（运动人体科学专业论文）长期不同负荷的游泳运动对大鼠肥胖相关蛋白的影响.pdf

摘要 v 5 6 4 9 1 6 目的：观察长期不同负荷的游泳运动对健康s d 大鼠血清瘦素( 1 e p t i n ) 水平及下 丘脑l e p t i n 和神经肽y ( n p y ) 水平的影响。探讨长期不同负荷的游泳运动对健康 s d 大鼠l e p f i n 中枢作用途径的影响。材料与方法：雄性s d 大鼠随机分为4 组， 由中科院上海实验动物中心提供。6 周龄，体重1 4 t t 7 1 9 ，每组1 0 只：a 组( 对 照组) ：b 组( 4 5 游泳组) ；c 组( 9 07 游泳组) ；d 组( 1 5 0 游泳组) 。进行8 周不同负荷的游泳训练，8 周后测定大鼠的血清l e p t i n 、下丘脑l e p t i n 及n p y 。结 果：一般情况：各运动组大鼠与对照组相比，运动后体重无显著性差异，但肾 周脂肪垫重量显著降低，脂肪垫重量与体重的比值亦显著降低，8 周的游泳运动起 到了明显的降低内脏脂肪含量的作用。大鼠血清l e p t i n 水平的变化：各运动组大 鼠血清l e p t i n 水平与对照组相比均无显著性差异，其中b 组下降4 ，i ，d 组升高 l o 2 ，但均无显著性意义。各运动组之间亦无显著性差异。大鼠下丘脑l e p t i n 水平的变化：与对照组相比，各运动组下丘脑i e p t i n 水平均有所升高，b 组上升 7 2 ，d 组上升7 9 ，d 组上升1 ，以d 组升高最多，但与对照组相比都没有 显著性差异。各运动组间亦未见显著性差异。大鼠下丘脑n p y 水平的变化：运 动组大鼠较对照组下丘脑n p y 水平均有所提高，b 组上升1 7 4 ，c 组上升1 2 8 ， d 组上升2 ，但均无显著性意义，各运动组间亦无显著性差异。结论：8 周不 同负荷的游泳运动显著降低了试验大鼠的体脂含量，起到了很好的控制体重的作 用8 周不同负荷的游泳运动对大鼠血清和下丘脑l e p t i n 的浓度没有显著影响8 周不同负荷的游泳运动对大鼠下丘脑n p y 的浓度无显著影响。总之，8 周游泳运 动对l e p t i n 的中枢作用途径没有显著影响。至于运动是否通过l e p t i n 、n p y 这两种 与中枢食欲调节和能量消耗有关的多肽来介入代谢，以及是通过何种途径来影响 代谢，从而起到控制体重的作用，尚有待进一步深入研究。 a b s t r a c t t oo b s e r v et h ee f f e c to f l o n g t e r ms w i m m i n g o ns e r u n 3l e p t i n ，h y p o t h a l a m u sl e p t i na n d h y p o t h a l a m u sn p y a n dd i s c u s st h ep o s s i b l em e c h a n i s mo fd e c r e a s eo f b o d y f a ti n d u c e d b ye x e r c i s e ，4 0s d r a t sw e r ed i v i d e di n t o4 g r o u p sr a n d o m l y a f t e r 8 - w e e k s w i m m i n g ，w em e a s u r e dt h el e v e l so fs e r u ml e p t i n ，h y p o t h a l a m u sl e p t i na n d h y p o t h a l a m u sn p y r e s u l t ：t h ec o n c e n t r a t i o n so fs e r u ml e p t i n ，h y p o t h a l a m u sl e p t i na n d h y p o t h a l a m u sn p y a l lh a v en os i g n i f i c a n tc h a n g e sa f t e rs w i m m i n g c o n c l u s i o n ：s w i m h a v er i od i r e c te f f e c t so i lt h em e d i a nm e c h a n i s m o f l e p t i n 缩语表 o bg e n e 肥胖基因 l e p t i n 一瘦素( 瘦蛋白) i l 2 白细胞介素2 i l 4 白细胞介素4 i l 6 白细胞介素6 e g f ( g f ) 生长激素 l n 后丘脑 m s h a 黑色素皮纸素 u c p 解偶联蛋白 b a l 一褐色脂肪组织 m 玎白色脂肪组织 l h _ 一促黄体素 f s h 促卵泡素 i f n - y 干扰素 c r f 一一促肾上腺皮质激素释放 因子 i b m x 3 一异丁基甲基黄嘌呤 a c c 一乙酰辅酶a 羧化酶 n p y 神经肽y o b r 瘦素受体 j a k 胞浆蛋白激酶 g p l 3 0 粒细胞集落刺激因子 l i f 白血病抑制因子 p v n 下丘脑室旁核 a c t h 促肾上腺皮质素 g h b p 生长激素结合蛋白 n 妤肿瘤坏死因子 s d 盯信号转导与活化因子 孙焱运动对肥胖相关蛋白的影响 论文综述 1 问题的提出 随着人们生活水平的提高，肥胖已经越来越成为当今社会最常见的营养障碍性 疾病，美国国家健康研究院( n a t i o n a li n s t i t u t i o no f h e a l t h ) 的数据显示美国人中有 一半超重，三分之一的人患肥胖症。我国1 9 8 2 、1 9 8 9 、1 9 9 2 年三次全国营养调查 结果显示，我国城市人群肥胖率分别为9 7 、1 2o 、1 4 9 ，农村人群肥胖率分别 为6 o 、7 5 、8 4 。全世界每年用于肥胖的研究和治疗费用高达3 0 0 1 l 美金；已 知肥胖与糖尿病、高血压、高血脂甚至肿瘤的发病密切相关。因此肥胖已经成为 一个倍受关注的热点。1 9 9 4 年美国n z h a n g 等首次克隆出小鼠的肥胖相关基因o b 基 因( o b e s eg e n e ) ，该基 司在脂肪组织中表达的多肽产物即瘦蛋白l e d t i n 。这 发现极大推动了人类对肥胖的研究进程吐 l e p t i n 的主要功能是调控身体能量平衡特别是脂肪沉积量。在体重和能量平衡 的负反馈调节中，它作为脂肪组织的传入信号作用于下丘脑等中枢神经部位，同 时也可宜接作用于一些外周组织和器官，如胰岛1 3 细胞等。l e p t i n 的主要作用能增 加机体的能量消耗，降低食欲，从而达到降低体重的目的。既然l e p t i n 与能量代谢 关系密切，而运动对能量代谢的影响又是极为显著的，机体任何轻微的运动都可 提高代谢率。因此，运动作为“经典”的减肥方法，其减肥机制是否与l e p t i n 有关， 引起了研究者极大的兴趣。 2 问题研究的现状 2 1 o b 基因及l e p t i n e t o 发现 1 9 5 0 年，i n g a l i s 2 1 等发现一株近亲繁殖的小鼠食欲亢进，造成过度肥胖，体重 可达正常小鼠的3 倍，并且患有糖尿病。他们的研究表明，这种小鼠的肥胖是由于 个基因发生了隐性突变引起的，遂将此基因命名为肥胖基因( o b e s eg e n e ，o b g e n e ) ，第一次出现了o b 基因的概念，这株小鼠也因此得名o b ，o b 小鼠。1 9 7 8 年， 2 扬州大学硕士学位论文 c o l e m a n 3 】等运用交叉灌流实验( 把, o b o b & 鼠的循环系统和正常小鼠连接起来) 发 现，实验o b o b & 鼠的体重显著降低，由此推n o b o b , b 鼠的血液中很可能缺乏一种 与o b 基因有关的，能减少体脂含量，降低体重的活性因子。1 9 9 0 年，f r i e d m a n 报道 了能够引起小鼠肥胖的5 种单基因突变，分别是o b e s e ( o b ) 、d i a b e t e s ( d b ) 、f a t ( f a ) 、t u b b y ( t u b ) $ 1 o b e s ey e l l o w ( a y ) 。其中o b 基因$ 1 d b 基因是近年研究的热 点，现在知道d b 基因实际上就是o b 基因的产物l e p t i n 的受体( o b r ) 的编码基因。 1 9 9 4 年，z h a n g 等运用定位克隆技术成功测序了小鼠肥胖( o b ) 基因及人类的同源 基因，并且确定了它所编码的蛋白，这种蛋白被命名为l e p t i n ( 瘦蛋白) ，这个词 源于希腊语l e p m s ，意思是瘦，苗条。 2 2 o b 基因的结构 小鼠的o b 基因位于其第六对染色体上，5 。端含有一个甲硫氨酸的起始编码，一 个1 6 7 个氨基酸的开放阅读框，及随后的长非翻译区。小鼠的o b 基因由3 个外显予 和2 个内含子组成，编码序列为第二和第三外显子。第一个外显子上游有含t a t a 序列的启动子，长度为7 6 2 1 b p ，但7 6 2 n 1 6 1 位缺失不影响活性，1 6 1 位以后的小 启动子含一致的s p l 和c c a a t 增强子结合蛋白( c c a a t e n h a n c e r b i n d i n g p r o l e i n ， c e b t ) 基序。 人o b 基因位于7 q 3 1 3 ，长约2 0 k b ，亦由3 个外显子$ n 2 个内含子组成，第一外显 子和第一内含子位于5 非翻译区，直至a t g 起始密码子上游2 9 b p ，其后是第二外 显子，第二内含子位于+ 4 9 位谷氨酰胺，第三外显子包括下游编码序列和3 非翻译 区。人o b 基因转录本约4 5 k b ，编码产物为1 6 6 1 6 7 a a 。人o b 基因5 。侧含有一个 t a t a 盒样结构及几个顺式作用元件，包括3 个o c 盒、1 个e 盒、1 个c c a a t 增强子结合 蛋白( c c a a t e n h a n c e rb i n d i n gp r o t e i n ，c e b t ) 结合位点和一个, 4 p 2 结合位点， 人和小鼠中均发现两种不同的l e p t i n ，分别为1 6 6 个和1 6 7 个氨基酸，不同仅在有无 + 4 9 位的谷氨酰胺，分析显示剪接区有一个供体和两个受体位点，内在替代剪切位 点在+ 4 9 位谷氨酰胺，可见是同一前体由不同剪切机制产生的两种m r n a 编码所 成。 o b 基因在脊椎动物中高度保守，人和小鼠的o b 基因8 4 同源，其中5 , n 3 非翻 孙焱运动对肥胖相关蛋白的影响! 译z 3 0 n 源，n 端信号序列比分予其它部分同源性低，成熟蛋白n 端保守性更强。 大鼠o b 基因与小n 9 6 同源，与人同源性也在8 0 以上。 2 3o b 基因的变异 z h a n g 等首先在一种先天性肥胖c 5 7 b l 6 j o b o b j 、鼠的o b 基因上发现突变其 第1 0 5 位密码子发生无义突变精氨酸编码子( c o a ) 发生了点突变，c 被u 所 替代，结果精氨酸编码子( c g a ) 变成了终止密码子( u g a ) ，致使该种小鼠不 能正常合成l e p t i n ，抑制进食能力降低，能量代谢紊乱而导致肥胖。另一种肥胖小 鼠s m c k c 一+ d a co b 2 j o b 2 j ，o b 基因的编码序列无任何变化，但其启动子序列出现 限制性酶切片段长度多态性的变异，导致腊肪组织无o b 基因m 砌q a 和l e p t i n 的生成， 造成肥胖。 人类中由于o b 基因突变导致的肥胖不多见。1 9 9 7 年，剑桥大学m o n t a g u e 4 1 等报 道了两例有血缘关系的肥胖儿童的o b 基因突变，首次在人类中发现o b 基因突变能 导致肥胖。他们测定这两个儿童的o b 基因序列，发现第1 3 3 个密码予处缺失了一个 g ，导致表达产物中1 3 2 位甘氨酸( g l y ) 后直到终止予之间的一段1 4 个氨基酸的误 译，使脂肪组织中无正常o b 基因m r n a 产生，血浆l e p t i n 水平极低，导致肥胖。 2 4 l e p t i n s o 结构与生物学特性 l e p t i n 是o b 基因在脂肪组织中的表达产物。它由1 6 7 个氨基酸组成，是高度亲水 性的多肽，n 端含2 1 个氨基酸组成的分泌信号肽，分子量为1 6 k d 。l e p t i n n 单链， 链内的两个半胱氨酸残基构成一个二硫键，这种结构也常见于其他分泌型多肽。 就氨基酸序列分析，l e p t i n 是一种球型分子，无明显的结构域或跨膜区，以单体形 式存在。l e p t i n 不与其它蛋白同源，但其三维空间结构却与螺旋状的细胞因子家族， 包括白介素2 ( i l 2 ) 和生长激素( e g f ) n 源。据j o s e 和n i k i n u 定，在氨基酸水平上 人类同小鼠和大鼠1 e p t 谊的同源性分别为8 4 和8 3 。小鼠与人的l e p t i n 均对小鼠起 作用。 c o n s i d i n e 5 1 用放免方法测定1 3 9 例肥胖者和1 3 6 例t 常体重者的血清l e p t i n 浓度， 前者为( 3 1 _ 3 2 4 1 ) “g ，l ，后者为( 7 5 9 3 ) u 矿。，且血清中l e p 缸浓度与体脂 百分比呈显著正相关。o s t l u n d 6 悃放免方法测定2 0 4 例年龄在1 8 - 8 0 岁的正常体重和 4 扬州大学硕士学位论文 肥胖者的血清l e p t i n 浓度，结果显示其波动范围很大，为( 1 2 4 9 7 9 ) p g l ，其中肥 胖者明显高于正常体重者，且l e p t i n 浓度与年龄呈正相关，6 0 岁以上者和6 0 岁以下 者比较血清l e p t i n 浓度下降5 3 。我国高连如等”谰放免法测定正常人血清l e p t i n 台 量为( 1 9 4 3 1 7 7 ) n g l 。顾卫琼 8 】等用放免法测定7 7 例正常非肥胖和2 8 例超重或肥 胖个体( b m i 一2 5 ) 的血清l e p t i n 水平，结果，中国人正常非肥胖者平均血清l e p t i n 浓度男性为( 2 1 5 1 4 6 ) g g l ，女性为( 7 8 6 3 6 0 ) “g l ；超重或肥胖者平均l e p t i n 浓度男性为( 4 8 7 3 4 7 ) “l ，女性为( 1 6 5 9 6 9 2 ) g l 。女性均较男性高约2 3 倍。陈树等1 9 j 测定了成都地区的正常成人、正常单纯性肥胖成人及患糖尿病成人的 血清l e p t i n 水平，发现成都地区的正常成人空腹血清瘦素值为( 4 4 6 2 9 5 ) ug l ( 1 3 l 9 0 6ug l ) ；正常对照单纯性肥胖组的空腹血清瘦素值为( 1 1 5 9 8 8 5 ) g l ，明显高于正常人群组( p o 0 5 ) ：肥胖的糖尿病组血清瘦素水平( 1 1 7 6 8 4 9 ) ug l ，均高于正常组，也高于非肥胖糖尿病组( 5 5 8 3 6 9 ) u g l ( p o 0 5 ) 。非肥 胖糖尿病组血清瘦素水平值稍高于正常对照组，但两组间无统计学差异。各肥胖组 的空腹血清胰岛素水平，高于相应的非肥胖组( p 0 0 0 1 ) 。不同研究者的测试结果相， 差较大，提示不同人群的血清l e p t i n 水平可能存在较大差异。h e i j i n e e 【0 】等的测试结 果显示，在小鼠中以脑c l e p t i n 含量为最高，约( 1 3 1 4 o 8 ) n g g ，脂肪组织含量为 ( 2 9 9 o 5 4 ) n g g ，另外在胃粘膜、胎盘和肌肉中均能检测到l e p t i n 的表达。 目前研究显示，女性血清l e p t i n 浓度是男性的2 3 倍。m o h a m m e d 发现相同 脂肪含量的女性较男性的l e p t i n 水平增高4 0 。和某些激素一样，l e p t i n 分泌具有昼 夜节律，午夜和清晨最高，中午至下午一段时间最低。 2 5 l e p t i n 自t j 生理作用及其机制 动物实验证明，l e p t i n 是通过减少摄食和增加能量消耗来调节体重的。且有调 节体内脂肪含量及能量代谢的作用。 h a l a a s f 蛆】等用重组d n a 技术在原核表达体系表达并纯化出人和小鼠的l e p t i n 。 给o b o b ( o b 基因缺陷小鼠) 小鼠腹腔注射重组l e p t i n ，每天0 1 1 0 m g k g ，其摄食 量较对照组降低6 0 ，4 个月后体重最多可下降3 0 ，且有量效关系和时效关系， 同时小鼠氧耗增加，体温升高，血浆胰岛素和血糖水平基本恢复正常。给正常小 孙焱运动对肥胖相关蛋白的影响! 鼠腹腔注射同样剂量的l e p t i n ，其体重可降低5 3 ，摄食量及体脂比例也降低。 c a m p f i e l d ”1 给禁食过夜的o b o b 小鼠侧脑室注射l e p t i n lg g ，也可抑制其摄食， 2 4 小时后，体重下降( o8 o 3 ) g ，而对照组体重增加( 1 7 0 4 ) g ，提示l e p t i n 的作用 位点在中枢神经系统。目前，多数实验支持l e p t i n 的主要作用位点是下丘脑的弓状 核区，并 ；l _ l e p t i n 是通过抑制该区的神经肽y ( n p y ) 的合成和分泌来发挥其生理 作用的。n p y 是下丘脑分泌的种能促进进食、减少热量消耗，从而增加体重的 激肽。 e r i c s o n 1 4 等发现，n p y 缺陷的o b o b d 、鼠产生与注射l e p t i n 的o b o b 小鼠相类似 的反应。进一步利用基因敲除技术在o b o b d 、鼠基础上培育出n p y 基因缺陷型小鼠， 发现双重缺陷的小鼠比o b o b d 鼠摄食减少，体重明显减轻。m e r c e r b 】也发现，o b o b 小鼠下丘脑的n p y 基因过量表达，而给予小鼠1 e p t i n 则使小鼠下丘脑的n p y m r n a 表达下降。人类游离的l e p t i n 是大分子的物质，难以通过血脑屏障，因此推测人体 内存在着可以把l e p t i n 从血中透过血脑屏障运至脑组织的转运系统。b a n k s m 经静脉 注射放射性标i g n l e p t i n 在大脑组织中可测到7 5 的标记的l e p t i n ，从而证实了该转 运系统的存在。 综上所述，生理状态下l e p t i n 对脂肪组织的调节作用基本可用以下简图表示： 脂肪组织增加一o b m r n af 一循环l e p t i nf 一转运到下丘脑1 勺l e p t i nf n p y i 一食欲 能耗f 一脂肪组织i 。 在绝大多数实验中，肥胖者血清中的l e p t i n 水平都比对照组高出3 倍以上，这可 能与肥胖者体内的l e p t i n 抵抗有关。目前推狈, u l e p t i n 抵抗的可能原因有以下几种： 产生l e p t i n 拮抗物增j n l e p t i n 结合蛋白与o b r 竞争性结合l e p t i n ，使其失去生物活性 l e p f i n 转运系统缺陷，这一点有c a r o ”1 的实验支持。他发现肥胖者n f n l e p t i n 浓度是 消瘦者的3 倍以上，而脑脊液中前者l e p t i n ；浓度仅比后者高3 0 ，提示肥胖者可能存 在l e p t i n 转运的缺陷存在o b r 缺陷或受体后缺陷。 2 6 l e p t i n | ! t t j 受体o b r l e p t i n 是一种蛋白质类内分泌因子，其作用必然是通过靶细胞膜上的受体及相 应的信号转导体系而实现的。t a r t a g l i a 馏1 首先发现存在于小鼠脉络丛内的l e p t i n 受 6 扬州大学硕士学位论文 体o b r ，它是一个跨膜受体。t a r t a g l i a 还发现o b r 不仅存在于脉络丛，也存在于包 括下丘脑在内的其它组织中，如大脑、肝脏、肾脏、心脏、肺、脂肪组织及胰岛 细胞表面等。 o b - r 属于细胞激肽类受体，由三个位点组成，即细胞外位点，由8 4 0 个氨基 酸组成跨膜位点，含有3 4 个氨基酸多变的细胞内位点。根据细胞内位点的不 同又把o b r 分为两类：长受体o b r b 和短受体。进一步研究发现，o b r b 含有一个 由3 0 4 个氨基酸组成的细胞内位点，只有o b _ r b 的跨膜部分包括有可以和胞浆蛋白 激酶( j a k ) 结合的特征序列，这说明只有o b r b 才有信号传递作用，而其它受体 仅具转运l e p t i n 至脑脊液的功能。从小鼠脉络丛文库克隆出o b r b ，证明它是扩大的 细胞因子受体家族的成员，特别是与粒细胞集落刺激因予受体( g p l 3 0 ) 十分相似， 同包括白介素6 ( i l 一) 和白血病抑制因子( l e u k e m i ai n h i b i t o r yf a c t o r ，l i f ) 的 细胞因子受体家族也十分相似。 2 7 l e p t i n 发生作用中的信号转导 l e p t i n 与靶器官上的o b _ r 结合后即通过影响受体后的信号转导途径发挥作用 1 2 7 1j a k s t a t 家族及其结构 近来研究发现，与l e p t i n 信号转导相关的j a k s t a t 途径在肥胖发生中的作用越 来越引人注目。j a k s t a t 途径是当今生物化学和分子生物学研究领域的热点，它 不仅与细胞因子受体信号转导有关，还参与了其它受体的信号转导，如l e p t i n 受体 的信号转导 5 2 1 。由于该途径与肥胖和糖尿病的发生密切相关，因此人们已经开始 着重在信号转导这一环节研究肥胖的发病机制并寻求治疗对策。 信息如何从细胞外环境传递到细胞的靶点，是目前生物学多个领域研究的中心 问题。决大多数细胞因子与受体结合后，通过一条共同的信号转导途径将信号经 细胞转导至细胞核内，调控基因的表达而发挥其生物学效应。这一途径是由细胞 因子细胞因子受体酪氨酸激酶信号转导与转录活化因子靶基因的激活来实现的 5 3 1 oj a k 年d s t a t 就是这条通路上的两个重要分子。 j a k 是一类非受体型酪氨酸激酶，已发现有四个成员：j a k l 、j a k 2 、t y k 2 和j a k 3 ，是分子量为1 2 0 1 3 5 k d 的胞浆内激酶，最明显的特征是在c 端有两个功能 孙焱运动对肥胖相关蛋白的影响! _ - _ _ - _ _ _ ，- - - _ - - _ _ - _ ，_ _ _ - - - _ _ 一 区，即j h l 和j h 2 。j h l 具有酪氨酸蛋白激酶催化活性，具有活化所必需的苯丙氨酸 色氨酸酪氨酸序列：j h 2 则是另一个激酶样结构域，是与s t a t 结台的部位，仅有 调节功能，它们与细胞因子受体的信号转导亚基相连，激活后在受体信号转导中 起重要作用f 5 “。 s t a t 是一类能与d n a 结合的蛋白家族，分子量为8 4 ，1 1 3 k d 。现已发现s t a t 家族有6 个成员：s t a t l s t a t 6 ，其功能区包括：n 端的保守区，其中有活化必 需的酪氨酸残基，对s t a t 的功能起着重要的调节作用。d n a 结合区，是决定 s t a t 与d n a 结合的特定位点区域，s t a t 上d n a 结合序列是高度保守的，它所识 别的成分多由9 个保守的重复碱基序列组成。具有离度保守的s c r 同源区( s h 2 ) ， 该功能区不仅促使s t a t 与活化受体结合，而且还能使s t a t 与j a k 相互作用而磷酸 化，以及促使s t a t s 形成二聚体而显示与d n a 的结合力。酪氨酸的磷酸化位点， 当其磷酸化时，s t a t 目g 呈现活化状态。c 端为转录活性功能区。s t a t 分子通过 s h 2 结构域或形成同源或异源二聚体，并引发s t a t 分子进入核膜与d n a 结合【5 5 】。 j a k - s t a t 信号转导途径的一般过程是，细胞因子与其受体结合后诱导受体形 成同源或异源受体复合物，在受体胞浆区域形成一个二价的j a k 结合面并结合 j a k ，使j a k 的酪氨酸磷酸化，活化的j a k 进一步使s t a t 上的s h 2 功能域与受体复 合物的磷酸化酪氨酸位点和活化的j a k 上j h 2 功能域结合，使s t a t 磷酸化，活化 的s t a t 在胞浆内形成同源或异源二聚体再转入细胞核内，结合在特定基因的启动 子上，启动相应基因的转录，从而表达细胞因子的功能。 2 7 2 l e p t i n l 驹受体后信号转导极其调控 l e p t i n 的生理作用主要是通过受体后的信号转导途径来实现的，即与o b r 结合 后，将激活j a k s t a t 信号转导途径，形成s t a t 同源或异源复合物，该复合物转 运入细胞核，进而调节受l e p t i n 控制的后继基因( 如n p y 、c r h 等基因) 的转录， 有实验显示，肥胖大鼠的脑组织q h o b r m r n a 表达明显增加，但在脑室内给l e p t i n 7 天后，不但其摄食行为发生明显改变，进食量显著减少，而且在下丘脑部位0 b r 及后继基因n p y 的m r n a 表达也受到较强抑制f 5 6 】。m e r c e r 等 5 7 】的研究则显示，如 果给正常或o b o b d 、鼠注射l e p t i n ，也能够通过o b r 的作用，促进下丘脑神经元中极 8 扬卅i 大学硕士学位论文 早期基因c f o s 的表达而激活s t a t 蛋白，发挥降低体重，抑制食欲的生物学效应。 o b r 及信号转导途径中任何一组分的异常均可导致肥胖的发生。研究证实| 5 ， o b - r 的突变导致其在细胞表面表达明显减少，与l e p t i n 的亲和力显著降低，因此可 引起啮齿类动物的肥胖。g h i l d i 5 9 i 的观察发现，o b r 的变异还可引起d b d b d 、鼠 ( o b r 缺陷的遗传性肥胖小鼠) 的肥胖表型，正常小鼠下丘脑中o b r b 占o b - r 总量 的3 0 ，4 0 ，d b d b j 、鼠中o b r b 则明显减少，而0 b r a 在d b d b d 、鼠与正常野生型小 鼠中的表达并无差异。进一步的研究还发现，o b r b 的突变可导致j a k s t a t 途径 的缺陷，显著降低活化e g r 1 启动子转录的能力，从而使l e p t i n 无法发挥效应而导致 肥胖表型胪引。在c o s 转染细胞中的研究表明，只有正常的o b r b 才具有激活s t a t 3 、 s t a t 5 和s t a t 6 的作用，并认为j a k s t a t 是i e p t i n 发挥抗肥胖效应的主要候选途 径8 。y a m a s h i t a 6 0 1 观察到，) 羽i e p t i n i 9 4 激能够稳定表达f a 型o b - r b 的中国仓鼠卵巢 ( c h o ) 细胞半小时后，c h o 细胞表面o b r 与l e p t i n 的亲和力即明显降低，极早期 基因c f o s 、c - j u n 、j t l n - b 的表达均显著减少，磷酸化s t a t 3 的水平较表达正常o b r b 的c h o 细胞呈现出明显的不足。另一研究也同样证实t l e p t i n 给药对受体后信号转 导的影响，当正常s d 大鼠从下腔静脉注射重组l e p t i n ( 1ug g ) 后，下丘脑磷酸化 s t a t 3 也逐渐呈现出明显增加的趋势，呈时间依赖性，5 1 5 分钟是增加2 - 3 倍，3 0 分钟后增加到6 倍川。 o b r 介导的j a k s t a t 信号转导途径还可以为多种蛋白因子所抑制，包括特异 一i 生的和非特异注的。c a r p e n t e r 6 2 1 的实验表明，s h p 2 ( s h 2 c o n t a i n i n gp h o s p h a t a s e2 ) 是s t a t 的一种抑制分子，如果o b r b 胞内段9 8 6 位含有酪氨酸则可以介导s h p 2 发生 磷酸化，促进s h p 2 与o b r 的结合。但当9 8 6 位的酪氨酸为苯丙氨酸取代后，则可以 减弱s h p 2 的磷酸化反应，减少s h p 2 与o b r 的结合，而增j j i s t a t 介导的表达。因 此，若能特异性阻断s h p 2 与o b - r 的结合，即可提高l e p t i n - s t a t 介导的效应，消除 l e p t i n 抵抗，增加内源一l 生! t e p t i n 信号的有效性，充分发挥l e p t i n 对j e 胖个体的减重效应。 p i a s ( p r o t e i ni n h i b i t o ro f s t a t ) 3 则是另一种s t a t 的抑制因子。最近的研究发现 蹲，l e p t i n 的生物学效应需要有磷酸化的s t a t 3 来介导，而p i a s 3 蛋白则可结合磷 酸化的s t a t 3 ，阻断s t a t 3 与d n a 结合这一环节，抑带j s t a t 3 所介导的后继基因 孙焱运动对肥胖相关蛋白的影响! 的活化，提示p i a s 3 是特异性s t a t 3 的抑制子，在肥胖发生中可能参与t l e p t i n 抵抗 的机制。最近人们还发现了一个新的可由细胞园子诱导的s t a t 抑制子家族扣，其 成员包括s o c s ( s u p p r e s s o r so fc y t o k i n es i g n a l i n g ) 、s s i ( s t a t - i n d u c e ds t a t i n h i b i t o r ) 、j a b ( j a k b i n d i n g ) 等，这些小分子蛋白都具有s h 2 功能域，可以与s t a t 和j a n 的特异性区域结合，降低它们的酪氨酸激酶活性，抑制s t a t 的活化，从而 掷制信号转导。在a y a j b 胖小鼠( 一种l e p t i n 抵抗的啮齿类肥胖模型) i f d o b o b d 、鼠 的下丘脑中，s o c s 3 的m r n a 水平明显增加，提示s o c s 3 的过度表达可能是l 印t i n 抵抗的潜在性机制，如果抑制了s o c s 3 的功能，将可以提高内源性的l 印t i n 信号转 导，发挥其高效的减重效应。 2 8 与食物摄入的关系 1 9 9 5 年a n n 等做了l e p t i n 与食物摄入量关系的研究，发现持续给肥胖的o b o b 小鼠注) , 1 e p t i n ( 1 0 m g k g d ) ，第2 8 天时其摄食量比未注入l 印t i n 前减少t 5 2 6 ，且 食物摄入减少量与1 e p t i n 之间呈现剂量效应关系【f ( 3 ，1 0 4 ) = 1 8 4 3 ；p 0 0 0 0 1 ；同时 体重亦显著降低。进一步研究认为，l e p t i n 是通过直接作用于下丘脑弓形核和室旁 核( 调节摄食的热点区) 处的受体而发挥这一作用的。有两种物质在l 印t i n 调控摄 食中发挥了主要作用一一神经肽y ( n e u r o p e p t i d e y ，n p y ) 和黑色素皮质素 ( m e l a n c o r t i n ) 。 n p y 为一含3 6 4 个氨基酸的多肽，是目前所知的最强效的食物摄入诱导剂之一， l e p t i n 能蜂低下丘脑n p y 的表达并抑制其分泌( 他1 。l e p t i n 通过n p y 来调节食欲的直接 证据来自动物实验。1 9 9 6 年初，研究人员从n p y 基因失活的小鼠身上观察到一种 奇怪的现象：这些动物比正常鼠要瘦，但并非如想象的那样瘦，相反，其体重、 脂肪水平和食物摄入方面都很正常饽1 。这一现象很快就得n t 解释，p a l m i t e r 2 0 】 等将正常体重的n p y 基因缺失的小鼠与l e p t i n 缺失的o b o b j e 胖小鼠交配后，发现 n p y 的缺失缓解t o b o b d 、鼠的病症，这种双基因突变的小鼠后代在食欲、代谢和 脂肪水平等方面均介于正常和o b o b d 、鼠之间。这一结果表明，o b o b d 鼠体重增加 的部分原因在于 氏l e p t i n 水平而导致的n p y 生成增加。目前研究表明，n p y 刺激摄 食作用主要是通过其y 5 受体一一摄食受体而完成的。y 5 受体在下丘脑室旁核 l o 扬州大学硕士学位论文 ( p v n ) 和后丘脑( l n ) 等一些与摄食行为有关的调控中枢被发现，使用选择性 y 5 受体激动剂如人类p y y 3 3 6 、猪n p y 等可强烈刺激大鼠摄食。在l e n i n 缺乏而致 的肥胖症中，n p y 过量至少是致病因素之一，但n p y 并非唯一与l e p t i n 起反应的体 重调节因子，黑色素皮质素在体重调节中亦发挥着重要作用。a 黑色素皮质素 ( m s h ) 即黑色素皮质素中的一种，m s h 的激动剂可抑制摄食，其拮抗剂则刺激 摄食。目前已发现的黑色素皮质素受体有m c r - 1 、m c r - 3 和m c r - 4 z 种，其中 m c r 一4 被认为具有体重调节功能。m c r 一4 受体是一种g 蛋白偶联受体，主要在下 丘脑表达，通过基因打靶的方法去除m c r 4 受体，结果小鼠饮食亢进，体重增加， 并伴有高血糖和高胰岛素血症，表明m c r 4 受体与肥胖有关。由此可推测能产生 黑色素皮质索的神经元可能是平衡体重和调节代谢的中心f 2 ”。 n p y 在m c r - 4 基因缺失小鼠* l l o b o b d , 鼠的下丘脑背正中核区表达增高，提示 三者之间紧密相关；人类的肥胖症可能就是由于n p y 途径过度活跃或黑色素皮质 素通路活性过低所致。 新近发现的饱腹因子c a r t ( c o c a i n ea n da m p h e t a m i n er e g u l a t e dt r a n s c r i p t ) 与调 节食物摄入的两种重要因予l e 两n 和n p y 密切相关。c a r t f i b , 够抑制正常鼠和 禁食鼠的摄食行为，并能完全阻断n p y 诱发的摄食现象 2 2 】，因而很可能是l e p t i n 控 制食物摄入的又一重要途径。但这一结论还需进一步研究证实。 2 9 与能量消耗的关系 除抑制食物摄入外，增加能量消耗亦是l e p t i n 降体重的主要途径之一。 p e l l e y m o u n t e r 2 3 j 等设计了如下实验：将o b o b 肥胖小鼠和体重偏低的瘦鼠随机各分 为两组，分别注入l e p t i n 和p b s 液，结果观察到，同样注入p b s 的o b o b d 鼠的耗氧 量显著低于体重偏低的瘦鼠( p o 0 0 1 ) ，但注x 1 e p t i n i o m g ( 蝇d ) 的o b o b ，j x 鼠的氧耗量与瘦鼠相比则恢复正常；除此以外，l e p t i n 还具有使o b o b d , 鼠体温增高、 总活动力( t o t a ll o c o m o t o ra c t i v i t y ) 增强的功能。这一研究结果表明，l e p t i n n 通过 提高代谢率而增加能量消耗。有学者认为1 2 “，l e p t i n 的该作用是通过下丘脑神经内 分泌途径完成的：首先，l e p t i n 与下丘脑部受体结合，增加交感神经系统的活性， 使外周去甲肾上腺素的释放增加；去甲肾上腺素作用于脂肪细胞膜上的b 受体( 己 孙焱运动对肥胖相关蛋白的影响旦 发现的$ 肾上腺素能受体有pi 、b2 、p3 三种类型) ，导致脂纺细胞内解偶联蛋 白( u c p ) 的表达量增加，使枧体储存的能量大量转变成热能释出。机体脂肪组 织有褐脂组织( b a t ) 和白脂组织( w a t ) 之分。其中b a t 是哺乳动物的产热组 织，其细胞内含有大量的线粒体和u c p ，能刺激脂肪酸的氧化和磷酸化。在b a t 中，脂肪酸氧化不伴有a t p 的生成，氧化产生的能量在线粒体内膜的u c p 作用下形 成热能散发出去【2 5 】。有学者观察到，注入1 e p t i n 能增加肩胛部褐脂中去甲肾上腺素 的代谢更新率，提示l e p t i n 的 2 述效应可能是通过褐脂组织完成的。目前研究表明， b a t 的能量生成主要来自b3 a r 的激活介导，使用b3 受体激动剂能引发成熟b a t 产生热量，其作用与去甲肾上腺素的作用相当；但使用bl ，a r 和b2 一a r 选择性拮 抗剂及b1 b2 a 刈 选择性拮抗剂不能拮抗去甲肾上腺素诱导的b a t 生热效应，从 而证实了上述说法。研究还发现，b3 受体激动剂能通过增j j r l u c p 基因表达量，使 前体脂肪细胞分化成b a t ，从而更有利于能量消耗口“。目前u c p 及b3 a r 己成为 国内外学者关注的热点。 a m e l i a 2 7 1 等将含有n , l e p t i nc d n a 的质粒载体注入o b o b d x 鼠的肌肉中，取此 o b o b d 、鼠的脂肪细胞进行体外实验，观察到i e p t i n 能显著增加白脂组织脂肪细胞的 氧消耗( + 3 4 ，p o 0 5 ) ，导致能量消耗增多。这一最新研究结果提示，l e p t i n 调节能量消耗可能不只通过下丘脑神经内分泌方式，很有可能还通过自主的旁分 泌方式。l e p t i n 对能量的调节不仅限于上述作用，越来越多的研究表明，l e p t i n 还有 助于在饥饿状态下维持机体的能量平衡。在饥饿状态时，l e p t i n 通过神经内分泌系 统途径控制生殖系统的代谢，减少其能量消耗，从而为机体储存能量。极瘦的人 往往生殖功能发生障碍，原因可能就在于此。 2 1 0 与代谢的关系 l e p t i n 对能量的调节主要是通过调节代谢来完成的。l e p t i n 能显著地影响脂类 和糖类的代谢；它可使呼吸商显著下降，表明它对供能物质有明显的选择作用： 使碳水化合物氧化减少，脂肪氧化增加。正常小鼠经l e p t i n 注入造成人为高l e p t i n 状 态后能够加速自身脂解和脂类氧化，同时伴随调节脂肪代谢和能量生成酶的基因 糍t n n ；n 2 8 2 9 1 。长期给予l e p t i n 可使o b o b 小鼠的脂肪含量下降；短期快速给予 2 扬州大学硕士学位论文 i e p t i n 贝t 使脂肪组织和骨胳肌对外源性甘油三酯的吸收量减少，引起小鼠高甘油三 酯血症( 血浆甘油三酯增加3 l ) 1 。另有学者报道，在培养的3 0 a 5 前脂肪细胞 中加入l e p t i n 可抑制脂肪合成酶的限速酶一一乙酰辅酶a 羧化酶( a c e t y l c o a c a r b o x y l a s e ，a c c ) 基因的表达，提示i e p t i n 还可直接抑制脂肪组织中脂类的合 成1 3 “。此外，l e p t i n l 构短期( 5 6 h ) 静脉内注入可促进野生鼠的葡萄糖转化和摄取， 降低肝脏糖原含量，使肝葡聚糖激酶m r n a 减少，磷酸烯醇式丙酮酸激酶m r n a 增 加；这一结果提示血浆l e p t i n 浓度急剧升高可引起肝内葡萄糖流动并重新分布，肝 内与禁食相关酶的基因表达量发生改变。进一步研究发现，脑脊液内注入l e p t i n g l 静脉内注x 1 e p t i n 的效果接近，据此推；濒u l e p t i n 是通过中枢神经系统，使中枢神经系 统输出新的信号来调节糖类和脂类代谢的【3 2 ”】。n p y 能够促进白脂对葡萄糖的利 用且能提高脂蛋白脂酶的活性，增加脂质在脂肪细胞中的蓄积，缓慢补充l e p t i n 可 减少大鼠n p y m r n a 的