瘦素综述

1. 瘦素（leptin）

1.1 瘦素的结构

1994年，Zhang等首次克隆出ob基因及其产物瘦素（leptin）[55]。瘦素是由位于7号染色体3区l带3亚带（7q3l.3）的ob基因编码的表达产物，由167个氨基酸组成的分泌型蛋白质类激素，分子量16kD，在脊椎动物中其结构高度保守。瘦素分子结构中由4个非平行α螺旋组成，并由两个长交叉环和一个短环状结构连接，以左手螺旋形式排列，C末端含有两个半胱氨酸（Cys）即Cys96和Cys146，两者形成二硫键，二硫键及瘦素的螺旋结构对于分子的折叠及其结合受体的功能至关重要，这两个中的任何一个变异均可导致瘦素失活。在分泌入血的过程中，去除了其中由21个氨基酸组成的N末端肽，形成成熟的瘦素，具有强亲水性，以游离和结合两种形式存在于人体，游离型为它的活性形式[56]。瘦素主要由脂肪细胞合成和分泌，脑、胎盘、胃肠黏膜和骨骼肌也有少量分泌，呈脉冲式分泌并有昼夜节律。

1.2 瘦素受体结构及信号转导

瘦素同其他激素一样，需要与特异性受体结合后才能发挥生物效应。人的瘦素受体（Ob-R）是一种跨膜受体，属于I类细胞因子受体家族，由细胞外的配体结合区（含800＋个氨基酸）、跨膜区（含34个氨基酸）及胞内区3部分组成。在中枢神经系统和外周器官广泛分布，主要存在于脉络丛下丘脑弓状核、包括脂肪组织胰岛β细胞在内的许多外周组织器官中。可分为长型（Ob-RL）和短型（Ob-RS）两种，至少存在a、b、c、d、e等多种不同的拼接方式。其中只有Ob-Rb属于长受体，具有信号转导功能，为功能受体[57]。不同类型的受体之间的区别仅在于细胞内区，长的受体即Ob-Rb，细胞内区由304个氨基酸组成，主要控制Janus酪蛋白激酶（Janus protein-tyrosine kinase，JAK）与STAT的结合；其他受体为短受体，有30～40个氨基酸细胞内位点。Ob-Rb在下丘脑弓状核、腹内侧核、室旁核、背内侧核、下丘脑外侧区都有表达，参与体重调节；而含有短细胞内区的Ob-R 在脉络丛、肺脏、肾脏等有较高表达，可能参与瘦素向中枢的转运及清除。

瘦素进入血液循环后，或游离或与特异性运输蛋白结合，通过血脑屏障与下丘脑的Ob-RL结合，主要通过JAK-STAT等途径进行信号传导，从而发挥瘦素的生理功能[58]。JAK-STAT途径是介导瘦素信号传递的主要通路。作为JAK家族的成员，

胞质酪氨酸激酶结合于Ob-R上，其识别位点分布于受体特异的膜近端区域，与Ob-R结合的JAK亚型主要是JAK1和JAK2。Ob-R蛋白上的Tyr985和Tyrl138被磷酸化后，可作为下游信号分子的结合位点，其中P-Tyrl138可作为STAT蛋白的结合位点，丝氨酸取代Tyrl138可特异地阻断STAT引起的信号传递。在STAT的不同异构体中，主要是STAT3参与Ob-R引起的信号传递。另外，STAT1、STAT5和STAT6也能够被瘦素蛋白激活，而且在不同类型的细胞中由不同的STAT蛋白参与由瘦素引起的信号传递。STAT与细胞膜上的Ob-R特异性结合，酪氨酸被JAK磷酸化后，STAT 与受体解离，形成同型或异型二聚体，进入细胞核内调节特异的基因转录和蛋白合成，如c-los、c-jun等。JAK-STAT信号通路可被细胞因子信号转导抑制因子3（Suppressor of cytokine signaling 3，SOCS-3）所抑制[59]。瘦素蛋白与完整的长型Ob-R结合后也能够激活细胞外信号调节激酶1/2（Extracellular signal-regulated kinase1/2，ERK1/2）介导的信号通路。在瘦素诱导作用下，Ob-R中Tyr985与JAK1或JAK2结合后而被磷酸化，为含有SH2域的蛋白提供一个结合位点，其中包括蛋白酪氨酸磷酸酶（SH2-containing phosphatase，SHP-2），SHP-2羧基端酪氨酸被磷酸化后，与它的效应分子Grb2相结合，活化上游信号分子MEK1，激活的MEK1磷酸化ERK1/2后使其激活，最终导致特异的靶基因如c-foss 或egr-1表达增强。瘦素还可以通过其他信号传递通路参与调控，具体机制有待进一步研究。JAK-STAT途径如下图所示。

1.3 瘦素的功能及作用机制

瘦素的生理作用主要是调节食欲，增加活动量从而使脂肪消耗，瘦素与体块指数（BMI）、体脂百分比（BF％）呈正相关，被认为是一种脂肪细胞分泌的信号，调节能量代谢，从而使人和动物的体脂保持相对稳定，且参与瘦素的自分泌调节和瘦素的除调节能量以外的其他如代谢、生殖、造血等功能。

近来发现瘦素调节新陈代谢的机制是瘦素通过作用于中枢神经系统和直接作用于肌肉和肝脏激活其组织中的腺苷酸活化蛋白激酶（5-AMP activated protein kinase，AMPK）来发挥作用的[60]。体内某些合成代谢途径需要消耗ATP，如蛋白质、胆固醇、脂肪酸及甘油三酯的合成，而AMPK可抑制该途径；某些分解代谢途径可以产生ATP，如葡萄糖转运、β氧化及糖酵解，AMPK可以加强该途径。

在中枢神经系统中，下丘脑腹中侧和外侧有大量瘦素受体，且在含有神经肽Y(Neural peptide Y，NPY)/agouti相关肽（Agouti-related peptide，AgRP）、前阿片黑色皮质素/可卡因-安非他明调控转录肽（Pro-opiomelanocortin/Cocaine amphetamine regulated transcript，POMC/CART）的腹中和腹外侧弓状核中的神经元及在含有黑色素浓集素（Melanin concentrating hormone，MCH）及hypocretin／苯基二氢氯喹唑啉（orexin）的下丘脑外侧神经元上均有表达。NPY广泛而高度表达，瘦素能抑制NPY基因表达而抑制食欲、减少进食同时兴奋交感神经，增加能量的消耗从而减轻体重[61]；AgRP 弓状核大量表达，异常表达AgRP的转基因小鼠会出现肥胖症状[62]，禁食能刺激下丘脑AgRP mRNA的表达，而瘦素能抑制AgRP mRNA的表达，说明AgRP和NPY对瘦素和禁食反应相似，都能发挥促进合成代谢作用[63]；在弓状核POMC神经元存在瘦素受体[64]，给予拮抗剂能短时阻断瘦素抑制进食的作用[65]，表明POMC信号传递是瘦素作用的重要介质[66]。但也有研究发现POMC信号对于瘦素的长期减轻体重的作用不是必需的，有其它未知信号依靠POMC神经元发挥作用[67]。

Schwartz提出下丘脑两级神经元信号传导通路模型，第一级为弓状核的POMC/CART以及NPY/AgRP的神经元，瘦素抑制NPY/AgRP的表达，而刺激POMC/CART 的表达；室旁核和下丘脑外侧区为第二级神经元，室旁核含有NPY和促黑素细胞刺激素（Melanocyte stimulating hormone，MSH）受体，受到弓状核神经元调节，也含促肾上腺皮质激素释放激素（Corticotrophin releasing hormone，CRH）等分解代谢因子，下丘脑外侧区含MCH和orexin等合成代谢因子，室旁核和下丘脑外侧区亦含瘦素受体，也受瘦素直接调节[68]。因此，当体内脂肪增加时，瘦素分泌增多，作用于下丘脑，刺激CRH、MSH、CART等分解代谢因子表达，而抑制NPY、AgRP等合成代谢因子表达，导致负能量平衡状态，使体内脂肪减少；而当脂肪减少时，瘦素分泌减少导致正能量平衡状态，使体内脂肪增加。