肥胖研究的新發(fā)現(xiàn)——增食因子

1、肥胖研究的新發(fā)現(xiàn)增食因子摘要下丘腦是調(diào)節(jié)飲食及能量平衡的中樞。最近，在下丘腦發(fā)現(xiàn)了可促進(jìn)食欲且來源于同一前體的兩種新神經(jīng)肽：增食因子A和B（orexin A and B），它們可激活兩種密切相關(guān)且與G蛋白偶聯(lián)的細(xì)胞表面受體(OX1R,OX2R)。含orexin的神經(jīng)細(xì)胞在下丘腦腹外側(cè)呈對稱的不連貫分布。給大鼠側(cè)腦室灌注orexin，可顯著提高其進(jìn)食量；禁食大鼠orexin前體mRNA的水平顯著升高，提示orexin在飲食反饋調(diào)節(jié)中具有重要作用。增食因子與其它影響進(jìn)食的神經(jīng)肽之間存在錯綜復(fù)雜的關(guān)系。關(guān)鍵詞增食因子;肥胖;增食因子受體學(xué)科分類號R151.1肥胖已成為現(xiàn)代社會中最常見的營養(yǎng)障礙性疾病

2、，并在發(fā)達(dá)國家呈逐年上升的趨勢。由于肥胖增加了心腦血管疾病、糖尿病、高血壓、高脂血癥及癌癥的發(fā)病率，因此已成為重要的公共健康問題。然而，對肥胖機(jī)制及藥物治療的研究長期徘徊。1994年瘦素(leptin)的發(fā)現(xiàn)使人們對肥胖的認(rèn)識取得了突破性進(jìn)展1，而1998年增食因子（orexin）的發(fā)現(xiàn)2使人們對肥胖機(jī)制有了一些新的認(rèn)識，為治療肥胖提供了新的途徑，并因此成為肥胖研究中的新熱點(diǎn)。一、增食因子（orexin）的發(fā)現(xiàn)早在1940年實(shí)驗(yàn)就表明，下丘腦腹內(nèi)側(cè)（VMH）損傷可使動物出現(xiàn)過量進(jìn)食的現(xiàn)象,提示VMH存在一個(gè)進(jìn)食中樞2。此后，VMH成為研究進(jìn)食機(jī)制的主要區(qū)域，并于近年來發(fā)現(xiàn)了leptin及有增食

3、作用的神經(jīng)肽Y（NPY）。1998年，Yanagisawa領(lǐng)導(dǎo)他的研究小組在美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯西南醫(yī)學(xué)中心與賓西法泥亞州及英國貝克曼實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，在探索能控制進(jìn)食新藥的實(shí)驗(yàn)中于大鼠下丘腦腹外側(cè)發(fā)現(xiàn)了兩種與食欲有關(guān)，與leptin作用相反的神經(jīng)肽增食因子A和B（orexin A and B）3。這是繼1994年leptin后的又一重大發(fā)現(xiàn)。與根據(jù)肥胖動物模型基因突變有意識地尋找肥胖基因的情況不同，orexin完全是一種現(xiàn)代分子篩選技術(shù)實(shí)驗(yàn)過程中的意外收獲。因?yàn)樗械囊阎屉模ㄐ‰募に睾蜕窠?jīng)肽）都是通過作用于G蛋白偶聯(lián)的細(xì)胞表面受體(GPCRs)而發(fā)揮作用的，所以Yanagisawa研

4、究小組分析了許多編碼孤兒G蛋白受體的cDNA序列，并用高分辨的HPLC來篩選作用于孤兒G蛋白受體的神經(jīng)肽，在下丘腦腹外側(cè)及鄰近區(qū)域發(fā)現(xiàn)了兩種新的神經(jīng)肽，并命名為orexins(希臘語orexis意為食欲)4。雖在此前已發(fā)現(xiàn)了與饑餓及進(jìn)食有關(guān)的NPY，但其廣泛分布及在大腦中的多種功能使人們很難據(jù)此開發(fā)一種僅阻斷食欲而無副作用的藥物。而orexin不同于NPY，其分布僅限于下丘腦的進(jìn)食中樞，尤其是下丘腦腹部兩側(cè)（LH），且功能單一。因此，orexins及其受體引起了人們更大的興趣，為人類開發(fā)既能控制食欲又無副作用的新藥提供了良好的前景。二、增食因子及其受體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)從大鼠腦中分離出的orexin

5、A為3562Da含有33個(gè)氨基酸的神經(jīng)肽，N端是焦谷氨酰的殘基，C端酰氨化，4個(gè)半胱氨酸殘基形成兩套鏈內(nèi)的雙硫鍵。從牛腦中分離的orexin A序列與大鼠的一致。orexin B為2937Da含有28個(gè)氨基酸的小肽，其中，46%（13/28）的氨基酸與orexin A一致。Orexin A和B的氨基酸序列（附）不同于其它已知的神經(jīng)肽。已克隆的orexin前體cDNA及orexin基因序列分析預(yù)示：小鼠和人orexin A的氨基酸序列與大鼠和牛的一致；而人orexin B序列中有兩個(gè)氨基酸不同于嚙齒類動物。人和小鼠orexin前體的氨基酸序列有83%相同，小鼠和大鼠有95%相同；由于氨基酸序列的

6、差異主要存在于orexin前體的C端，其編碼另一活性肽的可能性不大。用輻射雜交細(xì)胞板（radiation hybrid）作法得知，orexin前體基因位于染色體17q21位點(diǎn)，提示，該基因可能與“17染色體相關(guān)連性癡呆”的一組神經(jīng)退行性疾病如脫抑制-癡呆-帕金森綜合癥-肌萎縮復(fù)合體(DDPAC）及蒼白球-橋腦-黑質(zhì)退化（PPND）有關(guān)3。上述疾病可能由等位基因突變引起。最近，DDPAC和PPND被定位于染色體17q21-22位點(diǎn)4。N端焦谷氨酰的環(huán)化（orexin A）及C端酰氨化是翻譯后修飾的結(jié)果，此現(xiàn)象也見于其它神經(jīng)肽。附增食因子A、B的氨基酸序列Orexin有兩種受體：OX1R、OX2R

7、。Orexin A和B均可激活OX1R，但與OX1R的親和力前者大于后者，與OX2R的親和力兩者都很強(qiáng)。因此，OX2R是orexin A和B的非選擇性受體，而OX1R對orexin A有選擇性。OX1R的氨基酸序列結(jié)構(gòu)與NPY的Y2受體、促甲狀腺素釋放激素受體等有較多的相同處。OX1R與OX2R氨基酸序列結(jié)構(gòu)的一致性達(dá)64%，明顯高于其它GPCRs。人與大鼠的一致性：OX1R達(dá)94%，OX2R達(dá)95%。提示orexin的受體基因在種系發(fā)育中是高度保守的。其基因定位：OX1R-1p33; OX2R-6cen(p11-q11)2。三、增食因子及其受體的組織分布用Northern Blot法分析成年

8、大鼠組織發(fā)現(xiàn)，0.7kb的orexin前體mRNA除在睪丸有少量的表達(dá)外，幾乎僅在腦中表達(dá)，而OX1R、OX2R的mRNA僅見于腦組織中，這進(jìn)一步證實(shí)了orexin僅在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮作用的推斷。用Northern Blot法分析人腦的不同區(qū)域（不包括下丘腦）的結(jié)果表明，orexin前體mRNA僅見于丘腦下核，而在人的心臟、胎盤、肺臟、肝臟、骨骼肌、腎臟、胰臟未檢測到orexin前體mRNA2。用原位雜交及免疫組化法對orexin在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)進(jìn)行定位，結(jié)果表明，orexin神經(jīng)元在成年大鼠下丘腦及下丘腦腹部兩側(cè)呈對稱的不連貫分布3。在下丘腦，陽性神經(jīng)元可見于側(cè)部和后部區(qū)域及穹隆周圍的核

9、中。在下丘腦的腹側(cè)也有陽性神經(jīng)元的分布。陽性神經(jīng)元的形狀各異，從瘦小的紡錘形到大的多極狀。但在一些與進(jìn)食有關(guān)的部位如室旁核、腹內(nèi)側(cè)核及弓狀核中均未見陽性神經(jīng)元。四、 增食因子與進(jìn)食行為的關(guān)系下丘腦側(cè)部損傷可抑制進(jìn)食，使體重下降的結(jié)果表明，該區(qū)域是調(diào)節(jié)進(jìn)食和能量平衡的關(guān)鍵部位。刺激下丘腦富含orexin的神經(jīng)元所出現(xiàn)的反應(yīng)預(yù)示著orexin可能參與了進(jìn)食的調(diào)節(jié)3。為驗(yàn)證這一假設(shè)，給雄性大鼠側(cè)腦室快速灌注orexin，結(jié)果發(fā)現(xiàn)orexin A對進(jìn)食的促進(jìn)作用在1小時(shí)內(nèi)呈劑量依賴反應(yīng),3nmol orexin A可使進(jìn)食增加6倍，30 nmol orexin A可使進(jìn)食增加10倍，效應(yīng)可持續(xù)4小時(shí)。

10、給雄性大鼠側(cè)腦室灌注3 nmol或30 nmol的orexin B可分別使進(jìn)食量增加5倍和12倍。但orexin B的增食效應(yīng)僅能持續(xù)2小時(shí)，短于orexin A，可能是因?yàn)閛rexin B是一線性多肽，有一個(gè)自由的氨基端，而orexin A有翻譯修正，形成了雙硫鍵。Orexin A與B增食效應(yīng)持續(xù)時(shí)間的不同，可能意味著二者在中樞神經(jīng)系統(tǒng)有不同的功能4，5。但無論是orexin A或B，其增食效應(yīng)都低于NPY，給大鼠灌注3 nmol的人NPY，2小時(shí)和4小時(shí)后可分別使進(jìn)食量增加24倍和12倍6。orexin A與B相近的增食效應(yīng)預(yù)示著非選擇性受體OX2R與orexin在體內(nèi)的生理作用有較密切的

11、關(guān)系。成年雄性大鼠禁食48小時(shí)后，用Northern Blot法分析丘腦及下丘腦orexin前體及NPY mRNA的含量，結(jié)果orexin前體mRNA比正常進(jìn)食的對照組增加2.4倍，NPY mRNA的水平也上調(diào)，但增幅小于前者7。五、增食因子與其它影響進(jìn)食神經(jīng)肽的關(guān)系近年來，在下丘腦發(fā)現(xiàn)了一系列與能量平衡及肥胖有關(guān)的神經(jīng)肽。如下丘腦產(chǎn)生的NPY作用于Y5受體后可增加食欲，缺乏leptin的肥胖小鼠同時(shí)缺乏NPY時(shí)，其肥胖程度下降。刺蛋白（agouti protein）與南美一種黃色小鼠的肥胖有關(guān)，它與促黑激素皮質(zhì)素（MC）競爭受體（MC4-R）使該鼠呈現(xiàn)黃色肥胖表型8。最近，又發(fā)現(xiàn)了一種可與M

12、C4-R結(jié)合的刺蛋白類似物，在ob/ob和db/db小鼠下丘腦有較高水平的表達(dá)1。缺乏蛙皮素受體-3的小鼠亦發(fā)生肥胖1。上述發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了下丘腦是能量平衡中樞的觀點(diǎn)。目前認(rèn)為,VMH為飽感中樞，而下丘腦腹外側(cè)(LH)為進(jìn)食中樞9。近年來，已在VMH區(qū)域發(fā)現(xiàn)了富含NPY、MC、高血糖素類似肽-1、乳素(galanin)、瘦素、MC4-R的神經(jīng)元，而在LH區(qū)域僅發(fā)現(xiàn)了orexin及黑素濃縮素(MCH)(Qu D等.Nature,1996,380243247)。最近的研究表明MCH也可通過中樞刺激食欲，肥胖小鼠及野生型小鼠禁食后MCH mRNA水平升高。進(jìn)一步揭示orexin與上述有增食作用的神經(jīng)

13、肽（MCH、刺蛋白、NPY、乳素、阿片肽）及減食作用的神經(jīng)肽（leptin、MC、促皮質(zhì)激素釋放因子、高血糖素類似肽-1、縮膽囊素）在中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能量平衡中的相互關(guān)系，對闡明肥胖的發(fā)生機(jī)制有重要意義。血糖降低可刺激進(jìn)食,而富含orexin的神經(jīng)元均對血糖水平較敏感。至于orexin對整體能量消耗、與代謝密切相關(guān)激素（如胰島素）的分泌及體重的調(diào)節(jié)作用尚待研究2。Orexin及其受體的發(fā)現(xiàn)使我們對機(jī)體能量平衡的機(jī)制有了更深入的認(rèn)識。然而，要全面了解orexin的生理作用尚需進(jìn)行大量的藥理及分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)。但orexin的臨床前景決不是僅僅增加惡質(zhì)病、神經(jīng)性厭食等消瘦病人的食欲而已，它的受體拮抗

14、劑將可能為治療肥胖、糖尿病等能量代謝失衡性疾病提供有效手段。何天培(軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所,天津300050)參考文獻(xiàn)1，Zhang Y,Proenca R,Maffei M,et al.Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue.Nature,1994，3724254312，Baringa M.New appetite-boosting peptides found.Science,1998，27912343，Sakurai T,Amamiya A,Ishii M,et al.Orexins

15、 and orexin receptors:a family of hypothalamic neuropeptides and G protein-coupled receptors that regulating feeding behavior.Cell,1998，925735854，Wijker M,Wszolek ZK,Wolter ECH,et al.Localization of the gene for rapidly progressive autosomal dominant parkinsonism and dementia with pallidoponto-nigra

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