脂肪因子chemerin与代谢综合征
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广东医学2010年11月第31卷第22期 Guangdong Medical Journal Nov.2010,Vo1.31.No.22 脂肪因子chemerin 与代谢综合征 段冬梅,牛建民 广州医学院附属广东省妇儿医院产科(广州510010) 代谢综合征(metabolic syndrome,MS)描绘了一组代谢 和心血管功能失调的临床特征,包括中心性肥胖、高血压、血 脂异常、高血糖和胰岛素抵抗(IR)。代谢综合征发病机制 至今未明,中心性肥胖和胰岛素抵抗是被公认的重要的致病 因素…。近年来许多研究表明脂肪因子失衡在肥胖和代谢 综合征的病理过程中起着重要作用,已成为该研究领域的焦 点之一。对脂肪细胞因子的研究,将肥胖(尤其是中心性肥 胖)、胰岛素抵抗、大血管病变以及全身的低度炎症反应联系 了起来。2007年以来,脂肪因子chemerin在代谢综合征中 的变化和作用引起了学者的注意,其可能参与了肥胖一炎 症、胰岛素抵抗一代谢综合征这一通路,本文就其研究进展 作简要综述。 1 chemerin概述 1.1 chemefin及其受体的发现1997年,NAGPA等 应用 削减杂交法首先在经维甲酸类药他扎罗汀治疗的银屑病患 者皮肤中,鉴别出一个新的cDNA序列他扎罗汀诱导基因2 (TIG2),因可被维甲酸诱导表达,故又称维甲酸受体反应元 件2(RARRES2)。2003年,WITYAMER等 从卵巢癌患者 炎性腹水中分离出TIG2,命名为chemerin,并证明其是G蛋 白偶联受体chemR23的天然配体,能趋化表达chemR23的 巨噬细胞和未成熟树突状细胞。直到2oo7年,GORALSKI 等” 用定量实时PCR分析才确定chemerin是一种脂肪细胞 因子。BARNEA等 检测到G蛋白偶联受体(GPCRs)家族 成员GPR1也是chemerin的受体。新近报道,肥大细胞上的 CCRL2是chemefin的非功能受体,与chemerin具有高亲和 性。CCRL2与chemerin的N末端结合,募集有生物活性的 chemerin,提高局部组织chemerin浓度;暴露chemerin细胞信 号传导的关键区域——c末端,并有效递呈结合的chemerin 给临近表达ChemR23的细胞,从而产生生物学效应。。』。 1.2 chernerin的结构和分布人chemerin基因定位于染色 体7q36.1,由6个外显子和5个内含子组成,mRNA长度 734 bp。人chemerin基因编码一个含163个氨基酸残基的 蛋白质,属无活性前体分泌蛋白,即prochemerin,相对分子量 为18 kD。经胞外蛋白酶水解羧基端的一段序列后转变为相 对分子量为16 kD有活性的chemerin,出现在血清、血浆、体 液中 卜 。可激活prochemefin的蛋白酶包括丝氨酸蛋白 酶、凝血及纤溶系统的因子Ⅻa、Wlla和纤溶酶、纤溶酶原激 活物,中性粒细胞及肥大细胞释放的弹性酶、组织蛋白酶G、 半胱氨酸蛋白酶、钙调蛋白、组织蛋白酶S 。另外,血清 中的羧肽酶N或羧肽酶B可去除纤溶酶激活的chemerin羧 基端的精氨酸,增强chemerin活性 。chemerin在机体的许 多组织都有表达,分布略有不同,高表达于白色脂肪组织、 △通信作者。E—mail:njianmin@163.corn 肝、肾,在肺、垂体、胎盘、卵巢中也有较高表达,而在其他组 织中chemerin mRNA很少_4’ J。 2 chemerin的主要生物学作用 2.1 chemerin在炎症中的作用 病理状态下,chemerin大量 存在于人体不同的炎性体液中,如卵巢癌及肝癌患者的腹水 和关节炎患者的滑膜液中。在炎症早期,炎性细胞浸润、多 形核细胞脱颗粒,释放组织蛋白酶C和弹性蛋白酶,这些丝 氨酸蛋白酶水解prochemerin成有活性的chemerin,然后 chemerin募集携有chemR23的未成熟树突状细胞及巨噬细 胞向炎症部位聚集,通过chemerin—chemR23轴实现对局部 炎症反应的调节[3-4,7 3;LEHRKE等 ” 研究发现,chemerin 血清浓度与炎症介质高敏C反应蛋白、IL一6、TNF一仅呈正 相关。TNF一0【能显著增加脂肪组织chemerin及chemR23 的表达和chemerin的分泌 。 近年有不少学者研究发现chemerin及其同源肽具有抗 炎特性。CASH等 研究发现在小鼠的腹腔内注射蛋白酶 水解chemerin产生的同源肽chemeifnl5,对腹腔注射酵母多 糖诱发的腹膜炎有保护作用,可明显减少中性粒细胞和单核 巨噬细胞在腹腔的聚集,并能减少促炎介质的表达和增加有 抗炎作用的转化生长因子b、IL一10的表达。给予chemerin 中和抗体则明显加重腹膜炎。但chemefinl5在chemR23一/ 一小鼠无此抗炎作用。LUANGSAY等 对LPS诱导的鼠急 性肺炎模型的研究也发现chemerin能减少炎症部位嗜中性 粒细胞浸润及促炎细胞因子的释放,表现出强的抗炎特性。 在敲除鼠chemR23后,其对chemerin无应答且增加嗜中性 粒细胞的浸润而表现出促炎特性。 chemerin与相同的受体结合,对炎症调节却有着相反的 作用,YOSHIMURA等-1 推测是因为水解prochemerln的酶 不同而产生不同的作用方式。在炎症早期,rochemerin由嗜 中性粒细胞产生的丝氨酸蛋白酶水解产生有促炎活性的 chemerin,募集携有chemR23的中性粒细胞和巨噬细胞以及 NK细胞向炎症部位聚集,促进炎症的发生;而后在巨噬细胞 分泌的半胱氨酸蛋白酶的作用下,酶解prochemerin,产生有 抗炎活性的chemerin而发挥抗炎作用,有助于控制炎症的严 重程度及炎症的消退。 2.2 chemerin在脂肪组织中的作用 在3T3一L1细胞向脂 肪细胞的分化和成熟中,ehemefin及chemR23与脂肪分化成 熟的主要转录调节因子过氧化物酶体增植物激活受体一^y (PPAR一 )均升高,同时分泌大量有生物活性的chemer— in[ .16 。提示脂肪组织不仅是chemerin的分泌器官,还是 其作用部位。但BOZAOGLU等 叫的研究则显示在3T3一L1 细胞分化过程中chemerin mRNA上调,但chemR23 mRNA却 显著下降,可能是由于chemerin对chemR23的负反馈调节 作用 ・3004・ 广东医学2010年l1月第31卷第22期 Guangdong Medical Journal Nov.2010,Vo1.31,No.22 在3T3一L1细胞分化前3 d静默chemerin或chemR23 降低血清胰岛素水平及组织的血糖摄取。 基因,显著抑制313一L1细胞的分化;到诱导分化后的第8 天,chemerin基因沉默的细胞仍保持成纤维细胞样细胞,而 chemR23沉默的细胞表现为核周脂质异常聚集的大细胞与 chemerin能诱导外周组织如骨骼肌细胞的胰岛素抵抗, 抑制血糖摄取,但是在3T3脂肪细胞作用相反。可能是 chemerin参与了脂肪组织和骨骼肌对肥胖和胰岛素敏感性 负相关关系的负性交互调节作用 。 3.2 chemerin与肥胖 目前认为肥胖是一种慢性低水平炎 症状态,脂肪细胞的数量和大小直接影响肥胖的病理变化。 成纤维细胞样细胞的混合细胞,并且PPAR一 表达及中性 脂肪含量明显减少。但是在脂肪细胞分化第4天再使 ehemerin或chemR23基因静默,对后续的脂肪细胞分化和脂 肪细胞表型无明显影响 ,提示chemerin/chemR23信号具 有促脂肪细胞分化作用,是调节脂肪生成早期(尤其是前 肥胖时存在胰岛素不敏感和抵抗性,为满足糖代谢需要,胰 岛素必须维持在高水平,而高胰岛素血症对脂肪细胞和脂肪 3 d)的关键步骤。 静默成熟脂肪细胞ehemerJn基因能降低基础脂解达 50%~55%及磷酸二酯酶3抑制剂3一畀丁基l甲基黄嘌呤 (IBMX)刺激的脂解 ;用O.1 nmol/L重组鼠chemerin干预 分化l0~15 d的3T3一LI细胞,促进脂肪细胞细胞外信号 调节激酶1/2(ERK1/2)磷酸化,脂解增加 ,证实了 ehemeifn的促脂解作用。与此相反的是,用1.0 nmoL/L浓度 的chemerin预处理脂肪细胞24 h后,几乎能完全抑制异丙 肾上腺素刺激刺激下的脂解作用,但对IBMX刺激的脂解作 用无抑制 J。不同的chemerin浓度作用下产生相反的生物 学效应,可能在脂肪组织的正常形成和病理堆积过程中发挥 作用。 脂肪细胞chemerin和chemR23基因敲除,周脂素、葡萄 糖转运蛋白4(GLUT4)、脂联素、瘦素、激素敏感脂肪酶的基 因表达降低。脂肪细胞中这些涉及葡萄糖和脂质稳态的基 因表达降低,必将改变成熟脂肪细胞的代谢功能【4 J。 3 chemerin与代谢综合征 3.1 chemerin与胰岛素抵抗 在3T3一L1细胞,chemerin 以自分泌和旁分泌的方式释放,结合邻近的chemerinR,通过 增强胰岛素刺激引起的葡萄糖摄取,同时增强胰岛素样受体 底物1(IRS一1)酪氨酸的磷酸化水平,增强胰岛素刺激信 号,从而调节脂肪组织胰岛素的敏感性。用重组人chemerln 100 ng/mL孵育313一L1细胞,发现胰岛素刺激后2一脱氧 葡萄糖的摄取增加4l%,IRS一1酪氨酸的磷酸化增强 ¨ 。 而在人骨骼肌细胞,SELL等 研究发现chemerln能诱 导骨骼肌细胞产生胰岛素抵抗。用chemerin孵化骨骼肌细 胞,chemerin呈剂量依赖性降低胰岛素刺激下的蛋白激酶 (AKT)、糖原合成酶激酶3(GsJ<3)d及GSK313磷酸化;在 Akt上游,chemerin增加基础IRS一1丝氨酸磷酸化,并且进 一步增加胰岛素刺激下该底物的磷酸化(IRS一1丝氨酸位 点是几种激酶的靶作用位点,负性调节胰岛素作用),显著降 低胰岛素刺激下的血糖摄取。chemerin呈剞量依赖性快速 活化P38丝裂原活化蛋白激酶(P38 MAPK)和ERK1/2,用 ERK抑制剂PD 98059预孵化骨骼肌细胞能完全阻断 chemerin诱导的ERK活化,并且能部分预防chemerin引起 的胰岛素信号受损和血糖摄取减少。提示chemerin可使胰 岛素受体后信号转导通路障碍,导致胰岛素抵抗的发生。 ERNST等 一项动物研究发现,肥胖/糖尿病模型鼠血 清chemerin水平显著升高,在白色脂肪、骨骼肌及肝脏. chemerin及其受体CMKLR!、CCRL2、GPCR1的表达均发生 改变。给予外源性chemerin后,使其血糖不耐受状况恶化. 代谢来说,会使脂肪合成增加,分解减少,使肥胖进一步发 展。既往研究表明chemerin参与炎症反应的调节 川, 可能也参与肥胖患者的脂肪组织炎症状态:chemefin一项重 要生物学作用是是调节脂肪分化、成熟和代谢 ’ , chemerin的表达失衡可能会导致脂肪的生成和代谢的失衡, 从而影响肥胖的病理过程;chemerin增强脂肪组织胰岛素的 敏感性 ”】,但却诱导外周组织的胰岛素抵抗[ 】,同时 chemefin的促脂解作用会使游离脂肪酸的释放增加,而加重 胰岛素抵抗。chemerin的这些特性势必也会影响到肥胖的 发生发展。 SELL等” 研究发现肥胖患者脂肪组织chemefin分泌 量显著高于瘦的对照组,与BMI、WHR以及脂肪容积相关。 BOZAOG1U等 用信号序列捕获技术(SST)研究显示,肥 胖伴有2型糖尿病沙鼠模型(P.obesus)的脂肪组织中 chemerin基因表达比体重正常、血糖正常的沙鼠明显增加。 与体重、空腹血糖、胰岛素呈正相关,血浆chemerin浓度与 BMI、三酰甘油、血压相关。提示chemerin基因表达在肥胖 动物增加且与代谢综合征的特征相关。而RESS等 一项 对肥胖人群的研究发现,肥胖症患者减肥术后,随着体重的 减轻。chemerin明显降低。 3.3 chemerin与高血压 chemerin和细胞膜上的chemerinR 结合后活化细胞内的抑制性G蛋白,抑制腺苷酸环化酶的 活性,从而抑制cAMP积聚,并诱导细胞内钙离子释放,使细 胞内钙离子浓度增加,血管收缩 ’ 。 ehemerin还是强有力的血管内皮再生因子,能诱导内皮 细胞MMP一2和MMP一9的明胶分解活性、活化血管生成和 细胞存活的关键通路--PBK/Akt和MAPKs途径,介导血管 的生成 。BOZAOGLU等 也发现chemerin具有与血管 内皮生长因子样介导血管生成的功能。 羧肽酶B(CPB)能上调chemerin活性,而内皮细胞上的 凝血酶能在局部激活CPB,加强ehemerin的趋化活性。CPB 作为纤维蛋白溶解抑制剂,能阻断纤溶酶的产生,而纤溶酶 能减弱循环chemerin的活性,提示cbemerin可能是内皮细胞 损伤时的分子标志物 J。 LEHRKE等 研究发现,chemerin血清浓度与炎症介 质高敏c反应蛋白、IL一6、TNF—a呈正相关,而与具有血管 保护作用的HDL—C呈负相关 。炎症介质可损伤血管内 皮细胞,导致血管出现痉挛性收缩等病理生理改变。 chemerin在肾脏高表达,在结构上与半胱氨酸蛋白酶抑 制剂、抗茵肽、激肽原相似_3 J()j。肾脏是血压调节的关键器 官,半胱氨酸蛋白酶抑制剜是肾损伤的重要标志物,而激肽 原的蛋白水解产物缓激肽是体内最强的的血管舒张物质之 广东医学一2010年11月第31卷第22期 GuangdongMedical Journal Nov.2010,Vo1.31,No.22 ・3005・ ,这些都提示chemerin可能是新的血压调节剂。 by serine proteases of the coagulation,fibrinolytic,and inflam. 4代谢综合征患者chemerin水平的变化 2007年,BOZAOGLU等 州首先报道ehemerin与代谢综 malory cascades[J].J 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[9j DU X Y,ZABEL B A,MYLES T,et a1.Regulalion of chemerin bioactivity by plasma caroxypeptibdase N,carboxypeptidase B 合征组分相关,在糖耐量正常受试者中,与BMI小于25组相 比,BMI大于30组血浆chemeifn水平显著升高;在调整性别 和年龄后,chemefin水平与BMI、脂肪量、体重、WHR以及代 (TAFIa)and platelets[J].J Biol Chem,2009,284(2):751— 758. 谢综合征表型空腹血糖、空腹胰岛素、TG、血压显著相关。 BOZAOGLU等 】一项对1 431例墨西哥裔美国人的大样本 研究也得出了相似的结论。提示chemefin参与了代谢综合 [10]BOZAOGLU K,BOLTON K,MCMILLAN J,et a1.Chemerin is a novel adipokine associated with obesity and metabolic syndrome [J].Endocrinology,2007,148(10):4687—4694. 征的发生发展。 STEJSKAL等 ]一项对高加索人群的前瞻性研究,以 181例有代谢综合征高风险因素者为研究对象,其中59例 患有代谢综合征,122例未患,以55例非肥胖正常人为正常 对照,发现与正常对照相比,高风险者血清chemefin水平显 著增高,与血糖、HDL、TG、血压以及代谢综合征的风险因素 的数量相关。以血清chemefin水平240 g/L为分割点诊断 代谢综合征,其敏感性是75%,特异性为67%。提示 chemerin不但与代谢综合征组分相关,还可能是代谢综合征 的标志物,可用于代谢综合征的预测及诊断。 综上所述,脂肪因子chemerin可能通过调节脂肪细胞生 成和代谢平衡、胰岛素抵抗、炎症、内皮细胞损伤等机制参与 代谢综合征的发生和发展,各种机制在该病中相互关联、相 互影响。深入研究chemeifn及其受体的生物学功能,探讨其 在代谢综合征发生发展中的意义,有利于阐明代谢综合征的 发病机制和病理生理过程,可能为代谢综合征的治疗提供新 的药物靶点,从而指导该病的治疗。 参考文献 [1]ALBERTI K G,ZIMMET P,SHAW J.The membolie syndrome一 一a new woddwide definition[J].Lancet,2005,366(9491): 1059—1062. 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