王宇祥，鄒亦沖，王鑫雨，劉 捷，龐永佳

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雞遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030；3.黑龍江省普通高等學(xué)校動(dòng)物遺傳育種與繁殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030）

白色脂肪組織（White adipose tissue，WAT）是脂肪組織主要類型，其主要功能是控制機(jī)體能量平衡，在能量過(guò)剩時(shí)儲(chǔ)存三酰甘油（Triacylglycerol，TAG），在能量匱乏時(shí)調(diào)動(dòng)TAG，同時(shí)也扮演內(nèi)分泌和副內(nèi)分泌器官角色[1]。脂肪組織中含有大量脂肪細(xì)胞，調(diào)控脂質(zhì)儲(chǔ)存和脂解。脂肪細(xì)胞形成分為兩個(gè)階段，第一階段間充質(zhì)干細(xì)胞分化為脂肪祖細(xì)胞并進(jìn)一步形成前脂肪細(xì)胞，第二階段前脂肪細(xì)胞經(jīng)克隆增殖和終末分化，轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒熘炯?xì)胞[2]。成熟脂肪細(xì)胞內(nèi)含有一個(gè)大脂滴（Lipid droplets，LDs），脂滴中心是一個(gè)中性脂核，脂核內(nèi)含有大量TAG和膽固醇酯（Cholesteryl ester，CE），外面由磷脂單層包裹，并鑲嵌多種蛋白質(zhì)[3-5]。蛋白質(zhì)組學(xué)研究已確定脂滴中200多種蛋白成分，其中一些成分僅定位于脂滴，其余成分同時(shí)定位于脂滴及細(xì)胞質(zhì)或其他細(xì)胞器中。脂滴包被蛋白家族（Perilipins，PLINs）是脂滴表面含量最多的蛋白，通過(guò)與脂滴表面特異性位點(diǎn)結(jié)合，調(diào)節(jié)脂類儲(chǔ)存和水解。截至目前，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中尚未發(fā)現(xiàn)缺乏PLINs的脂滴，機(jī)體各細(xì)胞中儲(chǔ)存中性脂質(zhì)，均表達(dá)兩個(gè)或更多PLINs蛋白家族成員[6]，可見，此家族蛋白在機(jī)體脂類代謝中具有重要作用。本文從PLINs家族成員發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)、表達(dá)特征，以及在脂解過(guò)程中作用等方面展開綜述，旨在為PLINs深入研究提供參考。

1 PLINs發(fā)現(xiàn)

1991年，Greenberg在大鼠脂肪細(xì)胞脂滴周圍發(fā)現(xiàn)一種未知蛋白質(zhì)，命名為Perilipin，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Perilipin具有調(diào)節(jié)TAG沉積和水解作用[7]；隨后，Jiang等在脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)脂肪分化相關(guān)蛋白（Adipose differentiation-related protein，ADRP；或稱Adipophilin）[8-9]，Díaz等在酵母雙雜交篩選中鑒定出47 ku的尾連蛋白（Tail-interacting protein of 47 ku，Tip47）[10]；2003年，研究者們又發(fā)現(xiàn)一種可誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞分化的蛋白質(zhì)：S3-12，其中一部分結(jié)構(gòu)類似Perilipin蛋白[11]；2006年，最后一個(gè)家族成員—心肌脂滴蛋白（Myocardial LD protein，MLDP）在小鼠體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)[12-13]。這5個(gè)蛋白含有相似氨基酸序列，且在不同物種之間（如果蠅和小鼠）存在保守的外顯子-內(nèi)含子邊界，具有較近親緣關(guān)系，可歸類為同一蛋白家族。因此，研究者按照發(fā)現(xiàn)順序?qū)⑵湟来蚊麨镻LIN1-5[14]。PLINs家族成員基本信息見表1[15]。

2 PLINs結(jié)構(gòu)與表達(dá)

PLINs家族結(jié)構(gòu)具有高度保守性。在哺乳動(dòng)物中，PLIN1、PLIN2、PLIN3、PLIN5擁有相同疏水PAT結(jié)構(gòu)域（由前3個(gè)蛋白首字母命名）和11聚體重復(fù)序列；而PLIN4缺少PAT結(jié)構(gòu)域，但其擁有更多11聚體重復(fù)序列，且多肽長(zhǎng)度幾乎是其他PLIN蛋白3倍（見圖1）[15]。

研究表明，PLINs通過(guò)11聚體重復(fù)序列與脂質(zhì)結(jié)合，形成類似alpha螺旋結(jié)構(gòu)（Amphipathic helices，AHs）[16-17]，有利于PLINs與脂滴或微粒結(jié)合。在哺乳動(dòng)物中，PLIN1-5由5個(gè)單拷貝基因編碼各自PLIN蛋白[18]，PLINs氨基酸序列的對(duì)比結(jié)果表明，PLIN2和PLIN3總體相似度最高[19]，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞和組織中廣泛表達(dá)。PLIN5氨基酸序列與PLIN2、PLIN3氨基酸序列在整體上具有相似性，但PLIN5主要在褐色脂肪組織、心肌和骨骼肌中表達(dá)，還有一小部分在肝臟組織中表達(dá)，并在脂肪分解過(guò)程中將脂肪輸送到線粒體進(jìn)行氧化[20]。PLIN1與PLIN2、PLIN3和PLIN5序列相似之處主要在氨基末端，而羧基末端與其他家族成員無(wú)明顯相似性；PLIN1僅在白色和棕色脂肪組織的脂肪細(xì)胞中大量表達(dá)，在腎上腺皮質(zhì)、睪丸和卵巢類固醇生成細(xì)胞中表達(dá)水平較低[21]。PLIN4氨基酸序列與其他成員差異最大，其11聚體重復(fù)序列擴(kuò)展氨基末端與其他家族成員相似性有限，這些重復(fù)序列也可折疊成AHs結(jié)構(gòu)，有利于將新生蛋白特異性地靶向到脂滴[17]；PLIN4在白色脂肪組織中表達(dá)水平最高，在心肌和骨骼肌中表達(dá)水平較低。在亞細(xì)胞定位方面，PLIN1和PLIN2主要定位于脂滴，而PLIN3、PLIN4、PLIN5則定位于細(xì)胞質(zhì)或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)富集區(qū)[22-23]。

3 PLINs參與中性脂質(zhì)的脂解

TAG和CE是脂滴內(nèi)能量?jī)?chǔ)存的主要成分。脂滴在機(jī)體能量匱乏或需脂肪酸（Fatty acid，F(xiàn)A）和膽固醇時(shí)調(diào)動(dòng)TAG和CE，利用脂肪酶將其水解為甘油、膽固醇、FA等物質(zhì)并釋放能量。脂肪酶包括脂肪甘油三酯脂肪酶（Adipose triglyceride Lipase，ATGL）、激素敏感型脂肪酶（Hormone-sensitive lipase，HSL）、脂蛋白脂酶（Lipoprotein lipase，LPL）、單酰甘油脂肪酶（Monoacylglycerol lipase，MGL）等[24]。而作為脂滴表面含量最多的蛋白，PLINs通過(guò)與脂肪酶互作調(diào)控脂滴內(nèi)中性脂質(zhì)存儲(chǔ)和脂解，從而通過(guò)代謝達(dá)到為機(jī)體儲(chǔ)存或提供能量的目的。

3.1 PLIN1

PLIN1對(duì)脂滴形成具有雙向調(diào)節(jié)作用。一方面，在基礎(chǔ)（飼喂）狀態(tài)下，PLIN1包被在脂滴表面，充當(dāng)中性脂質(zhì)保護(hù)屏障，發(fā)揮抑制脂解作用。ATGL（又稱Patatin-like phospholipase domain containing-2，PNPLA2）是機(jī)體脂解反應(yīng)第一步過(guò)程中的關(guān)鍵脂肪酶，其功能發(fā)揮需與激活因子α/β水解酶結(jié)構(gòu)域蛋白5（α/βHydrolase domain containingprotein 5，ABHD5）結(jié)合。在基礎(chǔ)狀態(tài)下，PLIN1受ABHD5長(zhǎng)鏈酰基輔酶A（LC-CoA）的變構(gòu)調(diào)節(jié)后，與之相結(jié)合，從而抑制ABHD5與PNPLA2結(jié)合[25]；同時(shí)，PNPLA（Phospholipase domain containing）脂肪酶家族的另外一個(gè)成員—PNPLA3（Patatinlike phospholipase domain containing-3）可與PNPLA2競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合，促使PNPLA2與ABHD5分離，這些作用限制PNPLA2活性，進(jìn)而抑制脂解。另一方面，在空腹或鍛煉情況下，PLIN1可被蛋白激酶A（Protein kinase A，PKA）高度磷酸化而有利于脂肪酶接近脂滴表面，促進(jìn)脂解作用。在此狀態(tài)下，腎上腺素（Adrenaline）和去甲腎上腺素（Norepinephrine，NE）與脂肪細(xì)胞膜上的β-腎上腺素受體（βadrenergic receptors，β-AR）結(jié)合，啟動(dòng)G蛋白介導(dǎo)的信號(hào)通路，激活腺苷酸環(huán)化酶（Adenylate cyclase，AC），增加細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷（Cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平。cAMP升高觸發(fā)四聚體PKA調(diào)控亞基釋放，進(jìn)而激活催化亞基[26]。隨后，PKA磷酸化脂解復(fù)合物大部分組分。在受刺激的脂肪細(xì)胞中，磷酸化程度最高的脂滴相關(guān)蛋白即PLIN1[27]。PLIN1磷酸化釋放ABHD5，使其與PNPLA2相互作用，水解TAG形成二酰甘油（Diacylglycerol，DAG）；PKA還可磷酸化HSL促進(jìn)其自身轉(zhuǎn)運(yùn)到脂滴并與PLIN1相互作用，水解DAG形 成 單酰甘油（Monoacylglycerol，MAG）；MAG再被MGL進(jìn)一步水解為FA和甘油，完成脂解（見圖2）[28]。PLIN1對(duì)脂滴融合也具有一定促進(jìn)作用。研究表明，PLIN1可與Fsp27（Fat-specific protein 27）的CIDE-N結(jié)構(gòu)域相互作用，通過(guò)改變Fsp27構(gòu)象促進(jìn)大脂滴形成[29]。此外，PLIN1還參與機(jī)體能量代謝，對(duì)肥胖、炎癥反應(yīng)、脂肪營(yíng)養(yǎng)不良等疾病發(fā)生和發(fā)展具有重要影響[30]。

3.2 PLIN2

PLIN2最初被命名為脂肪分化相關(guān)蛋白，說(shuō)明PLIN2在脂肪細(xì)胞分化早期具有誘導(dǎo)分化作用。PLIN2存在于前脂肪細(xì)胞中，在分化為成熟脂肪細(xì)胞過(guò)程中被PLIN1取代，且PLIN2僅與脂滴特異性結(jié)合，而在脂滴脂解或缺失情況下PLIN2迅速降解。Gao等研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)PLIN2可誘導(dǎo)COS-7細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中脂滴積聚[31]，而敲除Plin2基因的小鼠對(duì)飲食誘導(dǎo)的肥胖、脂肪肝和酒精誘導(dǎo)的脂肪變性具有抵抗力，表明PLIN2參與脂質(zhì)積累調(diào)控，這種作用在肝臟中尤為明顯[32]。Nocetti等研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期飼喂高脂飼料導(dǎo)致小鼠患胰島素抵抗和非酒精性脂肪性肝病，同時(shí)小鼠肝細(xì)胞脂滴中PLIN2表達(dá)明顯增加[33]。研究表明PLIN2與肝臟中脂滴形成密切相關(guān)。此外，PLIN2也具有調(diào)節(jié)脂解的作用，但不受PKA激活影響[34]。

3.3 PLIN3

哺乳動(dòng)物PLIN3和PLIN2具有相似氨基酸序列，且廣泛分布于各種組織中。Wolins等研究表明，PLIN3是第一個(gè)具有在細(xì)胞質(zhì)和脂滴表面之間轉(zhuǎn)移能力的PLINs家族蛋白[35]。現(xiàn)階段對(duì)于PLIN3功能知之甚少，尚未有Plin3基因敲除小鼠模型的報(bào)道。但Carr等研究表明，當(dāng)使用反義寡核苷酸抑制PLIN3在小鼠體內(nèi)表達(dá)時(shí)，肝臟和血清中TAG水平降低[36]；當(dāng)抑制PLIN3在HeLa細(xì)胞中表達(dá)時(shí)，TAG儲(chǔ)存減少，而FA生成未受影響[37]，表明PLIN3在儲(chǔ)存TAG方面具有一定作用。但也有研究表明，抑制PLIN3在小鼠AML12肝癌細(xì)胞中表達(dá)并未減少TAG儲(chǔ)存，僅是脂滴變小并被PLIN2包裹；而將PLIN2和PLIN3表達(dá)均抑制后，TAG儲(chǔ)存減少，細(xì)胞內(nèi)的脂滴數(shù)量更少，但體積更大[38]。表明PLINs可能還具有表面活性物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)其不包被在脂滴表面時(shí)，促進(jìn)脂滴通過(guò)融合減小表面積。

3.4 PLIN4

PLIN4是PLINs中最特殊的蛋白，擁有較其他PLINs成員更長(zhǎng)的AHs區(qū)，該結(jié)構(gòu)在體外已被證明可直接與TAG結(jié)合[39]。在細(xì)胞中，PLIN4可修復(fù)由于卵磷脂（Phosphatidylcholine，PC）生物合成中限速酶CCTα耗盡，細(xì)胞中PC含量下降而導(dǎo)致的脂滴形態(tài)缺陷。結(jié)果表明，PLIN4是直接與脂滴中性脂質(zhì)核心結(jié)合而不是磷脂，從而作為脂滴表面活性物質(zhì)覆蓋于脂滴表面發(fā)揮作用[39]。Nimura等研究發(fā)現(xiàn)PLIN4還參與脂肪細(xì)胞分化。在人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（HMSCs）分化后，PLIN4出現(xiàn)在脂肪細(xì)胞中；且在人類脂肪細(xì)胞分化早期階段，PLIN2表達(dá)短暫增加，但在分化后期則被PLIN1和PLIN4取代[40]。

3.5 PLIN5

PLIN5已被證明可參與調(diào)解氧化組織中的基礎(chǔ)脂解[41]。Kuramoto等建立Plin5基因敲除小鼠，并報(bào)道PLIN5在為肌肉細(xì)胞線粒體提供能量方面的核心作用。在這項(xiàng)研究中，研究者在高倍電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，敲除Plin5基因小鼠的心肌中未觀察到脂滴，而禁食后小鼠的比目魚肌肌管內(nèi)可見少量脂滴；敲除Plin5基因小鼠的身體狀況正常，但對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)不耐受[42]。這些數(shù)據(jù)表明，肌肉中脂滴作為FA儲(chǔ)存庫(kù)和分配者發(fā)揮供能作用。

PLIN5還具有促進(jìn)脂滴和線粒體耦聯(lián)的作用。研究者通過(guò)脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）激活小鼠干細(xì)胞，并提取脂滴觀察脂滴對(duì)大腸桿菌細(xì)胞的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PLIN5在LPS刺激后表達(dá)水平下降。這是因?yàn)榫€粒體是機(jī)體先天免疫細(xì)胞器，脂滴接觸線粒體可為線粒體提供FA，促進(jìn)氧化磷酸化；但在線粒體免疫激活情況下，先天免疫細(xì)胞更需要糖酵解而非氧化磷酸化；因此細(xì)胞下調(diào)PLIN5表達(dá)量促進(jìn)脂滴和線粒體解耦聯(lián)，減少氧化磷酸化。值得關(guān)注的是，在此過(guò)程中細(xì)胞PLIN2表達(dá)水平上升，暗示PLIN2與免疫功能相關(guān)[43-44]。

4 PLINs參與自噬脂解

在脂肪細(xì)胞中，PLINs通過(guò)脂肪酶和脂滴調(diào)節(jié)蛋白相互作用調(diào)控脂解，脂肪酶參與動(dòng)員脂肪TAG的儲(chǔ)存和脂解[45]。ATGL和HSL等脂肪酶缺失、敲除或藥物抑制會(huì)降低大部分脂肪酶活性，并嚴(yán)重影響FA在脂質(zhì)水解中的釋放，影響脂質(zhì)代謝循環(huán)[46]。然而，在非脂肪組織中，其他中性脂肪酶也可對(duì)儲(chǔ)存在脂滴中的TAG分解代謝，這表明可能存在不同分子機(jī)制動(dòng)員脂肪細(xì)胞內(nèi)TAG儲(chǔ)存和脂解[47]，如自噬脂解即通過(guò)溶酶體降解中性脂質(zhì)達(dá)到調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝作用。自噬最初被認(rèn)為是饑餓期間蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和氨基酸循環(huán)的途徑，最新研究發(fā)現(xiàn)自噬還有助于脂質(zhì)代謝和脂滴分解代謝[48]。到目前為止，已確定兩種自噬過(guò)程類型參與脂滴生成和脂解，分別是巨型細(xì)胞自噬（Macrolipophagy）和分子伴侶介導(dǎo)的自噬（Chaperone-mediated autophagy，CMA）。這兩種類型的自噬均需識(shí)別脂滴并為脂滴表面提供一個(gè)動(dòng)態(tài)界面，該動(dòng)態(tài)界面含有與脂類代謝和運(yùn)輸有關(guān)的蛋白質(zhì)，以促進(jìn)自噬蛋白在自噬過(guò)程中與溶酶體上相關(guān)組件對(duì)接[49-50]。鑒于PLINs在脂滴上的豐富性、對(duì)脂滴相對(duì)特異性定位及其在協(xié)調(diào)“經(jīng)典”脂解過(guò)程中的重要作用，可合理推測(cè)PLINs在自噬脂解調(diào)節(jié)中也發(fā)揮重要作用。

4.1 PLINs與巨型細(xì)胞自噬

巨型細(xì)胞自噬首先是細(xì)胞質(zhì)中被稱為吞噬體或隔離膜的膜池可將自噬目標(biāo)隔離成一個(gè)雙膜自噬小體，自噬小體通過(guò)其外膜與溶酶體限制膜融合，將隔離的自噬目標(biāo)轉(zhuǎn)移到溶酶體內(nèi)，完成降解[51]。脂滴被識(shí)別為自噬目標(biāo)并被自噬小體隔離的機(jī)制尚不清楚，但小GTPase家族的Rab7（Ras-associated binding）與脂滴表面的結(jié)合被認(rèn)為是啟動(dòng)脂肪細(xì)胞和肝細(xì)胞“吞脂”作用的早期步驟[52]。在培養(yǎng)的3T3-L1脂肪細(xì)胞中，Rab7與PLIN1包被的脂滴在非刺激（基礎(chǔ)）條件下結(jié)合較少，但在β-腎上腺素能受體刺激下Rab7與PLIN1包被的脂滴結(jié)合增加，隨后激活PKA和PLIN1磷酸化。Rab7與脂滴的這種募集不是通過(guò)與PLIN1相互作用介導(dǎo)。相反，PLIN1敲除增加Rab7和溶酶體結(jié)合。這些數(shù)據(jù)表明，未磷酸化的PLIN1阻斷Rab7與脂滴對(duì)接，因此在抑制脂質(zhì)體吞噬方面起保護(hù)作用，而磷酸化誘導(dǎo)的PLIN1構(gòu)象改變使Rab7可重新聚集到脂滴中，使脂滴與溶酶體結(jié)合[53]，促進(jìn)脂解。PLIN2和PLIN5也可保護(hù)儲(chǔ)存的中性脂質(zhì)免受胞液脂肪酶影響。Tsai等研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)PLIN2可保護(hù)肝臟脂滴免受自噬脂解，而小鼠肝臟中缺乏PLIN2，TAG儲(chǔ)存量比野生型小鼠少[54]。

4.2 PLINs與分子伴侶介導(dǎo)的自噬

與巨型細(xì)胞自噬不同，分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）是細(xì)胞器（包括脂滴）普遍循環(huán)過(guò)程，其作用是通過(guò)CMA受體溶酶體相關(guān)膜蛋白2A（Lysosome-associated membrane protein type 2A，LAMP-2A）降解運(yùn)輸?shù)饺苊阁w膜的特定蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)。CMA底物蛋白中含有一個(gè)五肽基序KFERQ，該基序選擇性地被細(xì)胞質(zhì)中70 ku熱休克同源蛋白（Heat shock cognate protein of 70 ku，hsc70）識(shí)別并結(jié)合，再與L-2A相互作用，將蛋白輸入溶酶體中降解[55]。最近研究表明，在營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)有限條件下，分子伴侶介導(dǎo)的自噬是從脂滴中去除PLIN2和PLIN3的主要機(jī)制；小鼠PLIN2和PLIN3分別含有與CMA相關(guān)的SLKVQ和LDRLQ五肽序列，當(dāng)PLIN2五肽序列突變?yōu)镾LKAA時(shí)，hsc70與脂滴上PLIN2的結(jié)合幾乎被消除[55-56]；突變的PLIN2隨后滯留在脂滴上，通過(guò)減少ATGL等脂肪酶與脂滴關(guān)聯(lián)來(lái)減弱“經(jīng)典”脂解作用，同時(shí)也減少巨型細(xì)胞自噬引起的多種蛋白質(zhì)受體在脂滴上募集，從而減少自噬脂解。相反，通過(guò)CMA從脂滴中去除PLIN2和PLIN3可促進(jìn)“經(jīng)典”脂解和自噬脂解，此過(guò)程如圖3所示[57]。

圖3 CMA通過(guò)降解PLIN2和PLIN3調(diào)控脂解[57]Fig.3 CMA regulates lipolysis by degrading PLIN2 and PLIN3

5 展望

近30年研究已揭開PLINs調(diào)控脂類物質(zhì)生成和分解機(jī)制的面紗，但大多數(shù)調(diào)控脂解相關(guān)機(jī)制研究均集中在PLIN1，對(duì)于家族中其他成員研究較少。深入了解PLINs其他成員功能，有利于更好理解非脂肪脂滴在全身能量穩(wěn)態(tài)和代謝性疾病中作用，有助于解決肥胖、脂肪過(guò)度沉積、胰島素抵抗和免疫性疾病等難題。PLINs在細(xì)胞脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其家族成員在儲(chǔ)存脂質(zhì)方面的功能較復(fù)雜，涉及多種分子機(jī)制和多個(gè)細(xì)胞內(nèi)位點(diǎn)。此外，PLINs在不同物種上研究進(jìn)展不一致，如在家禽脂質(zhì)代謝中作用機(jī)制研究剛剛起步[58-59]，深入探究PLINs在家禽脂質(zhì)代謝過(guò)程中功能，有助于控制家禽體內(nèi)脂肪過(guò)度蓄積，推動(dòng)家禽業(yè)向經(jīng)濟(jì)、綠色方向發(fā)展。