PGC-1α调控肥胖相关代谢性疾病机制的研究进展

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网络出版时间:2021-5-2810:10 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20210527.1457.002.html
◇综 述◇
PGC 1α调控肥胖相关代谢性疾病机制的研究进展
张劝劝,秦 虹
(中南大学湘雅公共卫生学院营养与食品卫生学教研室,湖南长沙 410078)
收稿日期:2021-01-28,修回日期:2021-03-01
基金项目:国家自然科学基金面上项目(No82073556);湖南省卫生
健康委员会科研计划项目(No202112021453);长沙市自然科学基金(Nokq2007074)
作者简介:张劝劝(1996-),女,硕士生,研究方向:植物化学物与慢
性病防治,E mail:zquanquan2020@163.com;
秦 虹(
1982-),女,博士,副教授,研究方向:植物化学物与慢性病防治,通讯作者,E mail:qinhong@csu.edu.cn
doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.06.001
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2021)06-0741-05中国图书分类号:R 05;R394;R544.1;R587.1;R589.2;R977.6
摘要:过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(peroxi someproliferator activatedreceptorγcoactivator1 alpha,PGC 1α)是转录共调节因子超家族的成员之一,最初发现PGC 1α与棕色脂肪组织的适应性产热有关,后来陆续发现它还可调节糖脂代谢、血管内皮功能等代谢过程,在肥胖相关代谢性疾病,如高脂血症、Ⅱ型糖尿病、高血压的发生发展中发挥重要的作用,以PGC 1α为靶点的药物有望成为防治此类疾病的新药物。

本文综述了PGC 1α调控肥胖相关代谢性疾病机制的研究进展,为以PGC 1α为靶点的药物研发提供理论依据。

关键词:过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α;肥胖;代谢性疾病;高脂血症;Ⅱ型糖尿病;
高血压开放科学(资源服务)标识码(OSID):
随着人们生活水平的提高、生活方式的改变,肥胖相关代谢性疾病的患病率逐年升高,带来严重的社会负担。

目前,防治此类疾病的药物大多需要长期服用,存在患者依存性差、耐药性以及药物副作用大等问题,因此,探究防治此类疾病的新方法势在必行。

研究发现,过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(peroxisomeproliferator activatedrecep torγcoactivator1 alpha,PGC 1α)可调节糖脂代谢、血管内皮功能与氧化应激,进而调控高脂血症、Ⅱ型糖尿病、高血压等疾病的发生发展,对PGC 1α在此类疾病中的调控作用及分子机制的探索可为这些疾病的防治提供理论基础。

本文在中国知网与PubMed数据库中,分别以中英文形式的Peroxi
someProliferator ActivatedReceptorGammaCoactivator1 al pha、PGC 1α、Hyperlipidemia、TC、serumcholesterol、TG、serumtriglyceride、TypeⅡDiabetes、Diabetes、Hypertension、BloodPressure为主题词或关键词进行检索,主要选取近5年发表的、来自高影响力期刊的文章进行阅读,对PGC 1α调控上述几种肥胖相关代谢性疾病发病机制的最新研究进行综述,为以PGC 1α为靶点的药物研发提供理论依据。

1 PGC 1α的分子结构
PGC 1α最初由P
uigserver等[1]
于1998年在棕色脂肪组织中发现并命名,属于PGC 1转录辅激活因子家族,由Ppargc1基因编码。

PGC 1α蛋白是重要的代谢调节因子,在肝脏、肌肉和心脏等能量代谢旺盛的组织器官中高水平表
达[2],参与各组织器官生理活动的调控。

PGC 1α蛋白中包
括具有不同功能的结构域,从N端到C端依次是激活结构域、抑制结构域、中心结构域、富含丝氨酸和精氨酸的结构域(即RS结构域)、RNA识别结构域。

激活结构域可与组蛋白乙酰转移酶复合物如CREB结合蛋白(CREB bindingpro
tein,CBP/p300)、类固醇受体辅激活因子1(steroidreceptorcoactivator1,SRC1)结合形成转录复合物,促进染色质重塑和基因转录。

抑制结构域可与抑制性蛋白如丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activatedproteinkinases,p38MAPK)、腺苷酸
活化蛋白激酶(AMP activatedproteinkinase,AMPK)、蛋白激酶B(proteinkinaseB,AKT)、糖原合成酶激酶3β(glycogensynthasekinase3β,GSK3β)结合,抑制PGC 1α的活性。

中心结构域包括各种细胞因子如肌增强因子2(myocyteenhan cerfactor2,MEF2)和叉头框蛋白O1(forkheadfoxO1,FOXO1)结合位点,参与调节细胞周期、增强PGC 1α的转录活性。

RS结构域可与RNA或单链DNA结合,与RNA识别
结构域共同参与RNA的剪接[3,4]。

PGC 1α蛋白的各结构域
可与不同的信号分子相互作用,调控PGC 1α本身的活性和机体代谢过程,从而影响肥胖相关代谢性疾病的发展。

2 PGC 1α对肥胖相关代谢性疾病的调控
肥胖相关代谢性疾病患病率高、病因复杂、病程长,给患者和社会带来了巨大的负担。

因此,对此类疾病的防治具有重要意义。

近年来,寻找药物治疗代谢性疾病的分子靶点成为医学研究的热点,许多研究发现,PGC 1α参与高脂血症、Ⅱ型糖尿病、
高血压等疾病发病机制的调节,在这些疾病的进程中扮演重要的角色。

2.1 PGC 1α对高脂血症的调控作用 与正常体重人群相比,肥胖个体更易出现脂质代谢或转运异常,引起以血清中
·
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Fig1 ThemaindomainsofPGC 1αa
nditsinteractionwithothermolecules胆固醇和(或)甘油三酯高于正常水平为主要表现的高脂血症。

大量研究表明,上调PGC 1α可降低血清胆固醇和甘油三酯的水平,具有抗高脂血症的作用。

2.1.1 PGC 1α对血清胆固醇水平的调控 内源性合成是体内胆固醇的主要来源之一,PGC 1α可抑制胆固醇合成,降低血清胆固醇水平。

在HepG2细胞中,PGC 1α被激活后,可上调胰岛素诱导基因(insulin inducedgene,Insig)Insig 1和Insig 2的表达,抑制细胞中胆固醇的合成
[5]。

甲基甾醇
单加氧酶1(methylsterolmonooxygenase1,Msmo1)和NAD(P)依赖性类固醇脱氢酶(NAD(P) dependentsteroiddehy drogenase like,Nsdhl)是胆固醇生物合成通路的上游基因,在小鼠原代肌管中,PGC 1α的一种亚型PGC 1α2的表达可导致Msmo1和Nsdhl的mRNA水平显著降低,抑制胆固醇合成
[6]。

除抑制胆固醇合成外,上调PGC 1α可促进胆固醇向
肝内转运,降低血清胆固醇水平。

在高脂饮食喂养的ApoE-/-小鼠、鹌鹑和大鼠中,STAT3 C/EBPβ PGC 1α通路的激活可促进肝脏雌激素合成,诱导肝细胞增殖,引起肝脏低密度脂蛋白受体(lowdensitylipoproteinreceptor,LDLR)介导
的胆固醇摄取,达到短期内降低血清总胆固醇的效果[
7]。

然而,也有研究发现,在HepG2细胞中,PGC 1α的过度表达可降低L
DLR的mRNA水平、抑制LDLR启动子活性,且这一作用与雌激素反应原件/雌激素受体的激活无关。

这可能是体内实验与体外实验的差异造成的。

胆固醇转运至肝脏后,可被肝脏代谢并排出体外,其中一种主要的代谢方式是转变为胆汁酸,上调PGC 1α可促进胆固醇转变为胆汁酸。

在饥饿状态或糖尿病个体中,PGC 1α与肝X受体(liverXrecep tor,LXR)共激活,促进胆固醇7α 羟化酶(cholesterol7 α hydroxylase,CYP7A1)基因的表达,促进胆固醇转变为胆汁酸,减少肝内胆固醇蓄积,维持肝脏中胆固醇代谢的平衡。

2.1.2 PGC 1α对血清甘油三酯水平的调控 PGC 1α与血清甘油三酯水平密切相关。

研究显示,抗癫痫药物引起的血清甘油三酯水平的升高与其抑制PPARα与PGC 1α相互作
用有关[8]。

肌肉和肝脏属于脂肪酸氧化活跃的组织,增加这
些组织中脂肪酸的氧化可部分减少甘油三酯的合成,上调PGC 1α可促进肌肉与肝脏中的脂肪酸氧化,减少甘油三酯合成,降低血清甘油三酯水平。

首先,上调PGC 1α可促进肌细胞中的脂肪酸氧化。

在C2C12细胞中,PGC 1α
/CREB/irisin
通路的激活可促进脂肪酸氧化[9]。

在人原代肌管中,PGC 1α过表达可使过氧化物酶体膜蛋白70kD(peroxisomalmembraneprotein70kD,PMP70)、过氧化物酶体生物发生蛋白1
9(peroxisomalbiogenesisproteins19,PEX19)和线粒体柠檬酸合酶含量显著升高,促进过氧化物酶体增殖、增强过氧
化物酶体与线粒体功能,促进长链和极长链脂肪酸氧化[10]。

另外,上调PGC 1α可促进肝脏中的脂肪酸氧化。

在高脂饮食喂养的小鼠中,上调PGC 1α可促进肝脏中的脂肪酸氧化
并调节其他物质代谢过程,改善血脂异常[11]。

激活的PGC
1α还可结合肝脏中的过氧化物酶体增殖物激活受体 γ(per oxisomeproliferation activatedreceptorγ,PPARγ),促进肝内脂肪酸氧化,PGC 1α的激活也可上调Nr5a2和Hsd3b2的转录水平,触发肝脏雌激素合成,进一步增强PGC 1α的促脂
肪酸氧化作用[7]。

总之,上调PGC 1α可抑制胆固醇合成,促进胆固醇向肝脏转运并转变为胆汁酸,从而降低血清胆固醇;上调PGC 1α也可促进脂肪酸氧化、
减少甘油三酯合成,降低血清甘油三酯。

由此可见,PGC 1α激动剂有望成为治疗高脂血症的一种新药物。

2.2 PGC 1α对Ⅱ型糖尿病的调控作用 肥胖机体中存在的糖脂代谢紊乱,可诱发胰岛素抵抗和进行性胰岛素分泌不足,促进Ⅱ型糖尿病的发生,严重影响患者的生活质量和身心健康。

维持血糖稳定是治疗Ⅱ型糖尿病的主要目的。

肝脏和骨骼肌是参与机体糖代谢的重要组织器官,在维持血糖稳定中发挥重要的作用。

研究表明,PGC 1α可调节以上组织器官的糖代谢,从而发挥其对Ⅱ型糖尿病的调控作用。

2.2.1 PGC 1α对肝脏糖代谢的调控 肝脏在糖异生、糖原合成与分解中至关重要,是机体糖代谢的重要器官,PGC 1α对肝脏糖代谢的调控主要体现在其对糖异生的促进作用中。

激活PGC 1α可促进肝脏糖异生。

研究显示,PGC 1α可减弱抗糖异生转录因子X盒结合蛋白1(X boxbindingprotein1,XBP1s)对FOXO1的抑制作用,进而促进糖异生基因G6pc
与Pepck的转录,促进肝脏糖异生[12]。

相反地,抑制PGC 1α
可抑制肝脏糖异生。

在Ⅱ型糖尿病小鼠模型中,经高通量筛选技术得到的PGC 1α选择性抑制剂SR 18292可降低血糖并改善胰岛素敏感性。

机制研究表明,SR 18292对PGC 1α的抑制可降低糖异生基因Pck1和G6pc的表达,也可抑制PGC 1α与HNF 4α的共激活,从而减少糖异生途径中关键酶:磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvatecarboxyl ase,PEPCK)和葡萄糖 6 磷酸酶(glucose 6 phosphatase,G 6
Pase)的表达,抑制糖异生,减少葡萄糖生成[13]。

肝脏糖异
生是饥饿状态下血糖的主要来源,上述研究均说明上调PGC 1α可促进肝脏糖异生,因此,若以降血糖为目的,激活肝脏PGC 1α的表达不利于Ⅱ型糖尿病的防治。

2.2.2 PGC 1α对骨骼肌糖代谢的调控作用 骨骼肌是摄
·
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取和利用葡萄糖的主要组织之一,对维持血糖稳定具有重要作用。

在骨骼肌中,PGC 1α主要通过以下方式来降低血糖:第一,促进骨骼肌对葡萄糖的摄取。

在大鼠实验中,运动训练可激活PPARβ/PGC 1α通路,
促进骨骼肌对葡萄糖的摄取,改善机体糖代谢[
14]。

葡萄糖转运体是一类调控细胞外葡萄糖进入细胞内的蛋白,PGC 1α促进骨骼肌摄取葡萄糖的作用与其上调总葡萄糖转运体4
(totalglucosetransporter4,T GLUT4)和膜葡萄糖转运体4(membranesofGLUT4,m
GLUT4)有关[15]。

第二,促进线粒体生物发生和葡萄糖氧化
磷酸化。

研究显示,PGC 1α表达增加后可与核呼吸因子 1(nuclearrespiratoryfactor1,NRF 1)相互作用,进而参与调节线粒体转录因子A(
mitochondrialtranscriptionfactorA,TFAM)、TFB2M、TFB1M、线粒体RNA聚合酶(RNApolymer ase,POLRMT)和氧化磷酸化酶复合物的表达,刺激线粒体生
物发生及葡萄糖氧化磷酸化[
16-17]
,从而降低血糖水平。

第三,促进糖原生成。

在具有萎缩表型的原代培养人骨骼肌细胞中,过表达PGC 1α可使磷酸化酶激酶的钙调节δ亚单位CALM1下调、糖原磷酸化酶失活,糖原分解减少、生成增加。

骨骼肌对葡萄糖的摄取、利用和贮存是降低血糖的重要方式,上述研究说明,PGC 1α的表达可正向调节这些代谢过程,所以若从降血糖的角度来考虑,骨骼肌中PGC 1α的激活有利于缓解Ⅱ型糖尿病。

从调节血糖的角度来看,PGC 1α在不同组织中的上调发挥着不同的作用,如:在肝脏中PGC 1α的上调有助于升高血糖,而在骨骼肌中PGC 1α的上调有助于降低血糖。

Ⅱ型糖尿病的发病是一个多组织器官共同参与的复杂病理过程,因此研发可靶向作用于特定组织的PGC 1α靶向药物是缓解Ⅱ型糖尿病的主要策略。

2.3 PGC 1α对高血压的调控作用 肥胖,尤其是中心性肥胖是高血压的危险因素,且肥胖与高血压共存会进一步增加心脑血管疾病发病和死亡的风险。

血管内皮功能障碍和氧化应激水平升高与高血压的发生发展有关。

研究发现,PGC 1α可维持血管内皮稳定、减少氧化应激,从而发挥抗高血压的作用。

2.3.1 PGC 1α调控血管内皮功能 血管内皮功能障碍是促进高血压发生发展的重要因素。

在正常生理条件下,血管内皮释放的NO在维持血管的正常功能中起着重要的作用,血管内皮N
O生成的关键酶是内皮型一氧化氮合酶(endo thelialnitricoxidesynthase,eNOS)。

多项研究显示,PGC 1α
可通过调控eNOS的功能来调节血管内皮功能:Craige等[
18]
发现,血管内皮特异性PGC 1α过表达可激活ERRα
,促进eNOS的表达,增强NO的活性,改善血管功能障碍;Li等[
19]
发现,PGC 1α过表达通过激活磷酸肌醇3 激酶(phos phoinositide3 kinase,PI3K)/Akt信号通路,或者通过减少蛋白磷酸酶2A(proteinphosphatase2A,PP2A)磷酸化、抑制PP2A A/eNOS相互作用,来促进eNOS中第1177位丝氨酸的磷酸化,改善血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)
诱导的eNOS功能障碍;Zhao等[20]发现,PGC 1α过表达可抑制
eNOS的解偶联,增强血管内皮NO的生成。

由此可见,上调PGC 1α可增强eNOS功能,促进NO的生成,进而改善血管内皮功能。

2.3.2 PGC 1α调控氧化应激水平 PGC 1α的缺失或下调可引起氧化应激水平升高。

在小鼠实验中,PGC 1α缺失导致心肌线粒体抗氧化酶:超氧化物歧化酶2(superoxidedis mutase2,SOD2)、过氧化物酶(peroxiredoxin,Prx)Prx3、Prx5和硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx2)下调,
引起心肌氧化应激的
Fig2 RegulationofPGC 1αi
nhyperlipidemia,typeIIdiabetesandhypertension LCFA:Long chainfattyacids.VLCFA:Very longchainfattyacids.OXPHOS:Oxidativephosphorylationcomplexsubunits. ,Representsmeta bolicprocessesunderPGC 1αdeletioncondition,othersrepresentmetabolicprocesseswhenPGC 1αi
supregulated·
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轻微增加。

在失血性休克的大鼠模型中,PGC 1α蛋白含量的下降与海马组织线粒体抗氧化酶的下降及氧化应激水平的升高有关[21]。

此外,在高氧暴露下,PGC 1α缺失小鼠活性氧产生增加,导致血管内皮生长因子 A(vascularendotheli algrowthfactorA,VEGF A)的组成性激活,引起血管生成障碍、损害血管内皮稳定[22]。

这说明PGC 1α的缺失引起的氧化应激水平升高与血管功能受损有关。

与PGC 1α的缺失相反,上调PGC 1α可降低氧化应激水平。

研究显示,在氧化应激条件下,p38MAPK/PGC 1α通路的激活可上调UCP2的表达,降低延髓头端腹外侧区线粒体氧化应激水平,缓解氧化应激相关神经源性高血压[23]。

总的来说,上调PGC 1α有助于降低机体氧化应激水平。

虽然临床上高血压的治疗方法多样,但由于病因复杂,目前此类疾病仍无根治的疗法。

已有大量研究显示,上调PGC 1α可改善血管内皮功能、降低氧化应激水平,缓解高血压。

因此,以PGC 1α为靶点的药物研发可为高血压的治疗提供新的思路。

3 结语
PGC 1α蛋白在多种组织器官中都有表达,作为一种转录共调节因子,PGC 1α蛋白可与诸多转录因子相互作用,调节机体糖脂代谢、血管内皮功能与氧化应激,参与肥胖相关代谢性疾病病理过程的调控。

在特异性组织器官中激活PGC 1α可缓解高脂血症、Ⅱ型糖尿病、高血压的相关症状,但是由于机体中代谢机制存在复杂的正负反馈网络,在部分情况下PGC 1α的激活可能不利于特定病理情况的改善。

因此,针对肥胖相关代谢性疾病不同的病理现象和机制,差异性提高药物的组织靶向性,将成为以PGC 1α为靶点的药物研发的新方向。

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网络出版时间:2021-5-2810:11 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20210527.1457.004.html
内侧前额叶皮层与神经精神疾病关系的研究进展
亓思豪,洪 浩
(中国药科大学药学院药理系,江苏南京 211198)
doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.06.002
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2021)06-0745-04中国图书分类号:R 05;R322 81;R338 1;R338 64;R749 42;R749 72
摘要:内侧前额叶皮层(medialprefrontalcortex,mPFC)接收多个皮层和皮层下区域的输入,并整合相关信息传送至其他皮层和皮层下脑区。

mPFC在神经精神疾病相关事件如抑郁症、焦虑症、精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病等,以及认知、社交和奖赏行为等神经精神活动过程中发挥重要作用。

本文综述内侧前额叶皮层的神经环路联系在神经精神疾病中的作用及其分子机制,特别是近年来取得的研究进展。

关键词:内侧前额叶皮层;神经精神疾病;神经环路;分子表达
收稿日期:2021-03-04,修回日期:2021-04-06
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No81773714,82071202)
作者简介:亓思豪(1996-),男,硕士生,研究方向:神经精神药理,E mail:qshcpu@163.com;
洪 浩(1962-),男,博士,教授,博士生导师,研究方向:
神经精神药理,通讯作者,E mail:honghao@cpu.edu.cn开放科学(资源服务)标识码(OSID):
内侧前额叶皮层(medialprefrontalcortex,mPFC)是一个具有多种细胞类型的皮层区域,既能接收来自不同脑区的输入信息,又能整合信息并传送至其他皮层和皮层下区域,在脑功能调节中发挥重要作用。

mPFC已被证明参与多种神经精神疾病,例如抑郁症、焦虑症、精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病等[1-2]。

而且,mPFC与认知、记忆、社交、奖赏行为等脑活动过程也有密切关系。

因此,探讨这些神经精神活动过程中mPFC神经环路的改变及其分子机制,将有助于理解这些神经精神疾病的病理生理学机制。

药理学操纵、光纤记录、钙成像技术、化学与光遗传技术及电生理等多种实验方法的应用加快了对mPFC在多种神经精神疾病中的研究进程。

本文首先简要概述啮齿类动物mPFC的解剖特点,包括细胞类型、解剖分区及与主要脑区连接;然后从mPFC的环路水平,综述其传入和传出神经元在不同神经精神活动过程中的作用及其近5年来在分子机
[21]王妍妍,张 丽,黄春霞,等.七氟醚后处理对失血性休克复苏大鼠海马氧化应激及SIRT1/PGC 1α表达的影响[J].中国药
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ResearchprogressonregulationofPGC 1αinobesity relatedmetabolicdiseases
ZHANGQuan quan,QINHong
(DeptofNutritionandFoodHygiene,XiangyaSchoolofPublicHealth,CentralSouthUniversity,Changsha 410078,China)
Abstract:Peroxisomeproliferator activatedreceptorγcoactivator1 alpha(PGC 1α)isamemberofsuperfamilyoftranscriptionalco regulators.Itwasfirstdiscoveredtoberelatedtotheadaptivethermogenesisofbrownadiposetissue.Later,ithasbeendis coveredthatPGC 1αcanalsoregulateglucoseandlipidmetabo lismandvascularendothelialfunction,thusinfluencetheoccur renceanddevelopmentofobesity relatedmetabolicdiseasessuchashyperlipidemia,typeIIdiabetesandhypertension.Drugstar getingPGC 1αarepromisingforthepreventionandtreatmentofthesediseases.Herewereviewtheresearchprogressonregula tionofPGC 1αinobesityrelatedmetabolicdiseases,aimingtoprovidetheoreticalbasisforthedevelopmentofdrugstargetingPGC 1α.
Keywords:peroxisomeproliferator activatedreceptorγcoacti vator1 alpha;obesity;metabolicdiseases;hyperlipidemia;typeIIdiabetes;hypertension
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中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6):745-8。

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