附属第七人民医院a.营养科，b.内分泌科，上海 200137)

早在1997年，世界卫生组织已经正式将肥胖列为一种慢性疾病。研究发现，脂肪细胞不仅是一个储存脂质的场所，还是一个内分泌器官，分泌多种细胞因子，可直接参与调节脂肪组织乃至整个机体的代谢[1]。肥胖可引起各种代谢综合征，其共同的病理基础是胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)，且与高脂饮食密切相关。脂肪组织是IR的始发部位，脂肪细胞肥大、分化异常以及脂肪组织慢性炎性状态是导致IR的重要原因[2]。

脂肪细胞的增殖与分化由多种基因调控，其中最主要的调控基因是过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators activated receptor γ,PPARγ)[3]。PPARγ在调节脂类代谢以及脂肪巨噬细胞极化、脂肪细胞因子分泌中扮演着重要角色。脂肪细胞的分化异常和脂肪细胞因子的分泌异常是导致脂肪组织慢性炎症状态的主要原因，PPARγ通过调控脂肪细胞的分化和脂肪细胞因子分泌两个途径直接参与整个IR的发展过程。因此，了解PPARγ的结构特征、表达特性以及在脂肪分化、脂肪细胞因子分泌中的作用机制等，对于寻找有效改善IR的干预措施具有重要的理论意义和实用价值。现就PPARγ基因的结构特征，在脂肪组织增殖分化、脂肪细胞因子分泌中的作用，参与IR的过程，PPARγ与IR关系进行综述。

1 PPARγ基因概述

PPAR于1990年首先被Issemann和Green[4]发现，其属于Ⅱ型核内激素受体超家族成员，可分为α、β、γ 3种亚型，PPARγ是研究最为广泛的一个亚型[5]。因PPARγ在脂肪细胞分化、巨噬细胞极化以及脂肪细胞因子分泌中起重要作用，已被证实是2型糖尿病IR、肥胖症、血脂异常等疾病的治疗靶点。

1.1分型与结构 人PPARγ基因位于3号染色体3p25，含有9个外显子，可转录生成4种异构体，根据其启动子及选择性剪接方式的不同分为PPARγ1- 4。PPARγ1主要分布在心血管、肺组织、结肠、小肠以及肝肾组织等[6]；PPARγ2主要分布在脂肪组织；PPARγ3主要分布在巨噬细胞、T淋巴细胞；PPARγ4的分布尚不清楚[7]。PPARγ由A～F6个结构区域组成，包含4个主要的结构功能域：①非配体依赖的转录活化域，区域A/B，AF- 1(activation function- 1)结构域是激酶磷酸化的靶点，磷酸化AF- 1后可抑制PPARγ的活性。②DNA结合结构域(DNA binding domain,DBD)，区域C，其中高度保守的锌指结构可促进受体与靶基因启动子区DNA序列的结合。③转录活性调节结构域，区域D，核内因子与转录活性调节结构域中辅因子的停泊位点结合可影响PPARγ的活性。④配体结合结构域(ligand binding domain,LBD)，区域E/F，位于C端，配体结合区与配体结合可形成异源二聚体，AF- 2与辅助因子结合有加速作用，最终协助完成转录过程[8]。见图1。

AF- 1：非配体依赖的转录活化域(A/B)；DBD：DNA 结合结构域(C)；HD：转录活性调节结构域(D)；LBD/AF- 2：配体结合结构域(E/F)

图 1 PPARγ 蛋白结构模式图

1.2激活物与配体 PPARγ是配体依赖性转录因子。PPARγ的配体主要是多种脂肪酸及其衍生物，分为天然配体和合成配体两种。天然配体主要来源于食物和机体的代谢产物(包括亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等长链多聚不饱和脂肪酸以及一些类花生酸衍生物)和前列腺素(prostaglandin，PG)类(包括PGA、l,5- 脱氧前列腺素J2等)，天然配体的特异性较低。人工合成配体包括胰岛素增敏剂噻唑烷二酮(thiazolidinedione,TZD)类药物(如曲格列酮、吡格列酮等)和非甾体抗炎药(如吲哚美辛、氟芬那酸等)[9]，其特异性较强。

PPARγ基因与其配体形成复合物后被激活。与视黄醛类X受体(retinoid X receptor,RXR)结合形成异源二聚体PPARγ- RXR。被激活后的信号转导途径主要包括：①通过DBD中的锌指结构与靶基因启动子上的过氧化物酶体增殖反应元件(peroxisomal proliferation reaction element,PPRE)结合，调节转录过程，抑制或激活靶基因的表达。PPRE存在于多种糖脂代谢相关基因编码的蛋白中，如脂肪酸合成酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶以及葡萄糖转运子4等[10]。②通过AF- 1结构域调节PPARγ的磷酸化状态，参与促分裂原活化的蛋白激酶以及磷脂酰肌醇- 3- 激酶活性的调节[11]。此外，PPARγ也可结合并活化T细胞核因子、p50和p65，竞争性抑制炎症信号通路和炎症介质的生成，抑制炎症反应[12- 13]。

PPARγ作为激素、内源性代谢物及外源性化合物的传感器，调控大量与糖脂代谢相关的基因的表达，是脂肪细胞增殖与分化、胰岛素信号转导的重要调节因子[7]。

2 PPARγ与脂肪组织

2.1脂肪细胞分化 脂肪组织是人体贮存能量的器官，有白色脂肪组织(white adipose tissue,WAT)和棕色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT) 两种。WAT源于脂源性细胞，分布于整个机体，不仅贮存能量，还是最大的内分泌器官，尤其是内脏脂肪。BAT源于肌源性细胞，随着年龄的增长而逐渐减少，至成年时在机体的分布极少，其作用主要是产热。成熟的WAT不能进行细胞分裂，必须通过增殖分化形成新的脂肪细胞才能储存体内产生的多余能量。若分化异常可导致脂肪细胞肥大、内分泌功能紊乱，并介导糖脂代谢紊乱、慢性炎症等过程，继而引发相关疾病。

脂肪细胞的分化分为两个阶段。决定阶段，骨髓间充质干细胞接收外界信号开始分化形成前体脂肪细胞，但目前对其具体的分子机制还不了解[14]。终末分化，即前体脂肪细胞分化为成熟脂肪细胞，包括三个阶段：①有丝分裂克隆增殖阶段。前体脂肪细胞发生融合和接触抑制后进入细胞周期，细胞数目增多，形态由纤维状变为圆形。CCAAT增强子结合蛋白 (CCAAT enhancer binding proteins，C/EBPs)家族的β和δ亚型大量表达，开始启动细胞分化。②终末分化阶段。此阶段细胞进入生长静息期，转录因子如PPARγ和C/EBPα大量表达，激活相关基因的表达，脂滴积累使细胞形态进一步变圆。③脂肪细胞成熟阶段：脂肪细胞被单一的大脂滴填充，表面标志基因大量表达，并分泌各种细胞因子，直接参与到胰岛素敏感性、能量平衡调控等过程。在分化过程中，涉及一系列的转录级联事件，其中PPARγ和C/EBPs调控大部分与脂肪增殖相关的基因的表达[15]。沉默C/EBPα基因，PPARγ仍可单独启动脂肪合成相关基因的转录；而沉默PPARγ基因后，C/EBPα 不能单独作用于脂肪分化[16]。

目前尚未发现某种细胞因子在敲除PPARγ基因的情况下能够单独促使脂肪细胞分化[17]。PPARγ基因敲除小鼠的脂分化能力丧失，表现为脂肪萎缩、IR等[18]。很多参与脂肪生成的关键信号通路最终也是通过PPARγ和CEBPs起作用的，如Kruppel样转录因子蛋白家族[19]、细胞周期蛋白、去磷酸化的Rb蛋白、细胞周期蛋白D3及周期蛋白依赖性激酶6复合体可通过磷酸化增强PPARγ的转录活性，而细胞周期蛋白D1可抑制其转录活性[20]。肿瘤坏死因子- α(tumor necrosis factor α，TNF- α)和白细胞介素(interleukin，IL)- 1等细胞因子可磷酸化PPARγ的AF- 1结构域，从而抑制脂肪细胞分化[21]。脂肪分化过程涉及非常复杂的转录调控网络，很多机制目前尚不清楚，需要进一步探索。

2.2脂肪巨噬细胞M1/M2极化 巨噬细胞在体内外不同微环境的影响下，尤其是炎症反应的不同时期可分化出不同表型，并表现出功能上的差异，这种现象称为极化。脂肪组织巨噬细胞按照被激活的方式和免疫功能分为经典活化型(M1型)和替代活化型(M2型)。M1由脂多糖、γ干扰素等激活，促进辅助性T细胞1型免疫应答，分泌TNF- α、IL- 6等，在炎症早期促进炎症反应，但也会导致炎症反应过度，造成细胞损伤。M2由IL- 4、IL- 13等激活，可促进辅助性T细胞2型免疫应答，分泌TGF- β、IL- 10 等，主要参与抗炎、促进组织修复等。但这并不是“非黑即白”的，在特定微环境下可以相互转换。在非肥胖个体中趋向于M2型发挥抗炎作用[22]；而在肥胖个体中，营养物质大量堆积引起低氧、氧化应激以及内质网应激，导致巨噬细胞大量浸润并聚集在死亡的脂肪细胞周围，趋向于M1型发挥促炎作用[23]。不同脂肪酸类型对巨噬细胞的影响也不同，饱和脂肪酸倾向于M1/M2混合型极化，而多不饱和脂肪酸倾向于抑制巨噬细胞M1型极化[24]。

内脏脂肪组织的诱导性调节性T细胞(inducible Treg,iTreg)高表达PPARγ，与正常饮食小鼠相比，高脂饮食诱导的肥胖小鼠内脏脂肪组织中iTreg的数量及比例显著下降[25]。在PPARγ缺失的突变体内，iTreg细胞的数量下降到10%以下，同时伴有M1型极化及IR。激活PPARγ受体可直接促使M2型极化，因其广泛存在于单核- 巨噬细胞体系。有研究发现，在IL- 4诱导的M2型巨噬细胞内PPARγ显著上调，但在PPARγ失活的情况下，即使有IL- 4的刺激，巨噬细胞仍不能被诱导为M2型极化[26]。PPARγ基因敲除后M2活化的功能性标志Arg1的合成被抑制50%以上[27]。在脂多糖刺激M1极化过程中，核因子κB(nuclear factor κB，NF- κB)起到了不可或缺的作用，PPARγ可直接与NF- κB结合，还可通过竞争结合辅助激活因子CBP和p300，抑制NF- κB的转录，抑制 M1型极化[28]。

2.3脂肪细胞因子 脂肪组织中主要是WAT合成和分泌多种细胞因子，如脂联素、瘦素、游离脂肪酸以及抵抗素等，广泛参与机体的各种生理代谢过程。

2.3.1脂联素 又称脂肪细胞补体相关蛋白。人脂联素基因位于染色体3q27，其是代谢综合征的易感位点，与糖尿病和心血管疾病的易患性相关[29]。脂联素由244个氨基酸组成，包含球状域、胶原域、可变域和氨基端信号序列4个区域，其中球状区是生物活性的关键部位，与TNF- α的结构相似，与补体CP- 1有很高的同源性。女性脂联素的水平明显高于男性，无明显昼夜节律，与年龄无关，与体质量有关，肥胖者脂联素的水平较低，体重下降时水平回升[30]。脂联素的分泌受胰岛素、PPARγ、TNF- α等的调节，是胰岛素的增敏激素，与脂肪组织体积呈负相关[31]。胰岛素可作用于脂联素基因，促进其表达和转录，从而增加脂联素的合成和分泌。PPARγ可通过促进脂肪细胞分化，进而增加小脂肪细胞的数量以及细胞膜上胰岛素受体的数目，最终上调脂联素的表达[32]。TZDs可作用于脂联素启动子区域的PPARγ结合位点，诱导脂联素产生。因脂联素球状域结构与TNF- α类似，因此两者互为拮抗。

2.3.2瘦素 是肥胖基因的编码产物。人类肥胖基因位于染色体7q31.3，是一个含有167个氨基酸密码的DNA序列，瘦素的二级结构中包含α螺旋和β 折叠，为一个球状结构，在序列上与任何其他已知的蛋白无同源性。瘦素呈脉冲式分泌，有明显的昼夜节律性，在夜间20:00至次日3:00为最高峰，至中午最低[33]。瘦素的表达和分泌受多种因素影响，起促进作用的有胰岛素、糖皮质激素、TNF- α以及雌激素等，起抑制作用的有雄激素、非酯化脂肪酸以及生长激素等[34]。瘦素的主要功能是调控机体能量代谢平衡，包括减少脂肪合成和存储、抑制食欲、降低体重等。中枢注射瘦素或转染瘦素基因的小鼠能迅速缓解高脂饮食诱导的肥胖及IR[35]。虽然瘦素不能直接诱导脂肪细胞凋亡，但能直接抑制前脂肪细胞的分化成熟过程，进而减少脂质堆积在脂肪细胞中。瘦素还抑制TZDs诱导的PPARγ的表达[36]。在脂肪组织 PPARγ失活的情况下，因脂肪细胞生成减少，肥大脂肪细胞显著增多，使游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)和三酰甘油升高，从而降低瘦素和脂联素的表达[37]。在PPARγ基因的Pro12Ala多态性人群中，由于PPARγ的活性降低，瘦素水平下降，脂肪细胞数量增多，从而加重脂代谢紊乱[38]。

2.3.3抵抗素 人类的抵抗素基因位于染色体19p13，是由108个氨基酸残基组成的多肽。Seppan等[39]研究TZDs对脂肪细胞PPARγ的作用机制时发现的抵抗素，因其可抑制胰岛素信号转导通路，抵抗胰岛素的作用而得名。抵抗素主要分布在外周血单核细胞和巨噬细胞中，其表达和分泌受多种因素影响，起促进作用的因素有生长激素、甾体类激素、PPARγ、衰老以及高血糖等，起抑制作用的因素有空腹、甲状腺素、肾上腺素、异丙肾上腺素等[40]。有实验观察到，在高糖条件下，外源性抵抗素基因的表达能刺激细胞PPARγ受体表达的下降，影响脂代谢并增加FFA的含量，间接促进了IR的形成[41]。

2.3.4成纤维细胞因子21 是由210个氨基酸残基组成的多肽，主要由脂肪组织和肝脏分泌，具有改善胰岛β细胞功能、提高胰岛素敏感性、降低血脂水平等作用。体外成纤维细胞因子21可能是通过细胞因子信号抑制物、PPARγ等减少胰岛细胞中生长激素信号的表达，抑制胰岛细胞的增殖及胰岛素的分泌[42]。

2.3.5视黄醇结合蛋白4(retinol binding protein 4,RBP4) 人RBP4基因定位于10q23～q24，编码201个氨基酸的前体蛋白，负责结合、转运全反式视黄醇及其载体蛋白质。RBP4还是一种参与IR的重要脂肪因子，其表达和分泌受多种因素影响，起促进作用的有胰岛素、糖皮质激素、地塞米松、TZDs等，而TNF- α则抑制其表达[43]。

3 PPARγ与IR

IR指各种原因导致的胰岛素生物活性降低，主要表现为外周组织(尤其是肝脏、肌肉和脂肪组织等)对胰岛素的敏感性降低，对葡萄糖的摄取和利用效率降低。IR是2型糖尿病的原发病理生理事件，现在认为脂肪组织是IR的始发部位，脂肪细胞肥大、慢性炎性状态以及脂肪组织异常分化是导致IR的重要原因。

3.1脂肪分化 WAT分化后可抑制IR，其机制主要是小脂肪细胞数量增多，细胞膜上胰岛素受体增多,敏感性增强，促进外周组织对葡萄糖信号的转导,通过PPARγ- RXR结合于靶基因启动子上的PPRE，激活脂肪组织特异性的基因表达，促进前脂细胞的分化过程[44]。PPARγ基因敲除小鼠，脂肪分化障碍，FFA增多，脂肪细胞膜上胰岛素受体数量减少[18]。“脂毒性”观点认为，FFA短时间内可有效促进机体内胰岛素的分泌，但长期处于高FFA状态会对胰岛β细胞产生脂毒性，明显损害其结构和功能，使胰岛素分泌障碍，严重时导致细胞坏死[45]。

3.2脂肪组织慢性炎症 巨噬细胞大量浸润是脂肪组织慢性炎症的重要标志。肥胖个体中以M1型细胞为主，引发慢性炎症和胰岛素耐受。肥胖者在体质量下降过程中，M2型细胞逐渐增多，阻止炎症反应，维持脂肪代谢和组织稳态[46]。巨噬细胞中PPARγ基因敲除后，M2型细胞极化及功能受损，Arg1表达减少，炎症信号通路增强[2]。大量巨噬细胞浸润脂肪组织后又释放细胞因子加剧炎症反应。②瘦素受体也表达于巨噬细胞和单核细胞，肥胖过程中瘦素激活NF- κB通路，使内皮细胞中的趋化因子和黏附分子表达上调，进而使单核细胞在外周循环中的数量增多，脂肪组织炎性因子浸润增强，进而发生M2型极化[47]。PPARγ可直接抑制NF- κB的转录，抑制M1型极化。脂联素可促进M2型极化。③M1型细胞分泌的TNF- α和IL- 6是IR的主要的炎性因子。TNF- α可抑制脂联素、RBP4等参与IR的细胞因子的表达，促进瘦素、抵抗素表达，从而加重IR。大量的IL- 6对胰岛β细胞有细胞毒作用，严重时可导致其凋亡。IL- 6与受体结合后可作用于胰岛素信号转导通路，降低胰岛素敏感性[45]。PPARγ激活后能够通过磷脂酰肌醇- 3- 激酶途径，促进胰岛素信号转导，改善IR。

3.3细胞因子 在IR过程中，细胞因子起着双向调节的作用。

3.3.1脂联素 PPARγ的激活可增加脂肪组织中脂联素的表达，从而激活骨骼肌和肝脏AMP活化的蛋白激酶(AMP- activated protein kinase,AMPK)的磷酸化，通过增加葡萄糖转运子4向细胞膜易位，增加肌肉中葡萄糖的转运，减少肝中葡萄糖的生成，增加胰岛素的敏感性[48]。AMPK是三大物质代谢的关键酶，主要作用是协调代谢和能量的需要，短期内启动分解途径，同时关闭合成代谢途径，长期则通过调节基因表达调节三大物质代谢，被称作“能量感受器”。TNF- α通过影响蛋白激酶C和C- Jun氨基端激酶家族信号通路，IL- 6 通过影响p44/42促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，下调脂联素的表达[49]，分泌细胞因子，介入炎症反应。PPARγ激活脂联素的表达后，可减少TNF- α的释放，解除TNF- α介导的胰岛素信号转导抑制[50]。

3.3.2瘦素 外周存在一个“脂肪- 胰岛素”轴，是瘦素和胰岛素的反馈通路，瘦素能够抑制胰岛β细胞的生物合成和胰岛素分泌，胰岛素能刺激脂肪组织分泌瘦素。若“脂肪- 胰岛素”反馈机制被破坏，瘦素抵抗和IR常共同存在，在2型糖尿病患者中较常见到[51]。瘦素通过激活AMPK和诱导PPARα/γ基因表达，刺激骨骼肌和其他部位脂肪酸的氧化，若瘦素抵抗则会加重IR[52]。瘦素作为细胞因子也参与了炎症反应，急性炎症时多种细胞因子能提高体内瘦素的水平，且呈剂量依赖关系，提示瘦素也介导IR的炎症反应。

3.3.3抵抗素 可下调肝脏、骨骼肌、脂肪组织中AMPK的活性，影响机体的能量代谢，导致IR；可阻碍胰岛素信号转导中的关键通路：胰岛素受体和磷脂酰肌醇- 3- 激酶/蛋白激酶B通路，影响肝糖原输出，升高血糖；可通过影响肝脏脂代谢，增加肝脏FFA的含量，诱导肝脏脂肪变性和IR[53]。抵抗素在巨噬细胞和单核细胞中高表达，提示抵抗素可能作为促炎症反应的标志物，介导IR的炎症反应。

4 结 语

脂肪组织是IR的始发部位，PPARγ在脂肪组织分化、巨噬细胞极化、脂肪细胞因子的分泌等方面发挥重要作用，通过介导糖脂代谢、胰岛素信号因子转导、慢性炎症反应等环节，直接或间接影响IR的发生发展。目前PPARγ的研究报道已有很多，但仍有许多问题尚待深入研究，如PPARγ在脂肪细胞分化中准确的调控机制，以及在脂肪巨噬细胞极化过程中，PPARγ与各个细胞因子作用的分子通路与IR的关系以及它们之间的相互作用等。但以PPARγ和脂肪组织为研究靶点，对于防治IR相关疾病仍具有重要指导意义。