■呂怡航

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精氨酸（L-arginine）作為一種條件性必需氨基酸，不僅是機(jī)體蛋白質(zhì)的組成成分，而且是一氧化氮（NO）、尿素、多胺、肌酸等活性物質(zhì)的前體，在促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)合成、增強(qiáng)機(jī)體的免疫力、細(xì)胞分裂傷口復(fù)原和激素分泌、繁殖等各種生理過(guò)程中起著重要的作用。精氨酸在一氧化氮合酶的作用下催化生成NO。大量研究表明，NO通過(guò)影響信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、能量代謝和DNA合成等途徑在神經(jīng)、免疫和心血管等系統(tǒng)中具有廣泛而復(fù)雜的生理和病理作用。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，日糧供應(yīng)L-arginine，可以減少脂肪沉積，增加了脂肪酸氧化關(guān)鍵基因的表達(dá)，并且對(duì)肥胖引起的病理反應(yīng)起到了一定的緩解作用；給生長(zhǎng)肥育豬日糧供應(yīng)L-argi?nine也得到類(lèi)似的結(jié)果。有研究表明，肥胖病人皮下脂肪組織中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的表達(dá)量高于正常人；而在日糧中添加NOS合酶抑制劑L-NωNi?troarginine，發(fā)現(xiàn)大鼠體脂含量有所增加。由此可見(jiàn)，精氨酸能夠影響脂肪沉積，并且可能是通過(guò)NO的作用完成的。

本文就針對(duì)精氨酸通過(guò)NO對(duì)脂類(lèi)代謝的影響進(jìn)行綜述。

1 精氨酸-NO途徑

1.1 一氧化氮合酶性質(zhì)

精氨酸在一氧化氮合酶（NOS）、BH4、NADPH、Ca2+、鈣調(diào)素、FMN和FAD等輔助因子的共同催化作用下生成NO。NOS包括三種不同亞型，存在于不同組織器官的不同細(xì)胞器中：神經(jīng)型nNOS、內(nèi)皮型eNOS和誘導(dǎo)型iNOS。前兩種又稱(chēng)為原生型NOS（cNOS），主要存在于內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞，是Ca2+和鈣調(diào)素（CaM）依賴(lài)性的酶；由它們催化生成的NO量較少，一般在10-12mol/l水平，cNOS活性只能維持幾秒到幾分鐘，主要調(diào)節(jié)細(xì)胞的信息傳遞和其他一些生理功能。iNOS是在內(nèi)毒素（LPS）、細(xì)胞因子（TNF-α、IFN-γ）以及一些病變等誘導(dǎo)下生成的；iNOS存在于巨噬細(xì)胞和其他一些細(xì)胞，Ca2+和鈣調(diào)素（CaM）非依賴(lài)性的酶，iNOS一經(jīng)誘導(dǎo)生成，活性可維持?jǐn)?shù)小時(shí)到數(shù)天，并催化生成大量NO，其水平可高達(dá)10-9～10-6mol/l，作為細(xì)胞毒分子，在宿主防御功能方面起重要作用，也介導(dǎo)疾病的發(fā)生。NOSs是雙域結(jié)構(gòu)，N-端是氧化酶區(qū)，主要連接的位點(diǎn)有血紅素、BH4和L-arginine；而C-端是還原酶區(qū)，主要連接的位點(diǎn)有FAD、FMN和NADPH，這兩功能區(qū)通過(guò)CaM識(shí)別位點(diǎn)連接到一起。氧化酶和還原酶區(qū)通過(guò)限制性蛋白水解酶作用，從而進(jìn)行各種表達(dá)系統(tǒng)高水平的表達(dá)。在人eNOS和鼠iNOS中發(fā)現(xiàn)，分隔開(kāi)的兩區(qū)域具有催化活性，并且通過(guò)氧化酶區(qū)和還原酶區(qū)的連接完成NO的合成。由于它可以和Ca2+、鈣調(diào)素緊密連接，當(dāng)外源Ca2+和鈣調(diào)素缺乏時(shí)，iNOS的活性就會(huì)很大。相對(duì)于通過(guò)iN?OS催化生成NO的量，eNOS和nNOS催化生成的NO少。大量研究表明，NO的合成不僅受NOS蛋白磷酸化量的調(diào)控，而且也與輔助因子（尤其是NADPH、BH4和Ca2+）和精氨酸有關(guān)。雖然NOS對(duì)于精氨酸的Km值是3～20 μM，增加胞外精氨酸的濃度從0.05到5 mM，但增加了NO合成，并且激活了巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞。精氨酸增加了巨噬細(xì)胞中iNOS的轉(zhuǎn)錄和上皮中BH4的合成，此外，精氨酸-NO途徑通過(guò)各種氨基酸調(diào)節(jié)，包括谷氨酰胺、賴(lài)氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸和?；撬?。

1.2 NO合酶在脂肪組織中的分布

脂肪組織是最大的脂質(zhì)貯藏和脂類(lèi)代謝部位，由白色脂肪組織和棕色脂肪組織組成，不同的動(dòng)物在不同的階段兩種脂肪組織的含量不同。

白色脂肪組織是體脂的主要成分，廣泛分布在體內(nèi)皮下組織和內(nèi)臟周?chē)饕δ苁菍Ⅲw內(nèi)過(guò)剩的能量以中性脂肪的形式儲(chǔ)存起來(lái)，以供機(jī)體在需要的時(shí)候使用，隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，是脂類(lèi)代謝的主要場(chǎng)所。C.Ribiere等研究發(fā)現(xiàn)，白色脂肪組織中的脂肪細(xì)胞在經(jīng)過(guò)LPS處理后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜和胞質(zhì)中都有iNOS的分布，而細(xì)胞膜上還有eNOS分布，蛋白質(zhì)印跡結(jié)果見(jiàn)圖1，表明內(nèi)毒素處理過(guò)脂肪組織是NO生成的重要部位。Montserrat Elizalde等研究肥胖人群和非肥胖人群皮下脂肪組織中NOS的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)人類(lèi)皮下脂肪組織中存在eNOS和iNOS,但是不存在nNOS，而肥胖人群中這兩種合酶的基因表達(dá)和蛋白水平都有所增加，從而增加了NO的生成。

圖1 蛋白質(zhì)印跡結(jié)果

棕色脂肪組織主要分布在人體的肩胛骨間、頸背部、腋窩、縱膈及腎臟周?chē)S著年齡的增長(zhǎng)，體內(nèi)棕色脂肪組織逐漸減少。Antonio Giordano等對(duì)大鼠棕色脂肪組織中NO合酶的分布和活性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中有eNOS和iNOS分布，不存在nNOS。體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)冷應(yīng)激或β-腎上腺素處理大鼠，棕色脂肪組織中eNOS和iNOS的表達(dá)量顯著高于對(duì)照組；體外試驗(yàn)，通過(guò)去甲腎上腺素處理分離培養(yǎng)的棕色脂肪細(xì)胞，也得到類(lèi)似的結(jié)果。

由上可知，NOS在脂肪組織的分布有差異，各種亞型在細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核中的表達(dá)量不同：褐色脂肪組織中eNOS在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上表達(dá)，iNOS在胞內(nèi)和細(xì)胞核中表達(dá)；而在白色脂肪細(xì)胞核中，eNOS和iNOS是不表達(dá)的，僅在胞內(nèi)和細(xì)胞膜中。在褐色和白色脂肪中nNOS是很少表達(dá)的(見(jiàn)表1)。

表1 NO合酶不同亞型在脂肪組織中的分布

1.3 Arg-NO途徑與脂類(lèi)代謝的關(guān)系

脂肪組織作為最大的脂質(zhì)貯藏和脂類(lèi)代謝部位，其中存在iNOS和eNOS，提示我們Arg-NO途徑與脂類(lèi)代謝有一定的相關(guān)性。Abdelkrim等（1999）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加0.02%L-Nω硝基精氨酸（L-NNA）（NOS抑制劑），增加了血清中甘油三酯的含量和體脂，在添加了4%的L-arginine后這種效應(yīng)得到了緩解。Wenjiang J等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，日糧供應(yīng)L-argi?nine給ZDF大鼠，能夠增強(qiáng)NOS的活性，從而減少脂肪沉積。

由此可知，正常情況下L-arginine可以通過(guò)NO途徑調(diào)節(jié)脂類(lèi)代謝，而在肥胖或與肥胖相關(guān)的疾病情況下，皮下脂肪組織可以?xún)?nèi)源性的調(diào)節(jié)NOS的活性，進(jìn)而通過(guò)NO途徑調(diào)節(jié)脂類(lèi)代謝。

2 NO對(duì)脂類(lèi)代謝的影響

脂解作用是指儲(chǔ)存在脂肪細(xì)胞中的脂肪分解及脂肪酸和甘油的釋放過(guò)程，脂解作用受激素和脂滴包被蛋白調(diào)控，而精氨酸可以通過(guò)精氨酸-NO途徑影響脂肪組織脂解作用。

2.1 對(duì)激素敏感脂酶的影響

激素敏感脂酶是動(dòng)物體脂肪分解的關(guān)鍵酶，它能水解甘油三酯成甘油和脂肪酸以滿(mǎn)足動(dòng)物體的需要；HSL的活性受磷酸化或去磷酸化作用的調(diào)控，當(dāng)無(wú)活性型受到cAMP-依賴(lài)型蛋白激酶的催化而被ATP磷酸化后，就轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕停欢钚孕蛣t可通過(guò)作用于脂肪酶的磷酸脂酶去磷酸化而失去活性。

2.2 對(duì)AMPK的影響

AMPK在調(diào)節(jié)脂類(lèi)代謝中起著重要的作用，它是一個(gè)異源三聚體，包括三個(gè)亞基：一個(gè)催化亞基α和調(diào)節(jié)亞基β和γ。AMPK作為一個(gè)細(xì)胞能量感受器，當(dāng)AMP/ATP比例增加時(shí)被激活。AMPK的激活通過(guò)上游區(qū)確定的AMPK激酶LKB1激活。AMPK主要的作用就是關(guān)閉ATP消耗途徑而打開(kāi)ATP生成途徑，像脂肪酸和糖的氧化。大量實(shí)驗(yàn)證明，AMPK的活性是通過(guò)蛋白磷酸化和去磷酸化實(shí)現(xiàn)的，但是蛋白水平的變化可能通過(guò)基因轉(zhuǎn)錄水平和蛋白質(zhì)降解進(jìn)行調(diào)節(jié)。

AMPK對(duì)能量代謝的調(diào)節(jié)是多條途徑的。具有活性的AMPK磷酸化從而抑制ACC，導(dǎo)致丙酰COA水平減少，而丙酰COA是增加脂肪酸氧化的關(guān)鍵酶。AMPK也激活丙酰COA的脫羧酶，這種酶主要負(fù)責(zé)丙酰COA的降解。在肝臟、肌肉和脂肪組織中，AMPK抑制了TAG?；D(zhuǎn)移酶的活性。AMPK也增強(qiáng)PGC-1α的表達(dá)，借此促進(jìn)線(xiàn)粒體生物合成和氧化磷酸化。AMPK可以增加哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶標(biāo)的活性和表達(dá)，因此增加了脂肪細(xì)胞中脂著素的形成。這也導(dǎo)致了脂滴包被蛋白的減少。因此，脂著素能和中性脂滴結(jié)合易化TAG的水解。通過(guò)多種機(jī)制，AMPK調(diào)節(jié)能量底物分解代謝和氧化。

有大量研究表明，NO與AMPK的表達(dá)以及活性有關(guān)，這種關(guān)系促進(jìn)了糖和脂肪酸的氧化。有足夠證據(jù)表明AMPK能夠調(diào)節(jié)NO的產(chǎn)量。eNOS在Ser1177位置被磷酸化，因此生理和病理?xiàng)l件下的AMPK活性導(dǎo)致了NO合成。確實(shí)，在人類(lèi)骨骼肌中AMPK的活性與eNOS的磷酸化相關(guān)。進(jìn)而增加血流和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，因此促進(jìn)了糖和脂肪酸的氧化。除了生理刺激外，AMPK還可以被藥劑激活。AMPK激活劑——AICAR能增強(qiáng)肌肉細(xì)胞中NOS的活性和糖轉(zhuǎn)運(yùn)。值得注意的是，體內(nèi)試驗(yàn)和骨骼肌心肌體外培養(yǎng)試驗(yàn)表明，NOS能抑制因AICAR引起的糖攝入減少的程度，表明NO在調(diào)節(jié)AMPK促進(jìn)糖類(lèi)攝入中的重要性。近來(lái)研究表明，AMPK的活化減少了iNOS在肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞核脂肪細(xì)胞中的表達(dá)，同時(shí)也表明了AMPK的抗炎癥效應(yīng)。

雖然AMPK能調(diào)節(jié)NO合成，但是NO也能調(diào)節(jié)AMPK活性，通過(guò)以下兩條途徑：①通過(guò)過(guò)亞硝酸鹽改變基因表達(dá)和AMPK活性，如日糧供應(yīng)精氨酸給ZDF大鼠，增加了脂肪細(xì)胞中AMPKmRNA的水平將近兩倍。②近來(lái)，一個(gè)新的激活A(yù)MPK的途徑，是在A(yíng)MP/ATP比例沒(méi)有改變的情況下發(fā)生的。由于NO和超氧陰離子自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)亞硝酸鹽，通過(guò)c-Src-調(diào)節(jié)和磷酸肌醇途徑激活了AMPK。雖然過(guò)亞硝酸鹽在高水平（＞100 μM）能引起氧化應(yīng)激，但是在1～10 μM可以激活A(yù)MPK。值得注意的是，抗糖尿病藥物通過(guò)增加過(guò)亞硝酸鹽的產(chǎn)量能增強(qiáng)AMPK的活性。相反的是，過(guò)亞硝酸鹽的抑制既可以通過(guò)消除超氧陰離子，也可以使用NOS抑制劑減小降血糖藥物引起的AMPK活性。重要的是，在eNOS敲除的小鼠，降血糖藥物對(duì)AMPK的活性沒(méi)有影響，由此可知內(nèi)源NO合成在A(yíng)MPK活性調(diào)節(jié)中的重要性。通過(guò)過(guò)亞硝酸鹽激活PI3K活性，可以專(zhuān)一地增加AMPK與上游激酶LKB1的結(jié)合。由此可知，生理水平的自由基是代謝調(diào)節(jié)的信號(hào)分子。

Wenjuan Jobgen等研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是基因誘導(dǎo)型肥胖還是日糧誘導(dǎo)型肥胖，通過(guò)飲用水添加1.51%L-arginine-HCl可以顯著減少脂肪組織沉積，并且在日糧誘導(dǎo)型大鼠的試驗(yàn)中還可以增加棕色脂肪的含量。而B(niǎo)ie Tan等在生長(zhǎng)肥育豬日糧中添加1.0%L-arginine-HCl，發(fā)現(xiàn)骨骼肌增加了5.5%，體脂減少了11%；Qinglma He等也得到類(lèi)似的結(jié)果。

脂解作用受激素和脂滴包被蛋白的調(diào)控。脂滴包被蛋白是一種包裹在脂肪滴外面，在非磷酸化條件下對(duì)脂滴起保護(hù)作用避免脂解作用的蛋白質(zhì)。脂滴包被蛋白是PAT-家族成員，包括脂滴包被蛋白、adi?pophilin和TIP47。這些蛋白與中性脂滴相連，與脂滴有相似的核苷酸序列?，F(xiàn)在，adipophilin和TIP47在脂肪代謝中的精細(xì)作用還不清楚。關(guān)于腎上腺素能和其他促進(jìn)劑激活的脂解作用，HSL和脂滴包被蛋白都是通過(guò)cGMP途徑被磷酸化，HSL還通過(guò)PKA和AMPK被磷酸化。磷酸化激活了HSL也促進(jìn)了脂滴包被蛋白與HSL的互作效應(yīng)。HSL從細(xì)胞質(zhì)中到脂滴表面時(shí)激活了脂解作用。胰高血糖素和β-腎上腺素能激活劑通過(guò)鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶增加了胞內(nèi)cAMP的水平，而胰島素通過(guò)調(diào)節(jié)磷酸二酯酶-3B的活性減少了胞內(nèi)cAMP的濃度。同樣，鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶激活劑增加cGMP的水平，通過(guò)增加cGMP的水平，抑制磷酸二酯酶-5的活性。

線(xiàn)粒體β-氧化途徑是短、中、長(zhǎng)鏈脂肪酸氧化的主要途徑。長(zhǎng)鏈脂肪酰-CoA通過(guò)CPT系統(tǒng)進(jìn)入線(xiàn)粒體。線(xiàn)粒體長(zhǎng)鏈脂酰CoA經(jīng)過(guò)β-氧化生成乙酰CoA，乙酰輔酶A經(jīng)過(guò)線(xiàn)粒體的三羧酸循環(huán)和電子轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，生成了CO2、水和ATP。長(zhǎng)鏈、超長(zhǎng)鏈、二羥酸、支鏈脂肪酸和膽酸衍生物的β-氧化發(fā)生在過(guò)氧化物酶體，通過(guò)肉堿系統(tǒng)進(jìn)行。長(zhǎng)鏈和支鏈脂肪酸的β-氧化通過(guò)過(guò)氧化物酶體ⅠⅡ系統(tǒng)進(jìn)行，生成的短鏈脂肪酸進(jìn)入線(xiàn)粒體完成氧化作用。線(xiàn)粒體的β-氧化通過(guò)轉(zhuǎn)錄作用完成，NRF、NRF-2、PPAR-α和線(xiàn)粒體為轉(zhuǎn)錄因子。過(guò)氧化物酶體增殖受體輔助因子上調(diào)了cGMP途徑中的這些轉(zhuǎn)錄因子和UCPs。因此，PGC-1α是線(xiàn)粒體生物合成和氧化磷酸化的主要調(diào)節(jié)物。和PPAR-α一樣，PPAR-β可以通過(guò)增加CPT-1和β-氧化酶來(lái)增強(qiáng)脂肪酸氧化。過(guò)氧化物增殖受體-γ主要在脂肪組織表達(dá)，通過(guò)增加LPL表達(dá)和甘油三酯的合成在脂肪合成和脂貯藏中起主要作用。PPAR-α、PPAR-β和PPAR-γ合成配體包括降血脂藥物、HDL和低血糖藥物。PPAR的生物配體包括長(zhǎng)鏈和超長(zhǎng)鏈脂肪酸、高脂日糧、腎上腺類(lèi)固醇、花生四烯酸。有活性的PPAR和VA受體相互作用形成了PPAR/RXR雜二聚體，結(jié)合在PPAR上調(diào)節(jié)一些基因促進(jìn)的部位。像其他代謝途徑一樣，雖然關(guān)鍵酶的蛋白質(zhì)磷酸化和變構(gòu)提供了脂解和脂肪酸氧化的快速機(jī)制，但是長(zhǎng)期調(diào)節(jié)作用最有效的機(jī)制是基因表達(dá)。

2.3 對(duì)棕色脂肪組織脂類(lèi)代謝的影響

棕色脂肪組織外觀(guān)呈棕色，細(xì)胞內(nèi)含有大量的脂肪小滴及高濃度的線(xiàn)粒體，細(xì)胞間含有豐富的毛細(xì)血管和大量的交感神經(jīng)纖維末梢，組成了一個(gè)完整的產(chǎn)熱系統(tǒng)。褐色脂肪組織的功能類(lèi)似一個(gè)“產(chǎn)熱器”，它主要通過(guò)細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的非耦聯(lián)氧化磷酸化分解產(chǎn)熱，當(dāng)機(jī)體進(jìn)食或遇寒冷刺激時(shí)大量產(chǎn)熱。

3 NO和線(xiàn)粒體功能

3.1 NO和線(xiàn)粒體呼吸

近來(lái)，許多研究致力于線(xiàn)粒體NOS的鑒定和NO在線(xiàn)粒體呼吸中的應(yīng)用。有研究表明，nNOS在哺乳動(dòng)物的大腦、肝臟、肌肉、心和腎臟線(xiàn)粒體中存在。因此，我們可以推測(cè)NO在線(xiàn)粒體氧化和對(duì)氧氣感受起著重要的作用。NO通過(guò)直接的途徑調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體的呼吸作用。首先，生理水平的NO調(diào)節(jié)血流量，因此增加了代謝底物的供應(yīng)，使氧氣到達(dá)線(xiàn)粒體。第二，高水平的NO可以直接調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體電子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。如，線(xiàn)粒體中NO的濃度高于生理水平時(shí)，內(nèi)源NO是可逆的連接在細(xì)胞色素氧化酶氧接位點(diǎn)上，因此抑制電子轉(zhuǎn)運(yùn)和氧氣的消耗。來(lái)自底物氧化的ATP減少，增強(qiáng)了糖酵解。當(dāng)NO水平高的時(shí)候，這種機(jī)制在急性氧敏感和低氧環(huán)境中起著重要作用。然而，在正常水平以下時(shí)，乙酰輔酶A很容易在線(xiàn)粒體中被氧化，因此當(dāng)iNOS在低水平表達(dá)時(shí)，內(nèi)源性NO抑制了線(xiàn)粒體的呼吸作用。

3.2 NO和線(xiàn)粒體的生物合成

NO有益于線(xiàn)粒體的生物合成，即有利于線(xiàn)粒體增殖激活。NO誘導(dǎo)的生物合成是細(xì)胞代謝長(zhǎng)期調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因素。在哺乳動(dòng)物各種細(xì)胞中，如褐色脂肪細(xì)胞、3T3-L1細(xì)胞、骨骼肌L6細(xì)胞和永生的HeLa細(xì)胞，NO觸發(fā)了線(xiàn)粒體生物合成，增強(qiáng)了與ATP濃度有關(guān)的呼吸作用。這一過(guò)程通過(guò)cGMP信號(hào)途徑調(diào)控，在這一途徑中激活了PGC-1α的表達(dá)，這是線(xiàn)粒體生物合成和氧化磷酸化的主要調(diào)節(jié)劑。過(guò)氧化物增殖受體輔助激活劑1α是調(diào)節(jié)PPAR-α表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而調(diào)節(jié)NRF-1和mtTFA的表達(dá)?？傊?，這些轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)核酸和線(xiàn)粒體中編碼蛋白的基因，這些蛋白涉及呼吸鏈和線(xiàn)粒體DNA轉(zhuǎn)錄與復(fù)制，因此，eNOS敲除小鼠抑制了線(xiàn)粒體的水平，減少了能量消耗，增加了脂肪合成。

NO對(duì)線(xiàn)粒體的活性主要是為了能量需要。線(xiàn)粒體是葡萄糖、脂肪酸和氨基酸氧化的重要位點(diǎn)，在此進(jìn)行ATP的合成和一部分作為熱量散失。因此，線(xiàn)粒體在能量平衡的調(diào)節(jié)上是至關(guān)重要的。NO可以刺激代謝活性的線(xiàn)粒體形成，內(nèi)源和外源NO的供應(yīng)都對(duì)抑制肥胖有作用。在大鼠骨骼肌中，通過(guò)cGMP途徑，氰酸鈉（NO供體）增加了葡萄糖、丙酮酸、棕櫚酸和亮氨酸。同樣地，日糧供應(yīng)精氨酸給ZDF大鼠增加了PGC-1α的表達(dá)和葡萄糖脂肪酸的氧化。這些發(fā)現(xiàn)提供了減少脂肪的途徑，更加肯定了精氨酸的藥效。

4 精氨酸-NO途徑在葡萄糖代謝中的應(yīng)用

4.1 NO與糖元異生和糖元合成

有研究表明，NO在肝臟糖元合成中的重要作用。在肝臟中乳酸和丙酸生成葡萄糖能夠被NO供體抑制，并且存在劑量依賴(lài)效應(yīng)。主要機(jī)制是通過(guò)AMPK調(diào)節(jié)磷酸烯醇丙酮酸羧激酶的表達(dá)被抑制。另一方面，在肝臟細(xì)胞核3T3-L1細(xì)胞中糖元合成被NO抑制，原因在于糖元合成酶的活性減小。因此，在iNOS誘導(dǎo)的情況下，NO水平的提高被認(rèn)為增加了肝臟中葡萄糖的釋放。有趣的是，通過(guò)減小葡萄糖激酶之類(lèi)的關(guān)鍵酶活性，NO也減少了肝臟細(xì)胞中的糖酵解。然而，NO對(duì)肝臟葡萄糖代謝的凈效應(yīng)可能是利用和合成過(guò)程的平衡。我們發(fā)現(xiàn)日糧精氨酸供應(yīng)，增加了NO合成，使得ZDF鼠的血糖水平恢復(fù)正常，緩解了高血糖癥。

4.2 NO與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)

葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)是通過(guò)GLUT-4到達(dá)并通過(guò)細(xì)胞膜的，這一機(jī)制是骨骼肌、心肌和脂肪組織利用葡萄糖的關(guān)鍵調(diào)節(jié)步驟。胰島素是主要的調(diào)節(jié)糖類(lèi)利用的激素。它調(diào)節(jié)胰島素受體底物的磷酸化和P13K的激活。在骨骼肌中，除了胰島素，饑餓和運(yùn)動(dòng)也可以刺激葡萄糖的吸收。然而，不像胰島素信號(hào)途徑，運(yùn)動(dòng)和饑餓對(duì)胰島素受體磷酸化沒(méi)有作用。兩個(gè)不同胞內(nèi)GLUT-4代謝池存在骨骼肌中，回應(yīng)兩種不同的機(jī)制。當(dāng)被激活時(shí)，GLUT-4經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移從胞內(nèi)管泡狀小體到骨骼肌細(xì)胞膜或脂肪細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)研究表明，NO通過(guò)骨骼肌調(diào)節(jié)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)。例如，NO供體增加的同時(shí)，還增加了葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到骨骼肌的運(yùn)動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)增加了eNOS的基因表達(dá)、eNOS蛋白水平和eNOS活性和血管NO的量。相反地，NOS活性抑制劑減少了基礎(chǔ)的和運(yùn)動(dòng)引起的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)。Roberts等報(bào)道，運(yùn)動(dòng)增加了肌纖膜GLUT-4的含量，l-NAME抑制了這種活性。因此，NOS抑制劑的灌胃減少了腿葡萄糖的攝入，通過(guò)L-arg的灌胃得到緩解。除了肌肉，NO還在3T3-L1脂肪細(xì)胞中通過(guò)GLUT-4轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜，即通過(guò)非胰島素信號(hào)途徑。

NO可以調(diào)節(jié)胰島素的效用來(lái)調(diào)節(jié)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)。L-NAME消弱了胰島素的分泌和降低了葡萄糖耐受。另一個(gè)NOS抑制劑——L-NMMA也增加了葡萄糖的攝入，包括心臟、比目魚(yú)肌、趾長(zhǎng)伸肌和腓腸肌。L-NMMA灌輸也抑制了葡萄糖的攝入在脂肪組織、肩胛褐色脂肪、腹膜后和生殖腺的脂肪組織。近來(lái)研究表明，血漿L-NMMA水平和葡萄糖的清理成反比。3T3-L1脂肪細(xì)胞、SNP增加了葡萄糖攝取，而NO清除劑或鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶抑制劑減少了SNP調(diào)節(jié)的葡萄糖攝入到基礎(chǔ)水平。一些研究表明，NOS抑制劑對(duì)胰島素調(diào)節(jié)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)無(wú)效。但是NO的產(chǎn)量在短期內(nèi)不能被測(cè)量。體內(nèi)外的差異通過(guò)微脈管相關(guān)理論和NO的濃度解釋?zhuān)@種現(xiàn)象僅發(fā)生在體內(nèi)但是在體外沒(méi)有。因此，NO在增加葡萄糖攝入所扮演的角色是血流和非血流機(jī)制。NO是主要的血管擴(kuò)張劑，生理水平的增加導(dǎo)致了葡萄糖的運(yùn)輸。結(jié)果是NO合成抑制劑減少了內(nèi)皮組織血流和抑制了胰島素調(diào)節(jié)的葡萄糖攝入。

4.3 NO和糖酵解，糖氧化

除了增加葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)外，通過(guò)糖酵解和三羧酸循環(huán)，NO也調(diào)節(jié)葡萄糖代謝。例如，加了SNP的比目魚(yú)肌培養(yǎng)，顯著性增加了乳酸的釋放和葡萄糖的氧化分解，并存在劑量依賴(lài)效應(yīng)。高水平的NO供體不可以抑制線(xiàn)粒體的呼吸作用。日糧精氨酸供應(yīng)增強(qiáng)葡萄糖的氧化分解在ZDF鼠中腹膜和附睪組織中。這些發(fā)現(xiàn)證明了一個(gè)觀(guān)點(diǎn):生理水平NO調(diào)節(jié)葡萄糖氧化。

NO對(duì)葡萄糖代謝調(diào)節(jié)機(jī)制是通過(guò)cGMP和依賴(lài)cGMP的蛋白激酶。可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶活性主要在骨骼肌和脂肪組織中。確實(shí)如此，帶有NO供體的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)很快增加了cGMP的水平，而鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶抑制劑阻止了這種效應(yīng)。這種抑制劑也阻止了NO供體調(diào)節(jié)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和利用。相似的是，cGMP類(lèi)似物刺激了葡萄糖代謝。在ZDF鼠上，抑制劑的水解導(dǎo)致了cGMP水平的增加，進(jìn)而提高了葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和氧化分解。然而，胰島素抵抗的ZDF鼠上，抑制劑沒(méi)能增加cGMP的水平和提高葡萄糖的利用。結(jié)果表明，NO/cGMP途徑在肥胖和糖尿病患者骨骼肌中發(fā)揮作用。

5 精氨酸-NO途徑在脂類(lèi)代謝中的作用

5.1 NO的合成和肥胖

肥胖和iNOS表達(dá)的增加以及NO的過(guò)度生產(chǎn)有關(guān)。皮下脂肪組織和脂肪細(xì)胞中iNOS基因的表達(dá)量比非肥胖病人的高。此外，在青春期，血NO的高水平和體脂增加密切相關(guān)。雖然eNOS的表達(dá)也被增強(qiáng)在肥胖病人的脂肪細(xì)胞中，在與脂類(lèi)相關(guān)的代謝疾病中iNOS增加了NO的產(chǎn)量。在一般的肥胖和糖尿病嚙齒動(dòng)物模型中，相比非肥胖野生動(dòng)物，ob鼠和ZDF鼠，iNOS蛋白表達(dá)在脂肪和骨骼肌中是高的。值得注意的是，iNOS抑制劑處理組合和編碼iNOS基因干擾組都增加了胰島素敏感性，借此避免了這些動(dòng)物因日糧誘導(dǎo)的肥胖。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，高水平NO促進(jìn)了前脂肪細(xì)胞到成熟細(xì)胞的各個(gè)階段。我們假設(shè)誘導(dǎo)NO合成的抑制可以抑制PPAR-γ的表達(dá)，因此抑制了脂肪細(xì)胞的增殖分化。

5.2 NO和脂肪合成，分解

脂肪組織中未酯化脂肪酸的釋放對(duì)肥胖和胰島素抵抗起著重要的作用。有研究表明，NO脂肪組織中的脂肪代謝，包括脂肪合成和分解。然而，現(xiàn)在的參考文獻(xiàn)尚未明確：內(nèi)源NO調(diào)節(jié)還是抑制脂肪代謝主要看NO供體的劑量類(lèi)型、組織位點(diǎn)和胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)。從這些文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)1～5 μMSNP調(diào)節(jié)脂解作用，但是25～500 μMSNP抑制了脂解作用。被脂解作用誘導(dǎo)的前房促尿鈉排泄的多肽通過(guò)NO-cGMP途徑對(duì)脂肪細(xì)胞無(wú)效。Gaud?iot等證實(shí)，不同NO供體對(duì)脂肪細(xì)胞的脂解作用不同，這是其抗氧化效應(yīng)所致。此外，一些研究表明，NO供體增加了基礎(chǔ)脂解作用，而抑制了異丙基腎上腺素誘導(dǎo)的脂解作用。體外實(shí)驗(yàn)表明，NO供體濃度從20 μM～2 mM，生理變化是不清晰的。高水平NO可以氧化和非酶途徑抑制兒茶酚胺類(lèi)物質(zhì)，因此減少脂解作用速率。

雖然脂肪代謝對(duì)于外源性的NO供體的作用是變化很大的，體外實(shí)驗(yàn)證明生理水平的NO增加了脂解作用。NO調(diào)節(jié)瘦素對(duì)脂解作用的效用。此外，日糧精氨酸供應(yīng)，增加了NO合成，調(diào)節(jié)脂解作用和脂肪酸氧化，進(jìn)而影響體脂肪的減少。

5.3 NO對(duì)膽固醇過(guò)少的作用

由于膽固醇過(guò)少是一種典型的內(nèi)皮紊亂的危險(xiǎn)因素，所以有越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)通過(guò)日糧和藥理學(xué)工具致力于此疾病的預(yù)防。如前所述，NO在脂肪酸代謝中起著重要作用。大量實(shí)驗(yàn)證明，NO供體展現(xiàn)出血膽固醇過(guò)少的效應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)脂蛋白代謝。如，NO供體的注射引起血漿中LDL水平的減少，表明NO在抑制LDL生產(chǎn)上起著重要作用，SNP減少了apoB的釋放。相反地，用NOS飼喂大鼠，導(dǎo)致了血漿甘油三酯、膽固醇和VLDL以及體脂的增加。NO調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝通過(guò)抑制脂肪酸的合成。作為結(jié)果，丙酰CoA水平是因NO而減少，激活了CPT-1的活性和調(diào)節(jié)了脂肪酸的氧化。NOS競(jìng)爭(zhēng)抑制劑提高了血脂、LDL和VLDL，通過(guò)攝入精氨酸可起到緩解作用，因此，2%的精氨酸緩解了20%TG和LDL的合成。精氨酸組增加了脂類(lèi)代謝。大量研究表明，長(zhǎng)期飼喂精氨酸減少了腹膜后的脂肪，對(duì)其他組織無(wú)效。每天給大鼠攝入精氨酸2.5～7.5 g，血漿中的HDL增加了，收縮血壓減小。因此，除了NO對(duì)上皮的有益功能外，日糧精氨酸還可以減少血漿VLDL和甘油三酯的含量。

6 結(jié)論

來(lái)自精氨酸的NO在中間代謝中起著重要的作用，NO通過(guò)iNOS過(guò)度生成導(dǎo)致許多病理性情況。然而，生理水平的NO有許多有益的作用，如促使葡萄糖和脂肪酸氧化的調(diào)節(jié)以及葡萄糖、TAG和LDL的合成。這些作用可能通過(guò)線(xiàn)粒體的生物合成和氧化磷酸化調(diào)節(jié)，還可以激活專(zhuān)一的轉(zhuǎn)錄因子信號(hào)途徑實(shí)現(xiàn)。營(yíng)養(yǎng)因素通過(guò)eNOS、nNOS或者NO的生物利用率增加NO的合成。同時(shí)也將增加底物氧化，能量消耗和胰島素敏感性。相反地，這些因素也可以減少NO合成，從而導(dǎo)致一些疾病的形成。因?yàn)閕NOS生成大量的NO，有選擇的抑制NOS的形式，從而減小氧化應(yīng)激和避免能量代謝的減少。若進(jìn)一步研究，將涉及細(xì)胞培養(yǎng)，動(dòng)物模型等需要提供更確定的實(shí)驗(yàn)事實(shí)解釋精氨酸-NO途徑在調(diào)節(jié)脂類(lèi)合成、葡萄糖TAG合成、葡萄糖和脂肪酸的氧化分解、PGC-1α的表達(dá)以及AMPK和血紅素氧合酶中的作用。此外，定義NO在褐色脂肪UCP表達(dá)，能量底物的脂肪貯藏機(jī)制，脂肪組織特有氨基酸代謝，全身能量消耗?？傊?，這些綜合的生化分子和生理學(xué)研究，提供了新知識(shí)去設(shè)計(jì)一個(gè)新的安全的有效的途徑避免肥胖還有代謝綜合癥。