游离脂肪酸受体4在脂肪细胞中的作用及表达调控研究进展

张丽君，梁向艳，赵妍妍，张小春，赵玉峰

(西安医学院基础医学研究所，西安 710021)

游离脂肪酸(free fatty acids，FFAs)是机体重要的代谢物质，其通过CD36等转运体进入细胞后参与多种生理过程，包括进入线粒体β氧化、改变细胞膜结构成分、参与蛋白酰化、生成其他活性分子(如前列腺素)等[1]。研究表明，FFAs不仅在细胞内发挥作用，还可作为细胞外信号分子，激活细胞膜上的G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor，GPCR/GPR)，进而通过细胞内信号转导通路产生效应；短链FFAs和中长链FFAs分别激活不同的GPR，其中GPR41和GPR43是短链FFAs的受体，GPR40和GPR120是中长链FFAs的受体[2]。国际基础与临床药理学联合会将GPR40、GPR43、GPR41、GPR120分别命名为游离脂肪酸受体(free fatty acid receptor，FFAR)1～4[3]。FFAR可感受胞外FFAs的变化，在调节激素分泌、免疫炎症、能量代谢等方面发挥重要作用[2]。目前，由能量代谢异常导致的肥胖和2型糖尿病等已成为危害我国居民健康的主要疾病，而脂肪细胞在肥胖和2型糖尿病发病中起核心作用[4]。研究表明，FFAR4参与机体能量代谢的调控，是治疗肥胖和2型糖尿病等代谢相关疾病的靶分子[5]。现就FFAR4在脂肪细胞中的作用及表达调控的研究进展予以综述。

1 FFAR4概述

FFAR4属于GPCR超家族中的视紫红质受体家族，可感受细胞外中长链FFAs的变化，FFAR4被激活后通过Gq/11-磷脂酰肌醇信号通路和Gα/环腺苷酸信号通路调控激素分泌和细胞分化[6-7]。另外，FFAR4在β抑制蛋白2介导的内吞过程中通过β抑制蛋白2激活相应信号通路，抑制巨噬细胞炎症激活[8]。

FFAR4功能缺失可导致肥胖、胰岛素抵抗等代谢异常。FFAR4失功能性突变与欧洲人群肥胖显著相关，且与空腹血糖水平升高及胰岛功能降低相关[9-10]。FFAR4基因敲除(FFAR4-/-)可导致小鼠胰岛素抵抗和葡萄糖耐量异常，而高脂饲养的小鼠更易肥胖，且表现出更严重的胰岛素抵抗和脂肪肝[10]。而FFAR4激动剂则可提高肥胖小鼠的胰岛素敏感性，改善糖耐量，减少小鼠肝脏的脂肪沉积[8]。由此可见，FFAR4是调控机体能量代谢的一个重要分子，对其深入研究有助于找到治疗2型糖尿病和肥胖的新方法。

FFAR4主要分布于脂肪细胞、胃肠道内分泌细胞、巨噬细胞以及味蕾细胞，其可通过改变脂肪组织代谢、调节胃肠内分泌、影响味觉感受、参与免疫调节等方式调控代谢[11-12]。其中，FFAR4在脂肪细胞中的作用是FFAR4调节代谢的一个重要因素[8]。

2 FFAR4在脂肪细胞中的作用

脂肪组织可分为白色脂肪组织和棕色脂肪组织，白色脂肪组织分布广泛，主要以三酰甘油形式储存能量；棕色脂肪组织在成年人体内较少，主要通过线粒体氧化磷酸化的解偶联分解产热，用于维持体温[13-14]。白色脂肪细胞和棕色脂肪细胞是由前体脂肪细胞在精密调控下分化而来，在机体代谢中发挥重要作用[15-16]。FFAR4在两种脂肪细胞中均有表达，参与调节脂肪细胞的分化和脂质蓄积，同时还可改变脂肪细胞的能量代谢。

2.1参与脂肪细胞的分化和脂质蓄积 Gotoh等[17]报道，FFAR4基因在小鼠皮下脂肪、肾周脂肪、肠系膜脂肪、附睾脂肪垫均有表达，在人脂肪细胞也有表达，且FFAR4的表达水平随着脂肪细胞的分化而升高，抑制3T3-L1前体脂肪细胞中FFAR4的表达，细胞分化显著减弱，提示FFAR4在脂肪细胞分化成熟中起重要作用。Song等[18]研究发现，FFAR4激动剂TUG-891可显著增加3T3-L1脂肪细胞中三酰甘油的蓄积，TUG-891的这种作用由细胞质游离钙水平升高和胞外信号调节激酶1/2作用增强介导。此外，奶牛脂肪细胞中脂肪合成关键酶的表达水平会随着FFAR4基因沉默而降低，同时随着FFAR4激动剂刺激而升高，提示FFAR4可促进脂肪细胞中的脂肪合成[19]。既往认为FFAR4不表达于前体脂肪细胞，但Hilgendorf等[20]研究发现，3T3-L1前体脂肪细胞、人和小鼠的原代培养前体脂肪细胞中均具有纤毛结构，而纤毛上富集FFAR4蛋白分子，由于纤毛膜面积较小，FFAR4分子总数较少，这可能是此前的研究未在前体脂肪细胞中检测到FFAR4表达的原因；该研究还发现，前体脂肪细胞纤毛上的FFAR4可感知培养液中n-3多不饱和脂肪酸廿二碳六烯酸，激活Gα蛋白，从而增加环腺苷酸的生成和环腺苷酸激活的交换蛋白的活化，进而通过转录因子CCTC-结合因子介导染色质重塑并促进脂肪分化相关基因的表达；纤毛FFAR4缺乏可导致前体脂肪细胞分化程度降低，但随着前体脂肪细胞分化和三酰甘油的蓄积，前体脂肪细胞失去纤毛，导致FFAR4分布于整个细胞膜，且表达显著增加。以上研究表明，前体脂肪细胞在分化前即可通过FFAR4感知环境中的FFAs水平，为细胞分化提供刺激信号。

FFAR4不仅参与白色脂肪细胞分化，还可通过介导廿碳五烯酸刺激棕色脂肪前体细胞分化，诱导解偶联蛋白1表达，此作用与刺激环腺苷酸生成和上调miR-30b和miR-378的表达有关[21]。白色脂肪和棕色脂肪在细胞来源、基因表达、形态特征、功能作用等方面均存在显著差异，FFAR4可同时促进白色脂肪和棕色脂肪分化，但其生理学意义目前尚不明确，还有待进一步阐明。

FFAR4-/-小鼠表现出明显的胰岛素抵抗，但其体重和体脂量与野生型小鼠相比差异无统计学意义[8]。另有报道显示，FFAR4-/-小鼠的体重与野生型小鼠无显著差异，但FFAR4-/-小鼠体脂量和脂肪细胞体积显著增加，且与野生型小鼠相比，高脂饮食 FFAR4-/-小鼠的体脂蓄积量显著增加[10]。体脂量取决于脂肪细胞的数目和体积，在体脂量增加和脂肪细胞体积增大的情况下，脂肪细胞的数目是否存变化目前尚不清楚，因此关于FFAR4是否在体内脂肪细胞分化中发挥作用尚无定论。

FFAR4虽然可促进脂肪细胞的分化，但也可抑制三酰甘油的过度蓄积。细胞分化和脂肪蓄积是脂肪细胞受不同机制调控的两个方面，因此促进脂肪细胞分化与抑制脂肪过度蓄积在物质能量代谢调节中的作用一致；脂肪适量蓄积对代谢有益，而过度蓄积则会增加炎症反应、造成胰岛素抵抗，损害正常代谢[15]。因此，抑制脂肪过度蓄积可能是FFAR4的主要作用。目前，FFAR4调节脂肪蓄积的分子机制尚不清楚。有研究指出，FFAR4激活可促进脂肪细胞的葡萄糖摄取[8,22]。虽然葡萄糖摄取增加可能是FFAR4促进脂肪蓄积的一个原因，但葡萄糖摄取增加并不一定促进脂肪蓄积。如成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor 21，FGF21)可显著增加脂肪细胞中葡萄糖转运体1的表达和葡萄糖摄取，但并不促进脂肪合成，反而可减少脂肪蓄积，这与FGF21诱导脂肪细胞棕色化有关[23]。因此，FFAR4调节脂肪过度蓄积的分子机制还有待进一步研究阐明。

2.2调节脂肪细胞代谢 在一定条件下，白色脂肪组织可向棕色脂肪组织转化，即白色脂肪棕色化，这将有助于消耗机体多余的脂肪，抑制肥胖的发生[24-25]。有研究指出，FFAR4激活可促进白色脂肪中解偶联蛋白1表达并向棕色脂肪转化，增加热量产出[26-27]。还有研究表明，FFAR4激动剂TUG-891可直接作用于小鼠棕色脂肪细胞，导致细胞摄取脂肪酸增加，促进脂肪酸氧化，进而增加线粒体分裂和氧的消耗，减少脂肪含量，表明FFAR4不仅在白色脂肪细胞中可促进能量代谢，在棕色脂肪细胞中也可促进能量消耗[28]。FGF21是一个调节代谢的重要激素，可由脂肪细胞合成分泌[29]。FFAR4激活可刺激脂肪细胞分泌FGF21，而FGF21可增强脂肪细胞的解偶联作用，促进热量产生，这也是FFAR4激活促进棕色脂肪代谢的一个机制[27]。FFAR4诱导白色脂肪棕色化、增强棕色脂肪细胞能量代谢，可在一定程度上抑制脂肪蓄积。

然而，也有文献报道，FFAR4激动剂可抑制脂肪分解。如有研究应用FFAR4激动剂CpdB灌胃后大鼠血浆FFAs水平显著降低，提示FFAR4激活可抑制脂肪分解；离体实验也发现，CpdB剂量依赖性抑制原代培养成熟脂肪细胞释放FFAs，此种作用在FFAR4-/-小鼠的脂肪细胞中则不存在，表明FFAR4激活可直接抑制脂肪细胞的脂肪分解作用；当CpdB与胰岛素共同作用于原代培养的大鼠和猕猴的脂肪细胞时，胰岛素的抗脂解作用显著增强，提示CpdB可增强胰岛素的作用[30]。另有报道显示，脂肪细胞释放的FFAs可激活自身FFAR4，而FFAR4激活后可显著降低血浆FFAs水平，提示FFAs通过自分泌方式激活FFAR4，抑制自身FFAs的产生；FFAR4-/-小鼠和FFAR4阻断剂处理的正常小鼠血浆FFAs水平均显著升高，提示脂解作用加强，同时也提示FFAR4在正常生理状态下持续处于一定的激活状态，并具有抑制脂解的作用[31]。

综上，目前关于FFAR4调控脂肪细胞脂代谢的研究结果并不一致，因此FFAR4激活调控脂代谢是否存在细胞种类和机体营养状态等方面的差异仍有待进一步研究。

3 脂肪细胞中FFAR4的表达调控

配体-受体相互作用中，受体上调是增强配体效应的一个重要方面[32]。同样，FFAR的敏感性是机体对FFAs做出反应的关键。FFAR4的天然配体中长链FFAs持续存在于血液中，且超重和肥胖患者血液中的FFAs水平较正常体重人群显著升高，正常情况下人体内并不缺乏FFAR4配体。因此，增强体内FFAR4敏感性是治疗代谢疾病的关键。

3.1营养状态 过度肥胖可导致脂肪组织中FFAR4表达减少，如与正常对照鼠相比，高脂饲料诱导的肥胖小鼠、肥胖大鼠以及肥胖糖尿病大鼠附睾白色脂肪、腹股沟白色脂肪、肩胛间棕色脂肪等组织中的FFAR4基因表达水平均显著降低[30]。与正常饲料喂养的小鼠相比，高脂饲料诱导的肥胖小鼠白色脂肪中FFAR4基因表达水平显著降低[31]。研究发现，与正常体重人群相比，过度肥胖人群的内脏脂肪FFAR4表达水平显著降低[33]。脂肪细胞最主要的功能就是将能量以三酰甘油形式储存于脂滴中，随着蓄积的三酰甘油水平的升高，脂肪细胞体积也显著增大，同时脂肪细胞的代谢和基因表达也发生显著变化，即随着脂肪蓄积的增加，瘦素表达水平升高，脂联素表达水平降低[34-35]。因此，脂肪细胞FFAR4表达水平可能随着脂肪蓄积的程度而处于动态变化中，但具体变化规律仍有待进一步明确。

3.2过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferater activated receptor γ，PPARγ) PPARγ是配体调节的核激素受体，在脂肪细胞中高表达，与脂肪细胞的分化和脂代谢均密切相关[36-37]。研究表明，PPARγ激动剂罗格列酮可显著增加体外培养人脂肪细胞FFAR4的表达[38]。另有研究证实，罗格列酮可上调脂肪细胞FFAR4表达，且染色质免疫共沉淀结合测序分析发现，FFAR4基因启动子上有多个PPARγ结合位点，表明FFAR4是PPARγ的靶基因；另一方面，FFAR4激活可通过刺激PPARγ配体15-脱氧前列腺素J2的生成及抑制PPARγ的失活而增强PPARγ的作用[39]。PPARγ激动剂可显著改善机体胰岛素敏感性，这与PPARγ减轻脂肪组织炎症反应、调节脂肪因子分泌以及增强胰岛素受体胞内信号转导等有关[40]。PPARγ可促进FFAR4表达，而FFAR4可增强PPARγ的激活，因此PPARγ激动剂和FFAR4激动剂可共同增加脂肪细胞的胰岛素敏感性[39]。由于PPARγ激动剂的肝脏和肾脏毒性作用导致其临床应用受限，PPARγ激动剂与FFAR4激动剂联用，在减少PPARγ激动剂用量的同时还可改善胰岛素敏感性，为PPARγ激动剂的临床应用提供了新模式。

3.3细胞因子 FFAR4表达于巨噬细胞，可抑制巨噬细胞炎症因子的释放以及细胞运动与吞噬，具有抗炎作用[41-42]。另一方面，炎症刺激物(如脂多糖)也可抑制巨噬细胞FFAR4的表达[43]。因此，炎症相关因子对脂肪细胞FFAR4的表达也具有调节作用。体外培养巨噬细胞的条件培养液可显著抑制脂肪细胞FFAR4的表达，提示巨噬细胞分泌物可抑制脂肪细胞FFAR4表达[44]。研究证实，白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α均可显著抑制体外培养人脂肪细胞FFAR4的表达[38]，提示巨噬细胞可能通过分泌白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α抑制脂肪细胞FFAR4表达。在脂肪细胞三酰甘油蓄积过程中，随着脂肪体积的增大，脂肪细胞中的白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α表达与分泌增加[45]，这也可能是导致过度肥胖者FFAR4水平降低的原因。另外，脂肪组织中分布大量巨噬细胞，在肥胖发生时，巨噬细胞活化为炎症表型，增加白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α等细胞因子分泌[46]，导致过度肥胖者脂肪细胞FFAR4表达减少。FFAR4激活可抑制巨噬细胞以及脂肪细胞分泌白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α等炎症因子[47-48]，这也是FFAR4激动剂可增强胰岛素敏感性的原因。另一方面，肥胖者FFAR4表达水平降低，作用减弱，可加剧胰岛素抵抗的发生[33]。

4 小 结

FFAR4可通过诱导脂肪细胞分化、促进脂肪细胞棕色化、调节三酰甘油的合成与分解影响整体的胰岛素敏感性和能量代谢，是治疗2型糖尿病和肥胖的靶点。虽然FFAR4具有代谢调节作用，但脂肪细胞FFAR4激活产生各种效应的具体分子机制目前尚不明确；同时，不同营养状态下(如肥胖或饥饿时)，FFAR4激活的效应变化也仍需进一步阐明；此外，脂肪细胞FFAR4表达的调节因素也还需要进一步探索，因此，靶向FFAR4治疗2型糖尿病和肥胖的应用还有待深入分析。目前，FFAR4调控脂肪细胞功能及代谢的研究仍处于快速进展期，新型FFAR4激动剂和FFAR4表达调节剂在脂肪细胞以及整体代谢调控中的作用有望成为未来研究的热点。