分化及调节

脂肪组织块的总体调节涉及内分泌、旁分泌和自分泌系统，下丘脑中心以统一协调的方式控制着食欲、代谢率和活动水平，下丘脑中已知的体重调节因子包括高血糖素样多肽－1、神经多肽Y和消脂素，消脂素是从脂肪组织传入下丘脑的主要信号分子；在脂肪组织中的调节分子有胰岛素、PPAR－γ的配体、维A酸、糖皮质激素和TNF－α。对脂肪细胞分化起调节作用的关键转录因子是PPAR家族、C／EBP家族和碱性螺旋环螺旋转录因子（basic helix－loop－helix transcription factor，bHLH）家族。

一、饮食的作用

过度的能量摄入会使脂肪细胞合成代谢增强，使部分前脂细胞分化为脂肪细胞。高脂饮食也能促进前脂肪细胞的分化，使脂肪细胞数目明显增加。脂肪乳剂（intralipid）加入到培养的前脂肪细胞中，发现前脂肪细胞的分化变得更加活跃，可见外源性的脂类能够促进前脂肪细胞的分化。

二、体液因素对脂肪组织生长的调节

胰岛素、IGF－Ⅰ、生长激素、糖皮质激素和甲状腺素是促进前脂细胞分化的因素，维A酸在高浓度下可以提高体外前脂细胞的增殖能力，而对其分化是在低浓度下起促进、高浓度下起抑制作用，其机制是通过维A酸受体RXR和RAR介导的。TNF－α和TGF－β则抑制这一过程，白介素－11、干扰素γ、白介素－1β也呈抑制作用，其他一些细胞因子，如TNF－α、前列腺素I2（PGI2）和前列腺素E2（PGE2）、TGF－β1、bFGF、血管紧张肽原等，在脂肪组织均有表达，推测这些因子调节脂肪组织生长的方式是通过内分泌或旁分泌实现的。前脂肪细胞因子－1（preadipicyte factor－1，Pref－1）对脂肪细胞的分化具有抑制作用。

三、脂肪组织合成分泌的细胞因子及其作用

（一）Adipsin和酰化作用刺激蛋白（ASP）

Adipsin是一种丝氨酸蛋白酶，其mRNA在白色脂肪和黄色脂肪组织均有特异表达。ASP是脂肪细胞合成分泌的一种蛋白成分，并随Adipsin的增加而增加，通过Adipsin－ASP旁路发挥作用，ASP能促进脂肪细胞三酰甘油的合成和脂肪酸的再酯化，增加细胞膜对葡萄糖的特异性转运，对脂肪组织的代谢微环境起到调节作用。

（二）血管紧张肽原

血管紧张肽原是血管紧张素Ⅱ前体，由452个氨基酸残基构成，其mRNA在脂肪细胞中的高水平表达，在前脂肪细胞向脂肪细胞分化的过程中表达很强，其作用尚不清楚。

（三）PGI2和PGE2

PGI2和PGE2可由前脂肪细胞和微血管内皮细胞合成并分泌出来，且脂肪细胞膜上存在着它们的受体，两者共同参与调控脂肪组织的生长，PGI2可以刺激前脂肪细胞的分化，而PGE2抑制脂肪细胞的脂肪分解代谢，导致细胞体积的增大。前列腺素F2α抑制前脂肪细胞的分化，促进TGF－α的表达。前列腺素D2和15－脱氧－J2衍生物是PPAR－γ的配体，具有促进脂肪生成的作用。

（四）TNF－α

脂肪细胞可以表达TNF－α，它能明显抑制脂肪细胞的分化并使发育的脂肪细胞脱脂。它还能诱导胰岛素抵抗，一是通过下调胰岛素受体酪氨酸活性，另外还诱导了胰岛素受体基质－1的产生，后者可以抑制胰岛素信号级联反应中各成分的磷酸化，从而造成胰岛素抵抗。

（五）bFGF

它可以刺激前脂肪细胞增殖但却抑制其分化，bFGF的mRNA在肥胖患者前脂肪细胞的表达要强于正常体重者，推测bFGF可能与肥胖脂肪细胞数目增多有关。

四、脂肪组织生长的自身调节

（一）微血管内皮细胞与前脂细胞间的相互作用

脂肪组织中的微血管内皮细胞培养液能明显刺激前脂肪细胞的分化，主要是微血管内皮细胞释放了促有丝分裂因子，如果再加前脂肪细胞的培养液，原有的微血管内皮细胞培养液的刺激分化作用会受到抑制，说明前脂细胞可以释放一些信号，通过抑制内皮细胞释放的促有丝分裂因子来限制自身的生长，这些信号可能会促使有丝分裂因子失活的某种蛋白酶，促有丝分裂因子的分子量为18～67kDa。提示两种细胞的相互作用，共同调节脂肪组织的生长，新生的毛细血管为脂肪组织提供了丰富的血供并保证组织充足的营养、激素和细胞因子，而脂肪组织又会限制毛细血管的过分增生，保持两者的平衡。

（二）脂肪细胞与前脂细胞间的相互作用

脂肪细胞直径的增大和细胞数目的增加是脂肪组织生长的主要表现，用含有脂肪细胞的培养液培养前脂细胞，能明显刺激前脂细胞的分化，细胞形态变化很大，三磷酸甘油脱氢酶（GPDH）的活性成倍增高，可能与从这种培养液中分离出来的脂肪细胞分化因子（ADF）有关，ADF的分子量约为53kDa，不同于任何已知的激素、生长因子和多肽，ADF能明显增加脂蛋白脂肪酶（LPL）和GPDH的活性。脂肪细胞分泌ADF和TNF－α，两者作用相反，ADF促进前脂细胞的分化，而TNF－α则起抑制作用。

五、脂肪细胞的凋亡

影响脂肪细胞凋亡的因素很多，机体也通过因子间的相互作用来调节脂肪细胞的凋亡。正常情况下脂肪细胞的细胞核较小，胞核与胞质的比例低且发生凋亡的细胞数目较少，所以用一般的方法很难观察，而在一些病理状态下大量的脂肪细胞出现凋亡，较易于观察，如严重感染或恶性肿瘤。培养的前脂肪细胞在缺乏生长因子和在43～44℃热损伤的情况下会发生凋亡。

目前，引起脂肪细胞凋亡的原因还不清楚，饥饿和肠吸收障碍可刺激凋亡发生，并引起脂肪细胞内脂肪含量的明显下降。发生恶性肿瘤时，脂肪细胞发生的凋亡现象可能与肿瘤相关的细胞因子有关，如TNF－α可引起细胞凋亡，表现为细胞膜出现大泡，核凝聚，胞核中出现DNA断片等，另外，放射线、抗肿瘤药物和一些毒素也可引起凋亡。

与脂肪细胞凋亡相关的基因主要有Bcl－2家族和细胞凋亡抑制蛋白及Caspase家族。相关的因子有过氧化物增殖因子激活的受体－γ（PPAR－γ）及其配体肿瘤坏死因子α（TNF－α）、生长因子、胰岛素及维生素A等，而中枢作用因子研究较多的有消脂素（leptin）、神经肽Y（neuropeptide Y，NPY）、类胰高血糖素－1、5－羟色胺等。其他影响因素还有cAMP反应元件结合蛋白（CREB）、半乳凝集素（galectins）等。

六、转录水平的调节

（一）PPAR家族

一些能引起啮齿类动物肝细胞增生肥大的化合物，称为过氧化物酶体增殖物，其中包括贝特类降脂药、塑料成型剂及除草剂等，以降脂药作用最强，主要导致过氧化物酶体的体积与数目增多。能被上述物质激活的核内受体，称为过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs），属于Ⅱ型核内激素超家族，与维A酸X受体（retinoid X receptoers）形成杂二聚体，有α、β、γ和δ四个亚型，PPAR－α在肝细胞、心肌细胞、肠细胞及肾近曲小管细胞高水平表达，可能主要参与调节脂质代谢；PPAR－β组织表达较为广泛，可能与细胞的基础脂质代谢有关，也可能起到协助PPAR－α、γ的作用，而PPAR－γ主要表达在脂肪细胞和脾细胞，PPAR－γ又可分为γ1和γ2两个异构体，γ2可更特异地表达在脂肪细胞。PPAR－γ可通过调节转录因子CAAT／增强子结合蛋白α、脂代谢关键酶或转运蛋白、脂肪细胞分泌蛋白的表达，影响脂肪细胞分化进程。因此，PPAR－γ被称为脂肪细胞分化的内在调定点。

贝特类降脂药、许多长链脂肪酸可与PPARs结合，并使之激活，其中以多不饱和脂肪酸如5，8，11，14－二十碳四烯酸（ETYA）、亚麻酸作用较强。抗糖尿病药噻唑烷二酮（thiazolidinedone，TZD）是PPAR－γ的高亲和力配体，前列腺素J2的代谢产物5－脱氧－Δ12，14前列腺素J2是PPAR－γ的天然配体，并能有效地置换TZD，同时也可与PPAR－α结合。此外，PPARs亦参与载脂蛋白（Apo）的调节。

（二）C／EBP家族

C／EBP（CCAAT／enhancer binding protein，C／EBP）家族有C／EBP－α、C／EBP－β、C／EBP－δ3个成员，其特点是C末端含有碱性区／亮氨酸拉链区［basic region／leucine zipper（bZIP）domains］，能够干扰DNA连接和形成二聚体，可以是同源二聚体或杂二聚体。在细胞分化过程中其表达有一定时序规律，C／EBP－β、C／EBP－δ最先表达于前脂肪细胞，受诱导剂作用于分化早期短暂表达增高，并协同促进PPAR－γ和C／EBP－α的表达。C／EBP－α的表达较晚，受C／EBP－β、C／EBP－δ和PPAR－γ的调节后，通过脂肪细胞的特异基因表达，促进脂肪细胞进入终末分化阶段。C／EBP－α结合和激活脂肪细胞的几个基因，如aP2、SCD1、GLUT－4、PEPCK、消脂素和胰岛素受体，在成熟脂肪细胞和脂肪组织中高表达，在缺乏激素的情况下能有效地诱导3T3－L1细胞的分化，促进脂质生成，其反义mRNA的表达能阻止3T3－L1前脂肪细胞的分化。C／EBP同源蛋白－10（CHOP－10）是家族的另一成员，碱性区变异很大，总序列与C／EBP蛋白的DNA结合点和二聚体区相似，可能是C／EBP的一种抑制因子。

（三）bHLH家庭族

在激活脂肪细胞分化过程中，bHLH具有潜在诱导作用，Id3是一组普遍存在的具有螺旋环螺旋区的核蛋白，但没有碱性DNA连接区，其过度表达可阻止脂肪细胞的分化，Ids通过与肌源性bHLH蛋白的竞争，与bHLH的伙伴E12／E47结合形成二聚体，阻止其向肌肉分化。固醇调节元件结合1（SREBP－1）／脂肪细胞决定与分化依赖因子1（ADD1）是一种bHLH蛋白，脂肪组织表达丰富，具有双重DNA特性，能与E－盒和非E－盒模板连接，能增加脂肪酸和脂肪的合成，这是通过影响PPAR－γ的活性，产生了内源性的配体所致，在成骨细胞分化过程中其表达是增加的，说明它不光是针对脂肪细胞的分化。另一种bHLH蛋白（twist）在白色脂肪和黄色脂肪中都是高水平表达，主要是在间质细胞，与Ids一样，twist（扭曲蛋白）不是脂肪细胞特异的，在骨源性细胞中也表达，能抑制肌母细胞的分化，能与E蛋白结合，形成二聚体，阻止肌源性bHLH转录因子与DNA结合。两者可独立作为转录因子调节脂肪细胞的分化和胆固醇的转录。

与脂肪形成有关的其他转录因子还包括孤束核受体ROR－γ和ERR－α及各种STAT蛋白，它们可能具有诱导和维持终末分化的功能，但尚未进行深入的研究。

七、消脂素（LP）

消脂素是肥胖相关基因ob的产物，是一种脂肪组织源激素，具有降低脂肪沉积的作用。人消脂素基因位于7q31．3，为单拷贝基因，约20kb，由3个外显子和2个内含子组成，其转录本约4．5kb，编码产物为166／167aa。人消脂素基5＇侧含有一个TATA盒样结构及几个顺式作用元件，包括3个GC盒、1个E盒、1个CCAAT／增强子结合蛋白（CCAAT／enhancer binding protein，C／EBP）结合位点和1个AP2结合位点，这些元件特别是C／EBP结合位点在转录调控中具有重要作用，第三个外显子前三个碱基为CAG，编码肽链第49位谷氨酰胺（Gln），它们在mRNA成熟过程中可由于选择性剪接而丢失，故消脂蛋白有166aa和167aa两种形式，消脂素基因翻译产物的氨基端21aa为信号肽，故分泌到胞外的消脂素为145aa或146aa。分子量为16 024Da，消脂素切去信号肽后，可形成分子内二硫键，使整个分子呈球形，它含有很多亲水氨基酸，亲水性较强。

目前研究表明消脂素可通过3种途径调节机体脂肪的沉积：①抑制食欲减少能量摄取；②增加能量消耗；③抑制脂肪合成。消脂素通过其受体实现其作用，消脂素受体属Ⅰ类细胞因子受体家族，胞外配体结合区含840个氨基酸，跨膜区为34个氨基酸，自889位赖氨酸以后的胞内区有多种变化，依此将瘦蛋白受体分为几种类型，ob－Ra为短瘦蛋白受体，胞内区含34个氨基酸，具有转移子的作用；ob－Rb为长瘦蛋白受体，其304个氨基酸组成的胞内区中含有潜在的motifs，可与Janus蛋白酪氨酸激酶（JAK）和信号转移子及转录激动因子结合；ob－Rc受体的胞内区仅含32个氨基酸，同样具有转移子的作用；ob－Re是最短的受体，仅含808个氨基酸并缺乏跨膜区，可能是一个可溶性受体。下丘脑有丰富的消脂素受体，这与消脂素作用的中枢学说一致。

消脂素基因表达于全身皮下脂肪、网膜脂肪、腹膜后脂肪和肠系膜脂肪组织中，皮下脂肪表达最高，其他组织器官，如脑、心、肺、肝、肾、胃、肠等，未发现有表达。消脂素基因的表达与脂肪的分化程度密切相关。血清消脂素浓度只与体内总脂肪含量有关，表现为血清瘦蛋白浓度与体脂和体重指数（BMI）呈正相关性，且随年龄变化较小，与男性相比，女性的瘦蛋白浓度随BMI增加的增长更为显著。血清中有游离和结合两种形式。生理状态下，LP对脂肪组织的调节为：脂肪组织增加→ob mRNA表达↑→循环中LP↑→被转运系统转运通过血脑屏障的LP↑→作用于下丘脑→NPY（神经肽Y，最强效的食物诱导剂之一）↓→食欲↓、能量消耗↑→脂肪组织↓。但是肥胖个体的血LP水平显著高于正常体重者和消瘦者，可能存在LP抵抗。