趙慧穎,余詩(shī)強(qiáng),趙玉超,蔣林樹(shù)

(北京農(nóng)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,奶牛營(yíng)養(yǎng)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102206)

奶牛圍產(chǎn)期通常指的是奶牛產(chǎn)前三周至產(chǎn)后三周,是奶牛的一個(gè)特殊生理時(shí)期,圍產(chǎn)期奶牛代謝疾病高發(fā)長(zhǎng)期困擾著奶牛的健康養(yǎng)殖。從妊娠期到泌乳期的過(guò)渡對(duì)高產(chǎn)奶牛來(lái)說(shuō)是嚴(yán)峻的代謝挑戰(zhàn),母體需要更多的能量用于泌乳,大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如葡萄糖、氨基酸等)流向乳腺。受制于采食量抑制,泌乳早期奶牛主要通過(guò)降低肝外組織對(duì)胰島素的敏感性,即產(chǎn)生胰島素抵抗和體脂動(dòng)員來(lái)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)與能量分配,為乳腺的生物合成提供更多的葡萄糖[1]。而脂肪組織脂肪合成減少,脂肪分解加速,使大量脂肪酸進(jìn)入血液,被骨骼肌、肝臟等器官吸收或進(jìn)入乳腺合成乳脂[1]。大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流入乳腺,而供應(yīng)其他組織進(jìn)行生命活動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少,此時(shí)就會(huì)引起能量負(fù)平衡及代謝紊亂[2]。能量負(fù)平衡是圍產(chǎn)期奶牛的正常生理過(guò)程,嚴(yán)重的能量負(fù)平衡[以高非酯化脂肪酸(nonestesterified fatty acid,NEFA)和高β-羥丁酸(β-hydroxybutyric acid,BHBA)為特征],則會(huì)增加酮病和脂肪肝的風(fēng)險(xiǎn)[3],常見(jiàn)于嚴(yán)重的產(chǎn)前肥胖和過(guò)度體脂動(dòng)員的奶牛[4]。

脂肪組織不僅是脂肪酸的儲(chǔ)存庫(kù)、能量的蓄水池,還是重要的內(nèi)分泌器官,可以分泌多種脂肪因子,如脂聯(lián)素(adiponectin)、抵抗素(resistin)、瘦素(leptin)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α, TNF-α)等[5-6],作用于肝臟等器官,調(diào)節(jié)細(xì)胞的脂質(zhì)積累及胰島素敏感性等。同時(shí),肝臟也可分泌細(xì)胞因子,如成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21(fibroblast growth factor 21,FGF-21)等發(fā)揮調(diào)節(jié)糖脂代謝的作用[7]。在人類(lèi)醫(yī)學(xué)的研究中,脂肪組織在非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)等疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用[8]。圍產(chǎn)期奶牛中肝臟-脂肪組織串?dāng)_對(duì)脂肪肝發(fā)展的影響及其機(jī)制尚不明確。因此,本文綜述了圍產(chǎn)期奶牛肝臟-脂肪串?dāng)_媒介在機(jī)體糖脂代謝紊亂及脂肪肝發(fā)展中的作用,旨在為預(yù)防和治療奶牛脂肪肝提供參考。

1 圍產(chǎn)期奶牛肝臟和脂肪組織串?dāng)_特征

脂肪的從頭合成始于脂肪酸的生物合成,一般從乙酰輔酶A開(kāi)始生成丙二酸單酰輔酶A,之后在脂肪酸合酶的催化下生成軟脂酰?；d體蛋白(acyl carrier protein,ACP),再通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑或線粒體途徑延長(zhǎng),生成所需脂肪酸[9]。反芻動(dòng)物肝臟、脂肪組織和乳腺是脂肪合成的主要部位,乙酸是生成脂肪酸的主要底物[9]。除了從頭合成外,脂肪和乳腺組織還分泌脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase,LPL),使得這些組織能夠從血液中乳糜微粒、極低密度脂蛋白(very low-density lipoprotein, VLDL)(分別由腸細(xì)胞和肝細(xì)胞分泌)和三酰甘油(triglyceride, TAG)中獲得脂肪酸[9]。

肝臟既是脂肪生成的主要部位,又是脂肪分解的主要部位,這主要取決于肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(carnitine palmitoyltransferase-1, CPT-1)的活性,CPT-1是一種位于線粒體外膜的酶,催化長(zhǎng)鏈脂肪?；o酶A酯轉(zhuǎn)化為其酰基肉堿衍生物,從而使其被運(yùn)輸?shù)骄€粒體進(jìn)行脂肪酸β氧化。而反芻動(dòng)物肝臟中脂肪酸從頭合成速率非常低,其主要原因是乙酰輔酶A羧化酶的產(chǎn)物丙二酰輔酶A通過(guò)抑制CPT-1的活性來(lái)調(diào)節(jié)脂肪酸氧化[9-11]。肝臟在正常情況下是無(wú)法儲(chǔ)存脂肪的,肝臟可將脂肪酸氧化,或?qū)⒅舅岷铣蒚AG并包裝為VLDL從肝臟輸出進(jìn)入脂肪組織儲(chǔ)存[12-13]。在奶牛能量負(fù)平衡和代謝應(yīng)激期間,脂肪組織動(dòng)員使大量NEFA釋放進(jìn)入血液,進(jìn)一步加劇能量負(fù)平衡及脂肪組織炎癥,造成脂肪分解失控。脂肪酸在肝臟中大量聚集超過(guò)肝臟三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle,TCA cycle)的氧化能力,導(dǎo)致肝臟酮體大量生成和TAG沉積,誘導(dǎo)脂肪肝發(fā)展[9,14]。

2 肝臟與脂肪組織的糖脂代謝串?dāng)_媒介

“器官串?dāng)_”是指通過(guò)細(xì)胞和神經(jīng)激素作用介導(dǎo)的不同器官中的復(fù)雜生物通信和反饋。盡管串?dāng)_對(duì)保持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要,但一個(gè)或多個(gè)器官的病理狀態(tài)可能會(huì)導(dǎo)致其他器官的功能和結(jié)構(gòu)失調(diào)[15]。因此,肝臟與脂肪組織的糖脂代謝串?dāng)_過(guò)程復(fù)雜,涉及多種脂肪因子及激素,代謝串?dāng)_可能緩解胰島素抵抗、利于機(jī)體健康[16-17](圖1),也可能由于脂肪代謝障礙導(dǎo)致肝臟糖脂代謝紊亂[18-19],見(jiàn)圖2。

AMPK. 腺苷單磷酸激活蛋白激酶;ACC. 乙酰輔酶A羧化酶;ERK1/2. 細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶;PPARα. 過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α;chREBP. 糖類(lèi)應(yīng)答元件結(jié)合蛋白;FGF21. 成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21;SREBP-1. 固醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白-1AMPK. Adenosine monophosphate activated protein kinase; ACC. Acetyl-coA carboxylase; ERK1/2. Extracellular regulatory protein kinase; PPARα. Peroxisome proliferator activated receptor α;ChREBP. Carbohydrate responsive element binding protein; FGF21. Fibroblast growth factor 21; SREBP-1. Sterol reaction element binding protein-1圖1 肝臟-脂肪組織串?dāng)_維持糖脂代謝穩(wěn)態(tài)[16-17]Fig.1 Liver-adipose tissue crosstalk maintains glucose and lipid metabolism homeostasis[16-17]

TAG. 三酰甘油;NEFA. 非酯化脂肪酸;Bax. 細(xì)胞凋亡促進(jìn)基因;Caspases 3. 胱天蛋白酶3;NF-κB. 核因子κB;TNF-α. 腫瘤壞死因子αTAG. Triglyceride; NEFA. None esterified fatty acids; Bax. Apoptosis promoting genes; Caspase 3. Cysteine-aspartic acid protease 3; NF-κB. Nuclear factor κ B; TNF-α. Tumor necrosis factor α圖2 肝臟-脂肪組織串?dāng)_加劇糖脂代謝紊亂[18-19]Fig.2 Liver-adipose tissue crosstalk aggravates the disorder of glucose and lipid metabolism[18-19]

2.1 神經(jīng)酰胺

神經(jīng)酰胺(ceramide)是一種與胰島素抵抗密切相關(guān)的鞘脂[20],已成為人類(lèi)2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)、非酒精性脂肪肝和心血管疾病等代謝性疾病的生物標(biāo)志物[21]。同時(shí),它也是連接某些營(yíng)養(yǎng)素(如飽和脂肪酸)、炎性細(xì)胞因子(如TNF-α)和細(xì)胞功能調(diào)節(jié)的關(guān)鍵中間體[22]。神經(jīng)酰胺可由多條途徑合成,包括從頭合成途徑、鞘磷脂酶水解途徑和補(bǔ)救途徑[23-25]。肝臟是神經(jīng)酰胺生成的主要器官,神經(jīng)酰胺首先在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成,之后到達(dá)高爾基體經(jīng)細(xì)胞膜釋放后進(jìn)入血液循環(huán)[26-27]。神經(jīng)酰胺的分解主要取決于神經(jīng)酰胺酶的作用,神經(jīng)酰胺酶可將神經(jīng)酰胺分解為一種可變的游離脂肪酸和鞘氨醇[28]。

脂肪組織的過(guò)度脂解促使大量的游離脂肪酸進(jìn)入血液循環(huán),大量的飽和脂肪酸又可促進(jìn)神經(jīng)酰胺的形成[29]。過(guò)量的脂質(zhì)及神經(jīng)酰胺在肝臟中積累便會(huì)導(dǎo)致肝細(xì)胞功能障礙或死亡,這種異位脂質(zhì)沉積導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和細(xì)胞死亡的現(xiàn)象被稱為脂毒性[30]。研究表明,神經(jīng)酰胺可通過(guò)與炎癥因子相互作用來(lái)發(fā)揮脂毒性作用,可導(dǎo)致胰島素抵抗,促進(jìn)線粒體產(chǎn)生活性氧,促使炎癥因子向肝臟的進(jìn)一步募集,最終導(dǎo)致肝臟炎癥惡化[31]。炎癥因子(如TNF-α等)可選擇性的增加鞘脂水平,而神經(jīng)酰胺本身又可刺激炎癥,這將形成一種典型的正反饋?zhàn)饔?從而加劇組織損傷[32-33]。肝臟中的神經(jīng)酰胺還可進(jìn)入循環(huán)到達(dá)脂肪組織,加劇脂肪組織胰島素抵抗,促進(jìn)脂解,加重能量負(fù)平衡[34]。

神經(jīng)酰胺與肝臟疾病也有著密切的關(guān)聯(lián)。肝臟中神經(jīng)酰胺主要通過(guò)調(diào)節(jié)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein-1,SREBP-1)表達(dá)誘導(dǎo)TAG合成[35],導(dǎo)致肝臟的脂肪沉積增加,胰島素敏感性降低,加劇脂肪變性。神經(jīng)酰胺還會(huì)破壞線粒體的呼吸能力,進(jìn)一步促進(jìn)組織細(xì)胞的凋亡。研究表明,鞘磷脂酶合酶2的耗竭導(dǎo)致線粒體呼吸受損,與細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)酰胺的升高相關(guān)。同時(shí),隨著神經(jīng)酰胺水平的持續(xù)升高,增加了線粒體外膜的通透性,這導(dǎo)致細(xì)胞色素c的釋放和細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)[36-37]。在肝臟中神經(jīng)酰胺還可通過(guò)促進(jìn)肝臟糖異生來(lái)產(chǎn)生胰島素抵抗及肝脂肪變性,如用茴香醚處理小鼠可減少肝臟脂質(zhì)積聚并抑制肝臟糖異生,主要是通過(guò)抑制二氫神經(jīng)酰胺去飽和酶1即抑制神經(jīng)酰胺的合成來(lái)發(fā)揮作用[38]。此外,神經(jīng)酰胺還可通過(guò)阻斷絲氨酸/蘇氨酸激酶(AKT/PKB)磷酸化增強(qiáng)糖異生[35]。在反芻動(dòng)物的研究中也在不斷地證明神經(jīng)酰胺對(duì)胰島素抵抗及肝臟的影響,研究發(fā)現(xiàn),營(yíng)養(yǎng)限制造成奶牛機(jī)體胰島素敏感性降低,增加了肝臟神經(jīng)酰胺積累,循環(huán)神經(jīng)酰胺含量與肝臟的胰島素含量及胰島素敏感性呈負(fù)相關(guān)[39]。Rico等[25]的研究也表明高體況奶牛更易產(chǎn)生系統(tǒng)胰島素抵抗及神經(jīng)酰胺積累,而神經(jīng)酰胺也極有可能參與了奶牛胰島素抵抗的病理發(fā)展。而產(chǎn)前過(guò)度飼喂也會(huì)進(jìn)一步使脂肪組織和肝臟中神經(jīng)酰胺積累,促使奶牛發(fā)生不同程度的胰島素抵抗[40]。Rico等[41]發(fā)現(xiàn)靜脈注射三酰甘油增加了肝臟中神經(jīng)酰胺合酶2(ceramide synthase 2,CerS2)基因的mRNA表達(dá),促進(jìn)神經(jīng)酰胺積累和脂肪肝的進(jìn)一步發(fā)展。

總之,圍產(chǎn)期奶牛脂肪過(guò)度脂解產(chǎn)生的大量NEFA,可造成神經(jīng)酰胺在肝臟中積累并引發(fā)脂毒性作用,通過(guò)促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生,破壞線粒體的功能和糖異生來(lái)促進(jìn)細(xì)胞凋亡、胰島素抵抗及肝脂肪變性,但神經(jīng)酰胺在奶牛體內(nèi)發(fā)揮作用的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。

2.2 TNF-α

TNF-α在脂肪組織中產(chǎn)生,主要來(lái)源于駐留的巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞以及部分脂肪細(xì)胞,是一種多功能調(diào)節(jié)性脂肪細(xì)胞因子[42-43]。TNF-α通過(guò)與腫瘤壞死因子受體-1(TNF-R1)和腫瘤壞死因子受體-2(TNF-R2)相互作用促進(jìn)肝臟和全身炎癥、肝損傷和胰島素抵抗:TNF-R1介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和脂解,而TNF-R2誘導(dǎo)胰島素抵抗[44]。

炎癥因子在圍產(chǎn)期奶牛中的研究多集中于能量負(fù)平衡所引發(fā)的炎癥反應(yīng),而很少與糖脂代謝相關(guān)聯(lián)。早期研究表明,血清TNF-α活性與脂肪肝奶牛的胰島素抵抗相關(guān),但具體機(jī)制并未闡明[45]。非反芻動(dòng)物脂肪細(xì)胞中TNF-α主要通過(guò)抑制脂肪酸攝取的基因表達(dá)來(lái)發(fā)揮作用[46]。TNF-α還可抑制脂蛋白脂酶,并啟動(dòng)脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)分子的分解,由于脂肪分解作用,NEFA水平增加,導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)展[46]。

在肝臟及全身胰島素抵抗中,c-Jun氨基末端蛋白激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)通過(guò)誘導(dǎo)肝臟、脂肪細(xì)胞和外周組織中TNF-α的產(chǎn)生,TNF-α再通過(guò)誘導(dǎo)胰島素受體底物1的絲氨酸磷酸化而抑制胰島素刺激的酪氨酸激酶活性,從而產(chǎn)生胰島素抵抗[47-48]。在脂肪性肝炎的蛋氨酸-膽堿缺乏動(dòng)物模型中,抗TNF-α抗體給藥改善了肝臟壞死、炎癥和纖維化,表明TNF-α是肝損傷和脂肪性肝炎的關(guān)鍵媒介[49]。TNF-α可損害胰島素敏感性并誘導(dǎo)牛脂肪細(xì)胞的脂肪分解和凋亡,這可能部分由NF-κB和JNK的激活介導(dǎo)[50],而在奶牛酮病等病理?xiàng)l件下通過(guò)激活肝細(xì)胞中的NF-κB信號(hào)通路來(lái)增加促炎因子的合成和表達(dá),進(jìn)一步導(dǎo)致酮癥奶牛的炎癥損傷[51]。石曉霞等[52]也發(fā)現(xiàn)較高濃度的BHBA可以通過(guò)NF-κB信號(hào)通路誘導(dǎo)TNF-α等炎癥因子的表達(dá)造成牛肝細(xì)胞炎癥損傷,進(jìn)一步證實(shí)了奶牛體內(nèi)介導(dǎo)炎癥的機(jī)制,及其對(duì)肝臟的影響。

2.3 脂聯(lián)素

脂聯(lián)素主要由白色脂肪組織(white adipose tissue,WAT)分泌[53],是血液中濃度最高的脂肪因子[54-57]。血液中全長(zhǎng)脂聯(lián)素有3種亞型,為三聚體(低分子量)、六聚體(中等分子量)和多達(dá)18個(gè)分子組成的高分子量(HMW)形式[58-62]。HMW被認(rèn)為是脂聯(lián)素活性最高的形式,被視為胰島素抵抗和代謝綜合征的生物標(biāo)志物[63-64]。脂聯(lián)素主要與三種受體結(jié)合發(fā)揮作用:脂聯(lián)素受體1(adiponectin receptor 1, AdipoR1)、AdipoR2和T-鈣黏蛋白。其中AdipoR1、AdipoR2發(fā)揮主要作用,而T-鈣黏蛋白被認(rèn)為是一種脂聯(lián)素結(jié)合蛋白,但其功能意義尚未完全確定[65-66]。AdipoR1在骨骼肌中高度表達(dá),AdipoR2主要在肝中表達(dá),腺苷單磷酸激活蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase, AMPK)和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor alpha, PPARα)分別是AdipoR1和AdipoR2激活的主要靶點(diǎn)[67-69]。

脂聯(lián)素通過(guò)自分泌/旁分泌形式在脂肪細(xì)胞中發(fā)揮重要作用,可促進(jìn)前脂肪細(xì)胞分化為脂肪細(xì)胞,增加負(fù)責(zé)脂肪生成的程序化基因表達(dá),最后通過(guò)促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(glucose transporter type 4,GLUT4)基因表達(dá)增加脂肪細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的脂質(zhì)含量和胰島素敏感性[70]。并且,脂聯(lián)素優(yōu)先促進(jìn)皮下脂肪中的脂質(zhì)積累,而不是內(nèi)臟脂肪,這種優(yōu)先脂質(zhì)積累減少了內(nèi)臟脂肪組織質(zhì)量和全身炎癥,改善了葡萄糖和脂肪代謝,進(jìn)一步增加了胰島素敏感性[71]。當(dāng)脂肪組織炎癥發(fā)生時(shí)也會(huì)顯著抑制胰島素信號(hào)的傳導(dǎo),并且脂肪細(xì)胞炎癥和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)與巨噬細(xì)胞極性從M2(抗炎)表型轉(zhuǎn)變?yōu)镸1(促炎)表型有關(guān)[72-73]。而脂聯(lián)素可以刺激抗炎型脂肪因子白細(xì)胞介素-10(IL-10)的釋放[73],并將巨噬細(xì)胞極化轉(zhuǎn)變?yōu)镸2表型[74],促進(jìn)脂肪組織擴(kuò)張、減少脂肪組織和全身炎癥有助于提高全身胰島素敏感性。脂聯(lián)素進(jìn)入血液循環(huán)后可到達(dá)其靶器官,肝臟是脂聯(lián)素作用的主要靶器官[71,75]。

研究表明,脂肪肝等肝臟疾病會(huì)使動(dòng)物機(jī)體內(nèi)脂聯(lián)素水平降低[76],脂聯(lián)素可通過(guò)抗炎、抗纖維化和緩解脂質(zhì)積累等作用顯著緩解脂肪肝的發(fā)展[77]。脂聯(lián)素主要通過(guò)激活A(yù)MPK抑制活性氧產(chǎn)生和隨后的AKT途徑來(lái)對(duì)主要作用為調(diào)節(jié)和促進(jìn)纖維化的肝星狀細(xì)胞增殖的作用產(chǎn)生抑制,從而產(chǎn)生抗纖維化作用[78]。在糖脂代謝方面,脂聯(lián)素可以通過(guò)抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的mRNA表達(dá)來(lái)抑制肝臟糖異生[79],通過(guò)與AdipoR1結(jié)合激活下游靶點(diǎn)AMPK,AMPK通過(guò)磷酸化從頭脂肪生成的限速酶乙酰輔酶A羧化酶-1(acetyl-CoA carboxylase 1,ACC-1)來(lái)抑制脂肪生成。這降低了ACC-1活性并減少了丙二酰輔酶A的產(chǎn)生,從而緩解了CPT-1活性的抑制,并增強(qiáng)了脂肪酸向線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn),以進(jìn)行β氧化(圖1)。這種通過(guò)AdipoR1的脂聯(lián)素信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)肝激酶B(liver kinase, LKB)-AMPK途徑,來(lái)抑制固醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP1c)表達(dá)的方式降低了參與肝臟脂肪生成和膽固醇合成的基因表達(dá),從而減少了肝臟脂質(zhì)積累[16,77,80]。陳輝等[81]研究發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素通過(guò)激活A(yù)MPK信號(hào)通路介導(dǎo)奶牛肝臟的脂質(zhì)代謝,其可促進(jìn)脂質(zhì)氧化、抑制脂質(zhì)合成和減少肝臟脂質(zhì)積累。沈麗等[82]發(fā)現(xiàn)在酮病發(fā)生期間,酮病奶牛脂聯(lián)素水平高于健康奶牛,脂聯(lián)素很可能在調(diào)節(jié)能量平衡、體脂肪動(dòng)員和酮病發(fā)生中發(fā)揮作用。

此外,脂聯(lián)素與脂聯(lián)素受體結(jié)合后會(huì)促進(jìn)神經(jīng)酰胺酶活性升高,神經(jīng)酰胺酶將神經(jīng)酰胺脫乙?；汕拾贝?鞘氨醇激酶又可將鞘氨醇磷酸化為1-磷酸鞘氨醇(sphingosine 1-phosphate,S1P),S1P/神經(jīng)酰胺比率的增加可有效地抑制細(xì)胞凋亡,甚至誘導(dǎo)增殖[83-85]。S1P主要通過(guò)激活PPARa和AMPK即脂聯(lián)素的下游介質(zhì)來(lái)發(fā)揮作用[85]。過(guò)表達(dá)脂聯(lián)素受體1和2可顯著增強(qiáng)神經(jīng)酰胺酶的活性,改善全身葡萄糖代謝及胰島素敏感性,抑制肝臟脂肪變性[86]。并且,當(dāng)過(guò)表達(dá)酸性神經(jīng)酰胺酶后也產(chǎn)生了同樣的效果[87]。然而,現(xiàn)在依然沒(méi)有足夠的證據(jù)證明在奶牛脂肪肝的發(fā)展過(guò)程中二者是否同樣存在代謝耦合,對(duì)脂聯(lián)素和神經(jīng)酰胺關(guān)系的進(jìn)一步研究也有助于深層次揭示二者在圍產(chǎn)期奶牛糖脂代謝中的作用機(jī)制。

2.4 FGF-21

FGF-21是FGF超家族內(nèi)分泌分支的成員,對(duì)動(dòng)物能量穩(wěn)態(tài)、糖脂代謝和胰島素敏感性發(fā)揮重要的調(diào)控作用[7]。肝臟是合成FGF-21的主要器官,禁食或生酮飲食以及通過(guò)激活PPARα、cAMP響應(yīng)元件結(jié)合蛋白H和去乙?；?可誘導(dǎo)FGF-21的產(chǎn)生[88-90]。FGF-21可以緩解胰島素抵抗,減少肝臟等器官的脂質(zhì)積累,藥理劑量的FGF-21對(duì)一些代謝性疾病也有一定的治療作用[91]。對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠模型延長(zhǎng)FGF-21給藥可顯著降低體重、緩解肥胖、降低肝臟TAG和膽固醇含量,同時(shí)逆轉(zhuǎn)高血糖和高TAG血癥[92]。臨床酮癥以及脂肪肝的發(fā)生與奶牛肝臟FGF-21表達(dá)增加和血漿FGF-21濃度升高有關(guān)[93-94]。Caixeta等[95]研究表明,靜脈輸注脂肪乳注射液(一種脂肪酸補(bǔ)充劑)導(dǎo)致血漿NEFA濃度增加,提高了奶牛肝臟FGF-21基因表達(dá)水平,使得血漿及肝臟FGF-21濃度急劇增加。并且Caixeta等[95]和 Khan等[96]也發(fā)現(xiàn)過(guò)度飼喂的奶牛產(chǎn)后血漿中NEFA升高,可誘導(dǎo)肝臟中FGF-21表達(dá)的增加,由此可知FGF-21對(duì)奶牛的代謝應(yīng)激具有示警作用。

FGF-21是迄今發(fā)現(xiàn)的最有效的急性胰島素敏化劑之一。其可以使血漿葡萄糖水平明顯降低,并且通過(guò)對(duì)脂肪組織的直接作用顯著增強(qiáng)胰島素敏感性[97]。FGF-21可以通過(guò)誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1的表達(dá)促進(jìn)脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝取[98];通過(guò)刺激白細(xì)胞分化抗原36介導(dǎo)的脂肪酸攝取,加速脂肪組織中的脂蛋白代謝,從而降低血漿TAG水平[99]。研究表明在奶牛體內(nèi)FGF-21無(wú)法防止脂肪組織脂解,對(duì)胰島素抵抗的效果也不明顯[96]。但Caixeta等[100]卻發(fā)現(xiàn)外源性FGF-21可通過(guò)減少脂肪組織來(lái)源的脂肪酸進(jìn)入肝臟來(lái)緩解牛肝臟脂質(zhì)的積累,說(shuō)明FGF-21對(duì)奶牛的脂質(zhì)代謝依然具有調(diào)節(jié)作用。

2.5 瘦素

瘦素(leptin)是一種由Lepob基因編碼的肽激素,主要在WAT中合成[101-102]。細(xì)胞內(nèi)葡萄糖代謝產(chǎn)物和循環(huán)因子(如胰島素)可刺激瘦素分泌,而下丘腦前皮內(nèi)啡肽神經(jīng)元中的瘦素信號(hào)則會(huì)在禁食期間抑制瘦素分泌[103-105]。瘦素需要與質(zhì)膜上的受體結(jié)合發(fā)揮作用,小鼠和人類(lèi)的瘦素受體有多種亞型[106-107]。研究表明,奶牛的瘦素受體也具有多態(tài)性,瘦素主要通過(guò)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮作用,下丘腦是瘦素控制食物攝入和能量消耗的主要部位[108]。奶牛產(chǎn)后一周體內(nèi)NEFA含量升高時(shí)血漿瘦素的含量明顯減少,并且體脂動(dòng)員程度更高的奶牛產(chǎn)前產(chǎn)后血漿瘦素的變化幅度也更大,這表明血漿瘦素與泌乳早期奶牛的體脂動(dòng)員密切相關(guān)[109-111]。

瘦素對(duì)肝臟和脂肪組織的糖脂代謝也具有明顯的調(diào)節(jié)作用。奶牛瘦素受體基因主要在肝臟和脂肪組織中表達(dá),激活后可啟動(dòng)防御機(jī)制防止奶牛肝臟的脂肪沉積[112-113]。肝臟可直接從循環(huán)瘦素接收調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖代謝的指令,如用瘦素灌注分離的大鼠肝臟發(fā)現(xiàn)瘦素會(huì)通過(guò)胰島素受體底物-2阻礙糖異生[114]。并且,瘦素可促進(jìn)脂肪酸氧化,與脂聯(lián)素類(lèi)似,瘦素通過(guò)ACC-1的磷酸化增加肝臟脂肪酸氧化并減少脂肪的從頭合成[115](圖1)。瘦素還可通過(guò)腦-迷走神經(jīng)-肝軸抑制異位脂質(zhì)積累,改善肥胖相關(guān)的肝臟脂肪變性[116],并對(duì)NAFLD誘導(dǎo)的肝損傷具有預(yù)防作用[117]。瘦素在體內(nèi)對(duì)脂肪組織的影響主要通過(guò)交感神經(jīng)活動(dòng)[118]。研究表明,瘦素減弱了脂肪細(xì)胞中的胰島素反應(yīng),導(dǎo)致WAT細(xì)胞中胰島素誘導(dǎo)的葡萄糖攝取和脂肪生成減少[119-121]。在棕色脂肪細(xì)胞中,瘦素信號(hào)通過(guò)降低胰島素受體激酶活性抑制胰島素刺激的葡萄糖攝取[122]。

瘦素濃度的變化與奶牛過(guò)渡期的代謝適應(yīng)有著密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),圍產(chǎn)期奶牛瘦素水平降低,有利于奶牛機(jī)體對(duì)葡萄糖的儲(chǔ)存及減少能量的額外消耗,將大量的營(yíng)養(yǎng)和能量用于泌乳,有助于奶牛適應(yīng)代謝變化[123-124]。泌乳早期能量負(fù)平衡的奶牛瘦素水平要普遍低于未產(chǎn)生能量負(fù)平衡的奶牛,隨著泌乳期的延長(zhǎng)瘦素水平需要慢慢恢復(fù),而負(fù)平衡奶牛的恢復(fù)主要取決于脂解程度,過(guò)度脂解的奶牛瘦素水平恢復(fù)很慢,長(zhǎng)時(shí)間未恢復(fù)就會(huì)加劇負(fù)平衡并引發(fā)代謝性疾病[123,125]。酮病奶牛的瘦素水平要顯著低于健康奶牛恰恰能解釋這一點(diǎn),泌乳早期酮病的發(fā)生往往伴隨著過(guò)度的體脂動(dòng)員,及胰島素抵抗,瘦素水平的顯著下降說(shuō)明其在體脂動(dòng)員和酮癥發(fā)生的調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用[82]。同時(shí),瘦素基因的表達(dá)與牛的脂肪沉積顯著相關(guān),在奶牛肝細(xì)胞中甲狀腺激素可以調(diào)節(jié)瘦素基因的表達(dá),防止肝臟的脂肪沉積,預(yù)防脂肪肝的發(fā)生[112-113]。

3 小 結(jié)

奶牛脂肪組織和肝臟可形成負(fù)責(zé)代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵代謝回路,這兩個(gè)器官之間存在著復(fù)雜的雙向串?dāng)_關(guān)系。泌乳早期奶牛往往出現(xiàn)能量負(fù)平衡,這是奶牛適應(yīng)代謝變化的正常機(jī)制,但過(guò)度的體脂動(dòng)員則會(huì)使奶牛脂肪細(xì)胞發(fā)生代謝應(yīng)激,導(dǎo)致血漿NEFA濃度顯著增加。大量脂肪酸流入肝臟促使神經(jīng)酰胺生成,神經(jīng)酰胺在肝臟中積累促進(jìn)脂毒性的發(fā)生,神經(jīng)酰胺通過(guò)募集炎癥因子、促進(jìn)糖異生等方式使肝臟發(fā)生脂肪變性并向脂肪肝等疾病發(fā)展。除了神經(jīng)酰胺對(duì)TNF-α的募集,發(fā)生功能障礙的脂肪細(xì)胞也可分泌TNF-α,TNF-α促進(jìn)脂解并介導(dǎo)肝損傷和脂肪性肝炎。

同為脂肪因子的脂聯(lián)素卻可以促進(jìn)抗炎脂肪因子的產(chǎn)生緩解脂肪及肝臟炎癥、抑制糖異生、減少肝臟脂質(zhì)積累以及通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)酰胺酶活性升高降解神經(jīng)酰胺,對(duì)奶牛的肝臟脂質(zhì)積累具有一定的緩解作用,然而脂肪肝的進(jìn)一步發(fā)展會(huì)使其含量降低。FGF-21主要由肝臟生成,同樣對(duì)肝臟脂質(zhì)積累有顯著的緩解作用,其含量會(huì)隨著脂肪肝的發(fā)展而升高,具有一定的示警作用。另外,瘦素與脂聯(lián)素相似,均可促進(jìn)肝臟脂肪酸氧化,減少脂肪的從頭合成,減少牛肝臟的脂肪沉積,防止其進(jìn)一步向脂肪肝發(fā)展。因此,這些脂肪因子作為肝臟-脂肪組織串?dāng)_的媒介,在脂肪肝的發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色。

然而,在奶牛上這些脂肪因子發(fā)揮作用的主要靶點(diǎn)和機(jī)制依然不夠清晰,如FGF-21和瘦素的研究依然停留在體內(nèi)試驗(yàn)所觀察到的其對(duì)糖脂代謝的調(diào)節(jié)作用,在奶牛體內(nèi)它們發(fā)揮作用的具體通路和機(jī)制尚不明確,脂聯(lián)素和神經(jīng)酰胺的代謝耦合已在小鼠和人類(lèi)的研究中得到證實(shí),在奶牛體內(nèi)是否會(huì)發(fā)揮同樣的作用?如今,脂質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)等研究方法為研究奶牛體內(nèi)脂聯(lián)素、FGF21及瘦素與神經(jīng)酰胺等相互作用的靶點(diǎn)和機(jī)制提供了方法路徑,未來(lái)深入探究肝臟與脂肪組織串?dāng)_機(jī)制,或可為改善圍產(chǎn)期奶牛糖脂代謝穩(wěn)態(tài)、預(yù)防和治療脂肪肝等代謝性疾病提供新思路和新靶點(diǎn)。