转录因子ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响

转录因子ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响第一页，共61页。4.影响ChREBP基因表达的因素3.ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响2.ChREBP的概述1.前言主要内容5.结语与展望6.参考文献第二页，共61页。符号说明中文名称英文缩写碳水化合物反应元件结合蛋白（结合蛋白）ChREBP肝脏丙酮酸激酶LPK乙酰辅酶A羧化酶ACC脂肪酸合成酶FAS6磷酸葡萄糖G6P碳水化合物反应元件ChRE碱性螺旋环螺旋亮氨酸锌指结构bHLH-Zip葡萄糖激酶GK第三页，共61页。中文名称英文缩写葡萄糖6磷酸酶G6Pase6磷酸葡萄糖G6P一磷化腺苷酸激活蛋白激酶AMPK蛋白磷酸激酶2APP2A环腺苷酸依赖蛋白激酶PKA5-磷酸木酮糖Xu-5-PMax样蛋白XMlx烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH第四页，共61页。一、前言随着人们生活水平的日益提高，饮食结构也发生了很大的变化，过量高脂高糖的食物被食用，从而引起高血糖、高血脂、脂肪肝及糖尿病等代谢疾病，而这些疾病都与转录因子ChREBP密切相关。肥肝脂肪沉积第五页，共61页。二、ChREBP的概述第六页，共61页。1997年Towle等在大鼠原代培养的肝细胞中发现：在高浓度葡萄糖处理后，ACC、FAS基因mRNA表达量显著提高1999年Hasegawa等在大鼠肝细胞中发现了一种新的转录因子，其活性在高糖和高脂处理下而不同，当时将它称为葡萄糖反应元件结合蛋白(GRBP)2001年Cairo等研究发现：WBSCRI4与Mlx形成异二聚体连结到CACGTG序列上，Mlx即具有转录活性2001年Yamashita等在大鼠肝细胞中发现了一种与CACGTG序列结合的蛋白质，与WBSCRI4蛋白氨基酸序列进行比对，发现两者吻合，后将其命名为碳水化合物反应元件结合蛋白(ChREBP)2.1ChREBP的发现第七页，共61页。2.2ChREBP的结构ChREBP属于碱性螺旋-环-螺旋-亮氨酸锌指（bHLH-ZIP)转录因子中的Mondo家族蛋白质AA组成相对分子量小鼠86494800大鼠86594861人83691362鸡895102000鹅31435618Luis等,2000Yamashita等,2001Cairo等,2001,Monkia等，2008唐慧2010Ma等，2007第八页，共61页。含6个结构域：NES、NLS、GSM、Pro-rich、

b/HLH/Zip

、Zip-likeYamashita等，2001Uyeda等，2006Postic等,2007Fukasawa等，20094个磷酸化位点：Ser-196、Ser-626、Thr-666为PKA的磷酸化位点Ser568为AMPK的潜在磷酸化位点第九页，共61页。LID:低葡萄糖抑制结构域GRACE:葡萄糖敏感激活保守元件Li等，2006第十页，共61页。2.3组织表达特异性ChREBP几乎在哺乳动物的所有组织中普遍表达，其mRNA在胚胎期小鼠的肝脏组织中首次检测到Cairo等，2001Iizuka等，2004RNA分布小鼠肝脏、小肠、骨骼肌等大鼠肝脏、心脏、骨骼肌等人肝脏、脂肪组织、肌肉等鹅肝脏、腹脂、皮脂等鸡肝脏、十二指肠、胰腺等Yamashita等,2001Cairo等,2001,lizuka等,2004Monkia等，2008唐慧2010第十一页，共61页。在肝脏和胰腺中，可作为脂肪合成基因的转录调节因子Wang等2002Postic等，2007在脂肪组织中，可作为脂肪细胞分化的一个调控因子在大脑中可能与食欲控制有关，也可能与调控葡萄糖传感神经元有关Gallardo等，2007Iizuka等，2004第十二页，共61页。三、ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响第十三页，共61页。脂肪合成部位人：主要在肝脏猪和反刍动物：主要在脂肪组织禽：完全在肝脏鼠、兔：肝脏和脂肪组织都可以脂肪合成的原料从头合成：糖和氨基酸转变生成的脂肪酸食物中：消化吸收的外源性脂肪酸脂肪组织：动员来的脂肪酸第十四页，共61页。多余的碳水化合物甘油三酯脂肪从头合成途径外周组织碳水化合物代谢脂质代谢核心调控场所第十五页，共61页。Postic等，2007第十六页，共61页。关键酶：LPK、G6PDH、ACC、FASIyned等，1997，Granner，1990Katsurada，1990共同点：启动子上都含有ChRE，ChREBP能够与其结合，从而调控其转录活性第十七页，共61页。Iizuka，2004与野生型小鼠相比：ChREBP敲除型小鼠LPK、G6PDH、ACC、FAS基因mRNA水平明显降低以野生型小鼠各基因的表达量为1，其相对值第十八页，共61页。Iizuka，2004肝脏重量增加，附睾脂肪、褐色脂肪重量下降肝糖原沉积显著增加，甘油三酯合成量明显降低第十九页，共61页。LPKACCFAS野生型小鼠在高浓度葡萄糖下肝细胞LPK、ACC、FAS基因mRNA水平显著高于低浓度Ishii等，2004而ChREBP基因敲除小鼠肝细胞中mRNA水平变化较小第二十页，共61页。Iizuka等，2006体重明显下降，附睾脂肪、褐色脂肪重量显著下降肝脏甘油三酯合成量、血浆中游离脂肪酸量显著下降在肥胖型小鼠中敲除ChREBP基因能够明显改善肥胖注：（野生型体重18±0.7g）第二十一页，共61页。糖原甘油三酯6磷酸葡萄糖丙酮酸LPKACCFASChREBP缺失Iizuka，2004Ishii等，2004葡萄糖第二十二页，共61页。

研究表明：ChREBP在发挥功能时，是以二聚体的形式结合到靶基因启动子区的ChRE序列上，但ChREBP自身并不二聚体化或结合到ChRE形成二聚体

Meroni等，2000Stoeckman等，2004Mlx自身不具有调控靶基因的转录活性功能伴侣第二十三页，共61页。ChREBP还可能与其它辅助因子共同作用,以精确调节靶基因的转录在肝细胞,HNF24A和ChREBP之间有直接的相互作用在肝细胞中：c-Myc在ChREBP介导的葡萄糖应答基因调节过程中发挥重要作用Zhang等，2010Adamson等，2006第二十四页，共61页。四影响ChREBP基因表达的因素第二十五页，共61页。影响ChREBP基因表达的因素包括营养、激素、药物等。ChREBP（GREBP）

在高糖饮食情况下活化，高脂饮食情况下表达受抑甲状腺激素、胰岛素对ChREBP的表达进行正调控，胰高血糖素进行负调控另外，一些药物也对ChREBP的表达有影响：曲格列酮（治疗糖尿病）：上调ChREBP的表达阿托伐他汀（治疗高甘油三酯症）：下调ChREBP的表达Kawaguchi等，2002

Hasegawa等

，1999He等，2004Rodrigue等，2009第二十六页，共61页。活性调节主要发生在两个水平上：①从细胞质向细胞核的转移②DNA结合/转录活性的激活ChREBP促进靶基因的转录需在细胞核中才能完成，因此其必须进入到细胞核中Wang等，2002第二十七页，共61页。葡萄糖在体内和体外均能诱导肝脏ChREBP基因的表达葡萄糖对ChREBP基因表达进行正向调控

4.1葡萄糖年份作者试验对象结果2002年Kawaguchi等大鼠及原代培养肝细胞高浓度葡萄糖处理后，ChREBP从细胞质向细胞核转移2004年Dentin等小鼠及原代培养肝细胞）高糖处理后，肝细胞核内的ChREBP表达量显著升高，活性增加2010唐慧鹅原代陪肝细胞发现在高葡萄糖浓度处理下：ChREBP的表达量极显著提高2011吕刚肉鸭限饲后强饲玉米，ChREBP的表达量增加第二十八页，共61页。时间效应：2h内启动，一直增长到12h浓度效应：从5mM开始，在27.5mM达到稳定期Li等，2006第二十九页，共61页。在葡萄糖的调控过程中，是葡萄糖代谢产物而非葡萄糖本身起作用Doiron等，19966-磷酸葡萄糖（G6P

）是第一个被认为的关键调控因子。研究表明：G6P在大鼠脂肪合成途径起信号作用利用GK基因敲除小鼠模型证实，GK的催化产物G6P在ChREBP（GREBP)的活化及核内转移中发挥重要作用Postic等,1999Foufelle等，1992当时关于G6P的作用机制尚不清楚第三十页，共61页。在大鼠肝细胞中，排尽其内源代谢物，然后在不同条件下培养。Kabashima等，2001结果发现：在Xu5P培养下，ChREBP的相对活性最高第三十一页，共61页。Kawaguchi等，2002postic等，2007去磷酸化途径：X5P激活PP2A，使ChREBP在细胞质和细胞核中去磷磷化，从而与靶基因结合，并激活其转录。第二个关键调控因子：X5P第三十二页，共61页。在小鼠中研究发现：无论是在低葡萄糖浓度下还是在高葡萄糖浓度下，绝大多数肝细胞中的ChREBP仍停留在细胞质。但在高浓度条件下：ChREBP的转移速率约是低葡萄糖浓度的3倍。推测葡萄糖激活ChREBP，可能与提高转核速率密切相关Davies，200896%78%第三十三页，共61页。70%通过在肝细胞中过表达一种抗原，抑制PP2A的活性Dentin，2012第三十四页，共61页。G6P磷酸戊糖途径：X5PG6PDH限速酶Dentin，2012第三十五页，共61页。使用腺病毒诱导G6PDH活性提高了10倍G6P浓度降低60%X5P浓度升高20%40%60%Dentin，2012第三十六页，共61页。使用siRNA干扰G6PDH活性降低约10倍G6P浓度提高30%X5P浓度降低20%25%25%Dentin，2012第三十七页，共61页。Dentin，2012研究表明：G6P而非Xu5P是ChREBP核转移和转录活性激活所必需的第三十八页，共61页。

G6P可能依赖GSM元件Li等，2006构建S196/T665位点突变-ChREBP的融合蛋白活性更高斑鳌酸抑制PP2A后，并没有显著影响ChREBP的活性第三十九页，共61页。低葡萄糖浓度下：LID抑制GRECE的活性高浓度葡萄糖下：GRECE抑制LID的活性Li等，2006第四十页，共61页。进一步研究表明LID区域的MCR2保守序列与GRACE区域的MCR5保守序列协同调控ChREBP的活性属于一种分子内部调节机制，并不依赖于ChREBP的核定位和DNA的结合活性Davies等，2008第四十一页，共61页。推测：G6P可能通过GSM调节ChREBPG6PDentin，2012LIDGRACEChREBPGlucose?第四十二页，共61页。Arden等，2012研究表明：葡萄糖诱导ChREBP的活性需要2,6二磷酸果糖葡萄糖调控ChREBP的活性可能涉及多种代谢产物参与的综合过程第四十三页，共61页。年份作者试验动物研究方式试验结果1992年Foufelle等大鼠体内饲喂饱和脂肪酸（C8:0，C10:0）对肝脏ACC、FAS无抑制作用1994年Jump等大鼠体内饲喂、体外培养肝细胞单不饱和脂肪酸(C18:1）对肝脏FAS，GK无抑制作用2002年Kawaguchi等大鼠体外培养肝细胞饱和脂肪酸（C2:0，C8:0，C16:0)对肝脏ChREBP具有抑制作用2005Dentin等小鼠体内饲喂、体外培养肝细胞只有多不饱和脂肪酸（C18:0，C20:5,C22:6）对肝脏ChREBP具有抑制作用,（C18:0,18:1无抑制）4.2脂肪酸脂肪酸对ChREBP基因表达进行负向调控第四十四页，共61页。Kawaguchi等，2002LPK的转录活性降低了75%左右在原代培养的肝细胞中添加：乙酸（C2:0）、辛酸（C8:0）、棕榈酸（C16:0）第四十五页，共61页。Kawaguchi等，2002AMP的浓度增加了约30倍ATP浓度无明显变化第四十六页，共61页。Kawaguchi等，2002AMPK活性显著提高，ChREBP的DNA结合性明显降低第四十七页，共61页。AMPKChREBPPSer568ChRE细胞核AMP激活AMPK的活性，能够使核内经PP2A去磷酸化的ChREBP在Ser568磷酸化，导致与DNA结合性降低Kawaguchi等，2002第四十八页，共61页。研究发现：PUFA不能调节肝脏中AMPK的磷酸化Xu等，2006

Dobrzyn等，2004通过AMPK基因敲除小鼠试验证实：PUFA抑制ChREBP从细胞质到细胞核的转移并不依赖于AMPKDentin等，2005研究报道称PUFA也能够调节大鼠肝脏中AMPK磷酸化Suchankova等，2005第四十九页，共61页。在禁食24h小鼠中：高碳水化合物饲喂处理高碳水化合物+饱和脂肪酸饲喂处理高碳水化合物+多不饱和脂肪酸饲喂处理Dentin等，2005第五十页，共61页。Dentin等，2005细胞质提取物中的ChREBP蛋白水平并未显著变化细胞核提取物中的ChREBP蛋白水平显著降低第五十一页，共61页。50%50%第五十二页，共61页。Dentin等，2005Postic等，2007而饱和脂肪酸及单不饱和脂肪酸无此效应，并不依赖于AMPK的磷酸化作用葡萄糖6磷酸葡萄糖5磷酸木酮糖ChREBPGKG6PDH阻碍细胞核PUFA第五十三页，共61页。给小鼠饲喂含PUFA的食物（鱼油、橄榄油）不会抑制ChREBP的核丰度，但能抑制Mlx的核丰度Xu等，2006因此Mlx可能会作为PUFA调控的一个靶点，通过抑制MIx核丰度来抑制ChREBP的活性过表达Mlx，解除了PUFA对ChREBP的抑制作用第五十四页，共61页。小结葡萄糖对ChREBP进行正向调节，涉及多种代谢产物的参与脂肪酸对ChREBP进行负调节，多不饱和脂肪酸与非多不饱和脂肪酸存在不同的机制第五十五页，共61页。五结语与展望第五十六页，共61页。结语ChREBP是一个重要的转录因子，具有组织表达特异性，尤以肝脏中表达量最高在肝脏中，ChREBP激活后能够促进葡萄糖向脂肪酸的转化活性受营养、激素及药物的调节：葡萄糖促进其基因的表达，而脂肪酸则抑制基因表达第五十七页，共61页。展望：关于葡萄糖及脂肪酸对ChREBP活性的精确调节机制还需更进一步的研究论证。目前在肝脏组织中研究较多，在其他组织的功能和作用机理还有待深入研究ChREBP在肝脏中的作用机理可以为在治疗糖代谢和脂肪代谢等综合疾病方面提供一些新的靶点，也可为动物生产中脂肪沉积提供指导。第五十八页，共61页。六、部分参考文献Fabiennefoufelle,Dominiqueperdereau,Bettygouhotetal.Effectofdietsrichinmedium-chainandlong-chaintriglyceridesonlipogenic-enzymegeneexpressioninliverandadiposetissueoftheweanedrat[J].Eur.J.Biochcm.1992208,381-387.DonaldB.Jump,'StevenD.Clarke:AnnetteThelenetal.Coordinateregulationofglycolyticandlipogenicgeneexpressionbypolyunsaturatedfattyacids[J].J.LipidRes.1994.35:1076-1084.Prip-BuusC,PerdereauD,FoufelleF,etal.Inductionoffatty-acid-synthasegeneexpressionbyglucoseInprimarycultureofrathepatocytes:dependencyuponglucoknaseactivity[J].JBiolche.1995,:230:309-315RenaudDentin,Pierre-DamienDenechaud,FadilaBenhamed,etal.HepaticGeneRegulationbyGlucoseandPolyunsaturatedFattyAcids:ARoleforChREBP[J].TheJournalofNutrition,2006,18:1145-1149DecauxJF,MarcillatO,PichardAL,etal.Glucose-dependentand-independenteffectofinsulinongeneexpression[J].JBiolChem.1991,266:3432–3438.J.Girard,P.Ferré,F.Foufelle,MechanismsbywhichcarbohydratesRegulateexpressionofgenesforglycolyticandlipogenicenzymes[J],Annu.Rev.Nutr.1997,17:325–352.[5]H.C.Towle,E.N.Kaytor,H.M.Shih,Regulationoftheexpressionoflipogenicenzymegenesbycarbohydrate[J],Annu.Rev.Nutr.1997,17:405–433.[6]FoufelleF,FerreP.Newperspectivesintheregulationofhepaticglycolyticandlipogenicgenesbyinsulinandglucose:aroleforthetranscriptionfactorsterolregulatoryelementbindingprotein-1c[J].JBiochem.2002,366:377–391.第五十九页，共61页。HasegawaJ,OsatomiK,WuRF,etal.Anovelfactorbindingtotheglucoseresponseelementsofliverpyruvatekinaseandfattyacidsynthasegenes[J].JBiolChem,1999,274(2):1100-1107.CairoS,MerlaqUrbinatiF,etal.WBSCRI4,agenemappingtotheWilliams--Beurensyndromedeletedregion,isanewmemberoftheMlxtranscriptionfactornetwork[J].HumMolGenet,2001,10(6):617-627.YamashitaH,TakenoshitaM,SakuraiM,etal.Aglucose-responsivetranscriptionfactorthatregulatescarbohydratemetabolismintheliver[J].ProcNatlAcadSciUSA,2001,98(16):9116-9121.PosticC,DentinR,DenechaudPD,etal.ChREBP,atxanscriptionalregulatorofglucoseandlipidmetabolism[J].AnnuRevNutr,2007,27:179-192.MaL,ShamYY,Walter