神经肽y的结构、功能及与肥胖的关系

神经肽y的结构、功能及与肥胖的关系

神经苷y（npy）是一种含有36个氨基酸的图形材料。它于1982年从tatemoto最初从猪脑中分离。由于它以脯氨酸残基作为氨基端,以酪氨酰胺作为羧基端,每个分子多肽又含有5个酪氨酸残基,所以将其命名为NPY。近年来研究发现NPY广泛分布于中枢神经系统和外周多种组织器官,在中枢可以抑制呼吸,调节血压,调节下丘脑激素的合成和释放,在外周器官,参与对心血管、胃肠道、呼吸道、泌尿生殖道等组织器官的功能调节。本文着重讨论NPY与肥胖的研究进展。1nby受体亚型及其对文化诱导的调控NPY由36个氨基酸残基组成,在水溶液中能保持稳定的构象,X线衍射法测得的NPY结构与胰多肽的结构相似,含有两个走向相反的螺旋臂,他们依靠2、5、8位上脯氨酸的疏水作用和15～31位上的亲水作用,保持稳定的立体构象。从N端起,NPY前8个氨基酸残基组成多脯氨酸单螺旋,为疏水侧,其后是一个约5～6个氨基酸残基(14～18位)组成的β转折,接着是双侧α-螺旋臂的单螺旋,亦是疏水侧。在胰多肽家族中,PP折叠及两个螺旋臂的保守性很强。免疫组化发现NPY及相关神经纤维广泛的分布于机体各系统中并且发挥着重要的作用。根据NPY的衍生物[(NPY-(13-16)、Leu31Pro34-NPY、PYY)]与NPY受体结合特性的不同将NPY受体进一步分为Y1、Y2、Y3三种受体亚型,曾有研究认为NPY诱导的饮食亢进由Y1受体介导,但该受体在对NPY作用敏感的下丘脑分布稀少。而且和Y1激动剂一样,NPY2-36(N-端酪氨酸残基被去除)也能刺激摄食,即使它不能很好地和Y1受体结合。很可能受体也存在亚型。目前已发现三种NPY受体亚型在介导信息传导中有其相同点,亦有其不同点,三者的信息传导途径均与G蛋白耦联有关,均能抑制腺苷酸环化酶(adenylylcyclase,AC)的生物合成,但对Ca2+的作用不一样。NPY的结构活性研究表明:NPY-(33-36)氨基酸残基是识别NPY受体的最基本的结构单位,并且C端芳香族侧链是保持NPY的生物活性所必需的。通过NPY与其相关肽的对比分析发现:NPY-C端(32-36位氨基酸残基)具有高度的保守性,34位上的氨基酸残基决定了与其受体亚型结合的特异性。人们发现若将34位上的脯氨酸换成谷氨酰胺,则NPY可由对Y1受体的特异性激动转为对Y2受体的特异性激动。尽管NPY-(33-36)对NPY的功能保持至关重要,但若没有其它结构的参与,NPY-(33-36)与NPY受体的结合同样不稳定,它的功能只有在N端氨基酸残基保持稳定的立体构象时才能实现。同时人们也发现Thr32是一个重要的位点,发挥着重要作用,若用Thr的镜象体代替Thr32,NPY的生物活性同样也会丧失。NPY的三维结构对NPY与受体的结合能力至关重要,人们利用分子设计技术已设计出NPY的片段,例如[D-Cys7-Aoc8-17-Cys20]PNPY,它能很好地保留NPY的三维结构,尤其在结合位点处的结构更是保存完全。实验证明其与NPY受体结合的能力和生物活性相差无几。NPY的食欲促进作用与NPY受体有关,研究表明,NPY的Y1和Y5受体参与NPY对食欲的促进作用。有学者将NPY注入Y1受体缺陷小鼠的脑室后,其摄食活动明显减少,在饥饿状态下,Y1受体的基因表达增加;将Y1受体拮抗剂注入大鼠的第三脑室后,由NPY诱导的进食行为明显受到抑制。Campbell等研究发现,运用Y5受体的反义寡核苷酸能明显减少动物摄食,降低体重。还有研究发现大鼠脑室内给予Y5受体的反义寡聚脱氧核苷酸后,其生物性进食和NPY诱导的2小时短期进食没有任何影响,但NPY诱导的10小时进食行为被明显抑制。Y5受体也许对摄食活动的维持具有调节作用,但不如Y1受体那样具有关键性的作用。1.1npy免疫反应神经末梢NPY在下丘脑的浓度很高,它主要来自下丘脑弓状核的神经元,此神经元突起延伸至室旁核和背中核,二者含有丰富的NPY免疫反应神经末梢。NPY神经元的主要生理作用如下:在饥饿、胰岛素缺乏的糖尿病、泌乳和剧烈运动状态下能刺激摄食和能量的高效贮存,主要表现在饮食亢进和棕色脂肪组织产热减少,这对于恢复能量平衡和生存具有重要的意义。因此NPY神经元对能量稳肽的调节可能在于它们能明显感受到机体贮能减少,并通过刺激摄食和减弱产热来恢复能量平衡。2肥土和肉中功能化合物的变化有试验证明患有高脂血症的Zucker大鼠室旁核神经元兴奋过度,表现为NPYmRNA的表达增加和NPY浓度的增高,以及室旁核中的NPY释放及其对下丘脑NPY受体的负调节作用加强。向室旁核内重复注射NPY几天后即可表现出摄食过多和体脂增加等与Zucker大鼠相似的体征,但NPY作用似乎并非仅表现在影响摄食方面,它还可降低交感神经对棕色脂肪的作用,使机体产热减少,同时增加白色脂肪组织内与脂类合成有关的酶类的表达,使机体脂肪贮存增加,体重上升。Schaffhauser等从小鼠体内克隆出一种仅在脂肪组织中表达的肥胖(obese,ob)控制基因,OB/?鼠为正常表型,ob/ob鼠为肥胖表型,肥胖的原因是因与肥胖控制基因突变有关,导致其仅表达一截短的无活性蛋白。有报道指出,用反义RNA探针作检测,将ob/ob与OB/?小鼠作比较,前者弓状核pre-pro-NPY(前-原-神经肽)的mRNA染色阳性区明显多于后者。还有实验证明NPY未破坏的ob小鼠比NPY破坏的ob小鼠肥胖体征明显的多,从而进一步证实了NPY在ob小鼠中所起的作用。低生育力的肥胖妇女尤其是多囊卵巢综合征患者的表现为月经稀少或闭经、高胰岛素和胰岛素抵抗、高雄激素血症、肥胖、无排卵,许多症状类似与ob/ob小鼠。Rouru等提出部分患者中,肥胖-瘦素-轴可能是下丘脑-垂体-黄体生成素过度分泌的原因。即肥胖妇女下丘脑NPYmRNA表达和NPY蛋白分泌受抑制,解除了异常性激素环境下NPY对黄体生成素分泌的抑制,促使黄体生成素大量释放,引起卵泡刺激素和黄体生成素的比例失调。NPY与肥胖的关系还与一些很重要的物质有关,这些物质通过作用于NPY来参与能量的调节。诸如以下这些物质:2.1增脂降脂作用瘦素是脂肪细胞分泌的蛋白质类激素,ob小鼠脑室中给予瘦素后,引起NPYmRNA水平降低,其弓状核内的NPY水平即明显下降;而db小鼠由于对瘦素无反应,其仍保持高NPY水平。将瘦素注入基因突变小鼠脑室内,可以明显降低NPY诱导的动物进食。在禁食、哺乳或剧烈运动时瘦素水平下降,而NPY浓度升高,提示NPY可能是通过瘦素的负反馈抑制作用来促进摄食,降低能耗并促进脂肪组织的积累,或者说ob小鼠中瘦素调节能量的功能至少部分是通过影响NPY的合成和释放来实现的。有学者发现在小鼠下丘脑发现了具有受体特征的瘦素结合位点。用原位杂交的方法发现LP受体在下丘脑弓状核浓集分布,而其他脑组织则明显分布稀少,说明下丘脑是LP作用的关键区域。Stephens等将ob输入不同状态的小鼠体内后发现,正常和肥胖的小鼠的下丘脑弓状核NPYmRNA表达明显下降,但患糖尿病小鼠却上升;另把放射性核素标记的LP输入肥胖大鼠体内,结果发现高亲和力地结合在大鼠下丘脑细胞膜上,LP减少下丘脑NPYmRNA表达和直接抑制NPY从正常大鼠下丘脑释放。因此有人提出把瘦素作为体脂储量的一个信号,认为它主要通过抑制NPY神经元发挥其生物学效应。生理状态下二者之间的关系可以用以下简图表示:脂肪组织增加→obmRNA表达增加→循环中LP增加→被转运系统转运通过血脑屏障的LP增加→作用于下丘脑→NPY水平下降→食欲下降和能量消耗增高→脂肪组织减少。2.2丘脑和丘脑底部神经末梢神经元胞突联合ny神经元食欲肽是1998年首次发现的一种新的食欲促进因子,分OXA和OXB两型,OXA的食欲促进作用相对较强,OX神经元主要分布于中枢神经系统中的下丘脑和丘脑底部,在下丘脑OX神经元主要分布于外侧区、后区及穹周核,近来的研究发现,将较低剂量的NPY和OXA同时注入大鼠的第三脑室,则可明显增强其摄食活动,而该剂量的NPY和OXA在单独使用时对摄食无任何促进作用,这一研究结果表明,NPY和OX在促进摄食中具有相互协同的作用,NPY和OX的这种相互协同的作用可能与二者的神经元相互连接有关,即NPY的神经元投射到OX神经元上,OX神经元的神经末梢与NPY神经元发生了胞突结合。2.3营养成分含量胰岛素和NPY对能量平衡的调节是完全相反的。血循环中胰岛素水平在禁食、糖尿病、泌乳和剧烈运动时减少。有学者向大鼠第三脑室注入胰岛素可以抑制NPY水平的升高,但该现象尚不能解释二者之间的关系,因为引起上述反应的胰岛素水平很高,远远高于其生理状况下可能从血循环进入大脑的浓度。并且有试验发现在葡萄糖限制状态下胰岛素升高三天后,室旁核中NPY水平却是升高的。还有研究表明,将胰岛素注入高脂的Zucker大鼠中枢既不能抑制摄食,也不能抑制饥饿状态下NPYmRNA的升高。因此有人提出下丘脑弓状核NPY神经元对胰岛素的作用出现耐受,使胰岛素不能正常发挥其抑制作用从而导致肥胖。2.4糖激素对血清ny活性的影响有研究表明下丘脑的神经元内有糖皮质激素的受体,且早期细胞培养表明地塞米松可增加神经元细胞系NPY基因的表达和胎脑细胞内NPY的水平。肾上腺切除的Zucker大鼠,NPY作用受抑制,而重新给予糖皮质激素又可恢复NPY的促进摄食的作用,以上均表明外源性NPY的效应依赖于血液糖皮质激素的水平。目前其机制还不清楚,但在Y1受体基因的5’侧翼区已发现糖皮质激素反应元件,且长期给予糖皮质激素后可促进Y1受体基因的表达,说明糖皮质激素可能通过影响NPY受体来增加对NPY的敏感性。其他学者还发现给小鼠下丘脑内注射促肾上腺皮质激素释放激素的受体拮抗剂后,糖皮质激素活性增强,其对NPY反映敏感性增强,而Hakasson等的研究表明,下丘脑ob-R与促肾上腺皮质激素释放激素和促肾上腺皮质激素的神经元位点相近,提示促肾上腺皮质激素释放激素对NPY表达的调节可能是通过糖皮质激素的间接效应(对糖皮质激素的负反馈抑制)和自身的直接调节共同作用的结果。2.5mc4-r和肥土有学者给小鼠脑室内注射α-促黑色素细胞激素的受体亚型MC4-R的协同剂MTII可抑制ob小鼠和agouti小鼠的食欲,而注射MC4-R的拮抗剂则可完成全抑制瘦素的厌食效应,说明MC4-R和肥胖有关。α-促黑色素细胞激素的受体亚型MC4-R和MC3-R在下丘脑内高度表达,而该部位是瘦素的作用位点和NPY产生的主要部位,而且有学者发现NPY在ob和agouti肥胖小鼠的下丘脑背正中核表达增加,说明黑色素皮质激素系统及瘦素之间和NPY之间存在着神经环路可以“交叉对话”。2.6mob对小鼠脑室其他神经元的影响Halaas等试验发现用人的肥胖控制基因产物hOB分别给肥胖表型的ob/ob小鼠和