mirnas在紫色脂肪細(xì)胞中的作用

mirnas在紫色脂肪細(xì)胞中的作用

在現(xiàn)代社會(huì)，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(dòng)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(dòng)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(shí),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(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)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(gè)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(chǔ)存能量,同時(shí)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(zhǎng)時(shí)間的寒冷刺激、腎上腺素受體信號(hào)通路激活或者PPARγ(peroxisomeproliferatoractivatedreceptorγ)激動(dòng)劑處理時(shí)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(gè)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(gè)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(shí)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(gè)高度有序的過程,主要包括3個(gè)階段:生長(zhǎng)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)白色脂肪細(xì)胞的作用miRNAs是廣泛存在于真核細(xì)胞中,長(zhǎng)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(jí)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(duì),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(gè)不同的靶基因,而同一個(gè)靶基因也可由幾個(gè)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(duì)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(shí)下降,說明miR-133可通過對(duì)PRDM16的調(diào)控影響褐色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱功能。動(dòng)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(duì)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(duì)照組小,UCP1的表達(dá)量降低。同時(shí),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(zhǎng)因子結(jié)合蛋白5(insulin-likegrowthfactorbindingprotein5,Igfbp5)這兩個(gè)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(shí)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(gè)小脂滴,目前在研究miRNAs對(duì)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(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)褐色脂肪細(xì)胞成脂的影響是通過對(duì)Runx1t1的調(diào)控實(shí)現(xiàn)的。2013年,Wu等研究發(fā)現(xiàn),位于7號(hào)染色體上的miR-106b-93對(duì)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(shí)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(duì)脂質(zhì)的合成起負(fù)調(diào)控作用。但是,目前對(duì)于miR-106b-93對(duì)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(shí)驗(yàn)研究。4mir-重新組織對(duì)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(duì)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(duì)PRDM16的調(diào)控實(shí)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(dòng)物體內(nèi)同樣證明了miR-155對(duì)脂肪細(xì)胞米色化的影響,敲除miR-155的小鼠對(duì)冷刺激引起的白色脂肪米色化現(xiàn)象較對(duì)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(duì)白色脂肪米色化有重要意義。小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明,冷刺激及β-腎上腺素受體激動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(duì)白色脂肪米色化的影響是通過對(duì)Hoxc8的調(diào)控進(jìn)而影響C/EBPβ的表達(dá)實(shí)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