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编号:10235112
ob基因研究进展
http://www.100md.com 《中国医学杂志》 1998年第3期
     作者:齐可民 丁宗一 江载芳

    单位:100045首都医科大学附属北京儿童医院儿科研究所

    关键词:

    中华医学杂志980331 研究表明,目前至少有6种单基因突变或表达异常均可导致鼠肥胖表型的发生,同时在人类亦发现了这些基因的同源性基因。因而单从遗传学的角度看,肥胖发生的机制正经历着多基因控制向单基因或主导基因控制的转变[1]。ob基因作为这些与肥胖有关的单基因中的一种,于3年前已被克隆,并发现其表达产物肥胖抑素(leptin)具有降低体脂贮量及体重的作用,因而已成为国际医学研究的热点[2,3]

    一、ob基因和leptin的命名

    ob基因广泛存在于脊椎动物体内,其突变可导致肥胖表型。目前已发现类似与肥胖有关的单基因至少有6种。如将ob基因翻译为肥胖基因则太笼统,又不妥当,因此建议仍沿用其英文名字,译为ob基因。leptin为ob基因的表达产物,开始时曾被称为ob蛋白,即肥胖蛋白;后来发现其具有降低体重的作用,因而改称leptin,这一词来源于希腊语leptos,意思是瘦(thin)。目前已证实leptin是一种激素,其在人类肥胖的发生和发展过程中起着拮抗和抑制作用,因此我们结合其属性及功能将其译为肥胖抑素[1,4~6]
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    二、ob基因的研究历史

    1950年在美国一家名为Jackson的实验室里发现了一种自然突变系C57BL/6J ob/ob小鼠,其表型特征是过度肥胖和Ⅱ型糖尿病,并推测其发生与ob基因突变有关。1978年Coleman等人在对C57BL/6J ob/ob和正常野生型进行交叉循环灌流时发现,肥胖小鼠的食欲和体重均明显下降,表明其体内缺乏一种能调节食欲和代谢的血源性因子;并提出了ob基因编码这一血源性因子产生的假说。为了证实这一假说,Friedman肥胖研究小组历经8年时间的研究,终于1994年底利用定位克隆(positional cloning)的方法在C57BL/6J ob/ob小鼠第6号染色体近端的小眼基因和Waved-1基因丛中发现了ob基因突变,并将其成功克隆。继而又证实了ob基因表达产物具有调节食欲、代谢及体重的作用。至此关于肥胖症发生的分子机制研究全面展开了[2,3]

    三、ob基因的结构
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    ob基因的染色体定位明确,在小鼠位于第6号染色体上,人类位于7q31.3。ob基因在脊椎动物中具有高度保守性。在人和小鼠之间,其编码区核苷酸序列有84%同源性。人和小鼠的ob基因均包含3个外显子及2个内含子,基因跨度分别为18 kb和650 kb,分别转录3.5 kb和4.5 kb的mRNA;外显子2和3共同编码167个氨基酸组成的蛋白分子,即肥胖抑素原。人类ob基因的精细结构已清楚,2个内含子长度分别为10 kb和1.9 kb,将3个外显子间隔开。内含子与外显子连接点遵循TG/GA剪切规律。在编码区上游57 bp处(即第一个外显子起始处为转录起始位点,其上游28bp处为TATAA启动子序列。在3 kb的5′-端未翻译区富含Sp-1、CCAAT增强子 结合蛋白(C/EBP)、糖皮质激素反应因子(GRE)及cAMP反应因子结合蛋白(CREB)等转录因子 结合位点和MER11、Alu2个重复性序列。在3′-端编码区的下游3.3 kb处为多聚腺苷酸信号AATAAA[1,2,7]

    四、ob基因表达
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    大量研究表明,ob基因只在成熟的脂肪组织细胞中表达,并且不同部位脂肪组织中的表达量各不相同[5,8],ob基因表达总量及血浆肥胖抑素水平与体重指数、体脂总量呈正相关关系。进一步研究发现ob基因表达存在性别差异,在体重指数相同的条件下,女性血浆肥胖抑素水平高于男性。年龄和种族则对ob基因表达影响不大[9,10]。ob基因表达的初产物是一种167个氨基酸组成的分子量为18 000的蛋白质,在其由脂肪细胞分泌入血的过程中失去含21个氨基酸的N-端信号肽而生成肥胖抑素。进一步研究发现,日本人及30%的野生型C57BL/6J小鼠的ob基因编码区存在第49位谷氨酰胺(Gln)密码子的缺失,导致表达蛋白中少一个氨基酸。因此,在正常的脊椎动物中ob基因及其表达蛋白实际上存在两种形式,即Gln缺失型与Gln非缺失 型[2,8,9]。关于肥胖抑素的测定,目前已建立了免疫沉淀和放免分析法,其在人血浆中的水平为0~100 μg/L。对肥胖抑素在不同环境条件下的放免测定结果表明,其在血清中的贮藏稳定性较好,并且不受标本采集方法、标本溶血、高血脂及标本反复冻溶等变化的影响[9,10]。肥胖抑素的生物学功能是多方面的、复杂的,但主要表现在对体脂及体重的调控方面。肥胖抑素由脂肪细胞合成分泌后以内分泌、自分泌或旁分泌的形式作用于大脑脉络丛、下丘脑、肝脏、胰脏、肺脏及肾脏等部位的肥胖抑素受体(leptin receptor)[6,11~13],从而发挥一系列生物学效应,可将其分为中枢性和外周性效应两大类。肥胖抑素与下丘脑部位的受体发生结合后可引起至少2种介质的变化:神经肽Y(NPY)合成分泌减少及黑色素细胞刺激素(melanocortin)分泌增加,进而引起食欲降低、能量消耗增加及性生殖功能等改变[14,15]。肥胖抑素的外周效应主要表现在对脂质合成及胰岛素的调节两方面:抑制30A5前脂肪细胞中乙酰辅酶A还原酶基因的表达,从而使脂肪酸和脂质合成减少[12];在对胰岛素的合成分泌发挥负反馈调节的同时,拮抗肝脏中胰岛素的生物效应。因此,肥胖状态下肥胖抑素亦参与了胰岛素抵抗的发生[13,16]
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    五、ob基因表达的调节

    ob基因表达受多种因素的调节。ob基因与神经内分泌系统之间组成一个闭合环路,ob基因表达产物作用于下丘脑、胰腺等处发挥功能,同时又受这些神经内分泌系统的负反馈调节。发现,糖皮质激素及胰岛素可增加ob mRNA水平及肥胖抑素的分泌,而能升高细胞内cAMP水平的因子,如β-肾上腺素等则对ob基因表达具有抑制作用[14,17,18]。最近发现一些炎性因子如:肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素1(IL-1)等及大肠杆菌胞壁脂多糖(LPS)也有促进ob基因表达的作用,这可能是机体在感染性疾病状态下食欲低下的原因[19]

    六、ob基因及其表达在肥胖发生中的作用

    肥胖抑素对体脂含量及体重的调控有一个反馈系统。当体脂贮量增加时,肥胖抑素的合成分泌增加、血浆水平升高,下丘脑体脂调节中枢感受到这一信号变化后则减少摄食并增加能量消耗;相反当体脂贮量减少后,血浆肥胖抑素水平亦下降,这时体脂调节中枢又会作出相应调整,增加摄食并降低能量消耗以抵抗体脂丢失及体重下降[11,18]
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    ob基因突变可致肥胖表型的发生。在C57BL/6J ob/ob肥胖小鼠,ob基因编码区序列发生无义突变,即胞嘧啶(C)被胸腺嘧啶(T)取代,DNA序列则从CGA变为TGA,引起表达蛋白于105位氨基酸处提前终止合成。对于SM/CKC+Dac ob2J/ob2J小鼠,由于mRNA转录起始处7 kb上游多态性的BgLII片段增大,使启动子结构或序列改变,mRNA不表达。因此,体内肥胖抑素的缺乏或无功能是这两种小鼠肥胖发生的直接原因[2]

    对于其它几种啮齿类先天肥胖动物及人类肥胖,尚未发现ob基因编码区有突变。但ob mRNA表达增加,血中肥胖抑素水平升高,存在肥胖抑素抵抗(leptin resistance)现象,表明ob基因表达下游环节存在障碍。唯一例外的是在美印第安人群中肥胖时血浆肥胖抑素水平降低,其原因尚不清楚[15]。现已证实C57BL/KsJ db/db小鼠,Zucker及Wistar fa/fa大鼠下丘脑部位肥胖抑素受体同于其基因存在突变,不能与肥胖抑素结合并感受其血浆水平变化,从而导致肥胖表型发生,同时反馈促进肥胖抑素过量表达[20]。目前尚未发现人类肥胖症患者肥胖抑素受体的变异。因此,关于人类肥胖发生的机制、肥胖抑素抵抗的产生可能归因于受体本身以外的其它环节障碍。人肥胖时大脑脉络丛转运血浆肥胖抑素至脑内的能力低下;另外由于体脂总量增加而使肥胖抑素产生增多对其血浆水平升高亦起一定作用[5,6]。更重要的应从肥胖抑素与其它体重调控因子的相互作用方面进行探讨,比如是否存在神经肽Y途径活性过高或者黑色素细胞刺激素系统活性低下等[15]。关于肥胖抑素抵抗现象,有人还曾提出调定点学说,认为肥胖状态下下丘脑体脂调定点阈值较高,相应需要高水平的肥胖抑素去刺激才能使其发出指令,对体脂贮量及体重进行调控。那么,调定点水平升高的原因又何在呢?目前尚不清楚。
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    随着对ob基因及肥胖抑素的深入研究,最近有学者从进化的观点出发指出,ob基因及其表达的变化主要是机体适应饥饿的一种防御性反应,而不是作为饱激素(satiety hormone)用于阻止过量摄食的[15]。这一理论的提出,将促使我们对ob基因及肥胖抑素在肥胖发生中的作用进行重新评价。尽管如此,大量研究表明外原性重组肥胖抑素不仅使内源性缺乏的先天肥胖小鼠体重下降,而且对血浆水平较高的后天饮食诱发肥胖鼠(diet-induced obesity,DIO)亦有同样的治疗效果。因而,人们对肥胖抑素治疗肥胖症仍充满信心,满怀希望。

    综上所述,ob基因及其表达产物肥胖抑素生物学功能广泛,在食欲控制、能量代谢及性生殖功能调节等方面均有重要作用。利用肥胖抑素治疗肥胖鼠已获得成功。其在人类肥胖发生中的作用,目前尚不清楚。但这个问题将和肥胖抑素的临床应用一起成为今后的研究方向。

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