mirnas在紫色脂肪細(xì)胞中的作用

在現(xiàn)代社會，由于飲食和生活方式的變化，肥胖已成為一種不可代謝疾病，由人類疾病引起的疾病數(shù)量過多。這種產(chǎn)生與攝入過量有關(guān)。肥胖往往導(dǎo)致胰島素抵抗、2型糖尿病、高血壓、高脂血癥、冠狀動脈粥樣硬化性等疾病。褐色脂肪組織是主要的產(chǎn)熱和能量消耗組織,在維持機(jī)體內(nèi)能量代謝平衡中發(fā)揮了重要作用。過去認(rèn)為褐色脂肪組織主要存在于嚙齒類動物和嬰幼兒體內(nèi),但是近年來通過氟脫氧葡萄糖-正電子發(fā)射體層攝影(PET-CT)技術(shù)證實,在成人的頸部、肩胛部、腋窩等處也存在具有活性的褐色脂肪組織。最新的研究表明,增加機(jī)體內(nèi)褐色脂肪含量可抵抗肥胖及改善相關(guān)代謝紊亂。近年來,米色脂肪細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)為能量代謝的調(diào)節(jié)提供了新的作用靶點(diǎn)和途徑。miRNA是一種廣泛存在于真核細(xì)胞中的非編碼RNA,通過調(diào)控靶基因mRNA的穩(wěn)定性和翻譯對細(xì)胞的分化、增殖、發(fā)育及凋亡等生物學(xué)過程產(chǎn)生影響。目前對褐色脂肪細(xì)胞形成及功能調(diào)節(jié)和白色脂肪米色化相關(guān)的miRNAs的研究越來越受到重視,也為治療肥胖及相關(guān)代謝紊亂提供了新的思路。本文對最近的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。1成人白色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱相關(guān)基因哺乳動物主要存在兩種脂肪組織:褐色脂肪組織和白色脂肪組織。白色脂肪組織主要分布在皮下和內(nèi)臟器官等處。白色脂肪細(xì)胞有一個大的脂滴,細(xì)胞質(zhì)中線粒體數(shù)量較少,主要以甘油三酯的形式儲存能量,同時能分泌很多的脂肪因子,如脂聯(lián)素、瘦素、抵抗素等。白色脂肪細(xì)胞的增生、肥大及異位聚集與肥胖、炎癥反應(yīng)和代謝紊亂的發(fā)生密切相關(guān)。褐色脂肪組織在成人體內(nèi)主要存在于鎖骨上、脊柱旁及腎上腺周圍,在嚙齒動物中主要存在于肩胛處。褐色脂肪組織中血管較白色脂肪組織豐富,其活性受交感神經(jīng)支配,在維持動物的體溫和產(chǎn)熱中起重要作用。褐色脂肪細(xì)胞含有很多小的脂滴,細(xì)胞質(zhì)中線粒體數(shù)量較多,線粒體內(nèi)膜上特異性高表達(dá)解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein1,UCP1)。UCP1是褐色脂肪細(xì)胞特有的功能蛋白,能消除線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的跨膜質(zhì)子濃度梯度,解除線粒體呼吸過程中電子傳遞與氧化磷酸化之間的偶聯(lián),減緩氧化磷酸化過程,阻礙ATP的產(chǎn)生,使能量以熱量的形式釋放出來,從而增加能量的消耗。除了經(jīng)典的褐色脂肪細(xì)胞與白色脂肪細(xì)胞外,近年的研究還發(fā)現(xiàn)了被稱為“米色細(xì)胞(beigecell)”的脂肪細(xì)胞,它既擁有白色及褐色脂肪細(xì)胞的特征,但又不同于兩者,既能儲存能量,又能消耗能量和產(chǎn)熱。在未受刺激情況下,這些主要位于腹股溝皮下白色脂肪組織中的米色細(xì)胞的基礎(chǔ)UCP1表達(dá)水平和線粒體呼吸活性均較低,但是在長時間的寒冷刺激、腎上腺素受體信號通路激活或者PPARγ(peroxisomeproliferatoractivatedreceptorγ)激動劑處理時可誘導(dǎo)米色化(beigering或browning),即白色脂肪細(xì)胞出現(xiàn)褐色脂肪細(xì)胞的多個小脂滴的形態(tài)特征和UCP1等產(chǎn)熱相關(guān)基因高表達(dá)的分子特征。米色脂肪細(xì)胞來源還不太清楚。Himms-Hagen等證明米色脂肪細(xì)胞可由白色脂肪細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化而來,這個轉(zhuǎn)化過程不需要白色脂肪細(xì)胞的去分化。2013年,Wang等證明大部分的米色脂肪細(xì)胞起源于白色脂肪組織中的前體細(xì)胞,在冷刺激處理下白色脂肪細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為米色脂肪細(xì)胞,而米色脂肪細(xì)胞在長期溫暖環(huán)境下可再次轉(zhuǎn)化成白色脂肪細(xì)胞,提示米色脂肪細(xì)胞與白色脂肪細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)化與環(huán)境變化有密切的聯(lián)系,但目前關(guān)于白色脂肪細(xì)胞向米色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化的微環(huán)境因素有待進(jìn)一步的研究。米色脂肪細(xì)胞除了可誘導(dǎo)UCP1的高表達(dá)外,還可表達(dá)一些不同于白色脂肪細(xì)胞和褐色脂肪細(xì)胞的特異基因,如CD137、TMEM26、TBX1等,其中細(xì)胞表面特異性表達(dá)的CD137可用于將其從白色及褐色脂肪細(xì)胞中分離出來。通過對成人褐色脂肪組織的分析表明,成人的褐色脂肪細(xì)胞既表達(dá)UCP1,還表達(dá)一些米色脂肪細(xì)胞特有基因(CD137、TMEM26、TBX1),提示成人體內(nèi)的褐色脂肪細(xì)胞可能主要是米色脂肪細(xì)胞而非經(jīng)典的褐色脂肪細(xì)胞。最近,Cohen等研究發(fā)現(xiàn),米色細(xì)胞功能的損傷可導(dǎo)致小鼠代謝功能的失常和內(nèi)臟脂肪組織的堆積。2prd1和pgc-1對白色脂肪細(xì)胞分化的作用褐色脂肪細(xì)胞由生肌因子MYF5陽性細(xì)胞(MYF5+)分化而來,MYF5在胚胎時期調(diào)控肌細(xì)胞增殖和分化、肌纖維數(shù)量和大小,褐色脂肪細(xì)胞和肌細(xì)胞來源于相同的祖細(xì)胞。與白色脂肪細(xì)胞相似,褐色脂肪細(xì)胞的分化是一個高度有序的過程,主要包括3個階段:生長停滯(growtharrest)階段、有絲分裂克隆增殖(mitoticclonalexpansion,MCE)階段和終末分化(terminaldifferentiation)階段。這一過程受多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控,主要包括PDRM16(PRD1-BF-1-RIZ1homologousdomain-containingprotein-16)、PPARγ、PGC-1α(peroxisomeproliferatoractivatedreceptorγcoactivator-1α)、CtBP1/2(C-terminal-bindingprotein1/2)及FoxC2(forkheadboxC2)等。其中,轉(zhuǎn)錄因子PRDM16對褐色脂肪細(xì)胞的分化有著決定性作用。PRDM16是一種鋅指結(jié)構(gòu)蛋白,在褐色脂肪中高表達(dá),它通過與PGC-1α共同作用增加產(chǎn)熱基因的表達(dá),與C末端結(jié)合蛋白1/2(CtBP1/2)結(jié)合抑制白色脂肪相關(guān)基因的表達(dá)。MYF5+細(xì)胞中過表達(dá)PRDM16可抑制肌細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá),從而抑制肌細(xì)胞生成,同時加強(qiáng)褐色脂肪細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá),使祖細(xì)胞向褐色脂肪細(xì)胞分化,在白色脂肪中過表達(dá)PRDM16可促使MYF5陰性(MYF5-)祖細(xì)胞向米色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化。Ohno等研究發(fā)現(xiàn),PPARγ通過維持PRDM16的表達(dá)來增強(qiáng)米色脂肪細(xì)胞中UCP1及PGC-1α等產(chǎn)熱基因的表達(dá),從而促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞米色化。FoxC2能通過激活β腎上腺素能cAMP-PKA途徑誘導(dǎo)白色脂肪細(xì)胞的米色化,這一作用主要是通過增加細(xì)胞內(nèi)UCP1及PGC-1α的表達(dá)實現(xiàn)。PGC-1α在線粒體形成及功能調(diào)節(jié)中有重要作用。體外實驗表明,在細(xì)胞分化中抑制PGC-1α的表達(dá)不影響褐色脂肪細(xì)胞的脂質(zhì)形成,但顯著減少了UCP1等產(chǎn)熱基因的表達(dá)。通過了解轉(zhuǎn)錄因子對脂肪細(xì)胞形成及功能的影響,尋找促進(jìn)褐色脂肪細(xì)胞形成及增強(qiáng)褐色脂肪細(xì)胞功能的靶點(diǎn)將為肥胖及相關(guān)代謝疾病的預(yù)防和治療提供重要的理論基礎(chǔ)。3mirn-133對白色脂肪細(xì)胞的作用miRNAs是廣泛存在于真核細(xì)胞中,長度為20~24nt的一類小的非編碼RNAs。miRNA基因在細(xì)胞核內(nèi)由RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄成為具有帽子結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸尾巴的初級產(chǎn)物(pri-miRNA),然后由核酸酶Drosha和輔助因子DGCR8將細(xì)胞核中的pri-miRNA剪切成miRNA前體(pre-miRNA)。在RNA-GTP和exportin5的協(xié)助下,pre-miRNA從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)中,隨后在核酸酶Dicer的作用下被剪切成約為22nt的雙鏈小RNA。其中一條單鏈與Argonaute蛋白結(jié)合形成沉默復(fù)合體(RISC),RISC中成熟miRNA與其互補(bǔ)靶基因mRNA的3'端通過堿基配對,抑制mRNA的翻譯或直接降解靶mRNA,從而抑制相關(guān)基因的表達(dá)。Chen等研究表明,一種miRNA可以調(diào)控多個不同的靶基因,而同一個靶基因也可由幾個不同的miRNAs共同調(diào)控。miRNAs在細(xì)胞的分化、增殖、功能調(diào)節(jié)、凋亡等方面起重要作用。越來越多的證據(jù)也顯示,miRNAs可通過對褐色脂肪細(xì)胞分化過程中相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控,影響褐色脂肪細(xì)胞的分化和功能。Mudhasani等利用Dicer敲除小鼠(DicerKO)發(fā)現(xiàn)miRNA與褐色脂肪細(xì)胞的形成及功能密切相關(guān),DicerKO小鼠的白色脂肪組織體積明顯減少;雖然褐色脂肪細(xì)胞體積并未減少,但是與褐色脂肪細(xì)胞線粒體功能及產(chǎn)熱相關(guān)的基因的表達(dá)明顯減少,包括UCP1、PGC-1α、Cox8b、Cidea等。miRNAs可以通過調(diào)控相關(guān)蛋白的表達(dá),從而影響褐色脂肪細(xì)胞的分化、成熟。PRDM16是影響褐色脂肪細(xì)胞分化的重要轉(zhuǎn)錄因子,miRNAs可通過調(diào)控PRDM16的表達(dá),影響褐色脂肪細(xì)胞的分化。Trajkovski等發(fā)現(xiàn)抑制miR-133的表達(dá)后,PRDM16的表達(dá)水平明顯上升;過表達(dá)miR-133后,PRDM16的表達(dá)水平下降,UCP1、PPARγ、PPARα等表達(dá)水平也同時下降,說明miR-133可通過對PRDM16的調(diào)控影響褐色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱功能。動物體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn),寒冷刺激抑制了褐色脂肪細(xì)胞中miR-133表達(dá)水平,使其靶基因PRDM16表達(dá)水平相應(yīng)升高,在冷刺激處理小鼠一周后小鼠肌肉細(xì)胞中的衛(wèi)星細(xì)胞(骨骼肌干細(xì)胞)分化為褐色脂肪細(xì)胞。Chen等研究發(fā)現(xiàn),miR-155通過對分化相關(guān)的調(diào)控因子C/EBPβ的抑制,負(fù)調(diào)控褐色脂肪細(xì)胞的形成及功能。在細(xì)胞中過表達(dá)miR-155可使脂肪生成相關(guān)基因(C/EBPα、PPARγ、aP2)及線粒體功能相關(guān)基因(UCP1、PGC-1α)的表達(dá)下調(diào)。在動物實驗中,過表達(dá)miR-155的轉(zhuǎn)基因小鼠的褐色脂肪組織體積比對照組小,UCP1的表達(dá)量降低。同時,miR-155的表達(dá)也受C/EBPβ的調(diào)控,可見在miR-155與C/EBPβ之間存在雙向負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。miRNAs也可通過調(diào)控肌細(xì)胞相關(guān)蛋白表達(dá),進(jìn)而影響MYF5+祖細(xì)胞的分化方向。Sun等通過基因芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn),miR-193b-365在褐色脂肪組織中表達(dá)水平較高,而且在褐色脂肪細(xì)胞分化過程中的表達(dá)水平也顯著上調(diào)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),Cdon及胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白5(insulin-likegrowthfactorbindingprotein5,Igfbp5)這兩個促進(jìn)肌細(xì)胞生成的細(xì)胞因子是miR-193b的靶基因。在C2C12肌細(xì)胞中過表達(dá)miR-193b,可抑制Cdon及Igfbp5的表達(dá),同時肌細(xì)胞的標(biāo)志基因如Pax3及MyoD的表達(dá)下調(diào),而脂肪細(xì)胞相關(guān)基因如PPARγ、C/EBPα和aP2,以及褐色脂肪細(xì)胞標(biāo)志性基因如UCP1、PRDM16、Cidea表達(dá)上調(diào)。褐色脂肪細(xì)胞中脂滴的特征是數(shù)個小脂滴,目前在研究miRNAs對褐色脂肪細(xì)胞的作用中發(fā)現(xiàn)有些miRNAs能影響褐色脂肪細(xì)胞脂滴的積累,這些miRNAs中有的能同時影響褐色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱功能,有的僅僅只是影響細(xì)胞中脂滴的積累,對產(chǎn)熱功能沒有影響。目前已知的能影響褐色脂肪細(xì)胞脂滴積累的miRNAs有miR-193b-365、miR-155及miR-106b-93等。抑制miR-193b-365表達(dá)后脂質(zhì)合成基因的表達(dá)明顯下調(diào),而早前有實驗證明Runx1t1可抑制白色及褐色脂肪細(xì)胞的成脂,后期則有研究發(fā)現(xiàn),miR-193b-365對褐色脂肪細(xì)胞成脂的影響是通過對Runx1t1的調(diào)控實現(xiàn)的。2013年,Wu等研究發(fā)現(xiàn),位于7號染色體上的miR-106b-93對褐色脂肪細(xì)胞的分化起負(fù)調(diào)控作用,抑制miR-106b-93可使白色及褐色脂肪細(xì)胞共有基因(PPARγ、adiponectin、aP2)表達(dá)上調(diào),同時也使褐色脂肪細(xì)胞標(biāo)志性基因(UCP1、PGC-1α、PRDM16、Cidea等)表達(dá)上調(diào),且抑制miR-106b-93后能促進(jìn)分化成熟的褐色脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的積累,提示miR-106b-93在褐色脂肪細(xì)胞分化過程中對脂質(zhì)的合成起負(fù)調(diào)控作用。但是,目前對于miR-106b-93對褐色脂肪細(xì)胞分化的影響機(jī)制還不明確,需要進(jìn)一步實驗研究。4mir-重新組織對白色脂肪白色化的影響抑制皮下白色脂肪組織來源的前體細(xì)胞中miR-133的表達(dá)可引起PRDM16、UCP1、PPARγ、PPARα表達(dá)的上升;相反,過表達(dá)miR-133后PRDM16、UCP1等的表達(dá)水平下降,提示miR-133對白色脂肪的米色化起負(fù)調(diào)控作用,而這一負(fù)調(diào)控作用也是通過對PRDM16的調(diào)控實現(xiàn)的。Chen等發(fā)現(xiàn),過表達(dá)miR-155可抑制白色脂肪細(xì)胞的米色化。在動物體內(nèi)同樣證明了miR-155對脂肪細(xì)胞米色化的影響,敲除miR-155的小鼠對冷刺激引起的白色脂肪米色化現(xiàn)象較對照組明顯增強(qiáng)。Mori等發(fā)現(xiàn)抑制皮下白色脂肪組織來源的前體細(xì)胞中miR-196a的表達(dá)后,可抑制包括UCP1在內(nèi)的褐色脂肪特有基因的表達(dá),提示miR-196a對白色脂肪米色化有重要意義。小鼠體內(nèi)實驗證明,冷刺激及β-腎上腺素受體激動劑處理后,皮下白色脂肪組織中miR-196a的表達(dá)水平顯著上升,而Hoxc8(homeoboxgenesC8)的蛋白表達(dá)水平顯著下降。進(jìn)一步實驗證明,Hoxc8是miR-196a的靶基因,Hoxc8通過與HDAC3(histonedeacetylase3)共同作用,抑制C/EBPβ的表達(dá),說明miR-196a對白色脂肪米色化的影響是通過對Hoxc8的調(diào)控進(jìn)而影響C/EBPβ的表達(dá)實現(xiàn)的。miR-196a轉(zhuǎn)基因小鼠能抵抗高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖,提高核心體溫,增加胰島素敏感性及降低血糖水平。2014年,Karbiener等研究發(fā)現(xiàn),miR-26a和miR-26b可影響人多能脂肪源性干細(xì)胞(hMADS