秀丽线虫脂肪积累调控的生理与分子机制.doc

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1、秀丽线虫脂肪积累调控的生理与分子机制 3许雪梅王大勇 (东南大学医学院遗传与发育学系 发育与疾病相关基因教育部重点实验室 ,南京 210009 )摘要 脂肪积累是一个复杂的生理过程 ,模式动物秀丽线虫 (以下简称线虫 )已经成为目前研究脂肪积累的重要模型 。线虫中的脂肪酸代谢通路与其他物种中的代谢是基本一致的 ,很多关键的代 谢调节基因的功能已经得到鉴定 。线虫中脂肪积累涉及至少 4 个核心调控通路 ,分别为胰岛素和 转化生长因子 ( TGF2)信号通路 、sbp21 / m d t215 介导的信号通路 、核激素受体 nh r249 介导的信号 通路与雷帕霉素靶标 ( TOR )和氨基己糖介

2、导的信号通路 。此外 ,神经递质 5 2羟色胺 、多巴胺和谷氨酸参与了脂肪积累的调控 ,而 tub21和 bbs21可以介导对脂肪积累的神经调控 ,暗示了纤毛结构与 感觉神经元在脂肪积累中可能的重要功能 。线虫中的研究工作对人类肥胖症等代谢疾病的研究具 有重要的提示作用 。关键词 秀丽线虫 ;脂肪积累 ;生理调控 ;分子机制中图分类号R723. 14Phy s io log ica l an d M o lecu la r C on tro l of L ip id A ccum u la t ion in C a en o rh a bd itis E lega n sXU Xue2M e

3、i , WAN G D a2Yong ( Key L abora tory of D evelopm en ta l Genes and H um an D isease in M in istry of Educa2tion, S ou theast U n iversity, N an jing 210009 , Ch ina)A b stra c t Fa t sto rage is a comp lex p hysio logica l p roce ss, and mode l o rgan ism of C aenorhabd itis elegans ha s a lready

4、been exp lo red a s an impo rtan t mode l to study lip id accum u la tion. The lip id p a rtic le s o r fa tty ac id can be sta ined o r labe led w ith Sudan B lack B o r N e il R ed. The m e tabo lism p a thways fo r fa tty ac id syn the sis and b reakdown in nem a tode s a re a lmo st iden tica l

5、to tho se in o the r o rgan ism s, and func tion s of m any gene s encod ing the key regu la tion enzym e s have been iden tified. A t lea st fou r cen tra l regu la tionp a thways a re invo lved in the fa t sto rage con tro l in nem a tode s: in su lin and TGF2 signa ling p a thway, sbp21 / m d t21

6、5 m ed ia ted p a thway, nh r249 m ed ia ted p a thway, and TOR and hexo sam ine p a thway. Mo reove r, neu ro tran sm itte rs 5 2H T, dop am ine, and glu tam a te we re found to p a rtic ip a te in the con tro l of lip id accu2 m u la tion. In add ition, invo lvem en t of tub21 and bbs21 in neu ron

7、a l con tro l of fa t sto rage sugge st the po ssi2 b ly impo rtan t ro le s of amp h id struc tu re and sen so ry neu ron s in regu la ting lip id accum u la tion. The da ta ob ta ined in C. elegans on fa t sto rage con tro l w ill con tribu te la rge ly to the study on m e tabo lism re la ted d is

8、2 ea se s, such a s obe sity, in hum an be ings.Key word slip id accum u la tion; p hysio logica l con tro l; mo lecu la r m echan ism; C aenorhabd itis elegans秀 丽线 虫 ( C aeno rhabd itis elegans, 以下 简称 线虫 )是当前国际上研究脂肪积累生理与分子机制的 重要模型之一 1 。其原因在于 : ( 1 ) 线虫脂肪颗粒主要存储于肠道及皮下细胞 ,且线虫身体通体透明 ,利用整体动物便可观察到肠道及皮下细胞

9、脂肪的堆 积 ; ( 2 ) 方法上 , 线虫脂肪颗粒标记简单 , 苏丹黑 B 可以使固定好的线虫脂肪着色 ,肠道内的脂肪颗粒可以用 N ile R ed 荧光探针来标记 ; ( 3 ) 线虫中具体 脂肪酸组分可以利用气相色谱或气相色谱 /质谱分析联用方法进行考察 ; ( 4 ) 线虫中脂肪酸合成与降解的代谢与其他动物以及人体中的生化通路相同或 高度相似 ,尤其是线虫脂肪代谢各关键代谢步骤的限速酶等与其他物种中基本相同 ; ( 5 ) 线虫脂肪积累 的核心调控通路已基本鉴定出来 , 例如 daf 22介3 国家自然科学基金 ( 30771113 ) 及教育部新世纪优秀人才项目基金资助课题 通讯

10、作者导的胰岛素信号通路及 daf27 介导的 TGF2信号通路平行地调控线虫的脂肪积累 , nh r249、sbp21、m d t215、tub21和 bbs21 也参与了线虫脂肪积累的调控 ,在 对 tub21的遗传分析中并发现 ka t21在线虫的脂肪积 累中也起到重要的调控作用 ; ( 6 ) 线虫具模式动物 所应该具有的诸多研究优势 ,具有丰富的遗传资源 与详尽的遗传背景 。因此 ,近十年来线虫已成为备受重视的研究脂肪积累的模型动物 。一 、脂肪积累的代谢调节(一 )脂肪酸的合成和储存途径 线虫中脂肪 酸代谢的基本通路如图 1所示 。在线虫脂肪酸合成 过程中 , pod 22编码乙酰辅

11、酶 A 羧化酶 。在线虫不 饱和脂肪酸合成中 , fa t25、fa t26、fa t27 编码脂肪酸去 饱和酶 , lbp21、lbp28编码脂肪酸结合蛋白 2 。图 1 线虫脂肪酸代谢通路及相关的重要调控基因乙酰辅酶 A 作为脂肪酸重新合成的底物 , 经乙酰辅酶 A 羧化酶 pod 22 等作用 , 生成 游离脂肪酸 。磷脂在磷脂酶作用下 ,同样 也可生成游离脂肪酸 。游离脂肪 酸同 时 参与线粒体 氧化 、过氧化物酶体 氧化 以及不饱和脂肪酸的合成 。游离 脂肪 酸 经过线粒体 氧化和过氧化物酶体 氧 化重新生 成 乙 酰 辅 酶 A , 参 与 乙 醛 酸 途 径 ; 生成草酰乙酸盐

12、(或酯 ) 后 , 进入糖 质新生途径 ;生成葡萄糖后 , 进入糖酵解 途径在线虫脂肪酸的代谢中 ,若干代谢相关的酶发生遗传突变后 ,会对体内脂肪的积累水平产生明显 影响 。例如 ,若降低磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶和 3 2磷酸甘油醛脱氢酶 ( gpd 23 )的表达 ,线虫脂肪积累减少 ; acs22 (一种酰基辅酶 A 合成酶 )和 ech 21 (一种羟 脂酰辅酶 A 脱氢酶 ) 表达量降低后 , 线虫脂肪积累增加 ;使 ka t21 (硫解酶 ) 表达量降低后 ,线虫会积累 较多的脂肪 ;脂肪酸合成 (如乙酰辅酶 A 羧化酶 、脂肪酸合成酶 ) 、磷脂合成 (如丝氨酸棕榈酰转移酶 ) 、甘

13、油三酸酯合成 (如磷酸甘油酰基转移酶 ) 通路上 的基因若失活后 ,脂肪积累减少 ;某些有关脂肪酸氧化 的 基 因 若 失 活 后 , 线 虫 脂 肪 积 累 也 会 有 所 变化 35 。另外 ,脂肪酸延 长酶 elo22 / F11 E6. 5 参 与棕 榈 酸的延长和多不饱和脂肪酸的合成 ,若其表达量降低则线虫脂肪积累减少 ,棕榈酸盐增多 ,多不饱和脂肪酸减少 ,且这种脂肪酸组成的失衡还会导致多种 表型缺陷 ,如生长变慢 、体长变小 、生殖缺陷 、排泄周期变化等 ( Kn iazeva等. 2003 ) 。fa t25、fa t26 和 fa t27 编码 29 脂肪酸去饱和酶 ,少 ,

14、生命周期变短 ,但 fa t27 基因缺失突变体却没有发生类似的情况 , 这可能是由于 fa t26 或 fa t27 突变 后剩余的 29 脂肪酸去饱和酶的补偿作用 6 。线 虫 29 脂肪酸去饱和酶受固醇反应元件结合蛋白 sbp21、核激素受体 nh r249、转录共激活子 m d t215 的调 控 , 暗 示 了 脂 肪 代 谢 通 路 与 调 控 机 制 的 复 杂 性 7 , 8 。(二 ) 脂肪酸的分解途径通常情况下 ,细胞分 解脂肪并最终产生 A TP,其中储存甘油三酯的利用 是由脂肪酶来实现的 。分解得到的脂肪酸在酰基 2 辅酶 A 合成酶的作用下生成对应的酰基辅酶 A ,并

15、 在过氧化物酶体或线粒体内 2氧化酶的作用下 ,脂 肪酰 2辅酶 A 逐渐被分解为乙酰基辅酶 A 2 。在线 虫过 氧化 物酶 体 2氧 化过 程 中 , ech 23、ech 28、ech 29 编码羟脂酰辅酶 A 脱氢酶 /烯脂酰辅酶 A 水化酶 , ka t21编码硫解酶 。在线 虫 线粒 体 2氧 化过 程 中 , acs22编码酰基辅酶 A 合成酶 , ech 21 编码羟脂酰辅 酶 A 脱氢酶 /烯脂酰辅酶 A 水化酶 。(三 )脂肪的摄取 /运输在线虫基因组中 , 可 以发现脂肪酸转位酶 、脂肪酸运输蛋白 、脂肪酸结合这些酶或运输蛋白的表达降低或对应基因功能突变 ,可以导致动物肠

16、道脂肪积累发生显著变化 (升 高或降低 ) 2 , 9 。如编码酰基辅酶 A 结合蛋白的基因 acbp21、ABC运输蛋白编码基因 pgd 22 表达量若降低后 ,脂肪积累显著减少 2 , 9 。二 、脂肪积累的核心调控通路A GE21 则可能是 DA F22 信号的主要出口 。(二 ) sbp21 / m d t215 介导的信号通路固醇反 应元件结合蛋白 ( ste ro l re spon se e lem en t b ind ing p ro2te in, SR EB P)家族是脂肪和固醇合成通路上的重要转录调节子 。 SR EB P s靠进化上保守的 ARC105 亚 基激活目标基

17、因 。线虫中 ARC105的同源物是 m d t2(一 )胰岛素信号通路和 TGF2信号通路胰15 , SR EB P 的 同 源 物 是 Y47D 38. 7 / sbp21 / lpd 21。岛素 和 DA F27 转 化 生 长 因 子 tran sfo rm ing grow thfac to r, TGF2)信号通路平行地调控线虫的代谢和生 长发育 ,其中的任何一条通路被破坏都足以使线虫 进入脂肪积累增多的永久性幼虫期 (图 2 ) 。在胰岛(m d t215可以与 sbp21 的激活结构域结合 , 若使 m d t215或 sbp21表达量降低后 ,线虫的脂肪积累急剧减 少 11

18、。而且 m d t215表达量若降低后 , N ile R ed染色 结果显示肠道中脂肪分布比较弥散 8 。应用气相 色谱 /质 谱 联 用 法 发 现 , m d t215 或 sbp21 基 因 突 变后 ,肠道中脂肪的主要储存形式三酸甘油脂减少 ,并 且许多种脂肪酸的比率会发生变化 ,如十八碳饱和 脂肪酸有显著增加 ,而单不饱和脂肪酸十八烯酸急 剧减少 11 。哺乳动物中 SR EB P s直接 激活 硬酯 酰 辅酶 A 去饱和酶基因家族的转录 ,该基因家族可以使硬酯酸去饱和生成不饱和脂肪酸 。线虫中硬酯酰 辅酶 A 去 饱 和 酶 的 同 源 物 是 fa t26 和 fa t27 ,

19、 若 使 m d t215或 sbp21 表达量降低后 , fa t26 和 fa t27 表达量 剧烈减少 ,且 fa t26 和 fa t27 基因同时突变后产生的 表型与 m d t215和 sbp21 表型相似 12 。此外 ,在食物中加入十八烯酸后可以挽救 m d t215、sbp21 及 fa t26 / fa t27突变动物的表型 ,而添加硬酯酸却不会产生明 显影响 12 。另外 , sbp21 功能若丧失也会影响两种 脂肪酸延长酶 elo25 和 elo26 的表达 12 。因此 , sbp21 在线虫的脂肪积累及脂肪酸的组成的调控中发挥重要功能 , m d t215则作为转录

20、共激活子作用于该通路 的调控 。(三 ) 核激素受体 nh r249 介导的信号通路 一 些核激素受体 ( nuc lea r ho rmone recep to rs, NHR s)可 以与脂肪酸及一些脂类物质相结合 ,它们对动物脂肪代谢可以产生重要的调节作用 。A sh rafi等发现 ,线虫基因组中的核激素受体 NHR 249 若功能出现缺素通 路 中 , daf216 编 码 Fo rk head 家 族 转 录 因 子 。daf22编码一种胰岛素受体 ,是胰岛素信号通路中的 一个关键基因 。 age21 与 daf22 突变体的表型相似 , 突变体中线虫的脂肪积累都会增加 10 。D

21、A F27 是 TGF2的配体 ,表达于 A S I神经元 , daf27 突变后线 虫的脂肪积累增加 。而且有证据表明 , daf216; daf2 7双突变体的表型近似于 daf27 单突变体 ; daf23 编码 一种 Sm ad蛋白 , daf23 无义突变抑制 daf27 突变 ,但 不能抑制 daf22突变表型 10 。图 2 胰岛素和 TGF2(A )以及 nh r249 (B )信号通路对线虫代谢的调控 5, 9 在胰岛素和 TGF2信号通路对线虫代谢的调控上 , DA F27 / TGF2类 似信号 ,经过一系列过程将信号传递到核内并调控代谢基因的转录 和翻译 。DA F21

22、6 可以直接对代谢过程产生调控 , 也可以通过调控 代谢基因的转录和翻译间接影响代谢过程 。在 nh r249 信号通路对 线虫代谢的调控上 , nh r249 促进参与脂肪酸 2氧化基因的表达 , 从 而使脂肪消耗加快 。在另一条独立的通路上 , nh r249 通过促进 fa t27 的表达而调控脂肪酸的去饱和化 3 陷 ,脂肪积累显著增加 。核激素受体 NHR 249 介导的相关信号通路如图 2所示 。V an Gilst等进一步 证实了这种现象 ,并提出 NHR 249 可能会对参与能量代谢的基因功能产生调控作用 5 。为证实这种 推测 ,作者检测了野生型线虫和 nh r249 ( n

23、 r2041 ) 突 变体中 89种相关基因 (包括 65 种可能参与脂肪酸 合成 、2氧化 、去饱和 、延长和结合 /运输的基因 ; 16 种可能参与糖酵解 、糖异生和葡萄糖运输的基因 ; 8种参与乙醛酸途径的基因 )的表达情况 ,发现 nh r249突变改变了其中 13种基因 (包括 6种可能参与脂肪在胰岛素信号和 TGF2信号通路调控脂肪积累的 机 制 上 , 如 图 2 所 示 , 胰 岛 素 类 似 配 体 激 活 DA F22、DA F27 所 介 导 的 TGF2 类 似 信 号 则 激 活 DA F21 和 DA F24受体 。激活型的 DA F22 募集 A GE21 并产生

24、第二信使 P IP3 ,从而调控下游代谢基因的转录和翻译 。在该调控体系中 , DA F216 处于 DA F22和 A GE21的下游 ,并受 DA F22 和 A GE21 的负调控 ;酸 2氧化的基因 , 3种参与脂肪酸去饱和化的基因 ,2 种在脂肪酸结合与运输中发挥作用的基因 ) 的表达 5 。通过系统的研究发现 , nh r249 突变后可能对两 条代谢通路的影响最大 : 线粒体 2氧化和脂肪酸去 饱和化 。 3种基因可能主要参与线粒体 2氧化 : ech 21、F09 F3. 9和 acs22 ,其中 F09 F3. 9可能编码一种肉毒碱棕榈酰转移酶 。 nh r249 基因突变后

25、 ,可以显著 降低这 3种基因的表达量 ;且 acs22、F09 F3. 9 和 ech 21 基因突变后均会导致线虫脂肪积累明显增加 5 。 因此 , nh r249 可以促进 acs22、F09 F3. 9 和 ech 21 这 3 种 2氧化酶基因的表达 , nh r249 突变体中脂肪积累过多的原因之一即可能是线粒体 2氧化功能的降 低 。而且 , ACS22: : GFP 过表达后也可以抑制 nh r249 ( n r2041 ) 突 变 体 高 脂 肪 的 表 型 5 。另 外 , 线 虫 fa t25、fa t26 和 fa t27 编码 29 脂肪酸去饱和酶 , 它们 将饱和的

26、十六碳脂肪酸和十八碳脂肪酸去饱和生成单不饱和脂肪酸 。其中 fa t25 是棕榈酰辅酶 A 去饱 和酶 ,作用于十六碳饱和脂肪酸 。 fa t26 和 fa t27作为 硬脂酰辅酶 A 去饱和酶 ( Stea royl2CoA de sa tu ra se s, SCD s) ,使十八碳饱和脂肪酸去饱和化 ,且 SCD s还 催化 多 不 饱 和 脂 肪 酸 ( po lyun sa tu ra ted fa tty ac id s,PU FA s)合成的起始步骤 2 。研究表明 ,野生型线虫 中 fa t25和 fa t27的表达量是 nh r249 ( n r2041 ) 突变体 的 30

27、 倍 以 上 , 野 生 型 fa t26 表 达 量 是 突 变 体 的 2 倍 5 。而且 , nh r249 ( n r2041 ) 突变体中十八碳饱和 脂肪酸增加 ,相应十八碳单不饱和脂肪酸减少 ;相对于野 生 型 线 虫 中 两 者 比 例 为 1. 9 1 , nh r249( n r2041 )突变体中为 4. 3 1 ,即 SCD s活性降低 5 。 因此 , nh r249 除了可以促进线粒体 2氧化酶基因的 表达 ,还可以促进线虫脂肪酸去饱和酶基因的表达 。应用酵母双杂交系统进一步发现了转录共激活子 m d t215 / acr105与 nh r249 相互作用 5 。此外

28、 , nh r249突变后许 多 表 达 量 发 生 变 化 的 基 因 在 m d t215 / acr105 突变体中也发生了类似的变化 ,但并不完全 相同 ,说明 m d t215 / acr105也可能作为其他转录因子 的共 激 活 子 5 。此 点 已 经 被 Taube rt 等 ( 2006 ) 证实 ,在酵母双杂交系统中 m d t215 / acr105 也与其他核 激素受体结合 8 。(四 ) TOR ( ta rge t of rap am yc in ) 和 氨 基 己 糖突变体同 daf22 突变体表型类似 , 肠道中出现脂肪堆积情况 13 。在哺乳动物中 , TOR

29、 与 rap to r相互作 用而将营养信号传导到下游的翻译元件 ,并促进蛋白的翻译 。在线虫中 , rap to r的同源物是 daf215 , 其突 变 后 的 线 虫 可 以 积 累 较 多 脂 肪 ( H anove r 等.2005 ) 。研究证明 , daf215 的转录受 DA F216 转录因 子的调控 ,故 daf22 胰岛素信号和营养信号可以交汇于 DA F215 , 同 时 调 控 线 虫 的 代 谢 ( H anove r 等.2005 ) 。O 2GlcNA c (O 2linked 2N 2 ace tylgluco sam ine)是一 种进化上保守的核内蛋白修饰

30、子 、信号激酶以及转 录因子 。在哺乳动物中 , O 2GlcNA c 转移酶 ( O 2Glc2NA c tran sfefa se, O GT)和 O 2GlcNA ca se (线虫中的同 源物是 O GA 21 ) 介 导 氨 基 己 糖 信 号 通 路 的 最 后 步 骤 。线虫中 og t21 和 oga 21 突变体代谢均发生显著 变化 :海藻糖和糖原质含量显著高于野生型 ,而甘油 三酯则显著降低 ,同时脂肪积累显著降低 ( Fo rsythe等. 2006 , B endena等. 2008 ) 。三 、脂肪积累的神经调控(一 ) 5 2羟色胺 、多巴胺和谷氨酸对脂肪积累的 调

31、控 线虫通过咽泵来浓缩和吞咽食物 , 5 2羟色胺 即可以调控线虫咽泵运动的速率 。外源 5 2羟色胺的添加可以使线虫咽泵运动速率加快 , 而通过遗传 手段阻断内源 5 2羟色胺的合成则可抑制咽泵运动 的速率 。 tph 21 基因编码线虫中唯一的色氨酸羟化 酶 ,在 5 2羟色胺的生物合成中发挥重要作用 , tph 21 突变体线虫的咽泵运动速率明显变慢 ,脂肪积累增加 ,而将该突变体暴露于过剩的 5 2羟色胺则咽泵运 动速率增加 (O rvitz 等. 1982 , A ve ry等. 1990 , Sze 等.2002 ) 14 。另外 , 5 2羟色胺受体 ser21和 ser27若发

32、生 突变 ,可以 废 除 5 2羟 色 胺 对 咽 泵 运 动 的 刺 激 作 用 ( Hob son等. 2006 ) 。 tph 21 缺失导致的代谢失调 可能部分归因于 TGF2和胰岛素类似的神经内分泌 信号的下调 12 。通过 RNA i方法进行全基因组功能筛选 , 还观 察到特定多巴胺和谷氨酸受体基因突变后 ,脂肪积 累也会受到明显影响 ,但不影响生长速率及生殖能力 。例如 , dop23表达量降低后 ,线虫脂肪积累增加 ;g lr27表达降低后 ,线虫脂肪积累减少 3 。(二 ) 胰 岛 素 信 号 通 路 对 脂 肪 积 累 的 神 经 调 控 针对胰岛素信号通路中的 DA F2

33、2 ,已有报道指 出该基因在神经系统的特异表达可以很大程度上恢( hexo sam ine) 介导的信号通路TOR 激酶家族是免疫抑制剂 rap am yc in作用的靶标 ,可以根据营养和系统的表达对脂肪积累的影响 ,尚未见文献报道 。(三 ) tub21和 bbs21对脂肪积累的神经调控 线 虫中 TUB 21 表达于头感器 、尾感器 、AQR 和 PQR 神经元的轴突 、树突和纤毛部位 。 tub21 突变后 , 对纤毛结构无影响 ,但对挥发性物质如对二氮杂苯 、苯甲 醛和丁二酮的趋向性会有影响 ,暗示 tub21突变将导 致 AWA 和 AW C两种头感器神经元发生缺陷 (M uk2h

34、op adhyay等. 2007 ) 16 。同时 , tub21 突变体线虫脂 肪积累较之野生型有明显增加 , N ile R ed 染色后的 荧光光密度是野生型的 1. 5 倍 (M ukhop adhyay等.2007 ) 16 。酵母双杂交实验进一步指出 , TUB 21 与 一 种 可 能 参 与 囊 泡 转 运 的 R abGTPa se2激 活 蛋 白RB G23相互作用 ,使 RB G23失活后野生型线虫脂肪 却只发生少量减少 ,但会抑制 tub21突变体积累过多 的脂肪 ,暗示在 tub21突变体中囊泡转运对其积累过 多的脂肪起到特异性的调节作用 16 。后来的研究 表明 R

35、AB 27是 RB G23 的底物 , RB G23 同样调控了脂肪的积累 16 。在对 tub21 的研究中 , 还发现了 另 外一 个基 因 ka t21, ka t21与 tub21有相互增效作用 ,双突变体脂肪 积累有大 量增 加 4 。且 有 证 据 显 示 , 从 表 达 tub21 的神经元中传出的神经内分泌信号不是胰岛素介导的 ,因为 DA F216 / FOXO 转录因子也发生突变后 ,并 不影响 ka t21和 tub21单突变体及 ka t21 tub21双突变 体脂肪积累的情况 4 。在对 ka t21的遗传分析中 ,则发现了另外一个对 肠道脂肪产生重要调节的基因 bb

36、s21, bbs21 也作用于带纤毛的感觉神经元 。 bbs21 基因单独突变后 ,脂 肪积累只会发生微小的增加 ,但 ka t21 同时发生突变 后 ,脂肪积累则会剧增 4 。在 che22 启动子的引导 下 ,使 bbs21在带纤毛的感觉神经元表达可以降低 bbs21; ka t21双突变体的脂肪积累 , 而 bbs21; tub21 双突变体并不比 bbs21 和 tub21 单突变体积过多的脂 肪 ,说明 bbs21 和 tub21 可 能 处 于 同 一 条 遗 传 通 路上 4 。为了证明在 ka t21 突变体中带纤毛的感觉神经 元结构的缺陷是否会对脂肪积累产生影响 , M ak

37、 等( 2006 )研究了 ka t21; che22、ka t21; osm 25、ka t21; daf26 双突变体脂肪积累的情况 。 che22、osm 25、daf26 单突 变体与野生型相比不会积累太多脂肪 ,但当 ka t21 也 发生突变后 ,脂肪积累的状况与 bbs21; ka t21 双突变 体类似 4 。鉴于 che22 和 osm 25 参与带纤毛感觉神经元的结构完整性构建 , daf26影响带纤毛的感觉神 经元与外界环境联系的通道功能 ,带纤毛的感觉神经元结构的完整性及这些神经元对外界环境的反应将对线虫脂肪积累产生特定的影响 。为确定究竟哪 些带纤毛的感觉神经元可能在

38、线虫脂肪积累的调控中起作用 , M ak等 ( 2006 )进而将 bbs21 在 tax 24 启动子的引导下在 bbs21; ka t21 双突变体中表达后 ,发现 可使双突变体脂肪积累下降 ;同时 , tax 22 和 tax 24 单 突变体 脂 肪 积 累 只 有 少 量 增 加 , 而 ka t21; tax 22 和ka t21; tax 24 双突变体却积累了大量的脂肪 , 暗示带纤 毛 的 感 觉 神 经 元 A SG、A S I、A SJ、A SK、AWB、AW C、AQR、PQR 和 URX 可能对线虫脂肪的平衡起重要作用 4 ,但这些神经元的具体功能尚需进一步 确定 。

39、(四 ) npr 29和 n lp 21 2对 脂 肪 积 累 的 神 经 调 控 神经肽 /神经节肽类似的 G蛋白偶联受体仅仅 在一对 A IB 中间神经元中表达 , A IB 中间神经元介 导局部搜索 /绕轴旋转行为 。编码此类蛋白的 npr29 基因对应突变体局部搜索 /绕轴旋转行为增加 ,不能远离食物 ,从而与野生型相比肠道内可积累较多脂 肪 ( J an ssen等. 2008 ) 。肠 促 胰 酶 肽 /胃 泌 素 ( cho lecystok in in / ga strin, CCK / ga strin)家族的成员则在调控进食行为及能量 动态平衡中起重要作用 。线虫基因组中

40、CCK受体的同源物为 CKR 22 , NL P212 则是 CCK受体的内源 配体 。NL P212 仅在 神 经系 统表 达 , NL P212 配体 与 CKR 22 受体介导的信号通路影响线虫的脂肪积累 ,n lp212和 ck r22突变体脂肪积累较野生型明显增加( Jan ssen等. 2008 ) 。四 、结语与展望综上所述 ,线虫脂肪积累在代谢调控上与其他 物种的代谢通路是相同或基本相似的 。而同时线虫 中对应于这些代谢调控基本步骤的关键调节酶对应 的基因均十分清楚 ,这些基因对应的功能完全丧失或部分丧失的突变体或功能部分丧失的 RNA i品系 均易于获得 。从而 ,有可能利用

41、线虫这一简单的模 式动物深入地解析脂肪酸代谢的分子机制 。而且 , 这些工作同样将适用于对其它物种中脂肪酸代谢的 理解 。另外 ,线虫中的工作表明脂肪积累是一个复杂 的调控过程 ,许多信号通路参与了这一过程 。针对 目前已经鉴定出的核心信号通路 ,如胰岛素信号和 TGF2信号通路 、TOR 和氨基己糖信号通路 。核激 素受体 nh r249、固醇反应元件结合蛋白 sbp21 及转录共激活子 m d t215 也介导着脂肪积累调节的重要信 号 。尽管如此 ,可能还有一些关键的信号通路尚未鉴定出来 。原因在于 ,通过全基因组扫描的方式可以鉴定出很多的影响脂肪积累的基因 ,其中大部分 基因的功能并不

42、十分清楚 3 。这些可能未知的关键信号通路的鉴定将大大加深对于脂肪积累调控机制的理解 。而且 ,目前对有些已经鉴定出关键基因 功能了解 也不 是 很 全 面 。如 sbp21 , 最 初 的 研 究 表 明 , sbp21只在肠道表达 ,也仅仅揭示了它在肠道中的作用对脂肪积累的调控 11 。但最近有实验观察 到 sbp21同时在头部感觉神经元也有强烈的表达 ,但 其在感觉神经元的表达是否同样参与了对脂肪积累 的调控作用 ? 或者在哪种组织中的表达可能对脂肪 积累的调控贡献比较大 ? 此外 , m d t215 可能与 nh r249和 sbp21 都存在相互作用 ,提示各个信号通路通 路之间并

43、非是独立发挥作用 ,而可能是协同调控着 脂肪积累的进程 。在核心信号通路被鉴定的同时 ,有些实验室进 一步发现神经递质 5 2羟色胺 、多巴胺 、谷氨酸等也参与 脂 肪 积 累 的 调 控 ( O rvitz 等. 1982 , A ve ry 等.1990 , Sze等. 2002 ) 14 。而且 ,表达于头部化学传感 器或感觉神经元的 tub21和 bbs21对于脂肪积累发挥 重要的神经调控功能 4 , 16 ,提示感知调节体系可能 在脂肪积累调控中同样发挥重要作用 。总之 ,已有的研究表明模式动物线虫是研究脂 肪积累重要而且实用的体系 。线虫中的研究工作将 会对其他物种脂肪积累的研究提

44、供重要的启示与帮 助 ,并有可能对人类肥胖症等代谢疾病的研究起到 重要的提示作用 。4M ak H Y, N e lson L S, B a sson M , e t a l. Po lygen ic con tro l ofCaenorhabd itis elegans fa t sto rage. N a t Gene t, 2006, 38 363368.van Gilst MR , H ad jiva ssiliou H , Jo lly A , e t a l. N uc lea r ho rmone recep to r NHR 249 con tro ls fa t con su

45、mp tion and fa tty5ac id compo sition in C. elegans.B rock TJ , B row se J , W a tts JL.PLoS B io l, 2005 , 3e53.Fa tty ac id de sa tu ra tion and6the regu la tion of ad ipo sity in Caenorhabd itis elegans. Gene t2ic s, 2007 , 176865875.B rock TJ , B row se J , W a tts JL. Gene tic regu la tion of u

46、n sa tu2ra ted fa tty ac id compo sition in C. elegans. PLoS Gene t,2006 , 2e108.Taube rt S, van Gilst MR , H an sen M , e t a l. A M ed ia to r subun it, MD T215 , in tegra te s regu la tion of fa tty ac id m e tabo2 lism by NHR 2492dep enden t and 2indep enden t p a thways inC. elegans. Gene s D e

47、v, 2006 , 20 11371149.V e lla i T, Takac s2V e lla i K, Zhang Y, e t a l. Gene tic s: influ2ence of TOR k ina se on life sp an in C. elegans. N a tu re,2003 , 426 620.O gg S, Pa rad is S, Go ttlieb S, e t a l. The fo rk head tran2 sc rip tion fac to r DA F216 tran sduce s in su lin2like m e tabo lic and longevity s