译文—肝FXR：全身能量代谢的关键调节器.doc

肝FXR：全身能量代谢的关键调节器 类法尼醇X受体（FXR）是一个核受体，它的活性可以导致参与能量代谢通路的改变。例如，在肝脏中作为胆汁酸受体而发挥作用，在肝脏、肌组织和脂肪组织中作为能量代谢调节器。然而，FXR活性的影响并不仅仅为表达它的这些组织所特有，通过整体由于受体交互作用而影响其它组织。（研究）证明FXR不仅调节胆汁酸的代谢，还调节脂肪、碳水化合物的代谢。FXR作为处理一些疾病（如：糖尿病）的治疗目标，目前正在研究中。这里我们回顾一下FXR激活对于机体中过多能量的反应。FXR发现和特征 类法尼醇受体（FXR）是核受体超家族的一员，是一个胆汁酸受体。FXR与FXR反应元件结合要么作为一个单体，要么与RXR作为异二聚体，从而促进靶基因的转录。有两个编码FXR的基因：FXRa和FXRb。FXRa是从人和啮齿类动物的一个单基因位点上表达，由不同的转录活动编码四种不同的亚型（是由不同的启动子和RNA链接造成的）。从鱼到人类FXRa被保存下来，然而FXRb在人类却是假基因需要羊毛甾醇激活。由FXRa调节的大部分基因是独立亚型，为了方便我们提到的FXRa（以及它所有的亚型）仅仅指今后FXR。应该注意到一些FXR靶基因对特殊亚型有更敏感，例如，肠道胆汁酸结合蛋白（IBABP）对FXR亚型a2 和 a4更有反应性。然而和生理有关不同亚型引起的不同反应仍有待于证明。 FXR主要在肝脏、肠道、肾脏和肾上腺表达，在脂肪组织和心脏中较少表达，最初作为法尼醇受体被识别。由于胆汁酸在代谢中的作用，对FXR激动剂胆汁酸的识别得到了越来越多的关注。通过使用胆汁酸药物治疗增加了肝脏极低密度脂蛋白的的合成和血清甘油三酯水平首次证明了胆汁酸参与脂肪代谢。伴有家族性高胆固醇血症的患者发现缺乏回肠末端胆汁酸的重吸收，同时致力于对一种潜在的抗旨剂FXR配体CDCA使用的鉴别。FXR靶基因，它们在组织的表达以及它们的功能总结在表1中。表1.基因通过FXR激动剂直接或间接调节组织器官的表达这个表包含了来自数个资料的信息，描述了分配在组织的具体基因，它们的代谢功能以及如何被FXR激动剂所影响。FXR和疾病 糖尿病是世界上发病率和死亡率主要原因之一。由于肝脏是糖异生和糖原合成的重要器官，所以它在维持循环中适当的血糖水平发挥了重要的作用。FXR活性的调整呈现出有效地和有意义的策略来反抗和胆汁酸相关病理学、糖尿病和其它代谢综合征的并发症引起的恶性效应。 在空腹老鼠中FXR表达增加，随之而来的是基因表达的改变。例如过氧化物酶体增殖物激活受体-g （PPARg）、PPARg 辅活化因子-1a（PGC-1a）和肝细胞核因子-4a(HNF-4a)的表达提高，而肝脂肪酶的表达却下降，通过FXR直接或间接调节的这些基因在代谢方面发挥了重要作用，强调了FXR在代谢调节中的重要性。分别体内和体外的鼠肝细胞中PGC-1a的过度表达和cAMP的增加导致FXR表达和活性的提高。对于胆汁酸抑制PGC-1a并不感到奇怪，其机制是依赖FXR和小分子异源二聚体伴侣（SHP，一种孤儿核受体）。SHP的激活抑制了另一种孤儿核受体（肝受体同系物-1（LRH-1）的活性，LRH-1负责基因（如胆固醇7a羟化酶）的表达，这证明了FXR在调节胆汁酸合成中的作用。其他研究很明确的显示FXR和PGC-1a共同作用可以促进FXR靶基因的表达。PGC-1a是代谢通路的一个代谢触发和关键调节器，cAMP参与了糖分解代谢通路，所以这些研究可以更进一步的解释FXR参与了能量代谢。 非酒精性脂肪肝(NAFLD)的病理特征是肝细胞内脂滴的聚集，而这可以发展成脂肪性肝炎甚至是肝细胞性肝癌。伴有NAFLD的患者有低FXR水平，而这有助于增加TG的合成和肝X受体（LXR）和固醇反应元件结合蛋白-1c（-SREBFI）的表达，最终与脂肪变性的程度有关。在肥胖的老鼠中，FXR活性对于阻止脂肪变性的发展具有保护意义。这两项研究证实FXR在脂肪变性的发展中有重要作用。 数项研究论证FXR激动剂或许在其它代谢性疾病的病理学方面有研究价值。具体见表1.FXR和脂代谢 FXR是脂代谢的重要调节器。在FXR缺乏的老鼠中，血清高密度脂蛋白胆固醇（HDL）和甘油三酯（TG）水平升高，然而肝脏HDL清道夫受体（SRB1）的表达是下降的，SRB1的作用是消除血液中的HDL胆固醇。FXR也调节参与脂代谢蛋白的基因表达，例如诱导磷脂转运蛋白（PLTP）和载脂蛋白C-II的基因表达，抑制载脂蛋白A-I、载脂蛋白C-III、载脂蛋白E和对氧磷酶1（PON1）的基因表达。对FXR这些靶基因的识别和无FXR表型的老鼠一起证实FXR在脂代谢中的作用。此外，无FXR的老鼠比高脂肪饮食喂养的野生型老鼠在循环中有更高的游离脂肪酸（FFA）水平，而这有助于增加脂蛋白脂肪酶的活性。因此，可以预计FXR激动剂能够改善血脂，而这恰好是所发生的，这些影响同样可以在正常、非肥胖、非糖尿病鼠中观察到。因此，FXR激动剂治疗血脂异常一定要仔细检测以避免不良反应如低脂血症的发生。肝细胞TG的水平通过脂肪酸氧化和合成之间的平衡控制，脂肪酸氧化是通过PPARa控制的而脂肪酸合成是通过SREBF1控制。通过FXR活性下调SREBF1的表达可以导致由SREBF1控制的基因（如苹果酸脱氢酶）表达减少。脂肪酸合成（FAS）基因似乎有一个FXR结合位点，可以使FXR激动剂诱导的FAS活性增加。这或许是相互矛盾的，但是FXR在能量失衡（不论是能量水平高或者低）的条件下使能量水平正常化有重要作用，而这解释了FXR在数个基因表达的双重作用（正反馈作用或负反馈作用），例如磷酸烯醇式丙酮酸激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（G6P）。脂肪因子脂肪组织代谢的变化与肥胖和胰岛素抵抗有密切的联系。这个组织负责数个生理学活性分子如脂肪因子的生成。这些例子包括瘦素、抵抗素、白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-a（TNF-a）、纤溶酶原激活抑制剂1型（PAI-1）和脂联素（AdipoQ）。在肥胖症中，脂联素表达减少而TNF-a、IL-6和瘦素的表达增加，对于抵抗素则有不同的报道（脂肪因子和它们的功能及作用在评估中）。FXR在脂肪组织中表达，在脂肪组织中它的活性通过脂肪细胞的分化获得的。在人工培养的成熟脂肪细胞中FXR激动剂可以导致数个基因的表达增加，包括CCAAT增强子结合蛋白（C/EBPa）、PPARg、脂肪酸结合蛋白（FABP）、多配体聚糖-1、SREBF1和AdipoQ然而TNF-a的表达是受抑制的。一种合成的FXR激动剂，6-乙基CDCA增加了体内脂肪组织FXR的表达，随之而来的是来自体外数据的数个基因表达的改变。因此FXR激动剂似乎与正常条件下脂肪因子的释放有关系同时减少肥胖条件下其主要作用的脂肪因子的释放。FXR和其它核受体PPARa FXR调节PPARa的表达和它的靶基因，PPARa是脂代谢的关键调节器。PPARa激动剂可以增加脂肪酸氧化、脂类分解、能量分解和消耗，然而减少脂肪生成、TG分泌和肥胖症。有趣的是，有证据表明PPARa能够激活FXR的表达，即使不一致的证据仍然存在。举例来说在胆汁酸处理的C57BL/6J和KK-Ay老鼠中，参与b-氧化基因的表达并没有增加；实际上在C57BL/6J鼠中一些基因的表达是减少的，在这一方面PPARa和FXR之间的关系仍有一些疑问。这些不同的作用仍有待于进一步处理，或许是由于使用不同的实验模型引起的。未来的工作或许通过检测不同模型和组织之间的关系来强调这一问题。FXR导致肝SREBF1表达的减少，或许是由于FXR诱导的胆汁酸合成受到抑制，而这增加了肝胆固醇容量，减少了SREBF1的活性和TG的合成。这种效果似乎只针对肝脏和需要SHP，而这更进一步强调了肝FXR的中心作用。因此SHP不仅影响SREBF1，而且影响LXR。LXR也是通过FXR下调，而这进一步增加了FXR作为TG代谢调节器的重要性。PPARg PPARg是脂代谢的关键调节器，在脂肪组织中高度并表达，在胰岛素抵抗、葡萄糖摄取和脂质积累方面发挥作用。在没有FXR的老鼠中，通过空腹刺激血清TG容量的减少被消除了，其机制包含PPARg。FXR诱导也能够引起脂肪细胞分化，至少一部分是通过PPARg诱导得。最近报道FXR对于充分激活PPARg是必须的，FXR的活性在脂肪组织中一些有益的影响是通过PPARg介导的。（图表1） 图表1.FXR激动剂改善了甘油三酯的情况。肝FXR活性通过数条通路导致TG合成和分泌减少，随着关键代谢调节器的激活或表达。在脂肪组织FXR导致FA和TG的储存增加。整体的一个效应是循环中TG的减少。即使大部分研究似乎指向代谢过剩期间FXR激动剂的有益影响，但是有报道显示FXR对动脉粥样硬化看来似乎是相反的效应。一项组织学分析显示对FXR和apoE都敲除的老鼠比apoE敲除的老鼠更容易发生动脉粥样硬化，而这是与增长的高脂血症相一致的。然而，对FXR和LDLR都敲除的老鼠比LDLR敲除的老鼠更不容易发生动脉粥样硬化，这就说明这些机制远不是我们所理解的那样，需要进一步的探索研究。需要注意的另一个预防措施是在骨骼肌组织中FXR消除所产生的效果都有很好的证明，即使没有发现FXR在这些组织的表达。在骨骼肌组织中的这些作用很可能是肝FXR的丢失引起的。当解释这些研究时动物的营养状况也被考虑在内。FXR和糖代谢FXR缺乏和高血糖 在糖尿病的啮齿类动物模型中FXR的表达是减少的。血糖刺激FXR的表达，然而胰岛素却抑制它的表达。在生理浓度条件下，胰岛素也抑制Cyp7a1，而这有可能解释了糖尿病中胆汁酸合成增加，这与FXR表达的下降有关系。考虑到这一点，不难发现FXR的激活导致了野生型和2个糖尿病鼠的血糖水平降低。在无FXR的老鼠中血糖代谢似乎是双向的，由于胰岛素作用减弱导致肝葡萄糖输出减少和循环中葡萄糖进入外周组织。这两种现象直接与FXR的缺乏有关（假如胰岛素敏感性的降低是由于靶组织中脂容量的增加），是胰岛素抵抗维持和发展的关键因素，结果导致糖尿病。关于这一点的更深入报道显示葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）的表达（胰岛素依赖性发挥作用转运到细胞膜表面）是FXR依赖性的。FXR在糖异生和血糖正常水平 由FXR激活SHP不仅抑制CYP7A1的转录，而且抑制其它基因如糖皮质激素受体（GR）和HNF-4。由于这两个基因在控制糖异生方面有重要作用，那么假设胆汁酸（FXR）在某种程度上调节循环中血糖的水平是合理的。即使已经报道胆汁酸引起FXR依赖性PEPCK基因的表达下降，但是以前研究发现胆汁酸和FXR-SHP下调PEPCK的表达，因此由胆汁酸对糖异生的调节比最初认为的更为复杂的一个过程。主要是在转录水平观察PEPCK的调节，所以糖异生中由FXR诱导的调节的重要性更为有意义。另外，由于PEPCK和G6P的过度表达引起循环血糖水平和一般糖耐量增加，通过FXR调节这些酶的水平是关键因素。没有FXR的老鼠显示脂肪组织异常，外周胰岛素抵抗，PPARa和b/激活，肝和骨骼肌代谢受损。作者把这一效应归为这个事实在FXR缺乏的情况下肝血糖和TG输出增加，引起骨骼肌组织的胰岛素抵抗，解释了肝FXR调节整体代谢这一概念。在骨骼肌的这些作用的另一项解释或许是骨骼肌中PPARa的激活，它的过度表达增加胰岛素抵抗，虽然参与胰岛素信号转导的蛋白质在生理水平并没有改变。最近两个相互独立的小组证明在体内和体外b细胞中有功能的FXR其活性可以引起胰岛素释放增加，对脂毒性起保护作用。有趣的是这些研究揭示了由于FXR的激活导致糖分解功能和VLDL输出率的减少。因此，对于FXR激动剂导致整体循环血糖水平的减少似乎是一致的，在处理胰岛素抵抗和糖尿病中是一个极大地有益的影响。FXR也可能在葡萄糖储存方面发挥作用。通过糖原合成酶调节的糖原合成过程使葡萄糖是以糖原的形式储存。糖原合成酶的活性首先受糖原合酶激酶3b（GSK3b）磷酸化的影响。因此GSK3b在维持血糖稳态中发挥了重要作用，通过胰岛素受体-胰岛素受体底物-Akt通路灭活的。FXR诱导Akt磷酸化，所以试图解释FXR也可以调节GSK3b。事实上，一些数据已经提出这一论证，GW4064治疗可以增加老鼠中糖原合成和储存。另外，饮食后无FXR的老鼠呈现出高血糖（由于糖异生的抑制作用减弱，糖原合成的抑制作用增强）然而空腹无FXR的老鼠为低血糖（由于不能激活糖异生途径）。无FXR的老鼠也能够促进肝细胞凋亡，血清清除CDCA和GW4064处理的HepG2细胞可以减少细胞凋亡；这些数据进一步支持FXR在糖稳态中发挥重要作用这一理念。（图表2）图表2简化的图标显示整个机体代谢中肝FXR调解通路.FXR活性减少糖异生和糖原合成。这两种结果导致肝脏脂容量和整体循环血糖减少，而这提高外周组织的代谢，例如并不表达FXR的骨骼肌组织。在胰腺FXR活性增加胰岛素的输出，而这也会帮助减少高血糖。值得注意的是FXR另一个性质是FXR对糖代谢的调节在于在空腹到饮食的情况下控制碳水化合物代谢的能力。一项研究证明FXR可以使糖分解率减少，而这可以阻止高甘油血症的发生。这项研究也首次指出FXR依赖于营养状况的动态数量，再次论证了FXR作为关键代谢调节器的作用。然而其他研究似乎与这些发现相矛盾。例如，FXR激动剂GW4064可以提高鼠和人肝细胞的PEPCK的表达；奇怪的是另一项研究发现CDCA减少PEPCK的表达而这表明胆汁酸活动的FXR依赖性通路。这些结果似乎被一项双盲测试所证实，在胆汁酸药物消胆胺使用后改善了血糖控制和血脂异常，减少了2型糖尿病患者LDL胆固醇和糖化血红蛋白水平。另一项研究证实可以提高HDL胆固醇水平。另外，PGC-1a和FXR水平在空腹状态下会升高，导致糖异生活性增加（这并不矛盾，仅是FXR在维持血糖稳态方面的作用）。更进一步思考，数项报道证明PGC-1a通过HNF- 4a 和/或PPARg共激活作用来调节FXR的活性。已经提出通过TRB-3活化作用制作的Akt抑制的一个模型，这与已建好的资料（FXR激动剂改善胰岛素的敏感性）是相冲突的，资料证实FXR缺乏不会改变PPARa水平以及FXR激动剂可以改善胰岛素敏感性。奇怪的是同样地研究证明提高PEPCK活性并不能引起循环血糖水平的增加；事实上，却能引起不显著的降血糖趋势。在PEPCK和FXR对循环血糖水平的影响方面仍有不同的报道。引起这些差异的原因并不十分清楚，但是或许与使用不同研究模型有关，从小鼠到大鼠，人类到细胞系，基因或化学修饰都会引起糖尿病或与糖尿病相关的特征。再次，营养状况和FXR激动剂治疗的时间或许与这个问题有关。FXR似乎是有