类型b
这篇综述文章由Shigehisa Yanagi、Takahiro Sato、Kenji Kangawa和Masamitsu Nakazato撰写,作者分别来自日本宫崎大学医学部神经学、呼吸学、内分泌与代谢科,久留米大学生命科学研究所分子遗传学系,国立脑心血管研究中心生物化学系以及日本医疗研究开发机构(AMED)。文章发表在《Cell Metabolism》期刊上,时间为2018年。
本文的主题是围绕胃饥饿素(ghrelin)的生物学功能及其在能量代谢和细胞稳态中的作用展开的。作为一类重要的胃肠激素,ghrelin不仅参与调节食欲和能量平衡,还在多种代谢器官中发挥保护作用。通过总结近年来的研究进展,本文旨在揭示ghrelin系统的复杂调控机制,并探讨其在临床治疗中的潜在应用价值。
ghrelin是一种由28个氨基酸组成的酰化肽,最早于1999年由Kojima等人在大鼠和人类胃中被发现。它是生长激素促分泌素受体1a(GHS-R1a)的内源性配体,能够刺激生长激素(GH)的分泌。ghrelin的独特之处在于其第三位丝氨酸(Ser3)被N-辛酰基脂肪酸修饰,这种修饰对ghrelin与GHS-R1a的结合至关重要。此外,ghrelin的合成依赖于一种名为ghrelin O-酰基转移酶(GOAT)的酶,该酶特异性地将辛酸连接到ghrelin的Ser3位置。这些基础研究为后续探索ghrelin的功能奠定了重要基础。
支持这一观点的证据包括:
1. ghrelin基因(GHRL)定位于人类染色体3p25-26区域,其前体蛋白preproghrelin经过转录后加工生成包括ghrelin在内的五种产物。
2. GOAT属于膜结合O-酰基转移酶(MBOAT)家族,主要表达于胃和胰腺中的ghrelin生成细胞。
3. 通过对ghrelin结构和功能的研究,科学家们明确了其在能量稳态调控中的核心地位。
ghrelin通过激活下丘脑神经元来调节摄食行为,特别是在弓状核(ARC)中表达的NPY/AgRP神经元和POMC/CART神经元对其功能至关重要。研究表明,ghrelin通过AMPK-CPT1A-UCP2信号通路促进脂肪酸氧化,从而增强线粒体功能并减少活性氧(ROS)积累。此外,ghrelin还能通过mTORC1-PS6K1信号通路增加NPY和AgRP的表达,进一步促进摄食行为。
支持这一观点的证据包括:
1. 在ARC中,ghrelin结合GHS-R1a后上调mTORC1-PS6K1信号,导致NPY和AgRP的表达增加,进而激活NPY/AgRP神经元以促进食物摄入。
2. ghrelin通过Sirt1-p53途径和CaMKKβ介导的AMPK激活,在腹内侧下丘脑(VMH)中抑制乙酰辅酶A羧化酶(ACC)活性,降低丙二酰辅酶A水平并激活肉碱棕榈酰转移酶1A(CPT1A)。
3. 实验表明,ghrelin的摄食诱导效应依赖于完整的多巴胺能和阿片类信号系统,尤其是在伏隔核(NAc)和腹侧被盖区(VTA)中。
除了调节能量代谢外,ghrelin还具有显著的细胞保护功能,包括自噬诱导、抗炎、抗纤维化和干细胞维持等。例如,ghrelin通过AMPK/mTOR信号通路增强自噬,从而减轻肝脂毒性;同时,它还能通过抑制NF-κB途径减少炎症因子的产生,并通过上调抗纤维化微小RNA(如miR-30a)缓解骨骼肌纤维化。
支持这一观点的证据包括:
1. 在心肌细胞中,去酰基ghrelin通过SOD-2-miR-221⁄222-p57kip2途径促进卫星细胞周期进入,加速肌肉再生。
2. 动物模型显示,连续给予ghrelin可改善帕金森病相关的线粒体功能障碍,并减少多巴胺能神经元损失。
3. 去酰基ghrelin通过上调SIRT1和SOD-2表达,保护内皮细胞免受氧化应激诱导的凋亡。
目前已有大量临床试验评估了ghrelin在多种病理条件下的治疗效果。结果表明,ghrelin能够显著提高循环GH水平、刺激食欲、促进食物摄入、增加体重、升高血糖并降低胰岛素敏感性。此外,ghrelin在恶病质患者中表现出良好的耐受性和疗效,尤其是在慢性心力衰竭和癌症相关恶病质的治疗中显示出巨大潜力。
支持这一观点的证据包括:
1. 一项针对慢性心力衰竭患者的随机对照试验显示,ghrelin治疗可显著改善食欲、体重和运动能力。
2. 在接受全胃切除术的患者中,ghrelin补充剂能够减少术后体重下降并提高口服食物摄入量。
3. 动物实验表明,ghrelin可通过抑制炎症反应和氧化应激,缓解化疗药物顺铂引起的副作用,如高痛觉过敏和恶病质。
本文全面回顾了ghrelin在能量代谢、细胞稳态和疾病治疗中的多重功能,揭示了其作为“稳态力量”的核心角色。ghrelin不仅是一种重要的摄食调节因子,还在应对代谢压力和炎症方面发挥了关键作用。未来研究应进一步探索ghrelin及其受体GHS-R1a的信号传导机制,以及去酰基ghrelin受体的身份鉴定。这些研究将为开发针对代谢性疾病的新疗法提供重要线索,同时也为理解胃-脑相互作用提供了新的视角。