瘦素受体基因研究进展

作者：贾艳梅    作者单位：山西医科大学汾阳学院,山西 汾阳 032200

【摘要】  瘦素是由脂肪组织分泌的由肥胖基因编码的产物, 瘦素受体是瘦素调节机体能量代谢和脂肪沉积的重要中介物质,它们结合后发挥调节机体能量代谢平衡、代谢、饮食摄入、生长、生殖等功能。此外，Lepr与瘦素在外周与中枢间的交流中也有重要作用。研究发现Lepr基因突变与肥胖、胰岛素抵抗及糖尿病相关，因此,Lepr基因的研究已成为当前研究的热点领域。论文对Lepr的基因结构、拼接异构体、分布和功能，及其研究进展作了综述。

【关键词】  瘦素；瘦素受体；基因

　　Progress of Ob Gene Receptor Investigation

　　JIA Yan-mei

　　(Fenyang College of Shanxi Medical University,Fenyang,Shanxi 032200,China) 　　Abstract:The adipocyte-derived hormone leptin mediates the energy balance by binding its receptor in hypotha-lamic nuclei. Leptin and leptin receptor play an important role in the communication between central and periph-eral systems. The paper aimed to review the new progress of investigation into Ob-R gene structure, spliced isoform, distribution, function and signal transfer. At the mean time, we analyzed the relationship between lep-tin receptor and other hormones, especially the relationship between Ob-R and insulin. 　　Key words:leptin; Lepr; Gene

　　1  引言  　　肥胖现在是一个发病率高、人们普遍关注的问题。在美国预计到2025年，肥胖症患者将达美国总人口的1/3。而肥胖患者常伴发糖尿病、高血压、高脂血症等多种疾病, 称为多发性代谢综合征(multiple metabolic syndrome, MS)[1]。这些疾病严重威胁着人类身心健康，因而迫切需要掌握它的发病规律并予以控制[2]。因此与肥胖密切相关的瘦素（leptin）、瘦素受体(leptin receptor,Lepr)及肥胖相关疾病如高血压、糖尿病、脂质代谢紊乱等之间的关系成为近年来又一研究热点。  　　Lepr是leptin的高亲和力受体，是leptin发挥作用的重要中介物质，属gp130家族的Ⅰ型细胞因子受体超家族，Leptin与位于下丘脑及脂肪组织的Lepr结合，方能发挥抑制食欲、减少能量摄取、增加能量消耗、抑制脂肪合成的作用。研究瘦素受体多态性与能量代谢各指标的关系对于揭示肥胖及其相关疾病的共同遗传背景有着很重要的意义。论文对Lepr的基因结构及拼接异构体、分布和功能，及其研究进展作一综述。

　　2 Lepr基因的结构 　　瘦素受体基因(Obese Gene Receptor,OB-R)又称为糖尿病基因(Diabetes Gene, db)[3]。1995年Tartaglia第一个成功地从小鼠脉络丛中克隆出[4]，小鼠Lepr基因定位于4号染色体，人类瘦素受体基因(Obese Gene Receptor,OB-R)位于1p31,长约5.1Kb，含20个外显子，19个内含子，编码1165个氨基酸。其结构被人为划分为3个区：胞外区、跨膜区和胞质区，其胞外区含两个细胞因子motif，参与配体的结合，胞质区含Box1,Box2,Box3的一致顺序，参与Janus蛋白激酶-信号传导及转录激活途径[5]。小鼠Lepr基因编码的胞外配体区含840个氨基酸，跨膜区含34个氨基酸，胞浆区有多种变化。根据胞浆区的不同，OB-R转录后至少包括六种拼接异构体(spliced isoform),包括Ob-Ra-f[6]。Ob-Ra-d和Ob-Rf具有相同的胞外区和跨膜区。除了Ob-Re,这些拼接异构体都是跨膜受体,并且分成短受体亚型(ObRS)和长受体亚型(ObRL)两种[7]。

　　3 瘦素受体的分布及功能 　　瘦素受体分布广泛, 主要存在于中枢神经系统，尤其是大脑脉络丛、下丘脑，但许多外周组织，如肝脏、肾脏、心脏、脾脏、睾丸、骨骼肌、脂肪组织及胰岛细胞表面等也都存在LEPR，提示其有广泛的生物学作用。瘦素受体有两种主要形式,短受体亚型(Ob-Rs)和长受体亚型(Ob-RL)[7]。前者短受体亚型(包括Ob-Ra,c,d&f)主要分布在肾脏、肺、大脑脉络丛[8～12]及血脑屏障的大脑微血管丛中[13]，其中Ob-Ra和Ob-Rc在脉络膜血管丛和脑的微脉管中高度表达,表明他们在血脑屏障的转运中起作用。ob-Rb是leptin作用的主要受体，其胞浆区含304个氨基酸，主要通过潜在的motif与Janus蛋白激酶-信号传导及转录激活蛋白(JAK- STATs)途径发挥作用。ob-Ra胞内区含34个氨基酸，ob-Rc胞内取含32个氨基酸，两者都具有转移子的作用。受体ob-Re最短，且缺乏跨膜位点，仅含808个氨基酸，可能是一种可溶性受体，在信号传导中没有直接的作用,但是对于决定瘦素在循环中的浓度是很重要的。长受体亚型Ob-RL是具有信号传导功能的受体亚型[14]，主要表达于下丘脑,在外周组织(包括肝脏、肺、睾丸等)表达有限,可能与其信号传导功能相关[15] 。瘦素受体在骨骼肌、胰岛、肝脏亦有少量表达,其长细胞内段具有信号传导功能,并且长细胞内段与瘦素对代谢调节的作用具有密切的关系[6]。Emillsson证明小鼠功能性瘦素受体分布于胰腺[6],大鼠的瘦素受体主要分布于肝、脾、脑、肾、心、肺、胰腺、下丘脑;其中脑内表达较高。对lepr的研究亦表明，瘦素受体的细胞外区具有I型细胞因子受体家族的特点，是一个单一跨膜信号转导复合物，并且包含两个细胞因子样的结合特征序列(色氨酸-丝氨酸-X-色氨酸-丝氨酸)和一个纤维连结蛋白类Ⅲ区域[16]，与白介素-6(IL-6)受体的信号传导成分糖蛋白(gp130)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)受体、白细胞抑制因子(LIF)受体密切相关[17]。与IL-6R,LIF-R,G-CSF-R不同的是，Lepr胞内区最短，但是仍可发挥信号转导作用，且其作用不依赖于gp130。

　　4  Lepr基因研究进展 　　目前已经证实了瘦素受体基因多种突变和多个多态性位点。动物模型实验发现[18～21]：G57BL/KsJ db/db小鼠、Zucker肥胖fa/fa大鼠、Koletsky肥胖f/f大鼠均由于瘦素受体基因的突变而导致无功能的受体蛋白产生，以及瘦素信号转录和传导障碍，脑脊液/血浆中leptin浓度下降，产生leptin中枢性抵抗，临床表现为严重肥胖、胰岛素抵抗及家族性糖尿病[22]。Brown等[23]在远系杂交的小鼠中运用cDNA片断序列分析发现瘦素受体基因第12外显子一个鸟苷酸残基缺失，导致编码序列框架移码，使瘦素受体转录水平降低10倍，此位点为糖尿病位点的一个等位基因，小鼠出现糖尿病和肥胖。Ukkola等[24]发现长期饮食摄入过多，瘦素受体基因第668位碱基A→G变异，使223位氨基酸Gln被Arg取代(Gln223Arg)，此突变与一系列代谢异常相关，其中基因型为AA型的纯合子个体更易于出现血糖、胰岛素、低密度脂蛋白等增高。 　　在人类方面，Matssuoka[5]等应用PCR技术对日本肥胖病人Lepr基因2~20外显子进行扩增测序分析发现7种核苷酸顺序变异，分别是Lys109Arg，Gln223Arg，Ser343Ser，Ser492Thr，Lys656Asn，Ala976Asp和Pro1019Pro,其中在109，223，976，1019位变异频率较高，变异频率分别为79%，91%，100%，85%。Chung等在美国人中发现瘦素受体基因突变，其中3种发生了氨基酸改变(Lys109Arg，Gln223Arg和Lys656Asn)，3种静息突变(nt1222T→C，nt3217A→G和nt3250G→C)，还发现4种内含子序列变异。在非糖尿病的男性人群中的一项前瞻性病例研究中发现，瘦素受体基因3’端非翻译区(UTR)的多态性[25]与2型糖尿病危险性及血清胰岛关。Behn等应用PCR-RFLP方法分析94例糖尿病和非糖尿病的非洲裔美国人，发现瘦素受体基因顺序改变可能与早发性(≤45岁)Ⅱ型糖尿病及患者的血糖水平相关。在西太平洋瑙鲁男性中，瘦素受体基因3057位碱基G→A多态性个体胰岛素浓度增高(P=0.04)。瘦素和瘦素受体均有多态性的个体，空腹胰岛素水平明显增加(P=0.03)，瘦素和瘦素受体等位基因特定联合，发生胰岛素抵抗的危险性增加[26]。鲁红云等发现LEPR第+3057位核苷酸基因多态性可能通过影响机体局部体脂分布和脂质代谢、调节胰岛素敏感性等参与2型糖尿病的发生[27]。最近的研究发现，雌激素可促进瘦素分泌，女性绝经期后瘦素分泌减少[28]，也有不同的报道，故瘦素与雌激素的相互作用机制还需进一步研究[29]。雄激素受体可通过影响睾丸激素的分泌而调节体脂含量和血清瘦素浓度[30]。

　　5 问题与展望 　　瘦素及LEPR与多种正常生理功能的维持有着密切的关系。以前的研究大多局限于动物实验和离体实验，尚存在一定问题， 近来研究的对象也逐步由动物转向人类。当然，由于人种和民族的不同、实验技术和实验方法等方面的限制，目前瘦素受体以及与肥胖关系的研究特别是对于人类肥胖控制与治疗的应用还有很长的路要走。如人类Lepr基因突变及变异情况， 表达调控及信号传导机制， 瘦素作用的详细机制以及与各种相关代谢途径甚至癌症发生关系的研究， LEPR的其他异型体与瘦素有何关系，尤其是在LEPR b功能异常时机体的代偿反应如何，可借助基因工程手段，如建立LEPR其他异型体基因修饰小鼠模型进行研究[31]。

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