楊曦 劉玉潔 馬慧娟

·綜述·

C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白12與糖代謝

楊曦 劉玉潔 馬慧娟

C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白(CTRP)12是一種新型脂肪因子，屬于CTRP超家族成員。其主要在脂肪組織表達(dá)及分泌，通過增強(qiáng)脂肪組織和肝臟中胰島素信號(hào)，改善胰島素抵抗，增加胰島素敏感性。同時(shí)CTRP12還能降低脂肪組織炎性反應(yīng)。CTRP12通過胰島素依賴和非依賴的方式發(fā)揮作用，有望成為治療胰島素抵抗和2型糖尿病的新靶點(diǎn)。

CTRP12；肥胖；脂肪組織

肥胖與胰島素抵抗、2型糖尿病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。最近，研究人員通過重組蛋白干預(yù)和腺病毒介導(dǎo)表達(dá)的方式將重組C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白(complement-C1q/TNF-related protein，CTRP) 12通過尾靜脈注入瘦素缺乏、飲食誘導(dǎo)肥胖的小鼠及糖尿病小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，CTRP12具有調(diào)節(jié)糖代謝的功能[1]。人類CTRP12主要由白色脂肪組織產(chǎn)生。小鼠體內(nèi)CTRP12的表達(dá)更廣泛，如脂肪組織、腎臟、脾臟等，其中白色和棕色脂肪組織中表達(dá)的最多。因CTRP12主要在脂肪組織內(nèi)表達(dá)，也命名為脂肪源性胰島素增敏因子(adipolin)。CTRP12作為胰島素敏感性脂肪細(xì)胞因子，有望成為治療糖尿病的新靶點(diǎn)。

1 CTRP12的分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)

作為CTRPs家族中的一員，CTRP12擁有C1q/ 腫瘤壞死因子(TNF)樣球形結(jié)構(gòu)域。其氨基酸序列與其他CTRP12家族成員具有同源性，其中與脂聯(lián)素同源性高達(dá)20%[1]。CTRP12在進(jìn)化上是高度保守的，由4個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：信號(hào)肽、N端結(jié)構(gòu)域(包含高度保守的糖基化位點(diǎn)Asn39、Cys85和多元切割基序KKSR)、膠原結(jié)合域(含有8個(gè)糖化X-Y重復(fù)序列)和球形C1q/TNF結(jié)構(gòu)域(含3個(gè)保守Cys殘基即Cys162，Cys241和Cys246和兩個(gè)N端糖基化位點(diǎn)即Asn287和Asn297)[2]。CTRP12含一個(gè)蛋白酶酶切位點(diǎn)，即90KKSR93，這一切割位點(diǎn)通過N端序列映射到Lys-91上[2]。多肽內(nèi)切酶在Lys91位點(diǎn)進(jìn)行切割，形成了斷裂的球形CTRP12(gCTRP12)[3]。

CTRP12是一種轉(zhuǎn)錄后修飾成的多聚糖蛋白。通過改變其低聚物狀態(tài)及信號(hào)特異性切割形成一種亞型。不同蛋白酶解加工形成功能不同的CTRP12亞型[3]。體內(nèi)CTRP12主要存在兩種亞型，即長(zhǎng)鏈CTRP12(fCTRP12)和gCTRP12。血循環(huán)中主要以gCTRP12的形式存在。CTRP12的這兩種亞型在低聚物結(jié)構(gòu)及功能上差別較大。fCTRP12亞型組成三聚體及更大的復(fù)合體，gCTRP12亞型主要組成二聚體[3]。CTRP12形成三聚體和更大的復(fù)合體受保守的N端Cys殘基調(diào)節(jié)[4]。在人和小鼠血循環(huán)中都含有fCTRP12和gCTRP12，循環(huán)血中CTRP12的含量因小鼠遺傳背景不同而發(fā)生變化。

2 CTRP12表達(dá)的調(diào)節(jié)

2.1 前蛋白轉(zhuǎn)化酶對(duì)CTRP12的調(diào)節(jié) Enomoto等[5]研究發(fā)現(xiàn)，飲食誘導(dǎo)的肥胖(DIO)小鼠gCTRP12/fCTRP12的比例增加。肥胖狀態(tài)能促進(jìn)fCTRP12裂解為gCTRP12，這一過程受脂肪組織內(nèi)Furin(一種前蛋白轉(zhuǎn)化酶)的調(diào)節(jié)。Furin抑制劑引起脂肪細(xì)胞內(nèi)fCTRP12的含量上調(diào)。肥胖時(shí)，F(xiàn)urin含量上調(diào)。盡管脂肪中CTRP12的生成減少，這一誘導(dǎo)作用促進(jìn)gCTRP12從脂肪組織中釋放，導(dǎo)致循環(huán)血中g(shù)CTRP12相對(duì)fCTRP12增多。

2.2 Krüppel樣因子(KLFs)對(duì)CTRP12的調(diào)節(jié) KLFs是鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子，能識(shí)別富含GC的區(qū)域和CACCC盒[6]。KLFs與肥胖、炎性反應(yīng)及代謝功能紊亂高度相關(guān)[7]。小鼠的遺傳學(xué)研究表明，KLF3的降低導(dǎo)致CTRP12上調(diào)[8]。Bell-Anderson等[8]研究顯示，KLF3抑制Fam132a(CTRP12的編碼序列)啟動(dòng)子的活性，KLF3缺陷組織(白色脂肪組織，不包括棕色脂肪組織)內(nèi)Fam132a的表達(dá)不受抑制。正常及高脂飲食KLF3缺陷小鼠，血循環(huán)中CTRP12的含量增加。另一方面，KLF15的減少引起CTRP12含量降低[9]。KLF15主要通過增強(qiáng)脂肪細(xì)胞-111和-66區(qū)域之間啟動(dòng)子活性發(fā)揮作用[9]。研究表明，KLF15是脂肪細(xì)胞內(nèi)CTRP12表達(dá)的活化劑。

研究發(fā)現(xiàn)，TNFα通過激活c-Jun氨基末端激酶(JNK)信號(hào)通路，抑制KLF15減少脂肪細(xì)胞內(nèi)CTRP12的表達(dá)[9]。JNK抑制劑SP600125能消除TNFα對(duì)CTRP12的抑制作用，防止TNFα引起的KLF15的減少。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，KLF15過表達(dá)能部分保護(hù)TNFα引起的CTRP12的減少[1]。

2.3 血糖及胰島素對(duì)CTRP12的調(diào)節(jié) Tan等[10]對(duì)患多囊卵巢綜合征女性的研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行多元回歸分析后，只有血糖可預(yù)測(cè)血漿CTRP12的改變，血糖升高者皮下脂肪組織內(nèi)CTRP12的生成及分泌減少，兩者呈負(fù)相關(guān)。重組CTRP12干預(yù)能快速降低WT、ob/ob和DIO小鼠的血糖[2]。胰島素能顯著增加皮下脂肪組織CTRP12的表達(dá)及分泌，其作用受磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)信號(hào)通路調(diào)節(jié)[11]。

2.4 二甲雙胍及羅格列酮對(duì)CTRP12的調(diào)節(jié) 二甲雙胍促進(jìn)CTRP12的表達(dá)，對(duì)血漿CTRP12濃度的影響歸因于其對(duì)肝糖原合成的抑制作用。二甲雙胍通過增強(qiáng)AMP活化蛋白激酶(AMPK)信號(hào)通路抑制肝糖原合成，因此二甲雙胍主要通過AMPK信號(hào)通路發(fā)揮作用[12]。研究發(fā)現(xiàn)，羅格列酮以濃度依賴的方式增加皮下脂肪組織CTRP12的表達(dá)及分泌，其作用受過氧化物酶體增殖物活化受體γ(PPARγ)拮抗劑的抑制[11]。

3 CTRP12調(diào)節(jié)糖代謝的作用機(jī)制

3.1 抗炎 脂肪組織巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)等炎性反應(yīng)與胰島素抵抗和糖耐量減低有關(guān)[13]。肥胖和胰島素抵抗時(shí)脂肪細(xì)胞的炎性反應(yīng)以抗炎細(xì)胞因子(如脂聯(lián)素)減少和促炎因子(如TNFα)增加為特點(diǎn)[14]。胰島素抵抗肥胖患者脂肪組織內(nèi)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)增加可解釋這一現(xiàn)象[15]。Enomoto等[1]用編碼CTRP12的腺病毒載體轉(zhuǎn)染小鼠進(jìn)行體內(nèi)干預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肥胖小鼠脂肪組織內(nèi)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和促炎基因的表達(dá)均下降，這表明CTRP12有抗炎作用。過表達(dá)CTRP12減少DIO小鼠附睪脂肪組織中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，降低炎性反應(yīng)因子TNF-α和白細(xì)胞介素(IL)-1β表達(dá)。由于CTRP12本身由脂肪細(xì)胞產(chǎn)生，這些研究表明，CTRP12以旁分泌的方式減少脂肪組織中巨噬細(xì)胞的活化，改善胰島素抵抗，增加葡萄糖清除率，改善脂肪組織炎性反應(yīng)。

3.2 減少抵抗素的表達(dá) 抵抗素是由脂肪細(xì)胞分泌的多肽類激素，功能為促進(jìn)肝臟的胰島素抵抗，降低糖耐量[16]。過表達(dá)CTRP12的ob/ob和DIO小鼠，抵抗素水平顯著降低，而野生型小鼠抵抗素水平變化不大。CTRP12也可直接降低體外3T3-L1脂肪細(xì)胞抵抗素的分泌。CTRP12的這一作用具有特異性，因?yàn)镃TRP12對(duì)其他脂肪因子如瘦素、脂聯(lián)素等的分泌無影響[2]。

3.3 抑制肝糖異生、促進(jìn)脂肪細(xì)胞糖攝取 研究表明，CTRP12激活PI3K-蛋白激酶B信號(hào)通路，降低ob/ob小鼠及大鼠肝臟糖異生酶——葡萄糖-6-磷酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的表達(dá)，抑制肝糖異生，促進(jìn)脂肪細(xì)胞對(duì)葡萄糖攝取[2]。gCTRP12主要激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路。只有fCTRP12增加胰島素刺激的脂肪細(xì)胞糖攝取[3]。PI3K特異性抑制劑LY29004部分抑制肝臟和脂肪細(xì)胞內(nèi)CTRP12對(duì)糖生成的促進(jìn)作用。FoxO1(蛋白激酶B下游靶點(diǎn))是重要的糖異生調(diào)節(jié)因子，經(jīng)CTRP12干預(yù)后，肝細(xì)胞內(nèi)FoxO1磷酸化增加。這一磷酸化與胰島素誘導(dǎo)蛋白激酶B和FoxO1磷酸化過程類似。這些結(jié)果表明，CTRP12通過胰島素受體底物-1下游的PI3K激活蛋白激酶B。

用胰島素孵化H4-ⅡE大鼠肝細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)IC50(被測(cè)量抑制劑的半抑制濃度)在100 pmol/L時(shí)，肝糖異生抑制了50%[17]。Wei等[2]研究發(fā)現(xiàn)，重組CTRP12進(jìn)一步抑制了糖異生，但胰島素的IC50保持不變。在抑制糖異生過程中，CTRP12是胰島素的增強(qiáng)劑，二者不是協(xié)同作用。CTRP12干預(yù)后，3T3-L1脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝入量適度增加，這一作用不受10 nmol/L胰島素作用的影響,這表明CTRP12與胰島素在脂肪細(xì)胞內(nèi)可能有相同的作用靶點(diǎn)[2]。

3.4 增加胰島素敏感性 對(duì)肥胖和ob/ob小鼠(瘦素缺陷)的研究發(fā)現(xiàn)，CTRP12能在胰島素含量不變的前提下增加糖耐量，表明CTRP12能改善胰島素敏感性[1]。經(jīng)CTRP12干預(yù)的肥胖小鼠，其體重和脂肪細(xì)胞的體積減小。Wei等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，CTRP12主要通過增加胰島素敏感性，改善肥胖和糖尿病小鼠的糖代謝。fCTRP12能增加脂肪細(xì)胞內(nèi)胰島素誘導(dǎo)的糖攝取，表明fCTRP12和gCTRP12發(fā)揮著不同的胰島素敏感作用,其具體機(jī)制尚不明確[5]。Wei等[2]對(duì)表達(dá)CTRP12的DIO小鼠進(jìn)行飲食耐量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，再喂食后血糖水平無明顯差異，但表達(dá)CTRP12的DIO小鼠胰島素水平更低，表明表達(dá)CTRP12的DIO小鼠餐后胰島素抵抗減低。并且其葡萄糖依賴性胰島素釋放肽(GIP)分泌降低50%。由于GIP促進(jìn)餐后胰島素分泌，所以GIP的降低可能是表達(dá)CTRP12的DIO小鼠胰島素分泌減少的原因。

3.5 增強(qiáng)脂肪和肝臟的胰島素信號(hào)通路 表達(dá)CTRP12的野生型、過表達(dá)CTRP12的ob/ob小鼠脂肪組織和肝臟中胰島素受體底物-1的酪氨酸磷酸化及蛋白激酶B的磷酸化均增加。另一個(gè)胰島素激活信號(hào)分子，p44/42 MAPK的磷酸化狀態(tài)未發(fā)生改變，ob/ob小鼠肝臟糖異生酶G6Pase和PEPCK mRNA的表達(dá)由于受到胰島素的抑制而減少。體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，重組CTRP12降低大鼠H4-ⅡE肝細(xì)胞G6Pase和PEPCK mRNA的表達(dá)[2]。

綜上所述，CTRP12是一種作用于脂肪組織、肝臟和胰腺，調(diào)節(jié)全身血糖穩(wěn)態(tài)的新型脂肪因子。其能降低肥胖及糖尿病患者炎性反應(yīng)因子和抵抗素的水平，改善胰島素敏感性，降低血糖。并通過抑制蛋白激酶B信號(hào)通路、抑制肝糖異生基因的表達(dá)，促進(jìn)脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝取。CTRP12有望成為治療2型糖尿病的新靶點(diǎn)。

[1] Enomoto T,Ohashi K, Shibata R,et al. Adipolin/C1qdc2/CTRP12 protein functions as an adipokine that improves glucose metabolism[J].J Biol Chem,2011,286(40):34552-34558.DOI: 10.1074/jbc.M111.277319.

[2] Wei Z, Peterson JM, Lei X,et al. C1q/TNF-related protein-12 (CTRP12), a novel adipokine that improves insulin sensitivity and glycemic control in mouse models of obesity and diabetes[J].J Biol Chem,2012,287(13):10301-10315.DOI: 10.1074/jbc.M111.303651.

[3] Wei Z, Lei X, Seldin MM,et al. Endopeptidase cleavage generates a functionally distinct isoform of C1q/tumor necrosis factor-related protein-12 (CTRP12) with an altered oligomeric state and signaling specificity[J].J Biol Chem,2012,287(43):35804-35814. DOI: 10.1074/jbc.M112.365965.

[4] Wong GW, Krawczyk SA, Kitidis-Mitrokostas C,et al. Molecular, biochemical and functional characterizations of C1q/TNF family members: adipose-tissue-selective expression patterns, regulation by PPAR-gamma agonist, cysteine-mediated oligomerizations, combinatorial associations and metabolic functions[J].Biochem J,2008,416(2):161-177. DOI: 10.1042/BJ20081240.

[5] Enomoto T, Shibata R, Ohashi K,et al. Regulation of adipolin/CTRP12 cleavage by obesity[J].Biochem Biophys Res Commun,2012,428(1):155-159. DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.10.031.

[6] Pearson R, Fleetwood J, Eaton S,et al. Krüppel-like transcription factors: a functional family[J].Int J Biochem Cell Biol,2008,40(10):1996-2001.

[7] McConnell BB, Yang VW. Mammalian Krüppel-like factors in health and diseases[J].Physiol Rev,2010,90(4):1337-1381. DOI: 10.1152/physrev.00058.2009.

[8] Bell-Anderson KS, Funnell AP, Williams H,et al. Loss of Krüppel-like factor 3 (KLF3/BKLF) leads to upregulation of the insulin-sensitizing factor adipolin(FAM132A/CTRP12/C1qdc2)[J].Diabetes,2013,62(8):2728-2737.DOI: 10.2337/db12-1745.

[9] Enomoto T, Ohashi K, Shibata R,et al. Transcriptional regulation of an insulin-sensitizing adipokine adipolin/CTRP12 in adipocytes by Krüppel-like factor 15[J].PLoS One,2013,8(12):e83183. DOI: 10.1371/journal.pone.0083183.eCollection 2013.

[10] Tan BK, Chen J, Hu J, et al. Circulatory changes of the novel adipokine adipolin/CTRP12 in response to metformin treatment and an oral glucose challenge in humans[J].Clin Endocrinol (Oxf),2014,81(6):841-846. DOI: 10.1111/cen.12438.

[11] Tan BK, Lewandowski KC, O'Hare JP,et al. Insulin regulates the novel adipokine adipolin/CTRP12:invivoandexvivoeffects[J].J Endocrinol,2014,221(1):111-119.DOI: 10.1530/JOE-13-0537.

[12] Tan BK, Chen J, Adya R,et al. Metformin increases the novel adipokine adipolin/CTRP12: role of the AMPK pathway[J].J Endocrinol,2013,219(2):101-108.DOI:10.1530/JOE-13-0277.

[14] Ouchi N, Parker JL, Lugus JJ,et al. Adipokines in inflammation and metabolic disease[J].Nat Rev Immunol,2011,11(2):85-97. DOI: 10.1038/nri2921.

[15] Lumeng CN, Deyoung SM, Bodzin JL,et al. Increased inflammatory properties of adipose tissue macrophages recruited during diet-induced obesity[J].Diabetes,2007,56(1):16-23.

[16] Makino-Wakagi Y, Yoshimura Y, Uzawa Y,et al. Ellagic acid in pomegranate suppresses resistin secretion by a novel regulatory mechanism involving the degradation of intracellular resistin protein in adipocytes[J].Biochem Biophys Res Commun,2012,417(2):880-885. DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.12.067.

[17] de Raemy-Schenk AM, Troublé S, Gaillard P,et al. A cellular assay for measuring the modulation of glucose production in H4IIE cells[J].Assay Drug Dev Technol,2006,4(5):525-533.

[18] Wei Z, Peterson JM, Wong GW. Metabolic regulation by C1q/TNF-related protein-13 (CTRP13): activation OF AMP-activated protein kinase and suppression of fatty acid-induced JNK signaling[J].J Biol Chem,2011,286(18):15652-15665.DOI: 10.1074/jbc.M110.201087.

C1q/tumornecrosisfactor-relatedprotein12andglucosemetabolism

YangXi*,LiuYujie,MaHuijuan.

*GraduateInstituteofHebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050017,China

MaHuijuan,Email:huijuanma76@163.com

As a novel adipokine, C1q/tumor necrosis factor-related protein (CTRP)12 belongs to the CTRP family, which is abundantly expressed in fat tissues. CTRP12 ameliorates insulin resistance and improves insulin sensitivity by enhancing insulin signaling in the liver and adipose tissue. CTRP12 also can attenuate inflammation in fat tissue. CTRP12 acts in insulin-dependent and independent manners, and represents a new target for the treatment of insulin resistance and type 2 diabetes.

CTRP12; Obesity; Fat tissue

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81200638)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.03.13

050017 石家莊，河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院(楊曦，劉玉潔)；內(nèi)科學(xué)教研室(馬慧娟)；050051 石家莊，河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北省老年醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(馬慧娟)

馬慧娟， Email:huijuanma76@163.com

FundprogramNational Natural Science Foundation of China(81200638)

2015-06-25)