NO、OBRb-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌调节通路在瘦素抵抗中的作用及其机制(1)
肥胖(Obesity)严重危害人们身心健康及体形，是一种由多因素引起的慢性代谢性疾病，还是Ⅱ型糖尿病、心血管病、高血压、中风和多种肿瘤等慢性疾病的独立危险因素，被世界卫生组织认定为影响健康的第五大危险因素。目前，我国体重超重者已达22.4%，肥胖者为3.01%，预防和控制肥胖症已刻不容缓[1]。而肥胖发病机制不明确极大地制约了临床防治，本文就NO、OBRb-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌调节通路在瘦素抵抗中的作用及其机制综述如下。
1 脂肪细胞自分泌调节在肥胖发病中的重要作用
瘦素(leptin)的发现为肥胖发病机制及防治研究开辟了全新的领域[2]。起初，瘦素的作用被认为仅仅由下丘脑中枢介导[3]，随着瘦素受体(leptin receptor)在外周组织的广泛存在被发现，瘦素的外周作用越来越受到重视。功能性瘦素受体在脂肪细胞的存在提示脂肪细胞自分泌信号通路的可能性。除瘦素-下丘脑调节通路外，存在瘦素对体重调节的直接外周作用。瘦素能直接调节脂肪细胞代谢[4]，包括抑制脂肪合成、诱导脂肪分解及肥胖形成。造成小鼠脑组织特异性的瘦素受体缺失后，模型小鼠发展为肥胖表型；但肥胖程度远不及全身性瘦素或瘦素受体缺失的模型小鼠明显。应用转基因技术使db/db小鼠中枢神经系统高表达瘦素受体OBRb基因，只能部分改善肥胖和糖尿病表型。
近年，研究证实脂肪细胞瘦素-受体自分泌信号通路对于体重调节、能量代谢起着重要的作用。特异性地降低小鼠脂肪细胞瘦素受体表达导致肥胖产生，为脂肪细胞瘦素-受体自分泌通路的代谢调节作用提供了直接证据[5]。除模型动物外，比较消瘦和肥胖妇女脂肪组织瘦素受体及SOCS3 mRNA的表达同样发现，肥胖妇女脂肪组织的瘦素受体表达下降，这可能由于脂肪细胞瘦素-受体自分泌通路的负反馈调节失衡导致瘦素抵抗有关[6]。最近研究报道高脂饮食成功诱导肥胖大鼠模型后，发现白色脂肪组织瘦素受体OBRb表达下降，同时瘦素-受体通路抑制剂SOCS3表达上升(类似的SOCS3表达上升也曾见于肥胖小鼠[7])；进一步研究观察到构建转基因小鼠使脂肪细胞的瘦素受体表达增加后，高脂饮食诱导的脂肪细胞肥大、增生和体脂增加均得到抑制；提出脂肪细胞的脂肪贮积有赖于瘦素-受体自分泌调节的失活[8]。
2 瘦素-受体-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌调节通路与瘦素抵抗
瘦素作用依赖于瘦素受体活性，后者通过基因表达调节。瘦素受体功能与肥胖发生发展关系密切，全长瘦素受体的缺失会导致明显肥胖表型的db/db小鼠和fa/fa大鼠。瘦素受体有六种亚型已被发现：OBRa、OBRb、OBRc、OBRd、OBRe、OBRf。它们都有一个大于800氨基酸的胞外段和一个34氨基酸的跨膜段，以及一个可变的胞内段。因此被分为3类：短型受体、长型受体及分泌型受体。长型受体OBRb胞内段较长区域包含与其它蛋白起作用及激活随后信号通路所需要的各个亚基，被认为是功能性受体。
目前认为瘦素-受体信号调节主要经由JAK/STAT信号级联途径介导。JAK/STAT途径包含4个酪氨酸激酶(JAKs)和7个转录因子(STATs)，通过特异性地丝氨酸和酪氨酸残基磷酸化调控。瘦素受体没有内在的酪氨酸激酶区域，因此主要结合JAK2。长型受体OBRb包含4个重要的酪氨酸残基(Tyr974,Tyr985,Tyr1077,Tyr1138)，这些酪氨酸残基的磷酸化为带有SH2区域的信号蛋白提供结合位点。受体与瘦素结合后，构象的改变导致JAKs的并置、激活并能酪氨酸磷酸化其他JAKs及受体的酪氨酸残基。JAK2转磷酸化激活并随后磷酸化受体胞内段酪氨酸残基，将信号下传。酪氨酸残基Tyr1138磷酸化后募集转录因子STAS3，使之变成受体相关JAKs的作用底物。磷酸化的STATs自受体分离并形成活化的二聚体，随后转位至核内结合目的基因的启动子，调控基因表达，参与能量平衡、代谢调节，可抑制AgRP表达、诱导SOCS3和POMC表达、活化基因包括立早基因c-fos等。这个瘦素信号调节通路的一个下游关键是STAT3被瘦素受体相关的蛋白激酶磷酸化后激活[3，9]。
典型的肥胖不是瘦素表达障碍，而是与慢性、升高的瘦素水平和瘦素受体激活细胞内信号通路的能力下降相关，即瘦素抵抗[3]。因瘦素基因突变及因脂肪萎缩伴瘦素缺乏的患者用瘦素治疗可获得显著效果，但事实上大多数肥胖者瘦素水平升高而不是缺乏。瘦素抵抗近年来一直受到研究者关注[10-11]。瘦素抵抗的原因可能包括：①循环中有瘦素拮抗成分；②瘦素通过血脑屏障障碍； ③瘦素与其受体结合异常； ④受体后的信号转导途径障碍。目前研究主要集中在后者，即受体后的信号转导障碍。瘦素受体的Tyr985或Tyr1077残基任一个突变都导致STAT3磷酸化激活的减弱，影响信号传导；而二个残基的同时突变则阻断信号传导，产生瘦素抵抗[3]。另外，细胞因子信号转导抑制因子(SOCS3)被认为是受体后信号传导障碍、瘦素抵抗的重要原因。SOCS3负反馈抑制JAK/STAT信号级联途径，参与食欲的调节。瘦素可以刺激SOCS3 mRNA 的表达，SOCS3通过结合磷酸化的JAK或直接作用酪氨酸磷酸化受体而抑制JAK/STAT信号级联途径关键蛋白的激活、阻断瘦素-受体信号传导，为瘦素信号系统提供了一种负反馈调节机制。为了观察SOCS3 在瘦素抵抗中的作用，研究者建立了SOCS3 剔除小鼠模型，发现SOCS3剔除后小鼠体重明显下降，体内甘油三酯明显降低，同时对瘦素信号更敏感，增加了瘦素引起的STAT3激活；抑制因子SOCS3剔除后，高脂饮食不能诱导肥胖发生[12-14]。在肥胖人群、大鼠、小鼠均观察到SOCS3的表达异常，SOCS3作为瘦素抵抗的关键因子已被广泛认可，尽管具体分子机制尚有待进一步研究[9]。
3 NO、自分泌调节通路参与瘦素抵抗
瘦素抵抗和胰岛素抵抗相互干扰，这二个信号通路的相互干预可能是肥胖患者胰岛素抵抗和瘦素抵抗相互关联的重要原因。按肥胖大鼠所观察到的胰岛素和瘦素浓度组合干预离体大鼠附睾脂肪细胞，NOS活性不增加，瘦素信号通路和胰岛素信号通路之间有一个负向干扰。瘦素诱导IRS-1残基Ser307磷酸化而产生胰岛素抵抗；而胰岛素去磷酸化JAK-2导致瘦素抵抗。当瘦素信号通路被PKA抑制剂阻断，胰岛素诱导的NOS活性和NOS残基 Ser1179磷酸化重新被观察到[15]。一氧化氮(NO)可能参与调控瘦素-受体自分泌信号通路。脂肪细胞同时表达瘦素受体和NOS，NO及一氧化氮合酶(NOS)与瘦素诱导的脂解作用有关[16]， NO在体外对脂肪分解起重要调节作用[17]。注射瘦素可增加血清NO浓度[18]，瘦素诱导NOS3在Ser1179的磷酸化导致NO产生增加[15]。血清瘦素水平与NO浓度均与体脂含量相关，高脂饮食诱导的肥胖小鼠血浆NO氧化产物明显升高[19]。同样，在人也观察到该现象[20]。高脂饮食能诱导多个外周组织NOS的表达增加[21]，NOS抑制剂则引起进食的减少。最近研究表明瘦素在白色脂肪细胞通过激活MAPK和PKA通路可诱导NO产生。结合应用JAK/STAT通路抑制剂AG490、MAPK通路抑制剂U0126及蛋白激酶A抑制剂H89，观察生理浓度的瘦素对脂肪细胞NOS活性的影响。结果显示瘦素能诱导eNOS Ser1179及Thr497位点磷酸化，U0126及H89预处理后的脂肪细胞eNOS不被磷酸化。NOS激活是瘦素在脂肪细胞的一个新的靶点，NO在脂肪细胞瘦素自分泌信号通路中可能是一个潜在的重要因子[22]。, 百拇医药(巫国辉 李小林)
1 脂肪细胞自分泌调节在肥胖发病中的重要作用
瘦素(leptin)的发现为肥胖发病机制及防治研究开辟了全新的领域[2]。起初，瘦素的作用被认为仅仅由下丘脑中枢介导[3]，随着瘦素受体(leptin receptor)在外周组织的广泛存在被发现，瘦素的外周作用越来越受到重视。功能性瘦素受体在脂肪细胞的存在提示脂肪细胞自分泌信号通路的可能性。除瘦素-下丘脑调节通路外，存在瘦素对体重调节的直接外周作用。瘦素能直接调节脂肪细胞代谢[4]，包括抑制脂肪合成、诱导脂肪分解及肥胖形成。造成小鼠脑组织特异性的瘦素受体缺失后，模型小鼠发展为肥胖表型；但肥胖程度远不及全身性瘦素或瘦素受体缺失的模型小鼠明显。应用转基因技术使db/db小鼠中枢神经系统高表达瘦素受体OBRb基因，只能部分改善肥胖和糖尿病表型。
近年，研究证实脂肪细胞瘦素-受体自分泌信号通路对于体重调节、能量代谢起着重要的作用。特异性地降低小鼠脂肪细胞瘦素受体表达导致肥胖产生，为脂肪细胞瘦素-受体自分泌通路的代谢调节作用提供了直接证据[5]。除模型动物外，比较消瘦和肥胖妇女脂肪组织瘦素受体及SOCS3 mRNA的表达同样发现，肥胖妇女脂肪组织的瘦素受体表达下降，这可能由于脂肪细胞瘦素-受体自分泌通路的负反馈调节失衡导致瘦素抵抗有关[6]。最近研究报道高脂饮食成功诱导肥胖大鼠模型后，发现白色脂肪组织瘦素受体OBRb表达下降，同时瘦素-受体通路抑制剂SOCS3表达上升(类似的SOCS3表达上升也曾见于肥胖小鼠[7])；进一步研究观察到构建转基因小鼠使脂肪细胞的瘦素受体表达增加后，高脂饮食诱导的脂肪细胞肥大、增生和体脂增加均得到抑制；提出脂肪细胞的脂肪贮积有赖于瘦素-受体自分泌调节的失活[8]。
2 瘦素-受体-JAK2-STAT3-SOCS3自分泌调节通路与瘦素抵抗
瘦素作用依赖于瘦素受体活性，后者通过基因表达调节。瘦素受体功能与肥胖发生发展关系密切，全长瘦素受体的缺失会导致明显肥胖表型的db/db小鼠和fa/fa大鼠。瘦素受体有六种亚型已被发现：OBRa、OBRb、OBRc、OBRd、OBRe、OBRf。它们都有一个大于800氨基酸的胞外段和一个34氨基酸的跨膜段，以及一个可变的胞内段。因此被分为3类：短型受体、长型受体及分泌型受体。长型受体OBRb胞内段较长区域包含与其它蛋白起作用及激活随后信号通路所需要的各个亚基，被认为是功能性受体。
目前认为瘦素-受体信号调节主要经由JAK/STAT信号级联途径介导。JAK/STAT途径包含4个酪氨酸激酶(JAKs)和7个转录因子(STATs)，通过特异性地丝氨酸和酪氨酸残基磷酸化调控。瘦素受体没有内在的酪氨酸激酶区域，因此主要结合JAK2。长型受体OBRb包含4个重要的酪氨酸残基(Tyr974,Tyr985,Tyr1077,Tyr1138)，这些酪氨酸残基的磷酸化为带有SH2区域的信号蛋白提供结合位点。受体与瘦素结合后，构象的改变导致JAKs的并置、激活并能酪氨酸磷酸化其他JAKs及受体的酪氨酸残基。JAK2转磷酸化激活并随后磷酸化受体胞内段酪氨酸残基，将信号下传。酪氨酸残基Tyr1138磷酸化后募集转录因子STAS3，使之变成受体相关JAKs的作用底物。磷酸化的STATs自受体分离并形成活化的二聚体，随后转位至核内结合目的基因的启动子，调控基因表达，参与能量平衡、代谢调节，可抑制AgRP表达、诱导SOCS3和POMC表达、活化基因包括立早基因c-fos等。这个瘦素信号调节通路的一个下游关键是STAT3被瘦素受体相关的蛋白激酶磷酸化后激活[3，9]。
典型的肥胖不是瘦素表达障碍，而是与慢性、升高的瘦素水平和瘦素受体激活细胞内信号通路的能力下降相关，即瘦素抵抗[3]。因瘦素基因突变及因脂肪萎缩伴瘦素缺乏的患者用瘦素治疗可获得显著效果，但事实上大多数肥胖者瘦素水平升高而不是缺乏。瘦素抵抗近年来一直受到研究者关注[10-11]。瘦素抵抗的原因可能包括：①循环中有瘦素拮抗成分；②瘦素通过血脑屏障障碍； ③瘦素与其受体结合异常； ④受体后的信号转导途径障碍。目前研究主要集中在后者，即受体后的信号转导障碍。瘦素受体的Tyr985或Tyr1077残基任一个突变都导致STAT3磷酸化激活的减弱，影响信号传导；而二个残基的同时突变则阻断信号传导，产生瘦素抵抗[3]。另外，细胞因子信号转导抑制因子(SOCS3)被认为是受体后信号传导障碍、瘦素抵抗的重要原因。SOCS3负反馈抑制JAK/STAT信号级联途径，参与食欲的调节。瘦素可以刺激SOCS3 mRNA 的表达，SOCS3通过结合磷酸化的JAK或直接作用酪氨酸磷酸化受体而抑制JAK/STAT信号级联途径关键蛋白的激活、阻断瘦素-受体信号传导，为瘦素信号系统提供了一种负反馈调节机制。为了观察SOCS3 在瘦素抵抗中的作用，研究者建立了SOCS3 剔除小鼠模型，发现SOCS3剔除后小鼠体重明显下降，体内甘油三酯明显降低，同时对瘦素信号更敏感，增加了瘦素引起的STAT3激活；抑制因子SOCS3剔除后，高脂饮食不能诱导肥胖发生[12-14]。在肥胖人群、大鼠、小鼠均观察到SOCS3的表达异常，SOCS3作为瘦素抵抗的关键因子已被广泛认可，尽管具体分子机制尚有待进一步研究[9]。
3 NO、自分泌调节通路参与瘦素抵抗
瘦素抵抗和胰岛素抵抗相互干扰，这二个信号通路的相互干预可能是肥胖患者胰岛素抵抗和瘦素抵抗相互关联的重要原因。按肥胖大鼠所观察到的胰岛素和瘦素浓度组合干预离体大鼠附睾脂肪细胞，NOS活性不增加，瘦素信号通路和胰岛素信号通路之间有一个负向干扰。瘦素诱导IRS-1残基Ser307磷酸化而产生胰岛素抵抗；而胰岛素去磷酸化JAK-2导致瘦素抵抗。当瘦素信号通路被PKA抑制剂阻断，胰岛素诱导的NOS活性和NOS残基 Ser1179磷酸化重新被观察到[15]。一氧化氮(NO)可能参与调控瘦素-受体自分泌信号通路。脂肪细胞同时表达瘦素受体和NOS，NO及一氧化氮合酶(NOS)与瘦素诱导的脂解作用有关[16]， NO在体外对脂肪分解起重要调节作用[17]。注射瘦素可增加血清NO浓度[18]，瘦素诱导NOS3在Ser1179的磷酸化导致NO产生增加[15]。血清瘦素水平与NO浓度均与体脂含量相关，高脂饮食诱导的肥胖小鼠血浆NO氧化产物明显升高[19]。同样，在人也观察到该现象[20]。高脂饮食能诱导多个外周组织NOS的表达增加[21]，NOS抑制剂则引起进食的减少。最近研究表明瘦素在白色脂肪细胞通过激活MAPK和PKA通路可诱导NO产生。结合应用JAK/STAT通路抑制剂AG490、MAPK通路抑制剂U0126及蛋白激酶A抑制剂H89，观察生理浓度的瘦素对脂肪细胞NOS活性的影响。结果显示瘦素能诱导eNOS Ser1179及Thr497位点磷酸化，U0126及H89预处理后的脂肪细胞eNOS不被磷酸化。NOS激活是瘦素在脂肪细胞的一个新的靶点，NO在脂肪细胞瘦素自分泌信号通路中可能是一个潜在的重要因子[22]。, 百拇医药(巫国辉 李小林)