Irisin与代谢性疾病

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Irisin(鸢尾素)与代谢性疾病
第三军医大学西南医院
内分泌科
脂肪组织(adipose tissue,AT)
• 主要由大量群集的脂肪细胞构成,由疏松结缔组 织分隔成小叶。 • 根据脂肪细胞结构和功能的不同,脂肪组织分为 两类:WAT、BAT。
按脂肪细胞结构和功能不同分为2型: 棕色脂肪 白色脂肪
• 受体Bostrm等推测irisin受体是一种细胞 膜受体,受体被激活后将信号在胞内传递 到达线粒体UCP1,引起耗能产热。 • Irisin在体内可形成二聚体,而二聚体形 式有利于irisin作为配体与其受体结合并 激活受体。Irisin二聚体的发现表明存在 irisin受体的可能性很大 。
• 诱导因素:如运动、饥饿、寒冷、高温、n3脂肪酸等生理、物理、生化因素可引起 FNDC5/irisin表达及分泌增多¨。 • 某些病理因素如肥胖、胰岛素抵抗等可导 致FNDC5/irisin分泌发生变化。
棕色脂肪组织(BAT)
• 棕色
• 其特点是组织中有丰富的毛细血管,脂肪细胞内散在许多 小脂滴,线粒体大而丰富,核圆形,位于细胞中央。这种 脂肪细胞称为多泡脂肪细胞。
• 棕色脂肪组织在成人极少或无,新生儿及冬眠动物 较多,在新生儿主要分布在肩胛间区、腋窝及颈后部等处。
• 主要功能是:在寒冷的刺激下,棕色脂肪细胞内的脂
Fndc5
• 新的研究提示,运动可产生一种分泌性蛋白质分子Fndc5, 能提高具有燃烧能量功能的浅棕色脂肪数量。 • Fndc5基因mRNA序列在人与小鼠之间完全相同,它与胰岛 素之间有85%同源性,而与胰高血糖素之间有90%同源性。 • 肥胖小鼠接受带有Fndc5基因的腺病毒转染后,增加了葡 萄糖耐量和能量的动态平衡。 • FNDC5在肌肉、心脏和中枢神经系统很丰富 • FNDC5是运动和PGC-1α诱导的蛋白质,被切割释放出112 个氨基酸的多肽-Irisin,
• 来源和分子结构Irisin的前体为纤连蛋白Ⅲ 型结构域含有蛋白5(FNDC5),经过剪切和修 饰后形成irisin。Irisin肽段主要来自 FNDC5的N末端纤连蛋白Ⅲ 结构域[N.terminal
fibronectinm(FNm)domain]¨
• Irisin由112个氨基酸组成,相对分子质量 为12 000 。
irisin水平的升高还能在一定程度上保护胰岛B 细胞功能。 Moreno—Navarrete等发现,脂肪组FNDC5基因 表达与肿瘤坏死因子呈负相关。鉴于,肿瘤坏死 因子可增加人体和动物实验模型胰岛B细胞凋亡, FNDC5表达后水解而得的irisin对胰岛B细胞可能 具有保护作用 。
的区域,那些就是人体内的棕色脂肪组织。它们非常活跃 地消耗葡萄糖,以产生热量,在PET扫描仪上显示是亮的。 • 2008年底Science杂志公布了该刊评出的2008年度
十大科学突破,其中一项-----棕色脂肪
• 2012年 ADA年会上,班廷奖-----棕色脂肪研究
WAT与BAT的对比
线粒体 成分 特异性 (脂滴) 细胞色素 的表达 基因 血管 W A T 1个大的 很少 无 功能 受凉等刺 激 无
Moreno-Navarrete JM,Ortega F,Serrano M,et a1.Irisin is expressed and produced by human muscle and adipose tissue in as— sociation with obesity andinsulin resistance[J].J Clin Endoerinol Metab,2013,98(4):E769-E778.DOI:10.1210/jc.2012—
滴,胞质呈薄层,位于细胞周缘,包绕脂滴。在HE切片上, 脂滴被溶解成一大空泡。胞核扁圆形,被脂滴推挤到细胞 一侧,连同部分胞质呈新月形。 • 黄色脂肪组织主要分布在皮下、网膜和系膜等处,约占成 人体重的10%
• 功能:是体内最大的贮能库,参与能量代谢,并具有产
生热量、维持体温、缓冲保护和支持填充等作用。在一般 正常情况下,人体所消耗的能源物质60%~80%来自体内的 糖分,在短期饥饿情况下,则主要由体内的脂肪供能。
• 鸢(yuān)尾素 ,英文名Irisin。 • 2012年1月发表在《自然》杂志发现一类棕 色脂肪以及转化脂肪类型的新激素。 • 研究者说:Iris是彩虹女神,又被称作信 使女神,于是我们将这种激素命名为 “Irisin”(鸢尾素)
• 研究发现:经过锻炼之后的肌肉会分泌一种叫PGC1α的蛋白,该蛋白调控的下游因子之一可以通过 剪切和修饰形成鸢尾素。 • 鸢尾素可以作用于白色脂肪细胞,诱导其转化为 棕色脂肪细胞。而棕色脂肪组织在成人体内的含 量虽然少,其产热效率却极高,被激活的棕色脂 肪组织通过快速消耗葡萄糖和脂防来发热,当它 自身储存的脂肪消耗殆尽,身体其他部位储存的 白色脂肪就成为新燃料,呈现出星火燎原之势。
• 皮下脂肪--鸭梨型身材通常脂肪容易堆积在下半身,容易导致腰
部以下的骨关节病变和皮肤病变。
• 内脏脂肪--苹果型身材
腹型肥胖脂肪堆积在内脏及躯干中,尤以肚子最为明显,最容易
引起心血管方面的疾病,因为脂肪堆积并包裹内脏,易造成脂肪肝及 胆结石等病变。
白(黄)色脂肪组织(WAT)
• 黄色(在哺乳动物呈白色),即通常说的脂肪组织。 • 它由大量单泡脂肪细胞集聚而成,细胞中央有一大脂
脂肪组织调节因子
• Spiegelman博士的团队已发现多种脂肪组织调节 因子,包括PRDM16、PGC-1α、Fndc5和Irisin 等。 • PRDM16水平升高可使白色脂肪转为浅棕色脂肪, 可调控棕色脂肪细胞前身转变为肌肉组织,也可 使原始肌肉组织转化为棕色脂肪。 • PGC-1α:在小鼠和人类,剧烈运动时PGC-1α表达 增加, 线粒体生物合成增加,氧化增强,血管形 成增加,从而具有抗氧化应激作用 。在组织培养 中,PGC-1α刺激葡萄糖的摄取和血管形成,并具 有抗肌营养不良和萎缩的效果。
• 不同于贮存能量的白色脂肪组织,棕色脂 肪组织能够更快地根据体质量增加量而提 高机体能量消耗以对抗肥胖。Irisin介导 白色脂肪细胞棕色化后,加快脂肪动员、 促进其燃烧,增加能量释放、满足人体运 动带来的能量负荷的同时减少体脂量,从 而发挥减重作用; • 更重要的是其促进了葡萄糖吸收、脂肪酸 合成,改善了糖脂代谢,并能提高棕色脂 肪样细胞占比,从而启动良性的代谢循环。
Irisin
• Fndc5能够裂解释放出具有112个氨基酸的多肽,该研究小 组将其命名为新发现的激素——Irisin,取名自希腊彩虹 女神Iris。 • Irisin在人类和小鼠中100%同源 • 在组织培养中,Irisin增加了300%的细胞呼吸。对于肥胖 人群,运动训练4周后循环中Irisin增加40%~60%。 • Spiegelman博士指出,Irisin可致白色脂肪“棕色变”反 应,可优先作用于beige细胞,减少代谢性疾病发生。 • irisin可使胰岛素水平下降,糖水平改善。 • Irisin可作用在其他组织,如脑、肝、心脏、骨骼肌等, 从而对某些疾病治疗中起作用。
• 3.缓解胰岛素抵抗 • 除了使白色脂肪细胞棕色化,促进脂肪的 燃烧和减少,在这个意义上减少胰岛素抵 抗外, • irisin还可以通过其他多种途径来增加外 周组织(脂肪、骨骼肌、肝脏组织)对胰岛 素的敏感性,以缓解尤其是饮食诱导的胰 岛素抵抗。
• 中等程度提高循环irisin水平也足以有效地增加 能量消耗、改善饮食诱导的胰岛素抵抗。 • 提高irisin水平可能改善肝脏脂肪变性、缓解肝 脏的胰岛素抵抗。过氧化物酶体增殖物活化受体 (PPAR)仅可诱导肝组织中成纤维细胞生长因子21 的表达,后者通过上调PGC-1蛋白水平,促进肝内 脂肪酸的氧化、增加葡萄糖的摄取以及介导肝内 甘油三酯(IHTG)的清除。而irisin水平本身与 IHTG呈负相关 。
• 机体分布FNDC5 mRNA主要表达于骨骼中, 其他含肌肉较多的组织器官如心脏、舌、 直肠也表达较多。 • 此外,脂肪、大脑、卵巢、睾丸、食管、 甲状腺、肾脏、肝脏、肺脏等也有一定含 量。血浆、脑脊液、唾液、乳汁等组织体 液中可检测到irisin¨’ 。
• 在成年人,FNDC5高度表达于肌肉及富含肌 肉的心包和肠组织;中度表达于心脏;低 度表达于脑、肾脏、肝脏、肺脏及脂肪组 织 。由于骨骼肌中FNDC5基因表达量是脂 肪组织的200倍,irisin仍然主要由骨骼肌 合成分泌,而脂肪组织更多时候扮演的是 靶组织的角色 。
类分解、氧化,散发大量热能,有利于新生儿的抗寒和维 持冬眠动物的体温。而不转变为化学能。这一功能受交感 神经调节。
棕色脂肪组织的再认识
• 棕色脂肪组织在成人极少或无,过去一直认为在 成人无活性 • 2004年,Truong用氟脱氧葡萄糖-正电子发射体层 摄影(FDG-PET),首次发现肿瘤和成人体内存在 着有活性的BAT。通过使用PET扫描仪观察到亮的很小
储存能量 分泌许多细胞 因子
B A T
多个小 的


通过UCP等产 热耗能
增多
2012 班廷奖
• 2012 班廷奖授与哈佛医学院和波士顿DanaFarber癌症研究所的细胞生物学&医学教授Bruce Spiegelman博士,表彰他在脂肪调控方面的系列 研究
• 他以“脂肪生成的转录控制-代谢性疾病的新治 疗Transcriptional Control of Adipogenesis-Toward a New Generation of Therapeutics for Metabolic Disease”为题,作了精彩报告, 叙述了一种新发现的糖代谢关键调节激素—— Irisin和浅棕色脂肪组织(Beige fat cell)。
Fisher FM,Kleiner S,Douris N,et a1.FGF21 regulates PGC—la and browning of white adipose tissuesin adaptive therrnogenesis [J].Genes Dev,2012,26(3):271-281.DOI:10.1101/gad. 177857.111
• 2.促进脂肪组织耗能产热
• 促进脂肪组织耗能产热是irisin的主要功 能之一。Irisin通过上调白色和棕色脂肪 组织中UCP1mRNA和蛋白质的表达,增加氧 耗和能耗,导致机体产热增加。Irisin对 UCP1的作用呈剂量一反应关系。 • 体外研究发现FNDC5/irisin可抑制脂肪细 胞的分化,并可促进骨骼肌细胞分化和增 长¨ 。
• 质谱分析结果表明,FNDC5在切除N端信号 肽后,在112号谷氨酸处被蛋白水解酶裂解, 形成一段约110个氨基酸的多肽片段,即 Irisin。 • Irisin的序列在种属间高度保守,人和小 鼠的Irisin氨基酸序列完全相同 。
Irisin与代谢性疾病 相关的生物学功能
• 1.介导白色脂肪细胞棕色化 • 哺乳动物体内的脂肪组织主要分为白色脂肪组织 和棕色脂肪组织,两者的重要区别在于棕色脂肪 细胞有较高含量的线粒体和UCP1、锌指蛋白16(PR domain containing16,PRDM16,棕色脂肪基因标 志物ห้องสมุดไป่ตู้的高表达。 • 研究证实,含有较高棕色脂肪组织的小鼠表现出 更低的血浆游离脂肪酸水平、更轻的体质量、更 高的胰岛素敏感性,更能抵御糖尿病及其他代谢 性疾病的发生 。
Huh JY,Panagiotou G,Mougios V,et a1.FNDC5 and irisin in humans:I.Predictors of circulating concentrations in seYum and
• irisin由骨骼肌合成分泌、通过血液循环 到达白色脂肪细胞的循环,irisin能够激 发脂肪组织FNDC5 mRNA自身合成分泌 irisin,后者会反馈促进骨骼肌产生 irisin释放入血,形成“irisin正反馈”, 叠加促进白色脂肪棕色化的进程
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