过氧化物酶体增值物激活受体α 在代谢性疾病中的研究进展

段广靖，谢 锋，王 斌，陈 琳，卫培峰，李 敏

（陕西中医药大学药学院，陕西 咸阳 712046）

在全球范围内，近几十年来，诸如心血管疾病、糖尿病和肥胖症等新陈代谢性慢性疾病的流行有所增加［1］。有证据表明，一组称为PPAR 的核受体与这些疾病有关。PPAR 家族由3 个成员组成：PPAR-α，PPAR-δ（也称 为PPAR-β）和PPAR-γ（分别为NR1C1，NR1C2 和NR1C3）。PPAR-α 的名称源自于它是过氧化物酶体增殖物激活的受体。PPAR-α 可被某些天然和合成的配体激活，通过其配体激活PPAR-α 可以修饰细胞中的多个生物过程，这些过程在与机体能量产生相关的机制中尤其重要。由于它参与多种代谢过程，因此代表了开发治疗这些代谢性疾病的新药的重要分子靶标［2］。为进一步深入研究机体在能量代谢中如何受到PPAR-α 的调控，以及不同的调控方式是否可以成为能量代谢相关疾病的干预目标，本综述将系统阐述PPAR-α 在能量代谢中的调控作用以及相关进展。

1 PPAR-α 的分子结构与组织分布

PPAR 亚型在4 个功能域内拥有5～6 个结构区域，称为A/B、C、D 和E/F。可变的N 端，不依赖配体的反式激活域（A/B 域）包含激活功能-1（AF-1）基序，它是激酶磷酸化的一个目标。70 个氨基酸的PPAR DNA 结合结构域（C 结构域）包含两个高度保守的锌指基序，可促进与过氧化物酶体增殖物应答元件（PPRE）的结合。铰链区（D 结构域）充当辅助因子的对接位点。C 末端或配体结合结构域（E/F 结构域）负责配体特异性和PPAR 与PPRE 结合的激活，从而增加靶基因的表达。E/F 结构域使用辅因子通过依赖配体的反式AF-2 进行反式激活［3］。与其他两个PPAR 一样，PPAR-α 与RXR（α、β、γ）形成异二聚体，并与目标DNA 中的共有顺式元件PPRE 结合，后者由一个二六核苷酸AGGTCA（或相关序列）组成，由一个碱基对（AGGTCANAGGTCA）隔开。同向重复序列（DR-1）在没有配体状态下，PPAR/RXR 异二聚体与含有组蛋白脱乙酰基酶活性的多组分阻遏物结合，例如核受体共抑物，视黄醛和甲状腺激素受体的沉默介体，从而抑制基因转录［4］。PPAR-α 激活剂刺激后，PPAR-α/ RXR异二聚体与共抑制子解离，并募集具有组蛋白乙酰化酶活性的共激活剂，例如类固醇受体共激活因子-1 和PPAR 结合蛋白，并随后与PPRE 结合靶基因调节基因转录［5］。

1990 年鉴定出第一个克隆的PPAR 亚型PPAR-α，该基因位于人类22q12.2-13.1 染色体上［6］，在肝、心脏、骨骼肌等脂肪酸氧化率较高的组织中表达最高，它是脂肪酸氧化稳态的主要调节器。PPAR-α 在褐色脂肪组织，如肾脏，肾上腺和大多数细胞类型（包括巨噬细胞，平滑肌细胞和内皮细胞）中也高度表达。

2 PPAR-α 的天然与人工配体

所有的PPAR 都具有相似的结构-配体结合域（LBD）。LBD 的形状是字母Y，具有极性特征。LBD 结构能够通过极性结构配体，特别是通过脂肪酸 和 脂 肪 酸 衍 生 物 来 活 化PPAR［7］。PPAR-α 是 由天然配体激活的，包括饱和的、单不饱和的和多不饱和脂肪酸及其代谢产物，例如8（S）HETE，花生四烯酸，棕榈酸，二十碳五烯酸等，见表1。合成PPAR 激动剂，CPGI、Iloprost、WY-1464 和降血脂药物（例如苯扎贝特、环丙沙星、氯贝特、非诺贝特、吉非罗齐和非诺贝酸）也是PPAR-α 的有效活化剂。在贝特类中，苯扎贝特作为所有三种PPAR 同工酶的泛激活剂发挥作用。更多新的PPAR-α 激动剂正在研究当中［8］。

表1 PPAR 配体列表Tab 1 List of PPAR ligands

3 PPAR-α 在不同组织中的的表达

3.1 PPAR-α 在肝脏中的表达

作为机体重要的能量代谢器官，肝脏在调控脂肪和糖代谢过程中发挥了重要作用［9］。肝脏内脂肪代谢包括脂肪生成、脂肪酸氧化代谢和脂肪运输三个过程。在PPAR3 种同工型中，PPAR-α 主要在肝脏中表达，它的主要功能是调节脂肪酸氧化代谢和能量消耗［10］。宋金钥等［11］通过腹腔注射D-氨基半乳糖和脂多糖诱导小鼠急性肝衰竭模型，给药后比较各组与对照组间内质网应激特异性凋亡蛋白CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白和PPAR-α 表达情况，结果发现PPAR-α 可能通过抑制严重内质网应激而保护小鼠急性肝衰竭后肝损伤。在PPAR-α可以调控线粒体脂肪酸（FA）的催化酶表达，进而调节FA 向线粒体转运，引起β 氧化进程，调节脂蛋白代谢，从而完成降脂及调控FA 的代谢。饥饿时PPAR-α 在脂肪酸分解中所发挥的作用特别明显，它能促使外周脂肪酸动员进入肝脏作为能量应用。饥饿后的小鼠能诱导PPAR-α 的显著表达，激活脂肪酸分解代谢，然而同等条件下饲喂的在PPAR-α敲除小鼠，却只呈现非常微小的代谢变化，且持续饥饿导致死亡发生。研究发现PPAR-α 缺失导致肝脏内脂质代谢通路遭到破坏，导致PPAR-α 敲除小鼠肝脏内积累的大量脂肪酸不能被代谢，进而加剧了PPAR-α 敲除小鼠肝脏内肝细胞脂肪变性。PPAR-α 缺失导致饥饿状态下鼠肝脏脂肪变性加重，表明PPAR-α 在小鼠饥饿状态下的肝脏脂肪代谢过程中发挥了重要作用［12］。

3.2 PPAR-α 在心脏中的表达

心脏需要消耗大量的ATP 来维持其收缩功能，而脂肪酸氧化（FAO）是成人心脏能量的主要来源［13］。FAO 约占心脏使用的ATP 的70%。心脏FAO 的调节可分为几个阶段：FA 摄取、甘油三酯的形成和储存、TG 脂肪分解导致未酯化脂肪酸的释放，将脂肪酸转移到线粒体中供FAO 和ATP 产生。参与该级联反应的大多数蛋白质都受到PPAR-α 的转录调控［14］。有研究表明通过体内体外的心肌衰竭实验表明，G-Rb3 通过改善脂肪酸氧化和保护线粒体膜电位来发挥人参皂苷Rb3（G-Rb3）的心脏保护作用，并且G-RB3 对能量代谢和细胞凋亡的保护作用是通过靶向PPARα/RXRα 通路来实现的［15］。MHC 启动子（MHC-PPAR-α）小鼠显示参与心脏脂肪酸转运和氧化代谢的基因表达增加，并且参与葡萄糖摄取和使用的基因表达减少。同样，来自MHC-PPAR-α 小鼠的心脏分别显示出增加的脂肪酸摄取率，降低的葡萄糖摄取率和细胞氧化率，以及增强的心肌细胞TG 积累。MHC-PPAR-α 小鼠在缺血再灌注损伤和线粒体生物合成失调的迹象中也表现出受损的心功能恢复。当心肌细胞暴露于在PPAR-α 配体时，FAO 速率增加。观察到转录反应增强，随后心肌细胞中脂肪酸摄取增加，最终导致脂肪酸氧化酶表达增加［16］。此外，当PPAR-α基因敲除显示出FA 摄取和β 氧化减少时，证实了PPAR-α 在调节FAO 中的重要性。Kaimoto 通过横向主动脉缩窄（TAC）在小鼠中创建了压力超负荷心力衰竭模型，并使用诱导型转基因模型在心力衰竭期间激活了PPAR-α。结果显示出TAC 心脏的FAO 降低，但是由于PPAR-α 的诱导，FAO 的速率得以显著保留。这个结果表明，压力超负荷心力衰竭期间的PPAR-α 激活可改善心肌功能和能量［17］。Standage 等［18］发现，脓毒症的小鼠模型证明，PPARα 的缺乏与存活率下降和心脏损伤有关。使用早期败血症的临床相关小鼠模型，它们发现败血症的前24 h 内野生型小鼠的心脏功能增强，但是缺乏PPAR-α 的小鼠无法维持必要的升高的心脏功能补偿败血症的病理生理。此外，体外工作心脏研究表明，在WT 中心脏脂肪酸氧化增加，但在缺乏PPAR-α 小鼠中没有增加。这些发现表明，PPAR-α可能控制缺氧时的心脏底物代谢，ATP 生成，从而控制心脏功能。

3.3 PPAR-α 在骨骼肌中的表达表达

骨骼肌是人体最大的代谢器官，在健康的非肥胖成年人中约占人体总质量的40%。除了公认的在身体运动和姿势稳定中的作用外，骨骼肌在全身新陈代谢中的重要性已得到越来越多的认识，因为它会影响整体健康和生活质量［19］。骨骼肌占总能量消耗的30%以上，其中高达70%的能量来自静息肌肉中的游离脂肪酸［20］。

张亚强等［21］采用实时荧光定量PCR 检测了PPAR-α 在藏羊与湖羊骨骼肌相对表达量，结果发现PPAR-α 基因在2 个绵羊的骨骼肌组织中均有不同程度的表达且具有品种间差异性。在3 个PPAR成员中，PPAR-α 和PPAR-β/δ 在调节脂质稳态中起中心作用。在体内，PPAR-α 调节与游离脂肪酸（FFA）摄取有关的基因，例如分化簇36/SR-B2（CD36）和LPL。FFA 细胞内转运，例如脂肪酸结合蛋白3（FABP3），脂肪酸氧化，脂蛋白脂酶，肉毒碱棕榈酰转移酶硬脂酰-CoA 去饱和酶。过度表达研究显示，参与脂肪酸氧化和利用的基因在骨骼肌中也受到PPAR-α 的调控［22］。Moist 等［23］用卵巢切除模型研究PPAR-α 对骨骼肌特性和代谢的影响，发现非诺贝特（PPAR 激动剂）和运动相结合，与OVX 对照组相比，减少了骨骼肌萎缩，保持了瘦体重。这个发现表明PPAR-α 激活可改善雌激素缺乏时运动的肌肉骨骼作用。另一项研究报道，与野生型小鼠相比，PPAR-αKO 小鼠的三羧酸循环（TCA）中间体氨基酸和短链酰基肉碱物种的骨骼肌含量减少，这表明TCA 循环通量钝化和蛋白质降解增强也是PPAR-α 不足的病理生理学反应。综上所述，PPAR-α 在调节骨骼肌能量稳态中起着重要的作用。

3.4 PPAR-α 在其他组织中的表达

PPAR-α 在肠上皮细胞、血管内皮和免疫细胞类型，（例如单核细胞/巨噬细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、淋巴细胞和非神经元细胞（例如小胶质细胞和星形胶质细胞）中也有高表达［24-26］。在内皮细胞中，PPAR-α 激动剂干扰参与炎症细胞募集和黏附的代谢过程，并防止血管炎症和损伤。PPAR-α 在血管平滑肌细胞中表达量明显，并起抗炎作用。脂肪组织对于体内能量稳态至关重要。有两种功能类型：白色脂肪组织（WAT）和棕色脂肪组织（BAT）。PPAR-α 在BAT 中高表达，但在WAT 中不表达，其功能是调节线粒体解偶联蛋白，解偶联蛋 白1 和PGC1α 的 表 达［27］。在 肾 脏 中 也 发 现 了PPAR 的所有三种同工型，近年来PPAR-α 在肾纤维化中的正性调节作用逐渐受到重视，今后有望成为治疗肾纤维化的新靶点［28］。

4 PPAR-α 与代谢性疾病

PPARs 调节调节能量平衡、葡萄糖稳态、甘油三酯和脂蛋白代谢、脂肪酸合成、氧化、储存和输出、细胞增殖、炎症和血管组织功能的基因；这些代谢过程的失调会导致代谢性疾病如肥胖症，2 型糖尿病、代谢综合征、非酒精性脂肪肝和动脉粥样硬化［29-31］。事实上，有证据表明PPARS 有助于这些代谢性疾病的病理生理学。因此，PPARS 是开发治疗肥胖、MetS、T2DM、NAFLD 等新药的重要分子靶点。

4.1 PPAR-α 与心血管疾病

心血管疾病（CVD）是全世界约30%的死亡率的首要原因。大约60%～80%的成年人心肌能量来源于FFA 的氧化，主要是长链脂肪酸，它们在维持心肌的正常结构和收缩功能中起着关键性的作用。在心脏疾病中发现能量不足或脂肪堆积过多。脂肪酸代谢异常率是缺血性心脏病严重程度的重要因素。PPAR 在心脏代谢中的核心作用，尤其是FAO 和线粒体生物能学，使它们成为治疗诸如心肌梗塞和心力衰竭（HF）等心脏病的有希望的治疗靶标［32］。

最新研究表明，在响应TAC 诱发的HF 压力超负荷小鼠模型中，心肌细胞中PPAR-α 的表达显着降低。在HF 心脏中，PPAR-α 靶基因，肉碱棕榈酰转移酶1 和脂肪酸转运蛋白1 的表达也显着降低。通过心脏特异性过表达PPAR-α 基因或通过用特异性PPAR-α 激 动 剂（WY-1463）治 疗 小 鼠 来 激 活PPAR-α，改善了心功能，减轻了心脏纤维化，并在TAC 诱发的HF 小鼠模型中保留了FAO 和高能磷酸盐［33］。匹伐他汀是3-羟基-3-甲基-戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶的竞争性抑制剂，HMG-CoA还原酶可刺激甲羟戊酸的产生，这是胆固醇生物合成的速率决定性步骤，抑制这种酶的药物的使用与总胆固醇和低密度脂蛋白的降低呈剂量依赖关系［34］。Gemcabene calcium 是一种小分子二烷基醚二羧酸的单钙盐，目前处于后期临床开发中。在啮齿动物中，Gemcabene calcium 显示出不同的靶标，包括apoC-Ⅲ，apoA-Ⅰ和过氧化物酶体，它们被认为是通过PPAR 基因激活来调节的，这表明PPAR介导的作用机理可用于在啮齿动物和人类中观察到的降血脂作用［35］。在卡纳单抗抗炎血栓形成结果研究研究中显示出降血脂和抗炎特性通过抑制白细胞介素-1β 诱导的炎症和C 反应蛋白的产生，来改善CVD。除降低低密度脂蛋白活性外，还显示出降血脂和抗炎特性，这为CVD 患者提供了额外的好处［36］。

4.2 PPARα 与2 型糖尿病

糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，严重地危害着人类健康。据国际糖尿病联盟统计，截止2011 年全球范围内有3.66 亿人患有糖尿病，2.8 亿人属于高危人群，而我国的糖尿病患者数目居于世界首位，其中2 型糖尿病发病率高达10.4%［37］。臧慧梅建立T2DM 小鼠模型，同时体外采用高糖联合高胰岛素诱导乳大鼠心肌细胞肥大，观察丹酚酸B 及PPAR-α 抑制剂MK886 对心肌细胞表面积、3H-亮氨酸参入率、3H-D-葡萄糖参入率及PPAR-α 表达的影响，结果表明Sal B 能够抑制T2DM 模型小鼠的心肌肥厚，其机制与上调PPAR-α 表达有关［38］。Tenenbaum 等［39］发现苯扎贝特、非诺贝特和吉非贝齐等药物在治疗与2 型糖尿病相关的血脂异常中比HMG-CoA 还原酶抑制剂更有益和有效。所有贝特类药物均为PPAR-α 激动剂，具有降低TAG 的能力，并增加高密度脂蛋白胆固醇水平。硫酸雷贝格列酮于2013 年7 月4 日获得了食品和药品安全部（韩国）的批准。它由Chong Kun Dang Corporation 开发和销售。洛贝格列酮是PPAR-α 和PPAR-γ 的激动剂，可作为胰岛素增敏剂。它可作为饮食和运动的辅助手段，以改善成年人T2DM 的血糖控制［40］。高颖等［41］探索黄芪散对实验性2 型糖尿病大鼠心肌病变的保护作用及作用机制，结果发现黄芪散组大鼠表现出肌纤维排列规则，纤维间未见脂肪沉积，也未见纤维溶解等，并可明显抑制心肌胶原纤维增生；黄芪散组可显著降低MG53、PPAR-αmRNA 的表达，表明黄芪散通过调控MG53/PPAR-α 通路，抑制MG53、PPAR-αmRNA的表达对实验性糖尿病心肌病变起到一定的防治作用。尹清晟等［42］考察金芪降糖片联合胰岛素对2型糖尿病大鼠胰岛素抵抗的改善作用及作用机制，采用高脂饲料喂养联合ip3 次小剂量（35 mg/kg）链脲霉素制备2 型糖尿病大鼠模型，Western Blot 检测大鼠肝脏PPAR-α 表达情况，结果发现与模型组比较，联合给药能明显降低2 型糖尿病大鼠餐后血糖（P＜0.01），显著增加胰岛素敏感性（P＜0.05），显著升高血清FGF21 含量（P＜0.01）、增加肝脏PPAR-α表达（P＜0.01），表明金芪降糖片联合胰岛素能够协同激活PPAR-α/FGF21 信号，改善2 型糖尿病大鼠胰岛素抵抗、增加胰岛素敏感性。

4.3 PPAR-α 与NAFLD

非酒精性脂肪肝疾病是最普遍的代谢综合征，其特征是肝细胞质中脂质积累异常，影响了全世界约25%的成年人［43］。该病近年的发病率逐渐升高，已成为仅次于病毒性肝炎的第二大类肝脏疾病，常规治疗方法有抗炎、保肝和饮食运动疗法等［44］。临床研究强调，PPAR-α 影响NAFLD 和NASH，缺乏PPAR-α 的小鼠在禁食期间会发生脂肪变性，提示PPAR-α 活性对于使用从脂肪细胞释放的FFA 的重要性［45］。Montagner 等［46］构建了一种新型的肝细胞特异性PPAR-α 基因敲除小鼠模型。使用这种新型模型，他们在非诺贝特治疗后进行了转录组学分析，发现GO 生物学功能分析显示非诺贝特上调脂质代谢，并抑制免疫和防御反应，代谢反应以及糖基化和糖蛋白代谢。Zhang 等［47］通过建立高脂饮食诱导NAFLD 模型，得到了SIRT1 通过转录后调节PPAR-α 的表达来激活转录因FOXO1，进一步抑制TG 的合成，从而抑制NAFLD 的进程。在Liang等［48］的研究中，他们通过结合肝脏特异性G 蛋白抑制通路（GPS2）KO 小鼠的研究与人类转录组数据集的相关分析，发现了GPS2 亚基在小鼠和人类NAFLD/NASH 进程中的作用。他们的数据共同表明了GPS2 通过拮抗PPAR-α 促进脂肪肝疾病的发展，因此GPS2-PPAR-α 相互作用的选择性治疗调节可能对将来的疾病干预感兴趣。

4.4 PPAR-α 与代谢综合征

代谢综合征是全球公共健康的主要问题，它的特点是中心性肥胖、高血压、脂代谢异常、糖尿病或糖耐量受损等聚集出现，以胰岛素抵抗为共同病理生理基础的代谢紊乱症候群［49］。代谢综合征是一组心脏代谢危险因素，从高甘油三酯（TGs）到高腰围、高血压和胰岛素抵抗。鉴于代谢综合征是CVD和其他慢性疾病的重要前兆，各专业组织的指导方针呼吁加大努力，以减少这种疾病及其组成部分的发病率［50］。在这种代谢紊乱中，PPARs 参与调节代谢的稳态，是一个有价值的治疗靶点。

MetS 的特征，即甘油三酯升高、腹部肥胖、高密度脂蛋白水平降低和血糖升高，除了血压升高外，还清楚地表明PPAR-α 激动剂具有控制大多数这些特征的理想特性［51］。贝特类药物在以TGs 升高为特征的疾病的临床治疗中的作用现在已经得到充分的证实［52］。对最近一些试验的长期再评价已经明确证实，非诺贝特尤其可能在降低糖尿病、高甘油三酯血症和低HDL-C 患者的心血管疾病方面具有有效的指征［53］。

5 结论与展望

PPARs 是配体受体激活的转录因子，是核受体超家族的一个亚家族。PPAR 亚家族由PPAR-α（NR1C1）、PPAR-β/δ（NR1C2）和PPAR-γ（NR1C3）三种亚型组成。PPARs 与RXRS 成员异源二聚，从而调节基因表达。PPAR-α 是PPAR 家族的第一个识别成员，主要表达在脂肪酸分解代谢水平较高的组织中，如肝脏、骨骼肌和心脏。PPAR-α 的激动剂包括饱和的、单不饱和的和多不饱和脂肪酸及其代谢产物，例如8（S）HETE、花生四烯酸、棕榈酸、二十碳五烯酸等，包括临床使用的药物，例如非诺贝特和吉非罗齐等。PPAR-α 控制脂蛋白和TG 代谢相关基因的表达，脂肪酸氧化，特别是β-氧化，细胞摄取和脂肪酸席席的输出，以及间接脂肪生成。这些特点，加上其参与代谢性疾病，使开发新的治疗方法治疗血脂异常，METs，T2DM，NAFLD 和相关的心血管并发症成为PPAR-α 的理想目标。

PPAR 转录因子是多种代谢途径的主要调节因子，参与了肥胖、糖尿病、代谢综合征、非酒精性脂肪性肝病和心血管疾病等代谢性疾病的发病机制。它们也是这些代谢性疾病的药物靶点。事实上，两类药物，纤维蛋白（PPAR-α 激动剂）和噻唑烷二酮类（PPAR-γ 激动剂），在临床实践中被广泛应用，以改善血脂异常和高血糖。世界各地的许多制药公司正在努力开发新的单一的或双PA-PPAR 激动剂，其目标是开发新的治疗剂，用于治疗METs、T2DM 和相关的心血管并发症和非酒精性脂肪肝疾病。然而，PPARs 在能量代谢中的确切分子机制尚不清楚。在这一领域的未来研究应面向分子机制，以确保PPAR 作为治疗靶点的使用。