張睿 綜述 黃啟亞 審校

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第六醫(yī)院(清遠(yuǎn)市人民醫(yī)院)內(nèi)分泌科，廣東 清遠(yuǎn) 511500

近年來，肥胖的患病率呈快速上升趨勢，已經(jīng)成為全球性公共衛(wèi)生問題。2016年，在全球范圍內(nèi)，18歲及以上的成年人中39%的男性和40%的女性達(dá)到超重水平，總?cè)藬?shù)達(dá)近20億；11%的男性和15%的女性達(dá)到肥胖水平，總?cè)藬?shù)超過5億，超重和肥胖人數(shù)在過去40年里呈現(xiàn)出明顯的上升[1]。因此，如何有效控制并逆轉(zhuǎn)肥胖成為了研究熱點(diǎn)。近年有研究發(fā)現(xiàn)PR結(jié)構(gòu)域蛋白16(PRDI-BF1 and RIZ homology domain containing protein，PRDM16)具有激活棕色脂肪組織特異性的生熱程序，提高其線粒體密度，促進(jìn)解偶聯(lián)蛋白-1(uncoupling protein-1，UCP-1)的表達(dá)，增加能量消耗的作用；而肥胖患者PRDM16基因表達(dá)明顯下降，提示其與肥胖的關(guān)系密切。本文以PRDM16為切入點(diǎn)，分析PRDM16的功能、回顧PRDM16與肥胖關(guān)系的新進(jìn)展，以期為肥胖癥及相關(guān)代謝性疾病的治療提供新思路。

1 脂肪組織的分類、分布及功能

哺乳動(dòng)物體內(nèi)的脂肪組織分三類：白色脂肪組織(white adipose tissue，WAT)、棕 色 脂 肪 組 織(brown adipose tissue，BAT)和米色脂肪組織。人體脂肪組織以WAT為主且占大部分，其中15%分布于腹腔內(nèi)。在腹腔內(nèi)，主要分布于胃、腸、肝和腎等臟器之間，內(nèi)臟、腸系膜和腹膜后均有大量WAT儲存；另外85%的WAT主要分布于皮下組織，尤以臀部、大腿和下腹部分布較多[2]。BAT在人體內(nèi)較少[3]，其主要分為胸內(nèi)區(qū)、內(nèi)臟區(qū)和皮下區(qū)。在胸內(nèi)區(qū)，BAT位于主動(dòng)脈、頸總動(dòng)脈、心靜脈和頭臂動(dòng)脈等血管周圍，以及心臟、氣管、肺和食管等中空組織；在內(nèi)臟區(qū)，BAT圍繞結(jié)腸等中空組織，以及胰腺、腎臟、腎上腺、肝臟和脾臟等實(shí)體器官；在皮下區(qū)，BAT位于頸內(nèi)肌、鎖骨區(qū)、前腹壁和腹股溝區(qū)之間[4-8]。而米色脂肪細(xì)胞則來源于WAT中的各種前體細(xì)胞，呈簇狀分布在WAT所在的區(qū)域內(nèi)[9]。

WAT以甘油三酯的形式儲存能量，而BAT和米色脂肪組織以產(chǎn)熱功能為主。WAT細(xì)胞脂滴大，具有以下功能：當(dāng)機(jī)體能量不足時(shí)以甘油三酯的形式釋放脂肪酸，通過脂肪酸氧化提供能量；分泌瘦素、腫瘤壞死因子α等參與2型糖尿病等疾病的發(fā)生發(fā)展過程；保護(hù)臟器及保溫功能[10]。經(jīng)典BAT細(xì)胞有多個(gè)小脂滴，主要功能是非顫抖性產(chǎn)熱，UCP-1是其標(biāo)志物，產(chǎn)熱時(shí)消耗大量脂肪和葡萄糖，通過UCP-1氧化磷酸化解偶聯(lián)作用將能量以熱量形式釋放而不形成ATP。米色脂肪細(xì)胞形態(tài)、功能等介于WAT和經(jīng)典BAT之間，其可能來源于白色脂肪組織中的前棕色脂肪細(xì)胞[11]、前白色脂肪細(xì)胞[12]、已存在的白色脂肪細(xì)胞[13]和骨骼肌前體細(xì)胞[14]；米色脂肪細(xì)胞在寒冷、藥物等刺激下可轉(zhuǎn)變?yōu)樽厣炯?xì)胞，但米色脂肪細(xì)胞不表達(dá)與經(jīng)典BAT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子(如PRDM16)[2]。

2 PRDM16與肥胖的關(guān)系

如前所述，BAT能通過UCP-1的氧化磷酸化解偶聯(lián)作用來發(fā)揮其獨(dú)特的產(chǎn)熱功能，而PRDM蛋白家族中的PRDM16蛋白在BAT的活化過程中起著重要作用。PRDM蛋白家族由17個(gè)成員組成，在結(jié)構(gòu)上由保守的N端PR[PRDI-BFI(正向調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域I-結(jié)合因子1)和RIZ1(視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白相互作用的鋅指基因1)]結(jié)構(gòu)域和數(shù)量不等的鋅指組成[15]。PRDM蛋白作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)器，通過內(nèi)在的染色質(zhì)修飾活動(dòng)或通過招募輔助因子和染色質(zhì)修飾因子來調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化[16-17]。其中，PRDM16基因由MOCHIZUKI等[18]在研究骨髓增生異常綜合征(myelodysplastic syndromes，MDS)和急性髓細(xì)胞性血病(acute myelogenous leukemia，AML)過程中發(fā)現(xiàn)。PRDM16蛋白被認(rèn)為是棕色和米色脂肪中生熱脂肪細(xì)胞選擇性基因程序的關(guān)鍵調(diào)控因子[19]。

齊亞楠等[20]選取SD雄鼠建立肥胖大鼠模型，取大鼠睪丸及睪周脂肪組織稱重，兩者在肥胖組中均明顯高于正常組，實(shí)時(shí)熒光定量PCR和Western Blot檢測肥胖組睪丸及睪周組織中PRDM16蛋白表達(dá)量及mRNA表達(dá)量，較正常組均明顯降低，從而推測PRDM16與肥胖存在聯(lián)系。

PRDM16鋅指蛋白不是直接與DNA結(jié)合起作用的，PRDM16先與典型的DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子如CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β(CCAAT/Enhancer-binding proteinβ，C/EBPβ)、過氧化物酶體增殖物激活受體-γ(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR γ)結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，通過鋅指結(jié)構(gòu)選定并且激活BAT選擇性基因程序，從而提高線粒體密度，促進(jìn)UCP-1的表達(dá)[21]；同時(shí)，PRDM16通過與羧基末端結(jié)合蛋白(C-terminal binding protein，CtBP1和CtBP2)結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物，從而使WAT基因沉默[22]。有研究指出，PRDM16除了能夠直接轉(zhuǎn)錄激活棕色脂肪特異性基因外，還能通過抑制Ⅰ型干擾素(typeⅠinterferon，Ⅰ型IFN)反應(yīng)來加強(qiáng)和維持棕色脂肪的特性。Ⅰ型IFN信號的激活會(huì)破壞棕色和米色脂肪細(xì)胞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能從而降低其產(chǎn)熱功能，而PRDM16能夠作用于Ⅰ型IFN受體的下游，抑制Ⅰ型IFN的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，并保護(hù)脂肪細(xì)胞中的線粒體基因表達(dá)。然而，Ⅰ型IFN信號的激活降低線粒體功能的機(jī)制尚不清楚[20]。另有報(bào)道表明，棕色脂肪細(xì)胞和肌細(xì)胞起源自相同的表達(dá)Myf5的前體細(xì)胞，而PRDM16則決定了Myf5前體細(xì)胞分化的方向，實(shí)驗(yàn)敲除小鼠棕色脂肪前體細(xì)胞中的PRDM16基因，棕色脂肪前體細(xì)胞便轉(zhuǎn)化為肌細(xì)胞[23-24]。

詹芳芳等[25]通過snapshot或連接酶檢測技術(shù)對超重肥胖組和正常組對象PRDM16基因相關(guān)位點(diǎn)進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示PRDM16基因rs2651899位點(diǎn)的等位基因A以及單倍體型AAT可能促進(jìn)超重肥胖發(fā)生，而單倍體型GAC、GCT可能抑制超重肥胖發(fā)生，這說明PRDM16不同基因位點(diǎn)之間存在相互作用，或協(xié)同或拮抗，進(jìn)而影響肥胖的發(fā)生發(fā)展。此外，LIU等[26]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，正常體質(zhì)量組BAT中的chr1：2987450的甲基化水平低于超重/肥胖組，CpG甲基化能夠抑制PRDM16的轉(zhuǎn)錄活性，下調(diào)其表達(dá)，從而抑制了BAT的生熱程序，減少了產(chǎn)熱，導(dǎo)致熱量儲存為WAT增加了體質(zhì)量，然而，在腹部皮下脂肪組織(subcutaneous adipose tissue，SAT)的chr1：2987447和網(wǎng)膜脂肪組織(omental adipose tissue，OAT)的chr1：2986395中，正常體質(zhì)量組甲基化水平反而更高，其復(fù)雜機(jī)制尚未明確，這也說明了PRDM16的表達(dá)調(diào)控不是單個(gè)位點(diǎn)的變異，而是多個(gè)位點(diǎn)的變異組合。

孫盼盼等[27]采集腹部手術(shù)研究對象術(shù)前空腹靜脈血，通過Sequenom質(zhì)譜法檢測PRDM16基因啟動(dòng)子區(qū)CpG位點(diǎn)甲基化水平，結(jié)果顯示超重肥胖組PRDM16基因啟動(dòng)子CpG26.27位點(diǎn)甲基化與BMI正相關(guān)，但引起甲基化狀態(tài)改變的機(jī)制尚不清楚。PRDM16能與PPAR γ輔激活因子-1α和輔激活因子-1β(PGC-1α和PGC-1β)結(jié)合從而促進(jìn)棕色脂肪細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)，提高線粒體密度、UCP-1的表達(dá)，同時(shí)PRDM16還與CtBP1、CtBP2結(jié)合抑制白色脂肪細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)，如抵抗素和絲氨酸鈦酶抑制因子3ak(serpin3ak)的表達(dá)，而當(dāng)PRDM16高度甲基化時(shí)便不能與上述轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合從而影響棕色脂肪組織的形成。本研究局限性在于甲基化檢測是在血液中而不是脂肪組織中進(jìn)行的，因此仍需進(jìn)一步研究。類似的，妊娠期肥胖母親飲食補(bǔ)充甲基供體可降低后代肥胖率[28]、腹腔脂肪組織TNF-α甲基化可能是致肥胖因素[29]、瘦素基因啟動(dòng)子甲基化程度的降低能促進(jìn)瘦素表達(dá)以對抗肥胖[30]，這些研究在一定程度上表明了PRDM16甲基化與肥胖存在聯(lián)系。

棕色脂肪組織代謝主要的能量來源是儲存在棕色脂肪細(xì)胞中的脂肪酸，小部分來自血漿中的葡萄糖，而這種對血漿葡萄糖的攝取清除作用已被證明對糖尿病的治療有幫助[9]。SEALE等[31]的研究表明，PRDM16轉(zhuǎn)基因小鼠表現(xiàn)出能量消耗增加、體質(zhì)量增加受限以及對葡萄糖耐量提高的特點(diǎn)，揭示了PRDM16對于治療肥胖及其相關(guān)疾病的潛在價(jià)值。

值得注意的是，近年來研究發(fā)現(xiàn)，除了PRDM16以外，其他的一些PRDM家族成員同樣與肥胖存在密切關(guān)系，如PRDM1[19]、PRDM2[32-33]、PRDM3[15]、PRDM4[14]、PRDM12[34]等都有報(bào)道。有研究指出，當(dāng)棕色脂肪中PRDM16缺失時(shí)，同樣存在于棕色脂肪中的PRDM3會(huì)起到補(bǔ)償作用，當(dāng)PRDM16和PRDM3同時(shí)缺失時(shí)，會(huì)使動(dòng)物體內(nèi)的棕色脂肪的形成過程在早期出現(xiàn)嚴(yán)重的缺陷[15]。有分子數(shù)據(jù)表明，PRDM3可通過與MED1(Mediator復(fù)合物的一個(gè)組成部分)相互作用，從而改變棕色脂肪基因特異性啟動(dòng)子的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，而這個(gè)機(jī)制與PRDM16相似[35]。因此既往的一些小鼠基因敲除實(shí)驗(yàn)只敲除PRDM16來探究其作用時(shí)，可能會(huì)因?yàn)镻RDM3代償效應(yīng)的存在而影響其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。這些與肥胖癥具有密切聯(lián)系且可能存在相互作用的PRDM蛋白家族成員，需要進(jìn)一步的研究加以分析與鑒別。

3 PRDM16在肥胖治療中的進(jìn)展

鑒于生熱脂肪組織及其相關(guān)基因與肥胖的密切關(guān)系，近年來人們致力于通過促進(jìn)生熱相關(guān)脂肪組織的激活、促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞棕色化等途徑來探索治療肥胖的有效途徑，并取得了許多前所未有的進(jìn)展。

楊星雅等[36]進(jìn)行了一項(xiàng)針對不同運(yùn)動(dòng)方式對大鼠棕色脂肪組織形態(tài)及功能的影響的研究，該實(shí)驗(yàn)通過HE染色觀察脂肪組織形態(tài)，使用熒光定量PCR檢測棕色脂肪組織相關(guān)基因PRDM16、PGC-1α及UCP-1的mRNA水平，并用Western-blot檢測其相應(yīng)的蛋白水平，最終發(fā)現(xiàn)，有氧訓(xùn)練后PRDM16的mRNA水平是對照組的1.78倍，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，而PRDM16蛋白的表達(dá)水平為對照組的1.46倍；而對于進(jìn)行抗阻訓(xùn)練的大鼠，其PRDM16基因水平和蛋白水平都有一定程度的升高，盡管其不具有顯著性差異。運(yùn)動(dòng)是減肥的科學(xué)方法，而該實(shí)驗(yàn)揭示了有氧運(yùn)動(dòng)發(fā)揮減重效果的可能機(jī)制，指出了PRDM16可能在運(yùn)動(dòng)治療肥胖中扮演著不可或缺的角色。噻唑烷二酮(thiazolidinedione，TZD)可將PRDM16蛋白半衰期從5.9 h延長至17.5 h，使用TZD處理3 d可使PRDM16蛋白積累約250倍，此外，TZD已被證明可誘導(dǎo)sirtuin 1(SIRT1)依賴的PPARγ去乙?；M(jìn)而增強(qiáng)PRDM16和PPARγ復(fù)合物的形成，進(jìn)一步促進(jìn)WAT褐變[22]。其他的，如辣椒素、骨形態(tài)發(fā)生蛋白7(bone morphogenetic protein 7，BMP7)、鳶尾素、成纖維細(xì)胞生長因子21(fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21)和利鈉肽可能通過激活β2腎上腺素受體誘導(dǎo)皮下WAT的褐變；辣椒素和TZD類似，都可促進(jìn)PRDM16蛋白的穩(wěn)定性，但促進(jìn)PRDM16蛋白穩(wěn)定的分子機(jī)制尚不明確，而PRDM16的穩(wěn)定性受到泛素-蛋白酶體途徑的高度調(diào)控，因此去泛素化很可能是增強(qiáng)PRDM16穩(wěn)定性的潛在機(jī)制；尚未得到鑒定的PRDM16的特異性E3泛素連接酶可能成為誘導(dǎo)WAT褐變的合理藥物靶點(diǎn)[22]。

值得關(guān)注的是，能夠檢測到BAT的成年人擁有一些共同特征，如較年輕，糖化血紅蛋白(HbA1c)、膽固醇、低密度脂蛋白-膽固醇、葡萄糖、體質(zhì)量指數(shù)(BMI)較低[37]。BAT量隨著年齡的增長而逐漸減少，在80歲時(shí)BAT量顯著降低[38]。據(jù)推測，至少30%的老年人和接近100%的年輕人擁有BAT[39]。BAT和WAT在不同個(gè)體中的比例和活性不同，這可能可以解釋為什么某些群體體質(zhì)量更容易增加，減肥效果差，同時(shí)也可解釋人的體質(zhì)量隨年齡增長而增加的趨勢。另外，不是所有個(gè)體都具有肥胖傾向，如種族、海拔等許多因素都能影響個(gè)體的肥瘦平衡[40]。有研究指出，BAT移植可能比藥物治療更加有成效[41]。在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中進(jìn)行BAT的移植和摘除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示BAT移植在不改變飲食攝入量的情況下逆轉(zhuǎn)了高脂飲食誘導(dǎo)的體質(zhì)量增加和胰島素抵抗，減輕了肥胖相關(guān)的脂肪組織炎癥，同時(shí)，還提高了內(nèi)源性棕色化標(biāo)記蛋白如PRDM16、UCP-1的表達(dá)，此外還促進(jìn)了脂肪酸氧化相關(guān)基因表達(dá)的增加[42]。該研究揭示了治療肥胖的又一潛在途徑，即通過外源性的BAT移植，在外源性補(bǔ)充PRDM16等產(chǎn)熱耗能相關(guān)因子的同時(shí)，又促進(jìn)個(gè)體本身產(chǎn)熱耗能因子的表達(dá)，該方法似乎避免了個(gè)體差異所造成的生熱組織含量的不足等因素，是未來治療肥胖及其相關(guān)疾病的一個(gè)值得探討的方向。

KISHIDA等[43]通過細(xì)胞重編程技術(shù)生成功能性棕色脂肪細(xì)胞的研究，他們將PRDM16基因轉(zhuǎn)入誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞來源的胚狀體中，經(jīng)過培養(yǎng)后約75%的細(xì)胞呈棕色脂肪細(xì)胞外觀，含有豐富的線粒體及多房脂滴，并且高水平表達(dá)UCP-1等。這些誘導(dǎo)形成的棕色脂肪細(xì)胞被移植到同種基因的小鼠體內(nèi)的皮下組織中，并給予高脂飲食。結(jié)果表明，相比于對照組，這些小鼠的體質(zhì)量增加要少得多，并且恢復(fù)了由于高脂飲食所導(dǎo)致的血脂異常。該研究顯示，通過PRDM16轉(zhuǎn)導(dǎo)的誘導(dǎo)型棕色脂肪細(xì)胞在體內(nèi)具有代謝活性，能夠顯著抑制飲食誘導(dǎo)的肥胖、血脂異常等。這揭示了一種頗具前景的針對肥胖等代謝疾病的靶向治療方法，是將細(xì)胞編程等先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用于臨床治療的新嘗試。

4 小結(jié)

綜上所述，PRDM16蛋白能夠促進(jìn)棕色脂肪特異性基因的表達(dá)，同時(shí)抑制白色脂肪特異性基因的表達(dá)，通過棕色和米色脂肪的產(chǎn)熱程序增加能量消耗，從而抑制肥胖。相信隨著不斷地深入研究，PRDM16蛋白的潛在價(jià)值和臨床應(yīng)用前景將不斷體現(xiàn)，其可能為肥胖的防治提供有效方法。