从基因多态性到脂肪酸代谢

1、从基因多态性到脂肪酸从基因多态性到脂肪酸代谢代谢肥胖在全球的流行肥胖在全球的流行u截止到截止到2008年年, 全球成人中全球成人中 14.6亿亿超重超重(BMI 25 kg/m2) 5.02亿亿肥胖肥胖(BMI30 kg/m2) 约约1.70亿亿儿童儿童(18 岁岁)超重或肥胖超重或肥胖Finucane MM, et al. Lancet 2011; 377: 55767.Mendez MA, et al. Am J Clin Nutr 2005; 81: 71421.中国肥胖患病率中国肥胖患病率2002年全国居民营养与健康状况调查年全国居民营养与健康状况调查武阳丰等；中华预防医学杂志2005

2、年9 月第39卷第5 期患病率患病率 （%）WHO标准中国人肥胖及糖尿病特点中国人肥胖及糖尿病特点腹型肥胖为主腹型肥胖为主相同相同BMI,内脏脂肪含量更多内脏脂肪含量更多易并发易并发2型糖尿病及型糖尿病及心脑血管病心脑血管病苹果型苹果型3-AR3-AR和瘦素等脂肪因子和瘦素等脂肪因子脂肪酸代谢调控的关键酶脂肪酸代谢调控的关键酶目前糖尿病肥胖研究领域两大重要靶点目前糖尿病肥胖研究领域两大重要靶点临床研究临床研究在人群水平上，探讨在人群水平上，探讨3-AR3-AR基因型及脂肪因基因型及脂肪因子水平在汉族人群肥子水平在汉族人群肥胖、糖尿病及血管并胖、糖尿病及血管并发症中的作用与影响发症中的作用与影响

3、因素并进行干预研究因素并进行干预研究动物研究动物研究 在动物模型水平，探在动物模型水平，探讨重组瘦素对糖尿病讨重组瘦素对糖尿病大鼠的糖脂代谢及胰大鼠的糖脂代谢及胰岛素抵抗的影响岛素抵抗的影响组织及细胞研究组织及细胞研究利用人体脂肪组织及利用人体脂肪组织及脂质沉积的细胞模型，脂质沉积的细胞模型，对异常脂质沉积的机对异常脂质沉积的机制及干预进行探讨制及干预进行探讨研究思路研究思路问题一问题一 3 3肾上腺素能受体肾上腺素能受体在糖尿病肥胖中的作用如何在糖尿病肥胖中的作用如何33肾上腺素能受体（肾上腺素能受体（3-AR3-AR）33肾上腺素能受体是肾上腺素能受体家族中的一员肾上腺素能受体是肾上腺素能

4、受体家族中的一员主要分布于脂肪组织主要分布于脂肪组织, , 在机体能量和脂肪恒定调控中起重要作用在机体能量和脂肪恒定调控中起重要作用非颤栗产热作用非颤栗产热作用促进脂肪分解促进脂肪分解3-AR3-AR棕色脂肪棕色脂肪白色脂肪白色脂肪33肾上腺素能受体活性的降低肾上腺素能受体活性的降低糖尿病肥胖的发生糖尿病肥胖的发生 3-AR3-AR基因突变是否与糖尿病肥胖的发生相关基因突变是否与糖尿病肥胖的发生相关 肥胖及非肥胖的肥胖及非肥胖的糖尿病和对照人群糖尿病和对照人群体重指数，腰围体重指数，腰围腰臀比，体脂分析腰臀比，体脂分析ELISAELISA法检测法检测脂肪因子水平脂肪因子水平血糖血脂血糖血脂糖化

5、血红蛋白糖化血红蛋白胰岛素，胰岛素，计算计算HOMAHOMA指数等指数等PCRPCRRFLPRFLP法法检测基因型，分析检测基因型，分析等位基因频率等位基因频率统计分析统计分析3-AR3-AR基因型与肥胖，糖尿病基因型与肥胖，糖尿病及血管并发症的关系，并探讨临床相关及血管并发症的关系，并探讨临床相关影响因素影响因素3-AR3-AR基因多态性基因多态性在肥胖、糖尿病及血管并发症中的作用在肥胖、糖尿病及血管并发症中的作用汉族人群汉族人群3-AR3-AR基因基因Arg64Arg64多态等位频率明显高于白种人多态等位频率明显高于白种人 等等位位频频率率0.000.000.020.020.040.040

6、.060.060.080.080.100.100.120.120.140.140.160.160.180.180.200.20美国美国芬兰芬兰中国中国3-AR3-AR基因分布特征基因分布特征2 2型糖尿病型糖尿病3-AR3-AR基因基因Arg64Arg64变异携带者变异携带者胰岛素抵抗状态更明显，体重指数更大，特别是腹型肥胖明显胰岛素抵抗状态更明显，体重指数更大，特别是腹型肥胖明显项目项目Trp/TrpTrp/ArgWHR0.870.020.900.03BMI(kg/m2)24.142.0725.892.27HOMA-IR1.420.261.610.23 肥胖患者肥胖患者3-AR3-AR基因基

7、因Arg64Arg64等位基因频率较体重正常者明显升高等位基因频率较体重正常者明显升高21.5421.54 VS 11.26 VS 11.263-AR3-AR与与T2DMT2DM和肥胖关系和肥胖关系3-AR3-AR与血管并发症的关系与血管并发症的关系3-AR3-AR基因基因Arg64Arg64变异携带者更易发生糖尿病肾病变异携带者更易发生糖尿病肾病组别组别例数例数基因基因型型(%)(%)等位基因频率等位基因频率(%)(%)Trp64/Trp64 Trp64/Arg64 Trp64/Arg64 Trp64 Arg64 Normal 组组 54 37（0.685） 17（0.315） 0 84.3

8、 15.7DM组组 180 123（0.683） 53（0.295） 4（0.022） 83.1 16.9DMN组组 50 39（0.780） 10（0.200） 1（0.020） 88.0 12.0DN组组 52 26（0.500） 24（0.462） 2（0.038） 73.1 26.9DR组组 47 37（0.787） 9（0.192） 1（0.021） 88.3 11.7DPN组组 31 21（0.677） 10（0.323） 0 83.9 16.1 DNDN组与组与NormalNormal组比较，组比较， DNDN组与组与DMNDMN组比较，组比较，P0.05P0.05 DMNDMN

9、：糖尿病无血管并发症；：糖尿病无血管并发症；DNDN：糖尿病肾病；：糖尿病肾病；DRDR：糖尿病视网膜病变；：糖尿病视网膜病变；DPNDPN：糖尿病神经病变：糖尿病神经病变小结一小结一u3-AR3-AR基因多态性与肥胖、尤其是腹型肥胖以及基因多态性与肥胖、尤其是腹型肥胖以及胰岛素抵抗相关，可能促进肥胖和胰岛素抵抗相关，可能促进肥胖和2 2型糖尿病的发型糖尿病的发生和发展生和发展u33肾上腺素能受体是潜在的抗肥胖症和抗糖尿病肾上腺素能受体是潜在的抗肥胖症和抗糖尿病的理想靶点。的理想靶点。问题二问题二 瘦素瘦素与糖尿病肥胖的关系如何与糖尿病肥胖的关系如何瘦素瘦素 近近1010余年最重要的脂肪因子之

10、一余年最重要的脂肪因子之一抑制食欲抑制食欲增加能量消耗增加能量消耗影响脂肪合成影响脂肪合成瘦素瘦素脂肪和体重调节脂肪和体重调节调节摄食调节摄食细胞细胞: :胰岛素分泌胰岛素分泌肝脏肝脏: : 肝糖输出肝糖输出胃胃: : 调节胃排空调节胃排空骨骼肌骨骼肌: : 葡萄糖摄取葡萄糖摄取脂肪：脂肪：脂解作用脂解作用大鼠糖尿病模型大鼠糖尿病模型给予重组瘦素给予重组瘦素血糖血脂等代谢血糖血脂等代谢指标，胰岛素等激指标，胰岛素等激素水平素水平肥胖及非肥胖的肥胖及非肥胖的糖尿病和对照人群糖尿病和对照人群体重指数，腰围体重指数，腰围腰臀比，体脂分析腰臀比，体脂分析ELISAELISA法检测法检测血清瘦素水平血清

11、瘦素水平血糖血脂血糖血脂糖化血红蛋白糖化血红蛋白胰岛素，胰岛素，计算计算HOMAHOMA指数等指数等统计分析血清瘦素水统计分析血清瘦素水平与肥胖，糖尿病及血管并发症的平与肥胖，糖尿病及血管并发症的关系，并探讨临床相关影响因素关系，并探讨临床相关影响因素饮食运动干预饮食运动干预瘦素瘦素在肥胖、糖尿病及血管并发症中的作用及干预研究在肥胖、糖尿病及血管并发症中的作用及干预研究 体脂含量越高，腰围越大，胰岛素水平越高，体脂含量越高，腰围越大，胰岛素水平越高，瘦素水平越高。瘦素水平越高。BetaBSEBp值值%Body Fat0.2560.3780.1610.021Sex0.60712.0172.038

12、0.0001FINS0.1510.2030.0650.002Waist0.2150.2690.0950.005多元逐步回归分析多元逐步回归分析瘦素与瘦素与T2DMT2DM和肥胖的关系和肥胖的关系血清瘦素水平与血清瘦素水平与DMDM血管并发症的关系血管并发症的关系 2 2型糖尿病患者有血管并发症者血清瘦素水平型糖尿病患者有血管并发症者血清瘦素水平显著高于无血管并发症组者显著高于无血管并发症组者0 05 51010151520202525血管并发症（血管并发症（+ +） 血管并发症血管并发症（- -） 肥胖组肥胖组非肥胖组非肥胖组* * * *血清瘦素血清瘦素单纯性肥胖患者饮食控制加适当运动可有效

13、降单纯性肥胖患者饮食控制加适当运动可有效降低体重和腰围，改善胰岛素抵抗及瘦素抵抗低体重和腰围，改善胰岛素抵抗及瘦素抵抗饮食运动干预对胰岛素瘦素抵抗的影响饮食运动干预对胰岛素瘦素抵抗的影响N=216N=216例例重组瘦素治疗对糖尿病大鼠的影响重组瘦素治疗对糖尿病大鼠的影响瘦素可影响瘦素可影响STZSTZ大鼠的血糖大鼠的血糖, , 摄食，体重及胰岛素敏感性摄食，体重及胰岛素敏感性小结二小结二瘦素抵抗参与肥胖瘦素抵抗参与肥胖,2,2型糖尿病及其并型糖尿病及其并发症的发生和发展，与胰岛素抵抗相发症的发生和发展，与胰岛素抵抗相互关联互关联改善瘦素抵抗必将为肥胖症和糖尿病改善瘦素抵抗必将为肥胖症和糖尿病的

14、治疗提供新的手段和新思路的治疗提供新的手段和新思路, ,具有具有广阔的前景。广阔的前景。 问题三问题三脂质沉积的分子机制如何脂质沉积的分子机制如何游离脂肪酸代谢在其中作用如游离脂肪酸代谢在其中作用如何何细胞内脂质沉积与肥胖细胞内脂质沉积与肥胖异位脂质沉积在糖尿病肥胖的发生发展中起关键作用异位脂质沉积在糖尿病肥胖的发生发展中起关键作用高游离脂肪酸作为脂肪代谢的枢纽是其中的高游离脂肪酸作为脂肪代谢的枢纽是其中的始动因素始动因素，然而当游离脂，然而当游离脂肪酸浓度过高时，过量的游离脂肪酸导致脂肪酸代谢紊乱，异位脂质肪酸浓度过高时，过量的游离脂肪酸导致脂肪酸代谢紊乱，异位脂质沉积发生。沉积发生。过量游

15、离脂肪酸过量游离脂肪酸细胞膜细胞膜游离脂肪酸摄取游离脂肪酸摄取FAFA酰基辅酶酰基辅酶A A 氧化氧化CPT-1CPT-1甘油二酯甘油二酯DGATDGAT甘油三酯合成甘油三酯合成 FABP4FABP4细胞内脂质沉积细胞内脂质沉积肥胖及糖尿病肥胖及糖尿病游离脂肪酸代谢与细胞内脂质沉积游离脂肪酸代谢与细胞内脂质沉积 FABP4FABP4：脂肪酸结合蛋白脂肪酸结合蛋白4 4DGATDGAT： 二酯酰甘油酰基转移酶二酯酰甘油酰基转移酶CPT1CPT1：肉毒碱棕榈酰转移酶肉毒碱棕榈酰转移酶人皮下及内脏人皮下及内脏脂肪组织脂肪组织 微小样本同位素微小样本同位素标记测定局部脂肪标记测定局部脂肪FFAFFA吸

16、收与释放能力吸收与释放能力 底物标记法，底物标记法，RT-PCRRT-PCR及及Western BlotWestern Blot测定测定 脂肪代谢酶活性及相关脂肪代谢酶活性及相关蛋白水平蛋白水平游离脂肪酸代谢通路及脂质沉积机制研究游离脂肪酸代谢通路及脂质沉积机制研究 组织水平组织水平细胞内脂质沉积的关键：甘油三细胞内脂质沉积的关键：甘油三酯合成酯合成二脂酰甘油酰基转移酶二脂酰甘油酰基转移酶(DGAT)(DGAT)是是催化甘油三酯合成的最后一步限催化甘油三酯合成的最后一步限速酶速酶活性如何调节？活性如何调节？DGATDGAT在不同部位脂肪组织的活性在不同部位脂肪组织的活性*网膜脂肪的二脂酰甘油酰

17、基转移酶网膜脂肪的二脂酰甘油酰基转移酶(DGAT)(DGAT)活性更高活性更高网膜脂肪网膜脂肪皮下脂肪皮下脂肪 二脂酰甘油酰基转移酶二脂酰甘油酰基转移酶(DGAT)(DGAT)是催化甘油三酯合成的最是催化甘油三酯合成的最后一步限速酶。后一步限速酶。游离脂肪酸代谢通路及脂质沉积干预研究游离脂肪酸代谢通路及脂质沉积干预研究 棕榈酸及棕榈酸及二甲双胍干预二甲双胍干预构建巨噬细胞构建巨噬细胞脂质沉积模型脂质沉积模型 观察观察FOXO1-FOXO1-脂肪酸脂肪酸结合蛋白结合蛋白4 4信号通路信号通路作用作用细胞水平细胞水平细胞内脂质沉积第一关：细胞内脂质沉积第一关：游离游离脂肪酸摄取脂肪酸摄取该过程主要

18、由游离脂肪酸结合该过程主要由游离脂肪酸结合蛋白蛋白4(FABP4)4(FABP4)介导，介导，该蛋白如该蛋白如何调节何调节? ?细胞内脂质沉积细胞内脂质沉积如何减少如何减少？-250棕榈酸棕榈酸 (0.1 mM)二甲双胍二甲双胍 (uM)500-+-+100+二甲双胍对细胞内脂质沉积的影响二甲双胍对细胞内脂质沉积的影响细胞水平细胞水平Why？ 棕榈酸显著棕榈酸显著增加细胞内增加细胞内脂质沉积脂质沉积 二甲双胍降低棕榈酸所二甲双胍降低棕榈酸所致的细胞内脂质沉积，致的细胞内脂质沉积，且呈剂量依赖性且呈剂量依赖性+-+棕榈酸棕榈酸(0.1 mM) -FABP4 siRNA(100nM) -+作为介导

19、游离脂肪酸摄取的关键酶，脂肪酸结合蛋白作为介导游离脂肪酸摄取的关键酶，脂肪酸结合蛋白4 4是否参与高游离脂肪酸所致的细胞内脂质沉积是否参与高游离脂肪酸所致的细胞内脂质沉积 ？细胞水平细胞水平脂肪酸结合蛋白脂肪酸结合蛋白4 4对细胞脂质沉积的影响对细胞脂质沉积的影响采用采用siRNAsiRNA干扰技术沉默干扰技术沉默FABP4FABP4基因，基因，结果发现无论在基础状态还是高游离脂肪酸下，结果发现无论在基础状态还是高游离脂肪酸下，FABP4FABP4基因沉默基因沉默能减少细胞内脂质沉积。能减少细胞内脂质沉积。提示：脂肪酸结合蛋白提示：脂肪酸结合蛋白4 4参与高游离脂肪酸所致细胞参与高游离脂肪酸所

20、致细胞内脂质沉积的调节内脂质沉积的调节基础状态基础状态高游离脂肪酸状态高游离脂肪酸状态Met (uM)PA (0.1 mM)+-+100250500050100150200250FABP4 mRNA(% of Control)*300RT-PCRRT-PCR结果显示二甲双胍在转录水平调节脂肪酸结合蛋白结果显示二甲双胍在转录水平调节脂肪酸结合蛋白4 4的表达的表达 二甲双胍对脂肪酸结合蛋白二甲双胍对脂肪酸结合蛋白4 4的调节作用的调节作用基因转录水平基因转录水平v 目前研究表明参与脂肪酸代谢调控的转录因目前研究表明参与脂肪酸代谢调控的转录因子非常多，叉头状转录因子子非常多，叉头状转录因子O1O1

21、（forkhead forkhead transcription factor O1,transcription factor O1,FoxO1FoxO1）作为）作为FoxFox蛋蛋白家族中的一员，常表达于肝脏，脂肪，骨骼白家族中的一员，常表达于肝脏，脂肪，骨骼肌等糖脂代谢活跃的器官。肌等糖脂代谢活跃的器官。vFoxO1FoxO1可参与多种脂代谢相关酶的调节，如脂蛋可参与多种脂代谢相关酶的调节，如脂蛋白脂肪酶（白脂肪酶（LPLLPL）等，可能是肥胖与糖尿病发病）等，可能是肥胖与糖尿病发病的联系纽带。的联系纽带。 野生型野生型 负显性型负显性型-持续激活型持续激活型Foxo1 质粒质粒DNAFA

22、BP4-actinAFABP4-actinFoxo1 siRNA(100nM) 棕榈酸棕榈酸 (0.1 mM)-+-+-+B转录因子转录因子FOXO1FOXO1是否参与二甲双胍对脂肪酸结合蛋白是否参与二甲双胍对脂肪酸结合蛋白4 4表达的调节？表达的调节？ DNADNA转染基因过表达转染基因过表达 siRNAsiRNA基因沉默基因沉默 FOXO1FOXO1对脂肪酸结合蛋白对脂肪酸结合蛋白4 4的调节作用的调节作用我们采用我们采用FOXO1FOXO1质粒质粒DNADNA过表达过表达FABP4FABP4基因，发现基因，发现野生型野生型和和持续持续激活型激活型显著增加显著增加FABP4FABP4的表达

23、，的表达，而而负显性型负显性型显著降低其表达显著降低其表达采用采用siRNAsiRNA沉默沉默FOXO1FOXO1，发现，发现FOXO1siRNAFOXO1siRNA可降低可降低FABP4FABP4的表的表达，同时逆转棕榈酸所致的达，同时逆转棕榈酸所致的FABP4FABP4表达的升高表达的升高提示：转录因子提示：转录因子FOXO1FOXO1参与了二甲双胍对脂肪酸结合蛋白参与了二甲双胍对脂肪酸结合蛋白4 4表达调节表达调节 棕榈酸棕榈酸 (0.1 mM)-二甲双胍二甲双胍 (250uM)DAPI核染色核染色FOXO1染色染色合并合并+-+二甲双胍通过二甲双胍通过促进转录因子促进转录因子FOXO1

24、FOXO1核外排核外排，降低其转录，降低其转录活性，而抑制活性，而抑制脂肪酸结合蛋脂肪酸结合蛋白白4 4的转录的转录二甲双胍对二甲双胍对FOXO1FOXO1转录活性的影响转录活性的影响基础状态基础状态高游离脂肪酸状态高游离脂肪酸状态Foxo REB脂肪酸结合蛋白脂肪酸结合蛋白4Foxo1 脂肪酸结合蛋白脂肪酸结合蛋白4细胞内脂质沉积细胞内脂质沉积二甲双胍二甲双胍二甲双胍抑制细胞内脂质沉积信号通路图二甲双胍抑制细胞内脂质沉积信号通路图二甲双胍可通过二甲双胍可通过促进促进FOXO1FOXO1核外排，核外排，抑制其转录活性抑制其转录活性进而抑制游离脂进而抑制游离脂肪酸结合蛋白肪酸结合蛋白4 4的的表

25、达，减少游离表达，减少游离脂肪酸摄取，进脂肪酸摄取，进而减少细胞内脂而减少细胞内脂质沉积。质沉积。游离脂肪酸代谢通路及脂质沉积干预研究游离脂肪酸代谢通路及脂质沉积干预研究 棕榈酸及棕榈酸及AMPKAMPK激动剂干预激动剂干预构建巨噬细胞构建巨噬细胞脂质沉积模型脂质沉积模型 观察观察AMPK-CPT1AMPK-CPT1通路通路对细胞内脂质沉积的影响对细胞内脂质沉积的影响细胞水平细胞水平脂肪酸脂肪酸氧化调控关键位点：氧化调控关键位点：肉毒碱棕榈酰转移酶肉毒碱棕榈酰转移酶( (CPT-1CPT-1) )CPT-1CPT-1在在细胞内脂质沉积中的作细胞内脂质沉积中的作用如何？用如何？脂肪酸氧化与细胞内

26、脂质沉积脂肪酸氧化与细胞内脂质沉积 0uM 25uM50uM 100uM200uM棕榈酸棕榈酸(uM)Palmitic acid (PA)02550100200C16H32O2 -actinCPT-1 棕榈酸显著增加细胞内脂质沉积棕榈酸显著增加细胞内脂质沉积结果结果: :棕榈酸抑制肉毒碱棕榈酰转移酶（棕榈酸抑制肉毒碱棕榈酰转移酶（CPT-1CPT-1）的表达）的表达提示提示: :棕榈酸可能通过抑制脂肪酸氧化增加细胞内脂质沉积棕榈酸可能通过抑制脂肪酸氧化增加细胞内脂质沉积棕榈酸棕榈酸脂肪酸脂肪酸氧氧化限速酶化限速酶CPT-1CPT-1的表达的表达如何变化如何变化 ？蛋白水平蛋白水平腺苷酸活化蛋白

27、激酶腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)(AMPK)与细胞内脂质沉积与细胞内脂质沉积uAMPK-AMPK-细胞内细胞内“代谢感受器代谢感受器”u参与细胞代谢多过程参与细胞代谢多过程脂肪酸氧化脂肪酸氧化葡萄糖转运葡萄糖转运甘油三脂合成甘油三脂合成脂脂 解解神经酰胺合成神经酰胺合成氧化应激氧化应激线粒体线粒体功能失调功能失调NF-KBNF-KB激活激活线粒体线粒体氧化酶氧化酶 已证实已证实AMPKAMPK可通过促进可通过促进下游乙酰辅下游乙酰辅酶酶A A羧化酶羧化酶（ACCACC）失活）失活增加增加CPT-1CPT-1表表达达脂肪酸氧化脂肪酸氧化脂质沉积脂质沉积肥胖肥胖AMPKAMPK能否通能否通过增加过增加CPT1CPT1表达，促进表达，促进