【综述】瘦素抵抗相关机制的研究进展
文章来源：中华内分泌代谢杂志, 2020,36(06)
作者：穆倩 张志国 张翼飞
摘要
随着社会的发展和生活水平的提高，肥胖的发生率正不断增加。肥胖者高胰岛素血症出现的同时血清瘦素水平显著增高，而机体对瘦素的反应减弱，引发了人们对于'瘦素抵抗'的关注。在前期的研究中，人们将注意力集中于血清瘦素水平与瘦素受体的表达。在近几年的研究中，人们从不同的角度阐述了瘦素抵抗的发生机制。因此，本文就目前瘦素抵抗发生机制的进展作一综述，并对瘦素抵抗与胰岛素抵抗的关系及瘦素抵抗最新治疗措施作简要阐述。随着瘦素抵抗研究的不断深入，相信增加瘦素敏感性将成为肥胖治疗的一项重要措施。
随着社会的发展和生活水平的提高，肥胖的发生率正在不断增加，肥胖已被视为'21世纪流行病'。肥胖可引起多种组织器官功能紊乱，是2型糖尿病、心脑血管疾病和肿瘤等疾病发生和发展的重要因素之一。能量摄入和消耗失衡是导致肥胖产生的主要原因。瘦素(leptin)是调节能量代谢的重要激素之一，肥胖者血清瘦素浓度明显增多，而高水平的瘦素未能起到降低体重的作用，其原因在于肥胖者体内出现了瘦素抵抗，瘦素抵抗影响了瘦素正常生理功能的发挥，使体内糖脂代谢出现紊乱。因此，改善瘦素抵抗，增加瘦素受体敏感性成为控制肥胖的措施之一。
一、瘦素与瘦素受体
1994年，瘦素基因在小鼠体内第一次被发现[1]。瘦素在降低体重、调节糖脂代谢中发挥重要作用。瘦素由白色脂肪组织分泌，血清中瘦素浓度随着白色脂肪细胞数量的增多而不断增加，在肥胖的状态下瘦素水平往往较高，高水平的瘦素并未改善体重和进食量，相反，机体对瘦素的反应是迟钝的。机体对瘦素的反应减弱或无反应的现象即为瘦素抵抗。瘦素抵抗限制了肥胖治疗的有效性，因此，减轻瘦素抵抗，增加瘦素敏感性成为肥胖治疗中应当首要解决的问题。
瘦素受体广泛存在于下丘脑、肝脏、肾脏、心脏和肺等组织器官细胞表面，瘦素主要通过与下丘脑瘦素受体结合发挥生理作用；瘦素的外周作用包括调节糖代谢平衡、抑制脂肪合成和促进脂肪分解，参与造血及免疫功能的调节，促进生长等。在小鼠体内，瘦素受体主要由LRa、LRb、LRc、LRd、LRe、LRf这6种亚型构成，其中LRb在瘦素调节食欲和能量代谢中发挥重要作用[2]。
在下丘脑，瘦素与瘦素受体胞外域部分结合，激活下游酪氨酸激酶Janus激酶2(Janus kinase 2, JAK2)，使JAK2磷酸化。磷酸化的JAK2一方面可以发挥正反馈作用，另一方面可以使LRb胞浆部分尾部的酪氨酸Tyr985、Tyr1077和Tyr1138磷酸化。磷酸化Tyr985可以汇集磷酸化的含SH2域蛋白酪氨酸磷酸酶2(SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-2, SHP-2)，从而激活胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)通路；磷酸化Tyr1077可激活转录因子信号转导与转录活化因子(signal transducers and activators of transcription, STAT)5；磷酸化Tyr1138汇集并激活转录因子STAT3，磷酸化STAT3可进入细胞核启动细胞因子信号转导抑制蛋白3(suppressor of cytokine signaling 3, SOCS3)的转录表达，SOCS3抑制酪氨酸激酶JAK2磷酸化，对JAK2的过度激活具有负反馈的作用，与此同时，磷酸化的Tyr1138也会激活转录因子STAT5(图1)。下丘脑特异性敲除STAT3或STAT5均可导致瘦素抵抗的出现，然而，敲除STAT3的效用要强于STAT5[3]。
图1：瘦素受体及下游信号转导通路
二、瘦素抵抗
通常情况下，肥胖并非瘦素绝对缺乏。研究表明，在中国，体重指数<25 kg/m2的成年男性血清瘦素为(2.15±1.46)ng/ml，女性为(7.85±3.6)ng/ml，在体重指数≥25 kg/m2的肥胖者中，血清瘦素水平明显升高，男性为(4.87±3.47)ng/ml，女性为(16.59±6.92)ng/ml[4]。与体重正常者相比，肥胖者皮下脂肪和内脏脂肪显著增多，瘦素水平往往高于正常水平，而瘦素未能发挥其生理功能，这引起了人们对于'瘦素抵抗'的关注。 肥胖者会出现血清瘦素水平升高和瘦素受体表达数量降低这种不匹配的现象，瘦素抵抗的原因通常被归咎于瘦素受体表达降低和下游信号通路转导受阻。在近几年的研究中，人们从不同角度对瘦素抵抗的影响因素进行了分析，本文主要围绕以下几个方面进行论述(表1)。
(一)瘦素受体前发生瘦素抵抗的机制
1．血脑屏障：
血脑屏障(blood-brain barrier)是血液循环中瘦素进入中枢神经系统发挥生理作用的必经之路，在高脂饮食诱发的肥胖(diet-induced obesity, DIO)小鼠中，瘦素通过血脑屏障减少，给予DIO小鼠外源性瘦素后，其降低体重和减少食欲的作用甚微[16]。研究表明，在中枢神经系统中，星形胶质细胞和伸长细胞介导了肥胖引起的瘦素抵抗[17,18]。高脂饮食的小鼠可以使星形胶质细胞迅速活化，导致炎症的发生，抑制瘦素透过血脑屏障[7]；伸长细胞被视为瘦素进入大脑的通道，血液循环中的瘦素被伸长细胞摄取，将其释放入下丘脑内侧基底部[17]。在DIO小鼠中，伸长细胞摄取的瘦素聚集在正中隆起，瘦素无法进入下丘脑内侧基底部发挥作用，由此引发了瘦素抵抗[17]。近年来，人们应用3D技术在微观角度观察了瘦素通过血脑屏障的过程，脉络膜在控制瘦素进入脑脊液中扮演重要的角色，中枢对瘦素的摄取取决于瘦素受体的表达量[19]。高脂诱导的肥胖小鼠通过控制能量摄入可提高脉络膜瘦素受体的表达，瘦素进入中枢增多，缓解瘦素抵抗[5]；血脂对瘦素敏感性也有一定的影响，三酰甘油可迅速通过血脑屏障，脑脊液三酰甘油增多可使下丘脑磷酸化STAT3表达降低，出现瘦素抵抗[20]。因此，改善瘦素抵抗需提高瘦素通过血脑屏障的效率。
2．下丘脑黑皮质素系统：
1997年已有研究证实瘦素可以促进下丘脑弓状核阿片-黑素细胞皮质素原(pro-opiomelanocortin, POMC)mRNA的表达，瘦素缺乏的ob/ob肥胖小鼠注射瘦素后弓状核POMC mRNA表达增加，而瘦素受体缺陷的db/db肥胖小鼠在给予瘦素后没有出现弓状核POMC mRNA表达增加，充分说明瘦素作用于下丘脑弓状核的瘦素受体刺激POMC的分泌[6]。近年来，人们更多地关注营养状态对下丘脑POMC的影响，进而改变瘦素敏感性。高脂饮食雌性大鼠的后代在哺乳阶段即可出现超重和高瘦素血症，继续高脂喂养则可出现食欲过盛和瘦素抵抗，下丘脑弓状核POMC基因启动子序列显示过度甲基化，表现出对后代长期表观遗传的改变[21]；另有研究表明，出生后即刻开始给予过剩的营养会影响下丘脑弓状核POMC神经突触的发育，出现顽固而持久的瘦素抵抗[22]。 有研究证实，小鼠类固醇受体辅激活子1(steroid receptor coactivator-1, SRC1)基因敲除可诱导瘦素抵抗的发生，其原因在于SRC1与磷酸化STAT3相互作用增强POMC的转录，小鼠POMC神经元特异性敲除SRC1可使POMC神经元去极化减弱，POMC表达减少，小鼠食欲增加，并容易出现饮食诱导肥胖和瘦素抵抗的发生[23]。由此可见，下丘脑黑皮质素系统与瘦素抵抗的发生有密切的关系。 (二)瘦素受体及受体后发生瘦素抵抗的机制 1．瘦素受体： 在过去的研究中，人们将重心放在下丘脑神经元细胞瘦素受体的表达对瘦素抵抗的影响，很少有人关注到除神经元细胞以外其他细胞表面的瘦素受体。小胶质细胞是大脑中的一种免疫细胞，在免疫防御和神经发育方面有重要的作用，其表面有瘦素受体的表达，特异性敲除下丘脑小胶质细胞瘦素受体，小鼠会出现类似于db/db小鼠的表型，影响下丘脑神经元细胞对代谢的调节[7]；迷走传入神经也表达瘦素受体，雌性小鼠迷走神经特异性敲除瘦素受体将影响雌激素信号转导，并出现体重和进食量增加[8]。 2．基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase-2, MMP-2)： 高脂饮食诱导的肥胖小鼠下丘脑MMP-2活性增加，MMP-2可剪切瘦素受体胞内域，破坏瘦素受体信号转导，导致瘦素抵抗的产生；MMP-2双基因敲除(MMP-2－/－)小鼠，血清瘦素水平降低，瘦素敏感性增强，MMP-2－/－小鼠补充MMP-2后促使瘦素受体被剪切并出现瘦素抵抗和肥胖[9]。抑制MMP-2活性增加成为控制瘦素抵抗的新视点。 3．内质网应激： 在真核细胞中，内质网是参与蛋白质合成、加工、翻译后修饰以及转运的重要细胞器。未折叠或异常折叠蛋白在内质网中蓄积会引起内质网应激。2016年，Liu等[10]发现雷公藤红素可降低DIO小鼠的体重，但对ob/ob和db/db肥胖小鼠减重作用甚微，雷公藤红素处理的DIO小鼠下丘脑磷酸化ERK表达明显低于对照组，雷公藤红素增强瘦素敏感性的机制在于减轻了下丘脑内质网应激的发生；用依霉素或毒胡萝卜素诱导下丘脑细胞内质网应激，明显抑制了下丘脑细胞瘦素受体的信号通路，磷酸化STAT3表达显著降低，高脂喂养的小鼠表现为体重增加和食欲旺盛[24]。化学伴侣可以减少未折叠或错误折叠蛋白的蓄积，减轻内质网应激。4-苯基丁酸(4-phenyl butyric acid, 4-PBA)和牛磺熊去氧胆酸(tauroursodeox-ycholate, TUDCA)作用于中枢下丘脑，可以缓解下丘脑细胞内质网应激，增加瘦素的敏感性，有明显降低食欲和减重的效果[24,25]。因此，不管是中枢神经系统还是外周组织，减轻细胞内质网应激是改善瘦素抵抗的一个重要措施。 4．炎症反应： 高脂饮食6 h下丘脑即可出现炎症因子的增加，下丘脑炎症反应是高脂饮食最先出现的反应[26]。IκB激酶β(inhibitor kappa B kinase β，IKKβ)/核因子-κb(nuclear factor kappa-B, NF-κB)信号转导通路是细胞内主要的促炎信号通路，高脂饮食可激活该通路。研究证实，星形胶质细胞特异性敲除IKKβ可改善高脂预处理6周小鼠的体重增加，进食量减少，能量消耗增加[11]。高脂饮食也可促进转化生长因子β1(transforming growth factor, TGF-β1)的表达，抑制小鼠下丘脑弓状核TGF-β1的表达，可以减轻下丘脑炎症反应、减重并改善能量代谢[27]。 细胞因子受体与肥胖和瘦素抵抗有密不可分的关系。研究表明，白细胞介素1受体1(interleukin-1 receptor 1, IL1R1)缺乏可促进肥胖和瘦素抵抗的发生，对IL1R1双基因敲除(IL1r1－/－)小鼠给予高脂饮食，与野生型相比更容易引起肥胖和瘦素抵抗[28]。近日，Feng等[29]证实雷公藤红素处理高脂饮食诱导的肥胖IL1r1－/－小鼠不能起到减重作用，且瘦素增敏作用消失，说明IL1R1是雷公藤红素作为瘦素增敏剂的基础。 C反应蛋白(C-reactive protein, CRP)是一种炎症急性期蛋白，主要由肝脏分泌产生。目前，已有研究证实CRP可与血清中的瘦素结合，抑制瘦素受体下游信号分子——磷酸化STAT3的表达；用瘦素处理ob/ob小鼠，注射CRP后出现了瘦素抵抗的表现，体重和进食量迅速增加，体脂明显增多，且对CRP的浓度有剂量依赖性[30]。 5．SOCS3： SOCS3参与了JAK2-STAT3信号通路的负反馈调节。瘦素与瘦素受体结合，磷酸化STAT3移位至细胞核，调节靶基因SOCS3的表达[3]。全身单基因敲除SOCS3(SOCS3＋/－)或特异性神经元细胞双基因敲除SOCS3(crenesSOCS3flox/flox)增强了DIO肥胖小鼠瘦素受体下游信号分子STAT3磷酸化的表达，使其与野生型相比身材更加瘦小，进食量下降、体重减低[12,31]。目前，人们试图将SOCS3抑制性信号阻断，恢复瘦素敏感性，一种具有细胞穿透性的SOCS3片段，通过与瘦素受体p-Y985结合竞争性抑制SOCS3的结合，激活JAK2-STAT3信号通路，改善瘦素抵抗，起到减重、减脂和降糖的效果，开发了新的治疗方向[32]。 6．蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B(protein tyrosine phosphatase 1B, PTP1B)： PTP1B是一种酪氨酸蛋白磷酸酶，主要位于内质网膜上，广泛存在于全身组织细胞中。PTP1B可通过影响下丘脑炎症反应调控瘦素敏感性，Tsunekawa等[13]证实高脂喂养的PTP1B－/－小鼠下丘脑炎症较PTP1B＋/＋小鼠明显减轻，磷酸化STAT3表达增强，瘦素敏感性增强。作为JAK2-STAT3信号通路的抑制因子，下丘脑PTP1B蛋白表达水平与瘦素敏感性呈负相关。目前，人们致力于开发一种PTP1B抑制剂口服药物，以达到改善瘦素抵抗和胰岛素抵抗的目的，DPM-1001是PTP1B抑制剂MSI-1436的类似物，结合于PTP1B蛋白C末端抑制其发挥生理功能，改善糖脂代谢[33]。 运动在改善瘦素敏感性方面具有举足轻重的作用。运动不仅可以促进白色脂肪棕色化，还可以增加下丘脑磷酸化STAT3表达，降低PTP1B、SOCS3表达水平，减轻内质网应激和炎症反应，同时还可以抑制下丘脑神经细胞的凋亡，增加瘦素敏感性[34]。 7．线粒体融合蛋白2(mitofusin-2, MFN2)： MFN2是位于线粒体膜和内质网膜上的跨膜蛋白，是线粒体融合以及线粒体-内质网相互作用过程中不可缺少的蛋白。有研究表明给予小鼠高脂饮食24 h，下丘脑MNF2表达出现明显下降[26]；下丘脑POMC神经元MFN2的缺失将出现内质网应激、肥胖、进食量增加和能量消耗减少等瘦素抵抗的表现，脑室注射化学伴侣可抑制下丘脑的内质网应激，逆转由于MFN2缺失引起的肥胖和代谢异常[14]；可见，MNF2可以作为瘦素抵抗和内质网应激之间联系的纽带，下丘脑MFN2在维持全身能量平衡方面是不可或缺的。 8．褪黑素与褪黑素受体1： 褪黑素是由松果体分泌的胺类激素，是一种重要的昼夜节律调节因子，向中枢神经系统传递光周期信息。有研究发现褪黑素缺乏会导致瘦素抵抗的产生，补充褪黑素的小鼠出现了食欲减退和体重减轻，且血清瘦素水平降低，下丘脑磷酸化STAT3表达增加，而去松果体小鼠则有明显的瘦素抵抗[15]。褪黑素受体1(melatonin receptor 1)基因敲除小鼠(MT1KO)出现肥胖和食欲过盛，下丘脑瘦素受体mRNA水平下降，弓状核磷酸化STAT3表达降低，抑制了瘦素敏感性[35]。激素和激素受体或将成为新的瘦素增敏剂。
三、瘦素抵抗与胰岛素抵抗
生理状态下，胰岛素可减少瘦素的储存，直接促进瘦素的分泌，瘦素可抑制胰岛素的分泌，减少脂肪合成与储存，增加胰岛素受体敏感性，实现脂肪稳态与能量稳态平衡，平衡打破即可引起代谢障碍。肥胖、2型糖尿病、脂肪肝等代谢性疾病中同时伴有胰岛素抵抗和瘦素抵抗，原因在于瘦素与胰岛素信号转导存在交叉。PTP1B不仅是瘦素的负调控因子，同时也可以抑制胰岛素信号的转导，PTP1B基因敲除小鼠同时改善了瘦素抵抗和胰岛素抵抗[36]；瘦素与胰岛素均可诱导SOCS3的表达，SOCS3可降解胰岛素受体底物(IRS)-1和IRS-2，抑制胰岛素信号转导[37]。瘦素抵抗与胰岛素抵抗并非独立的代谢紊乱，二者相互影响，改善瘦素抵抗有益于胰岛素抵抗的控制。
四、瘦素抵抗治疗新进展
饮食习惯决定代谢健康，高盐饮食与肥胖、高血压和胰岛素抵抗等代谢性疾病有密切的关系。2018年的一项研究证实，高盐饮食可激活肝脏与下丘脑醛糖还原酶-果糖激酶通路促进内源性果糖的蓄积，从而导致瘦素抵抗和肥胖的发生[38]。因此，减少食盐的摄入对瘦素敏感性的保护是有益的。
许多化合物具有缓解高瘦素血症、增加瘦素敏感性的作用。白藜芦醇作为一种多酚类化合物，可以抑制脂肪细胞分泌瘦素，减轻高瘦素血症[39]；茶皂素和人参皂苷可减轻体重，抑制食欲，使高脂饮食的小鼠下丘脑磷酸化STAT3和POMC表达增加，瘦素敏感性增强[39]；在临床常用药物中，二甲双胍作为治疗2型糖尿病的常用药物之一，不仅可以减轻胰岛素抵抗，同时可以降低血清瘦素浓度。一项来自日本的临床研究发现，2型糖尿病患者血清瘦素水平明显高于非2型糖尿病患者，经二甲双胍治疗后，血清瘦素水平显著降低[40]。
五、展望
瘦素是脂肪组织传入大脑的重要信号分子，多项研究数据表明瘦素抵抗是导致肥胖产生的关键因素之一。同时，瘦素抵抗与胰岛素抵抗相互影响，提高瘦素敏感性成为人们的关注点。瘦素作用于瘦素受体发挥减重和抑制食欲的作用受到多种因素的影响，这些因素之间相互关联和影响，但瘦素抵抗产生的明确机制仍有待进一步探究。随着瘦素抵抗研究的不断深入，相信增加瘦素敏感性将成为肥胖治疗的一项重要措施。
参考文献 （略）