瘦素的研究进展及其与胰岛素的关系(1)
(1.辽宁省沈阳市第九人民医院，辽宁 沈阳 110024；2. 北京军区总医院，北京 100700)
【摘要】瘦素是由脂肪细胞分泌的一种蛋白质激素，它对动物摄食、能量代谢、脂肪存储、免疫水平等有重要的调控作用。同时瘦素与胰岛素存在复杂而深刻的联系，本文将重点对瘦素的研究进展及其与胰岛素的关系进行综述。
【关键词】瘦素 糖尿病 胰岛素
中图分类号：R587文献标识码：B文章编号：1005-0515(2011)3-067-04
瘦素是由脂肪细胞分泌的一种蛋白质激素，它对动物摄食、能量代谢、脂肪存储、免疫水平等有重要的调控作用。同时瘦素功能与胰岛素存在复杂而深刻的联系，1994年底Friedman等成功克隆出肥胖基因(ob gene)及人的同源基因，使这一领域的研究有了突破性进展[1]。现将对瘦素的研究进展及其与胰岛素的关系作一综述。
, http://www.100md.com
1 Ob基因
1994年Zhang等利用定位克隆技术首次成功地克隆了小鼠的Ob基因及人类的同源系列[2]，至今Ob基因的定位和结构已明确。小鼠Ob基因位于第6号染色体，人类Ob基因位于第7号染色体的q31.3。Ob基因长约20kb，由3个外显子和2个内含子组成，其编码区位于第2和第3外显子。在部分正常的啮齿类动物和人类中可见49位谷氨酰胺密码子的缺失，此多态性的意义尚不清楚。在5`侧翼区包含了TATA盒样的序列和数个顺式调控元件(3个拷贝的GC盒、AP-2结合位点和C/EBP结合位点)[2，3]。Ob基因编码4.5kb mRNA ，含一个高度保守的能编码167个氨基酸的开放读码框架，其5、端有97bp的先导序列，3、端是3.7Kb的非翻译序列。Ob基因的表达具有脂肪组织的特异性，且只有成熟的脂肪细胞才有表达。在啮齿类动物和人类的各种器官中进行Ob mRNA的检测，结果在脑、心、肺、胰、肝、骨骼肌中均未检出，但在大网膜、后腹膜、肠系膜及皮下脂肪组织中却明显可见，尤以皮下脂肪组织最多[4]。
, 百拇医药
迄今为止，已在两种遗传性肥胖鼠中发现Ob基因突变，致瘦素合成受阻[5]。在C57BL/6J ob/ob种系的先天性肥胖小鼠第105 位密码子上发生了CGA→TGA的单碱基突变，导致终止密码子替代了原有的精氨酸，所编码的mRNA较正常鼠升高20倍。SM/Ckc-+Dac ob2J/ob2J种系发生的另一突变则导致了Ob基因mRNA的缺如。在其它啮齿类先天肥胖动物如db/db小鼠、fa/fa大鼠[6]，及获得性肥胖的动物模型中，均未检测到Ob基因突变。Db/ db小鼠的基因缺陷则是db基因的突变[7]，现已知道db基因即为瘦素受体基因[8]。在人类中，只在两个幼年发病的病态肥胖家系中发现了瘦素单基因突变[5]。
2 瘦素
Ob基因的编码产物是一种被称为Leptin(源于希腊语Leptos，意为“瘦的”，中文译作瘦素)的蛋白质[9]。由167个氨基酸组成。在分泌入血过程中去除其中由21个氨基酸组成的N-端信号肽，形成瘦素。成熟的瘦素含146个氨基酸，分子量为16kd，具有强亲水性，以单体形式存在于血浆中。人和鼠的瘦素氨基酸序列有84%的同源性。
, 百拇医药
2.1 瘦素的影响因素
现已发现，血瘦素与体重指数(BMI)、脂肪组织含量呈显著正相关，血瘦素可以反映体内脂肪的含量[10,11,12,13]。有学者认为，瘦素是负反馈调节脂肪组织的因素之一[14]。Considine[10]研究发现体重下降10%，与之相关的血瘦素下降53%；若体重保持不变，血瘦素变化轻微。Jerzy[15]做了相反的实验，受试者过度饮食5个星期后体重增加10%，这时体内脂肪含量由15.8%±1.7%上升到19.4%±14%，保持这种体重2个星期后，血瘦素浓度升高3倍。大多数学者认为血瘦素与BMI、体重、脂肪含量的正相关存在于全体人群中，无论消瘦者、正常体重者，还是肥胖者[10,11]。
青少年的瘦素浓度变化较大[16]。据BlumWF等[17]人报道，在一群年龄在5.8~19.9岁的青少年中，女孩的瘦素水平随年龄的增大而升高，男孩则相反。与此同时，瘦素与睾酮水平成反比(r=-0.43，P<0.001 >。进入成年后，瘦素随年龄变化不显著。但有报道[9]说，扣除体脂因素后瘦素与年龄呈负相关。
, 百拇医药
瘦素的性别差异十分明显[18]。在非肥胖个体中女子的瘦素水平(7.36±3.37ug/L，31例)几乎是男子(3.84±1.79ug/L)的2倍，且在与BMI的关系中，女子每单位BMI瘦素升高2.53ug/L，男子每单位BMI瘦素升高0.79ug/L，前者几乎是后者的三倍。原因之一是女性的臀围(即皮下脂肪)较大，可以直接影响瘦素的量，而腰围(即腹部脂肪)只有在减肥时才对瘦素有影响。原因之二是男性睾酮的量与瘦素呈负相关，这可能是男女瘦素水平差异的最主要原因[19]。
Kolaczynski等[20]研究短期禁食及恢复饮食对正常人血浆瘦素水平的影响，发现禁食12h后血浆瘦素水平开始下降，36h后血浆瘦素水平下降至禁食前的35%左右。恢复正常饮食后，血浆瘦素水平逐步回升，2d可恢复至禁食前的62%，3d则完全恢复到原先的水平。这些研究发现，禁食状态下会引起脂肪组织Ob基因表达及血浆瘦素水平的降低，再度饮食又可迅速恢复。禁食作为一种代谢的应激，破坏了机体正常的能量平衡。在生理状态下，机体会成熟多种适应机制来维持能量平衡，包括基础代谢率下降、糖异生作用增强而糖酵解作用降低、血糖及血胰岛素水平下降、游离脂肪酸和酮体升高等。瘦素的降低可减少能量消耗，纠正能量的负平衡。因此，禁食和摄食对Ob基因表达和血浆瘦素水平的影响，可能是机体为平衡能量代谢的一种调节作用，但该调节作用和上述多种适应机制的内在联系有待进一步阐明。
, 百拇医药
Friedman等[21]研究运动对一种2型糖尿病动物模型SHHF/MCC-fa(cp)大鼠Ob基因表达的影响，让大鼠做8~12周的踏车运动(70%VO2max，每日运动1.5h，1周运动5次)，发现运动后糖尿病大鼠的Ob mRNA比运动前降低50%，对照的消瘦大鼠运动后Ob mRNA比运动前降低85%，两组大鼠运动后体脂均下降。这说明运动可同时降低消瘦和肥胖糖尿病大鼠的体脂及Ob基因的表达，但有关运动的减肥降脂机制和Ob基因及瘦素的内在联系国内外尚了解不多。
多项研究发现瘦素与甲状腺[22，23]，肾上腺[24]等有关。
2.2 瘦素的转运及受体
Housenecht的研究表明分泌到血中的瘦素大部分通过与血清蛋白结合来运输。在人类至少有两种瘦素结合蛋白，相对分子质量分别为176000和240000，游离的瘦素才具有生物活性。瘦素是大分子物质，通过血脑屏障时需要特定的途径。Banks等用125I标记瘦素的研究发现，瘦素向脑脊液的转运具有饱和性和限制性，这可能是发生瘦素抵抗的原因之一。
, 百拇医药
人的瘦素受体基因定位于1p32(在小鼠，位于第4号染色体，在大鼠位于第5号染色体)，其基因产物属于细胞因子Ⅰ类受体家族。已经鉴定了六种异构体：Ob-Ra、Ob-Rb、Ob-Rc、Ob-Rd、Ob-Re、Ob-Rf，这些受体广泛分布与：脑、心、肝、肾、肺、脾、胰岛、睾丸、脂肪组织中，瘦素的两种主要受体是Ob-Ra及Ob-Rb。目前，所鉴定的所有受体均包含由840个氨基酸组成的细胞外结合区及由34个氨基酸组成的跨膜区。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302个氨基酸组成，含有Janus酪氨酸蛋白激酶(Janus protein-tyrosinekinase，JAK)及转录信号传导器及活化器结合位点。其它受体为短受体，Ob-Ra，Ob-Rc的胞内区域分别由34个及32个氨基酸组成，均含有JAK结合位点。大量的Ob-Ra分布于脉络丛膜，因而可能作为一种转运子，将瘦素由血液中跨过血脑屏障而转运进入脑脊液中。Ob-Rc也可能发挥转运子的功能。Ob-Re也是一种短胞内区受体，在血浆中可以检测到，其结构上无跨膜区，总长有808个氨基酸，由于没有疏水区，因此具有可溶性受体的性质，血浆高Ob-Re水平可以增加其与瘦素的亲和力，从而抑制瘦素与下丘脑内细胞膜受体的结合。, 百拇医药(尤广丽 陈彬)
【摘要】瘦素是由脂肪细胞分泌的一种蛋白质激素，它对动物摄食、能量代谢、脂肪存储、免疫水平等有重要的调控作用。同时瘦素与胰岛素存在复杂而深刻的联系，本文将重点对瘦素的研究进展及其与胰岛素的关系进行综述。
【关键词】瘦素 糖尿病 胰岛素
中图分类号：R587文献标识码：B文章编号：1005-0515(2011)3-067-04
瘦素是由脂肪细胞分泌的一种蛋白质激素，它对动物摄食、能量代谢、脂肪存储、免疫水平等有重要的调控作用。同时瘦素功能与胰岛素存在复杂而深刻的联系，1994年底Friedman等成功克隆出肥胖基因(ob gene)及人的同源基因，使这一领域的研究有了突破性进展[1]。现将对瘦素的研究进展及其与胰岛素的关系作一综述。
, http://www.100md.com
1 Ob基因
1994年Zhang等利用定位克隆技术首次成功地克隆了小鼠的Ob基因及人类的同源系列[2]，至今Ob基因的定位和结构已明确。小鼠Ob基因位于第6号染色体，人类Ob基因位于第7号染色体的q31.3。Ob基因长约20kb，由3个外显子和2个内含子组成，其编码区位于第2和第3外显子。在部分正常的啮齿类动物和人类中可见49位谷氨酰胺密码子的缺失，此多态性的意义尚不清楚。在5`侧翼区包含了TATA盒样的序列和数个顺式调控元件(3个拷贝的GC盒、AP-2结合位点和C/EBP结合位点)[2，3]。Ob基因编码4.5kb mRNA ，含一个高度保守的能编码167个氨基酸的开放读码框架，其5、端有97bp的先导序列，3、端是3.7Kb的非翻译序列。Ob基因的表达具有脂肪组织的特异性，且只有成熟的脂肪细胞才有表达。在啮齿类动物和人类的各种器官中进行Ob mRNA的检测，结果在脑、心、肺、胰、肝、骨骼肌中均未检出，但在大网膜、后腹膜、肠系膜及皮下脂肪组织中却明显可见，尤以皮下脂肪组织最多[4]。
, 百拇医药
迄今为止，已在两种遗传性肥胖鼠中发现Ob基因突变，致瘦素合成受阻[5]。在C57BL/6J ob/ob种系的先天性肥胖小鼠第105 位密码子上发生了CGA→TGA的单碱基突变，导致终止密码子替代了原有的精氨酸，所编码的mRNA较正常鼠升高20倍。SM/Ckc-+Dac ob2J/ob2J种系发生的另一突变则导致了Ob基因mRNA的缺如。在其它啮齿类先天肥胖动物如db/db小鼠、fa/fa大鼠[6]，及获得性肥胖的动物模型中，均未检测到Ob基因突变。Db/ db小鼠的基因缺陷则是db基因的突变[7]，现已知道db基因即为瘦素受体基因[8]。在人类中，只在两个幼年发病的病态肥胖家系中发现了瘦素单基因突变[5]。
2 瘦素
Ob基因的编码产物是一种被称为Leptin(源于希腊语Leptos，意为“瘦的”，中文译作瘦素)的蛋白质[9]。由167个氨基酸组成。在分泌入血过程中去除其中由21个氨基酸组成的N-端信号肽，形成瘦素。成熟的瘦素含146个氨基酸，分子量为16kd，具有强亲水性，以单体形式存在于血浆中。人和鼠的瘦素氨基酸序列有84%的同源性。
, 百拇医药
2.1 瘦素的影响因素
现已发现，血瘦素与体重指数(BMI)、脂肪组织含量呈显著正相关，血瘦素可以反映体内脂肪的含量[10,11,12,13]。有学者认为，瘦素是负反馈调节脂肪组织的因素之一[14]。Considine[10]研究发现体重下降10%，与之相关的血瘦素下降53%；若体重保持不变，血瘦素变化轻微。Jerzy[15]做了相反的实验，受试者过度饮食5个星期后体重增加10%，这时体内脂肪含量由15.8%±1.7%上升到19.4%±14%，保持这种体重2个星期后，血瘦素浓度升高3倍。大多数学者认为血瘦素与BMI、体重、脂肪含量的正相关存在于全体人群中，无论消瘦者、正常体重者，还是肥胖者[10,11]。
青少年的瘦素浓度变化较大[16]。据BlumWF等[17]人报道，在一群年龄在5.8~19.9岁的青少年中，女孩的瘦素水平随年龄的增大而升高，男孩则相反。与此同时，瘦素与睾酮水平成反比(r=-0.43，P<0.001 >。进入成年后，瘦素随年龄变化不显著。但有报道[9]说，扣除体脂因素后瘦素与年龄呈负相关。
, 百拇医药
瘦素的性别差异十分明显[18]。在非肥胖个体中女子的瘦素水平(7.36±3.37ug/L，31例)几乎是男子(3.84±1.79ug/L)的2倍，且在与BMI的关系中，女子每单位BMI瘦素升高2.53ug/L，男子每单位BMI瘦素升高0.79ug/L，前者几乎是后者的三倍。原因之一是女性的臀围(即皮下脂肪)较大，可以直接影响瘦素的量，而腰围(即腹部脂肪)只有在减肥时才对瘦素有影响。原因之二是男性睾酮的量与瘦素呈负相关，这可能是男女瘦素水平差异的最主要原因[19]。
Kolaczynski等[20]研究短期禁食及恢复饮食对正常人血浆瘦素水平的影响，发现禁食12h后血浆瘦素水平开始下降，36h后血浆瘦素水平下降至禁食前的35%左右。恢复正常饮食后，血浆瘦素水平逐步回升，2d可恢复至禁食前的62%，3d则完全恢复到原先的水平。这些研究发现，禁食状态下会引起脂肪组织Ob基因表达及血浆瘦素水平的降低，再度饮食又可迅速恢复。禁食作为一种代谢的应激，破坏了机体正常的能量平衡。在生理状态下，机体会成熟多种适应机制来维持能量平衡，包括基础代谢率下降、糖异生作用增强而糖酵解作用降低、血糖及血胰岛素水平下降、游离脂肪酸和酮体升高等。瘦素的降低可减少能量消耗，纠正能量的负平衡。因此，禁食和摄食对Ob基因表达和血浆瘦素水平的影响，可能是机体为平衡能量代谢的一种调节作用，但该调节作用和上述多种适应机制的内在联系有待进一步阐明。
, 百拇医药
Friedman等[21]研究运动对一种2型糖尿病动物模型SHHF/MCC-fa(cp)大鼠Ob基因表达的影响，让大鼠做8~12周的踏车运动(70%VO2max，每日运动1.5h，1周运动5次)，发现运动后糖尿病大鼠的Ob mRNA比运动前降低50%，对照的消瘦大鼠运动后Ob mRNA比运动前降低85%，两组大鼠运动后体脂均下降。这说明运动可同时降低消瘦和肥胖糖尿病大鼠的体脂及Ob基因的表达，但有关运动的减肥降脂机制和Ob基因及瘦素的内在联系国内外尚了解不多。
多项研究发现瘦素与甲状腺[22，23]，肾上腺[24]等有关。
2.2 瘦素的转运及受体
Housenecht的研究表明分泌到血中的瘦素大部分通过与血清蛋白结合来运输。在人类至少有两种瘦素结合蛋白，相对分子质量分别为176000和240000，游离的瘦素才具有生物活性。瘦素是大分子物质，通过血脑屏障时需要特定的途径。Banks等用125I标记瘦素的研究发现，瘦素向脑脊液的转运具有饱和性和限制性，这可能是发生瘦素抵抗的原因之一。
, 百拇医药
人的瘦素受体基因定位于1p32(在小鼠，位于第4号染色体，在大鼠位于第5号染色体)，其基因产物属于细胞因子Ⅰ类受体家族。已经鉴定了六种异构体：Ob-Ra、Ob-Rb、Ob-Rc、Ob-Rd、Ob-Re、Ob-Rf，这些受体广泛分布与：脑、心、肝、肾、肺、脾、胰岛、睾丸、脂肪组织中，瘦素的两种主要受体是Ob-Ra及Ob-Rb。目前，所鉴定的所有受体均包含由840个氨基酸组成的细胞外结合区及由34个氨基酸组成的跨膜区。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302个氨基酸组成，含有Janus酪氨酸蛋白激酶(Janus protein-tyrosinekinase，JAK)及转录信号传导器及活化器结合位点。其它受体为短受体，Ob-Ra，Ob-Rc的胞内区域分别由34个及32个氨基酸组成，均含有JAK结合位点。大量的Ob-Ra分布于脉络丛膜，因而可能作为一种转运子，将瘦素由血液中跨过血脑屏障而转运进入脑脊液中。Ob-Rc也可能发挥转运子的功能。Ob-Re也是一种短胞内区受体，在血浆中可以检测到，其结构上无跨膜区，总长有808个氨基酸，由于没有疏水区，因此具有可溶性受体的性质，血浆高Ob-Re水平可以增加其与瘦素的亲和力，从而抑制瘦素与下丘脑内细胞膜受体的结合。, 百拇医药(尤广丽 陈彬)