王 鑫 綜述 陳 京 白 波 審校

(1曲阜師范大學(xué)，山東 曲阜 273165；2濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)研究所，山東 濟(jì)寧 272067)

膽囊收縮素及受體調(diào)節(jié)食欲研究進(jìn)展

膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)是一種典型的腦-腸肽，不僅在胃腸功能調(diào)節(jié)方面扮演著重要的角色，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中尤其是在食欲調(diào)節(jié)方面也起著重要作用。CCK通過促使飽感信號的產(chǎn)生，抑制機(jī)體食物的攝入量，從而起到抑制食欲的作用。本文主要闡述了CCK的生物學(xué)特征及生理作用，結(jié)合分子生物學(xué)研究，對CCK在調(diào)節(jié)食欲方面的研究進(jìn)展作一綜述。

肥胖；食欲調(diào)節(jié)；CCK；CCK1R

流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，發(fā)達(dá)國家成年人肥胖率已高達(dá)30%以上，并呈現(xiàn)逐年攀升的低齡化趨勢。肥胖的根本原因是機(jī)體能量的失衡，攝入過度，而消耗相對較少。過剩的能量以脂肪的形式儲存于體內(nèi)，從而導(dǎo)致了肥胖的發(fā)生[1]。肥胖這種代謝疾病的發(fā)生常常與食欲調(diào)節(jié)紊亂有著密不可分的關(guān)系。攝食中樞下丘腦和消化道是機(jī)體控制攝食調(diào)節(jié)，能量代謝中神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部位。其中分布著許多與攝食調(diào)節(jié)有關(guān)的信號肽。我們稱之為腦腸肽。膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)作為經(jīng)典腦腸肽中的一員，可調(diào)節(jié)機(jī)體產(chǎn)生飽感信號，減少機(jī)體的攝食量，從而達(dá)到抑制食欲的作用。本文就CCK及其受體的相互作用作一綜述。

1 CCK的分子生物學(xué)

1.1 CCK的分子結(jié)構(gòu)及分布特征

CCK是第1個被發(fā)現(xiàn)的胃腸激素。最初在豬的十二指腸內(nèi)發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)由33個氨基酸組成(CCK-33)。研究表明，CCK由CCK前體經(jīng)過剪接、修飾產(chǎn)生的CCK-5和CCK-53。CCK有多種活性形式，包括CCK-58、CCK-39、CCK-33、CCK-22、硫酸化的CCK-8[Asp-Tyr(SO3H)-Met-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NH2]和CCK-7、非硫酸化的CCK-8和CCK-7、CCK-5、CCK-4[Trp-Met-Asp-Phe-NH2](圖1)[2]。CCK是一種典型的腦-腸肽，其活性形式以CCK-8為主，在消化道中主要由十二指腸的“I”細(xì)胞分泌，在中樞系統(tǒng)中主要分布于大腦皮層、紋狀體、杏仁核、下丘腦和中腦等處[3]。

圖1 膽囊收縮素的基本結(jié)構(gòu)圖

1.2 CCK受體(CCKR)的分布

CCKRs屬于G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptor，GPCR)的家族成員，具有7 個跨膜螺旋。GPCR是迄今發(fā)現(xiàn)的最大的受體超家族，能夠被不同的配體所激活，如激素、多肽、生物胺、脂質(zhì)、核苷酸等[4-5]。CCKRs與配體結(jié)合后通過迷走神經(jīng)傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生飽感信號，抑制機(jī)體食欲。

CCK受體有兩種類型：CCK-A受體和CCK-B受體。根據(jù)國際藥理學(xué)聯(lián)盟委員會的受體命名法和藥物分類法[6]，CCK-A型受體已經(jīng)被重新命名為CCK1受體(CCK1R)，CCK-B型受體已經(jīng)被重新命名為CCK2受體(CCK2R)[7-8]。最近研究發(fā)現(xiàn)，CCK1R與硫酸化的配體的親和力要比非硫酸化的配體的親和力高500～1000倍。然而，CCK2R與硫酸化的和非硫酸化的配體的親和力沒有顯著的差異[9]。CCK1R不僅分布在消化系統(tǒng)中的膽囊、胰腺、胃及外周的迷走神經(jīng)中，在中樞系統(tǒng)中的極后區(qū)(AP)、背內(nèi)側(cè)區(qū)(DMH)、孤束核、下丘腦等位置也有所分布[10]。體內(nèi)注射CCK1R和CCK2R的拮抗劑，結(jié)果顯示只有CCK1R具有調(diào)節(jié)食物攝入量，抑制食欲的作用，而CCK2R無調(diào)節(jié)食物攝入量的作用。如果減少食物攝入量，機(jī)體中的CCK的分泌量大大減少，同時抑制CCK1R拮抗劑的作用。如果向機(jī)體中注射CCK1R的拮抗劑，機(jī)體的食物攝入量大大增加。因此，CCK在機(jī)體內(nèi)是作為一種生理飽感信號起作用的。在細(xì)胞實驗中發(fā)現(xiàn)，CCK1R的結(jié)合位點在30%～40%的迷走神經(jīng)感覺神經(jīng)元中有CCK1R的mRNA表達(dá)[11]。在體外實驗中，分離迷走神經(jīng)感覺神經(jīng)元，給予Ca2+刺激后Ca2+內(nèi)流導(dǎo)致胞內(nèi)CCK的減少，引起下游信號的改變。使用電生理分析方法，也可以證實當(dāng)刺激機(jī)體腸道時，迷走神經(jīng)神經(jīng)感覺細(xì)胞中CCK1R的量會改變[12]。

1.3 CCK1R信號通路

1.3.1 CCK1R與G蛋白依賴的信號通路 CCK1R與Gq蛋白具有較高親和力。當(dāng)CCK與CCK1R相互結(jié)合后，主要通過G蛋白偶聯(lián)信號通路以及非G蛋白介導(dǎo)的激活的可能性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來發(fā)揮作用。目前，最受關(guān)注的是Gq蛋白通路在CCK/CCK1/2R中發(fā)揮作用，包括Gq、G11和G14以及近期發(fā)現(xiàn)的G12/13[13]。當(dāng)CCK1R結(jié)合配體后，構(gòu)象發(fā)生變化，CCK1R的第3個胞內(nèi)環(huán)暴露出來以便結(jié)合Gq蛋白。隨后，Gα、Gβ和Gγ這3個亞基的三聚體解離，并發(fā)生GDP與GTP交換，激活磷脂酶C(PLC)[14]。 在GPCR介導(dǎo)的磷脂酰肌醇雙信使信號通路，雙信使肌醇-1,4,5-三磷酸(IP3)和二酰甘油(DAG)的合成來自細(xì)胞膜結(jié)合的磷脂酰肌醇(PI)。細(xì)胞膜結(jié)合的PI激酶將肌醇環(huán)上特定的羥基磷酸化，形成磷脂酰肌醇-4-磷酸(PIP)和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2),胞外的信號分子與Gq蛋白偶聯(lián)的受體結(jié)合，通過上述的G蛋白開關(guān)機(jī)制引起質(zhì)膜上的PLC的β異構(gòu)體的活化，致使質(zhì)膜上磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP3)被水解成IP3和DAG兩個第二信使。

IP3在胞質(zhì)中擴(kuò)散，尤其在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中居多，DAG是親脂性分子，聯(lián)系在膜上。 IP3刺激細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，使胞內(nèi)Ca2+濃度迅速升高，DAG激活蛋白激酶C(PKC),活化的PKC進(jìn)一步使底物磷酸化，并活化Na+/H+交換引起細(xì)胞內(nèi)PH值升高。因此，當(dāng)外源性的CCK與胞內(nèi)的CCK1R結(jié)合后，同時產(chǎn)生兩個胞內(nèi)信使，分別激活兩個不同的信號通路，即IP3/Ca2+和DAG/PKC途徑，從而引起下游信號的變化。見圖2。

圖2 CCK1R的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路圖

1.3.2 CCK1R與非G蛋白依賴的信號通路 CCK1R除了典型的G蛋白依賴的信號通路外，G蛋白非依賴性的途徑在GPCR活化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中也有重要的作用。對于arrestin家族蛋白的研究，首次是在視紫紅質(zhì)和β-腎上腺素的GPCRs的脫敏研究中。激動劑活化GPCR 后，G蛋白偶聯(lián)受體激酶(GRKs) 通過磷酸化GPCRs 的尾部和第3胞內(nèi)環(huán)，增強(qiáng)配體-受體和β-arrestin 的親和力，隨后arrestin 易位到受體復(fù)合物中，阻斷受體與G蛋白的相互作用，隨后受體arrestin 復(fù)合物內(nèi)吞到網(wǎng)格蛋白-內(nèi)陷小窩中，從而完成GPCR 的脫敏、內(nèi)化，繼而發(fā)生再循環(huán)或降解[15]。

2 CCK在食欲調(diào)節(jié)方面的作用

CCK主要參與胃腸功能的調(diào)節(jié)，并起到抑制食欲的作用。CCK的生理學(xué)特征主要表現(xiàn)在：刺激胰液分泌和膽囊收縮；增強(qiáng)小腸和大腸運動；抑制胃排空；促進(jìn)幽門括約肌收縮；壺腹括約肌舒張；促進(jìn)胰腺外分泌腺組織的生長；引起蛋白質(zhì)消化產(chǎn)物、脂肪酸的釋放，其在攝食行為中的主要特征主要表現(xiàn)在[6]:CCK在小腸的十二指腸的腸內(nèi)分泌細(xì)胞I型細(xì)胞中釋放出來；在人體內(nèi)有3種以上的激素可以促進(jìn)CCK的釋放，但在嚙齒類動物中，只有脂肪和蛋白質(zhì)才能引起CCK分泌；CCK引起飽感信號發(fā)生的主要途徑是通過旁分泌的方式與CCK1R相互作用；CCK能引起多種消化器官(胃、腸、結(jié)腸、膽囊和胰腺)的生理活動。

2.1 抑制胃液的分泌

根據(jù)結(jié)合受體的不同，CCK對胃酸分泌產(chǎn)生完全不同的效應(yīng)。CCK2R對促胃液素和CCK具有同等的親和力，而CCK1R對CCK的親和力約3倍于對促胃液素的親和力。這種差異有助于解釋促胃液素和CCK的作用有時相同，有時相反，且二者之間存在競爭現(xiàn)象，如在整體水平下，CCK既可刺激禁食動物的胃酸分泌，又有競爭性抑制促胃激素刺激胃酸分泌的作用，CCK還可通過與細(xì)胞的CCK1R結(jié)合，引起細(xì)胞釋放生長抑素而抑制胃酸分泌。所以，CCK對胃酸的分泌主要表現(xiàn)為抑制效應(yīng)。

2.2 通過迷走神經(jīng)感覺纖維束控制食物的攝入量

內(nèi)源性和外源性CCK通過影響來自胃、腹腔和腸道分支的迷走神經(jīng)感覺傳入纖維調(diào)控食物的攝入量。研究表明，迷走神經(jīng)傳入纖維中有CCK受體的表達(dá)；CCK分泌細(xì)胞在固有層中的分布也非?？拷宰呱窠?jīng)傳入末梢。CCK作用于迷走神經(jīng)傳入纖維后，迷走神經(jīng)放電頻率加快。局部釋放的CCK通過旁分泌的機(jī)制擴(kuò)散到作用位點。另外，一些體外實驗證明通過物理或化學(xué)方法去除感覺纖維會降低CCK的表達(dá)，也可以減弱小腸內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)對食欲的抑制效應(yīng)。同時，支配胃和腸粘膜的迷走神經(jīng)感覺纖維對CCK的作用非常敏感。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的CCK由前腦的神經(jīng)元釋放。它的兩種受體CCK1R和CCK2R與食物攝取、能量平衡調(diào)節(jié)相關(guān)的區(qū)域都是高表達(dá)的。腦內(nèi)注射CCK受體拮抗劑或者CCK抗血清都會引起食物攝入量的增加。表明CCK除了通過迷走神經(jīng)對食欲具有調(diào)控作用外，還通過一些非迷走神經(jīng)依賴的信號通路降低食欲。另外，使用物理和化學(xué)方法刺激胃腸道內(nèi)的神經(jīng)束均會誘發(fā)大腦相關(guān)區(qū)域CCK的釋放，但進(jìn)食或注射碳水化合物，則不會造成上述CCK大量釋放，減少攝食量也不會引起腦內(nèi)注射CCK受體拮抗劑攝食調(diào)節(jié)效應(yīng)的逆轉(zhuǎn)。盡管迷走神經(jīng)感覺傳入纖維調(diào)節(jié)了食欲，但這對于增強(qiáng)食欲并不是必需的[17]。

2.3 通過腸內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)節(jié)食物的攝入量

腸內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)刺激十二指腸“I”細(xì)胞，由細(xì)胞基底膜外側(cè)釋放CCK。其中一部分CCK通過組織液的擴(kuò)散作用進(jìn)入機(jī)體微循環(huán)；另一部分則與迷走神經(jīng)傳入末梢的CCK1R結(jié)合后，影響了后腦中神經(jīng)元產(chǎn)生飽感信號。見圖3。

圖3 CCK1R調(diào)節(jié)腸內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)攝入圖

3 小結(jié)和展望

綜上所述，CCK通過調(diào)節(jié)機(jī)體功能，減少機(jī)體攝食量，發(fā)揮抑制食欲的作用。因此，可以把CCK作為靶點，來調(diào)節(jié)食欲，進(jìn)而達(dá)到減輕體重的效果。目前，CCK在肥胖治療方面的應(yīng)用尚處于初步階段。另外，大量實驗還證實了CCK 是一種重要的消化道腫瘤生長因子,對胰腺癌和結(jié)腸癌細(xì)胞的生長有確切的促進(jìn)作用。這一結(jié)論，結(jié)合荷成瘤動物實驗既可進(jìn)一步研究CCK對腫瘤細(xì)胞生長過程的影響。上述問題的進(jìn)一步闡明均可以為肥胖、糖尿病以及癌癥的治療開辟新的途徑。

[1] Boughton C K,Murphy K G.Can neuropeptides treat obesity? A review of neuropeptides and their potential role in the treatment of obesity[J].Br J Pharmacol,2013,170(7):1333-1348.

[2] Tinoco A B,Valenciano A I,Gómez-Boronat M,et al.Two cholecystokinin receptor subtypes are identified in goldfish,being the CCKAR involved in the regulation of intestinal motility[J].Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol,2015,187:193-201.

[3] Cuntz U,Enck P,Frühauf E,et al.Cholecystokinin revisited:CCK and the hunger trap in anorexia nervosa[J].PLoS One,2013,8(1):e54457.

[4] Rosenbaum D M,Rasmussen S G,Kobilka B K.The structure and function of G-protein-coupled receptors[J].Nature,2009,459(7245):356-363.

[5] Moreno J L,Holloway T,González-Maeso J.G protein-coupled receptor heterocomplexes in neuropsychiatric disorders[J].Prog Mol Biol Transl Sci,2013,117:187-205.

[6] Vanhoutte P M,Humphrey P P,Spedding M.International union of pharmacology recommendations for nomenclature of new receptor subtypes[J].Pharmacol Rev,1996,48(1):1-2.

[7] Koszycki D,Prichard Z,Fiocco A J,et al.CCK-B receptor gene and response to cholecystokinin-tetrapeptide in healthy volunteers[J].Peptides,2012,35(1):9-13.

[8] Nishimura S,Bilgüvar K,Ishigame K，et al.Functional synergy between cholecystokinin receptors CCKAR and CCKBR in mammalian brain development[J].PLoS One,2015,10(4):e0124295.

[9] Hannibal J,Hundahl C,Fahrenkrug J，et al.Cholecystokinin(CCK)-expressing neurons in the suprachiasmatic nucleus:innervation,light responsiveness and entrainment in CCK-deficient mice[J].Eur J Neurosci,2010,32(6):1006-1017.

[10] Konno K,Takahashi-Iwanaga H,Uchigashima M，et al.Cellular and subcellular localization of cholecystokinin(CCK)-1 receptors in the pancreas,gallbladder,and stomach of mice[J].Histochem Cell Biol,2015,143(3):301-312.

[11] Mohammad S,Ozaki T,Takeuchi K.Functional compensation between cholecystokinin-1 and-2 receptors in murine paraventricular nucleus neurons[J].J Biol Chem,2012,7(47):39391-39401.

[12] Chang F Y,Lu C L,Chen T S，et al.The role of cholecystokinin 1 receptor in prolactin inhibited gastric emptying of male rat[J].J Neurogastroenterol Motil,2012,18(4):385-390.

[13] Nguyen M V,Jordal A E,Espe M,et al.Feed intake and brain neuropeptide Y(NPY) and cholecystokinin(CCK) gene expression in juvenile cobia fed plant-based protein diets with different lysine to arginine ratios[J].Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol,2013,165(3):328-337.

[14] 劉路路,蔡欣,張寧,等.GPCR 偏向性配體介導(dǎo)的選擇性功能[J].中國藥理學(xué)通報,2012,28(12):1643-1647.

[15] Chen X,Bai B,Tian Y,et al.Identification of serine 348 on the apelin receptor as a novel regulatory phosphorylation site in apelin-13-induced G protein-independent biased signaling[J].J Biol Chem,2014,289(45):31173-31187.

[16] Lo C C,Langhans W,Georgievsky M,et al.Apolipoprotein AIV requires cholecystokinin and vagal nerves to suppress food intake[J].Endocrinology,2012,153(12):5857-5865.

[17] Duca F A,Zhong L,Covasa M.Reduced CCK signaling in obese-prone rats fed a high fat diet[J].Horm Behav,2013,64(5):812-817.

10.3969/j.issn.1000-9760.2015.04.015

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