趙慧穎,余詩強,趙玉超,蔣林樹

(北京農(nóng)學院動物科學技術(shù)學院,奶牛營養(yǎng)學北京市重點實驗室,北京 102206)

奶牛圍產(chǎn)期通常指的是奶牛產(chǎn)前三周至產(chǎn)后三周,是奶牛的一個特殊生理時期,圍產(chǎn)期奶牛代謝疾病高發(fā)長期困擾著奶牛的健康養(yǎng)殖。從妊娠期到泌乳期的過渡對高產(chǎn)奶牛來說是嚴峻的代謝挑戰(zhàn),母體需要更多的能量用于泌乳,大量的營養(yǎng)物質(zhì)(如葡萄糖、氨基酸等)流向乳腺。受制于采食量抑制,泌乳早期奶牛主要通過降低肝外組織對胰島素的敏感性,即產(chǎn)生胰島素抵抗和體脂動員來調(diào)節(jié)營養(yǎng)與能量分配,為乳腺的生物合成提供更多的葡萄糖[1]。而脂肪組織脂肪合成減少,脂肪分解加速,使大量脂肪酸進入血液,被骨骼肌、肝臟等器官吸收或進入乳腺合成乳脂[1]。大量營養(yǎng)物質(zhì)流入乳腺,而供應(yīng)其他組織進行生命活動的營養(yǎng)物質(zhì)減少,此時就會引起能量負平衡及代謝紊亂[2]。能量負平衡是圍產(chǎn)期奶牛的正常生理過程,嚴重的能量負平衡[以高非酯化脂肪酸(nonestesterified fatty acid,NEFA)和高β-羥丁酸(β-hydroxybutyric acid,BHBA)為特征],則會增加酮病和脂肪肝的風險[3],常見于嚴重的產(chǎn)前肥胖和過度體脂動員的奶牛[4]。

脂肪組織不僅是脂肪酸的儲存庫、能量的蓄水池,還是重要的內(nèi)分泌器官,可以分泌多種脂肪因子,如脂聯(lián)素(adiponectin)、抵抗素(resistin)、瘦素(leptin)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α, TNF-α)等[5-6],作用于肝臟等器官,調(diào)節(jié)細胞的脂質(zhì)積累及胰島素敏感性等。同時,肝臟也可分泌細胞因子,如成纖維細胞生長因子21(fibroblast growth factor 21,FGF-21)等發(fā)揮調(diào)節(jié)糖脂代謝的作用[7]。在人類醫(yī)學的研究中,脂肪組織在非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)等疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用[8]。圍產(chǎn)期奶牛中肝臟-脂肪組織串擾對脂肪肝發(fā)展的影響及其機制尚不明確。因此,本文綜述了圍產(chǎn)期奶牛肝臟-脂肪串擾媒介在機體糖脂代謝紊亂及脂肪肝發(fā)展中的作用,旨在為預(yù)防和治療奶牛脂肪肝提供參考。

1 圍產(chǎn)期奶牛肝臟和脂肪組織串擾特征

脂肪的從頭合成始于脂肪酸的生物合成,一般從乙酰輔酶A開始生成丙二酸單酰輔酶A,之后在脂肪酸合酶的催化下生成軟脂酰酰基載體蛋白(acyl carrier protein,ACP),再通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑或線粒體途徑延長,生成所需脂肪酸[9]。反芻動物肝臟、脂肪組織和乳腺是脂肪合成的主要部位,乙酸是生成脂肪酸的主要底物[9]。除了從頭合成外,脂肪和乳腺組織還分泌脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase,LPL),使得這些組織能夠從血液中乳糜微粒、極低密度脂蛋白(very low-density lipoprotein, VLDL)(分別由腸細胞和肝細胞分泌)和三酰甘油(triglyceride, TAG)中獲得脂肪酸[9]。

肝臟既是脂肪生成的主要部位,又是脂肪分解的主要部位,這主要取決于肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(carnitine palmitoyltransferase-1, CPT-1)的活性,CPT-1是一種位于線粒體外膜的酶,催化長鏈脂肪酰基輔酶A酯轉(zhuǎn)化為其?；鈮A衍生物,從而使其被運輸?shù)骄€粒體進行脂肪酸β氧化。而反芻動物肝臟中脂肪酸從頭合成速率非常低,其主要原因是乙酰輔酶A羧化酶的產(chǎn)物丙二酰輔酶A通過抑制CPT-1的活性來調(diào)節(jié)脂肪酸氧化[9-11]。肝臟在正常情況下是無法儲存脂肪的,肝臟可將脂肪酸氧化,或?qū)⒅舅岷铣蒚AG并包裝為VLDL從肝臟輸出進入脂肪組織儲存[12-13]。在奶牛能量負平衡和代謝應(yīng)激期間,脂肪組織動員使大量NEFA釋放進入血液,進一步加劇能量負平衡及脂肪組織炎癥,造成脂肪分解失控。脂肪酸在肝臟中大量聚集超過肝臟三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle,TCA cycle)的氧化能力,導致肝臟酮體大量生成和TAG沉積,誘導脂肪肝發(fā)展[9,14]。

2 肝臟與脂肪組織的糖脂代謝串擾媒介

“器官串擾”是指通過細胞和神經(jīng)激素作用介導的不同器官中的復(fù)雜生物通信和反饋。盡管串擾對保持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要,但一個或多個器官的病理狀態(tài)可能會導致其他器官的功能和結(jié)構(gòu)失調(diào)[15]。因此,肝臟與脂肪組織的糖脂代謝串擾過程復(fù)雜,涉及多種脂肪因子及激素,代謝串擾可能緩解胰島素抵抗、利于機體健康[16-17](圖1),也可能由于脂肪代謝障礙導致肝臟糖脂代謝紊亂[18-19],見圖2。

AMPK. 腺苷單磷酸激活蛋白激酶;ACC. 乙酰輔酶A羧化酶;ERK1/2. 細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶;PPARα. 過氧化物酶體增殖物激活受體α;chREBP. 糖類應(yīng)答元件結(jié)合蛋白;FGF21. 成纖維細胞生長因子21;SREBP-1. 固醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白-1AMPK. Adenosine monophosphate activated protein kinase; ACC. Acetyl-coA carboxylase; ERK1/2. Extracellular regulatory protein kinase; PPARα. Peroxisome proliferator activated receptor α;ChREBP. Carbohydrate responsive element binding protein; FGF21. Fibroblast growth factor 21; SREBP-1. Sterol reaction element binding protein-1圖1 肝臟-脂肪組織串擾維持糖脂代謝穩(wěn)態(tài)[16-17]Fig.1 Liver-adipose tissue crosstalk maintains glucose and lipid metabolism homeostasis[16-17]

TAG. 三酰甘油;NEFA. 非酯化脂肪酸;Bax. 細胞凋亡促進基因;Caspases 3. 胱天蛋白酶3;NF-κB. 核因子κB;TNF-α. 腫瘤壞死因子αTAG. Triglyceride; NEFA. None esterified fatty acids; Bax. Apoptosis promoting genes; Caspase 3. Cysteine-aspartic acid protease 3; NF-κB. Nuclear factor κ B; TNF-α. Tumor necrosis factor α圖2 肝臟-脂肪組織串擾加劇糖脂代謝紊亂[18-19]Fig.2 Liver-adipose tissue crosstalk aggravates the disorder of glucose and lipid metabolism[18-19]

2.1 神經(jīng)酰胺

神經(jīng)酰胺(ceramide)是一種與胰島素抵抗密切相關(guān)的鞘脂[20],已成為人類2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)、非酒精性脂肪肝和心血管疾病等代謝性疾病的生物標志物[21]。同時,它也是連接某些營養(yǎng)素(如飽和脂肪酸)、炎性細胞因子(如TNF-α)和細胞功能調(diào)節(jié)的關(guān)鍵中間體[22]。神經(jīng)酰胺可由多條途徑合成,包括從頭合成途徑、鞘磷脂酶水解途徑和補救途徑[23-25]。肝臟是神經(jīng)酰胺生成的主要器官,神經(jīng)酰胺首先在細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成,之后到達高爾基體經(jīng)細胞膜釋放后進入血液循環(huán)[26-27]。神經(jīng)酰胺的分解主要取決于神經(jīng)酰胺酶的作用,神經(jīng)酰胺酶可將神經(jīng)酰胺分解為一種可變的游離脂肪酸和鞘氨醇[28]。

脂肪組織的過度脂解促使大量的游離脂肪酸進入血液循環(huán),大量的飽和脂肪酸又可促進神經(jīng)酰胺的形成[29]。過量的脂質(zhì)及神經(jīng)酰胺在肝臟中積累便會導致肝細胞功能障礙或死亡,這種異位脂質(zhì)沉積導致細胞功能障礙和細胞死亡的現(xiàn)象被稱為脂毒性[30]。研究表明,神經(jīng)酰胺可通過與炎癥因子相互作用來發(fā)揮脂毒性作用,可導致胰島素抵抗,促進線粒體產(chǎn)生活性氧,促使炎癥因子向肝臟的進一步募集,最終導致肝臟炎癥惡化[31]。炎癥因子(如TNF-α等)可選擇性的增加鞘脂水平,而神經(jīng)酰胺本身又可刺激炎癥,這將形成一種典型的正反饋作用,從而加劇組織損傷[32-33]。肝臟中的神經(jīng)酰胺還可進入循環(huán)到達脂肪組織,加劇脂肪組織胰島素抵抗,促進脂解,加重能量負平衡[34]。

神經(jīng)酰胺與肝臟疾病也有著密切的關(guān)聯(lián)。肝臟中神經(jīng)酰胺主要通過調(diào)節(jié)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein-1,SREBP-1)表達誘導TAG合成[35],導致肝臟的脂肪沉積增加,胰島素敏感性降低,加劇脂肪變性。神經(jīng)酰胺還會破壞線粒體的呼吸能力,進一步促進組織細胞的凋亡。研究表明,鞘磷脂酶合酶2的耗竭導致線粒體呼吸受損,與細胞內(nèi)神經(jīng)酰胺的升高相關(guān)。同時,隨著神經(jīng)酰胺水平的持續(xù)升高,增加了線粒體外膜的通透性,這導致細胞色素c的釋放和細胞凋亡的啟動[36-37]。在肝臟中神經(jīng)酰胺還可通過促進肝臟糖異生來產(chǎn)生胰島素抵抗及肝脂肪變性,如用茴香醚處理小鼠可減少肝臟脂質(zhì)積聚并抑制肝臟糖異生,主要是通過抑制二氫神經(jīng)酰胺去飽和酶1即抑制神經(jīng)酰胺的合成來發(fā)揮作用[38]。此外,神經(jīng)酰胺還可通過阻斷絲氨酸/蘇氨酸激酶(AKT/PKB)磷酸化增強糖異生[35]。在反芻動物的研究中也在不斷地證明神經(jīng)酰胺對胰島素抵抗及肝臟的影響,研究發(fā)現(xiàn),營養(yǎng)限制造成奶牛機體胰島素敏感性降低,增加了肝臟神經(jīng)酰胺積累,循環(huán)神經(jīng)酰胺含量與肝臟的胰島素含量及胰島素敏感性呈負相關(guān)[39]。Rico等[25]的研究也表明高體況奶牛更易產(chǎn)生系統(tǒng)胰島素抵抗及神經(jīng)酰胺積累,而神經(jīng)酰胺也極有可能參與了奶牛胰島素抵抗的病理發(fā)展。而產(chǎn)前過度飼喂也會進一步使脂肪組織和肝臟中神經(jīng)酰胺積累,促使奶牛發(fā)生不同程度的胰島素抵抗[40]。Rico等[41]發(fā)現(xiàn)靜脈注射三酰甘油增加了肝臟中神經(jīng)酰胺合酶2(ceramide synthase 2,CerS2)基因的mRNA表達,促進神經(jīng)酰胺積累和脂肪肝的進一步發(fā)展。

總之,圍產(chǎn)期奶牛脂肪過度脂解產(chǎn)生的大量NEFA,可造成神經(jīng)酰胺在肝臟中積累并引發(fā)脂毒性作用,通過促進炎癥因子的產(chǎn)生,破壞線粒體的功能和糖異生來促進細胞凋亡、胰島素抵抗及肝脂肪變性,但神經(jīng)酰胺在奶牛體內(nèi)發(fā)揮作用的具體機制還有待進一步的研究。

2.2 TNF-α

TNF-α在脂肪組織中產(chǎn)生,主要來源于駐留的巨噬細胞和單核細胞以及部分脂肪細胞,是一種多功能調(diào)節(jié)性脂肪細胞因子[42-43]。TNF-α通過與腫瘤壞死因子受體-1(TNF-R1)和腫瘤壞死因子受體-2(TNF-R2)相互作用促進肝臟和全身炎癥、肝損傷和胰島素抵抗:TNF-R1介導細胞凋亡和脂解,而TNF-R2誘導胰島素抵抗[44]。

炎癥因子在圍產(chǎn)期奶牛中的研究多集中于能量負平衡所引發(fā)的炎癥反應(yīng),而很少與糖脂代謝相關(guān)聯(lián)。早期研究表明,血清TNF-α活性與脂肪肝奶牛的胰島素抵抗相關(guān),但具體機制并未闡明[45]。非反芻動物脂肪細胞中TNF-α主要通過抑制脂肪酸攝取的基因表達來發(fā)揮作用[46]。TNF-α還可抑制脂蛋白脂酶,并啟動脂肪細胞中脂質(zhì)分子的分解,由于脂肪分解作用,NEFA水平增加,導致胰島素抵抗的發(fā)展[46]。

在肝臟及全身胰島素抵抗中,c-Jun氨基末端蛋白激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)通過誘導肝臟、脂肪細胞和外周組織中TNF-α的產(chǎn)生,TNF-α再通過誘導胰島素受體底物1的絲氨酸磷酸化而抑制胰島素刺激的酪氨酸激酶活性,從而產(chǎn)生胰島素抵抗[47-48]。在脂肪性肝炎的蛋氨酸-膽堿缺乏動物模型中,抗TNF-α抗體給藥改善了肝臟壞死、炎癥和纖維化,表明TNF-α是肝損傷和脂肪性肝炎的關(guān)鍵媒介[49]。TNF-α可損害胰島素敏感性并誘導牛脂肪細胞的脂肪分解和凋亡,這可能部分由NF-κB和JNK的激活介導[50],而在奶牛酮病等病理條件下通過激活肝細胞中的NF-κB信號通路來增加促炎因子的合成和表達,進一步導致酮癥奶牛的炎癥損傷[51]。石曉霞等[52]也發(fā)現(xiàn)較高濃度的BHBA可以通過NF-κB信號通路誘導TNF-α等炎癥因子的表達造成牛肝細胞炎癥損傷,進一步證實了奶牛體內(nèi)介導炎癥的機制,及其對肝臟的影響。

2.3 脂聯(lián)素

脂聯(lián)素主要由白色脂肪組織(white adipose tissue,WAT)分泌[53],是血液中濃度最高的脂肪因子[54-57]。血液中全長脂聯(lián)素有3種亞型,為三聚體(低分子量)、六聚體(中等分子量)和多達18個分子組成的高分子量(HMW)形式[58-62]。HMW被認為是脂聯(lián)素活性最高的形式,被視為胰島素抵抗和代謝綜合征的生物標志物[63-64]。脂聯(lián)素主要與三種受體結(jié)合發(fā)揮作用:脂聯(lián)素受體1(adiponectin receptor 1, AdipoR1)、AdipoR2和T-鈣黏蛋白。其中AdipoR1、AdipoR2發(fā)揮主要作用,而T-鈣黏蛋白被認為是一種脂聯(lián)素結(jié)合蛋白,但其功能意義尚未完全確定[65-66]。AdipoR1在骨骼肌中高度表達,AdipoR2主要在肝中表達,腺苷單磷酸激活蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase, AMPK)和過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor alpha, PPARα)分別是AdipoR1和AdipoR2激活的主要靶點[67-69]。

脂聯(lián)素通過自分泌/旁分泌形式在脂肪細胞中發(fā)揮重要作用,可促進前脂肪細胞分化為脂肪細胞,增加負責脂肪生成的程序化基因表達,最后通過促進葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(glucose transporter type 4,GLUT4)基因表達增加脂肪細胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的脂質(zhì)含量和胰島素敏感性[70]。并且,脂聯(lián)素優(yōu)先促進皮下脂肪中的脂質(zhì)積累,而不是內(nèi)臟脂肪,這種優(yōu)先脂質(zhì)積累減少了內(nèi)臟脂肪組織質(zhì)量和全身炎癥,改善了葡萄糖和脂肪代謝,進一步增加了胰島素敏感性[71]。當脂肪組織炎癥發(fā)生時也會顯著抑制胰島素信號的傳導,并且脂肪細胞炎癥和巨噬細胞浸潤與巨噬細胞極性從M2(抗炎)表型轉(zhuǎn)變?yōu)镸1(促炎)表型有關(guān)[72-73]。而脂聯(lián)素可以刺激抗炎型脂肪因子白細胞介素-10(IL-10)的釋放[73],并將巨噬細胞極化轉(zhuǎn)變?yōu)镸2表型[74],促進脂肪組織擴張、減少脂肪組織和全身炎癥有助于提高全身胰島素敏感性。脂聯(lián)素進入血液循環(huán)后可到達其靶器官,肝臟是脂聯(lián)素作用的主要靶器官[71,75]。

研究表明,脂肪肝等肝臟疾病會使動物機體內(nèi)脂聯(lián)素水平降低[76],脂聯(lián)素可通過抗炎、抗纖維化和緩解脂質(zhì)積累等作用顯著緩解脂肪肝的發(fā)展[77]。脂聯(lián)素主要通過激活A(yù)MPK抑制活性氧產(chǎn)生和隨后的AKT途徑來對主要作用為調(diào)節(jié)和促進纖維化的肝星狀細胞增殖的作用產(chǎn)生抑制,從而產(chǎn)生抗纖維化作用[78]。在糖脂代謝方面,脂聯(lián)素可以通過抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的mRNA表達來抑制肝臟糖異生[79],通過與AdipoR1結(jié)合激活下游靶點AMPK,AMPK通過磷酸化從頭脂肪生成的限速酶乙酰輔酶A羧化酶-1(acetyl-CoA carboxylase 1,ACC-1)來抑制脂肪生成。這降低了ACC-1活性并減少了丙二酰輔酶A的產(chǎn)生,從而緩解了CPT-1活性的抑制,并增強了脂肪酸向線粒體的轉(zhuǎn)運,以進行β氧化(圖1)。這種通過AdipoR1的脂聯(lián)素信號傳導誘導肝激酶B(liver kinase, LKB)-AMPK途徑,來抑制固醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP1c)表達的方式降低了參與肝臟脂肪生成和膽固醇合成的基因表達,從而減少了肝臟脂質(zhì)積累[16,77,80]。陳輝等[81]研究發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素通過激活A(yù)MPK信號通路介導奶牛肝臟的脂質(zhì)代謝,其可促進脂質(zhì)氧化、抑制脂質(zhì)合成和減少肝臟脂質(zhì)積累。沈麗等[82]發(fā)現(xiàn)在酮病發(fā)生期間,酮病奶牛脂聯(lián)素水平高于健康奶牛,脂聯(lián)素很可能在調(diào)節(jié)能量平衡、體脂肪動員和酮病發(fā)生中發(fā)揮作用。

此外,脂聯(lián)素與脂聯(lián)素受體結(jié)合后會促進神經(jīng)酰胺酶活性升高,神經(jīng)酰胺酶將神經(jīng)酰胺脫乙?；汕拾贝?鞘氨醇激酶又可將鞘氨醇磷酸化為1-磷酸鞘氨醇(sphingosine 1-phosphate,S1P),S1P/神經(jīng)酰胺比率的增加可有效地抑制細胞凋亡,甚至誘導增殖[83-85]。S1P主要通過激活PPARa和AMPK即脂聯(lián)素的下游介質(zhì)來發(fā)揮作用[85]。過表達脂聯(lián)素受體1和2可顯著增強神經(jīng)酰胺酶的活性,改善全身葡萄糖代謝及胰島素敏感性,抑制肝臟脂肪變性[86]。并且,當過表達酸性神經(jīng)酰胺酶后也產(chǎn)生了同樣的效果[87]。然而,現(xiàn)在依然沒有足夠的證據(jù)證明在奶牛脂肪肝的發(fā)展過程中二者是否同樣存在代謝耦合,對脂聯(lián)素和神經(jīng)酰胺關(guān)系的進一步研究也有助于深層次揭示二者在圍產(chǎn)期奶牛糖脂代謝中的作用機制。

2.4 FGF-21

FGF-21是FGF超家族內(nèi)分泌分支的成員,對動物能量穩(wěn)態(tài)、糖脂代謝和胰島素敏感性發(fā)揮重要的調(diào)控作用[7]。肝臟是合成FGF-21的主要器官,禁食或生酮飲食以及通過激活PPARα、cAMP響應(yīng)元件結(jié)合蛋白H和去乙酰化酶1可誘導FGF-21的產(chǎn)生[88-90]。FGF-21可以緩解胰島素抵抗,減少肝臟等器官的脂質(zhì)積累,藥理劑量的FGF-21對一些代謝性疾病也有一定的治療作用[91]。對高脂飲食誘導肥胖小鼠模型延長FGF-21給藥可顯著降低體重、緩解肥胖、降低肝臟TAG和膽固醇含量,同時逆轉(zhuǎn)高血糖和高TAG血癥[92]。臨床酮癥以及脂肪肝的發(fā)生與奶牛肝臟FGF-21表達增加和血漿FGF-21濃度升高有關(guān)[93-94]。Caixeta等[95]研究表明,靜脈輸注脂肪乳注射液(一種脂肪酸補充劑)導致血漿NEFA濃度增加,提高了奶牛肝臟FGF-21基因表達水平,使得血漿及肝臟FGF-21濃度急劇增加。并且Caixeta等[95]和 Khan等[96]也發(fā)現(xiàn)過度飼喂的奶牛產(chǎn)后血漿中NEFA升高,可誘導肝臟中FGF-21表達的增加,由此可知FGF-21對奶牛的代謝應(yīng)激具有示警作用。

FGF-21是迄今發(fā)現(xiàn)的最有效的急性胰島素敏化劑之一。其可以使血漿葡萄糖水平明顯降低,并且通過對脂肪組織的直接作用顯著增強胰島素敏感性[97]。FGF-21可以通過誘導葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1的表達促進脂肪細胞的葡萄糖攝取[98];通過刺激白細胞分化抗原36介導的脂肪酸攝取,加速脂肪組織中的脂蛋白代謝,從而降低血漿TAG水平[99]。研究表明在奶牛體內(nèi)FGF-21無法防止脂肪組織脂解,對胰島素抵抗的效果也不明顯[96]。但Caixeta等[100]卻發(fā)現(xiàn)外源性FGF-21可通過減少脂肪組織來源的脂肪酸進入肝臟來緩解牛肝臟脂質(zhì)的積累,說明FGF-21對奶牛的脂質(zhì)代謝依然具有調(diào)節(jié)作用。

2.5 瘦素

瘦素(leptin)是一種由Lepob基因編碼的肽激素,主要在WAT中合成[101-102]。細胞內(nèi)葡萄糖代謝產(chǎn)物和循環(huán)因子(如胰島素)可刺激瘦素分泌,而下丘腦前皮內(nèi)啡肽神經(jīng)元中的瘦素信號則會在禁食期間抑制瘦素分泌[103-105]。瘦素需要與質(zhì)膜上的受體結(jié)合發(fā)揮作用,小鼠和人類的瘦素受體有多種亞型[106-107]。研究表明,奶牛的瘦素受體也具有多態(tài)性,瘦素主要通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮作用,下丘腦是瘦素控制食物攝入和能量消耗的主要部位[108]。奶牛產(chǎn)后一周體內(nèi)NEFA含量升高時血漿瘦素的含量明顯減少,并且體脂動員程度更高的奶牛產(chǎn)前產(chǎn)后血漿瘦素的變化幅度也更大,這表明血漿瘦素與泌乳早期奶牛的體脂動員密切相關(guān)[109-111]。

瘦素對肝臟和脂肪組織的糖脂代謝也具有明顯的調(diào)節(jié)作用。奶牛瘦素受體基因主要在肝臟和脂肪組織中表達,激活后可啟動防御機制防止奶牛肝臟的脂肪沉積[112-113]。肝臟可直接從循環(huán)瘦素接收調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖代謝的指令,如用瘦素灌注分離的大鼠肝臟發(fā)現(xiàn)瘦素會通過胰島素受體底物-2阻礙糖異生[114]。并且,瘦素可促進脂肪酸氧化,與脂聯(lián)素類似,瘦素通過ACC-1的磷酸化增加肝臟脂肪酸氧化并減少脂肪的從頭合成[115](圖1)。瘦素還可通過腦-迷走神經(jīng)-肝軸抑制異位脂質(zhì)積累,改善肥胖相關(guān)的肝臟脂肪變性[116],并對NAFLD誘導的肝損傷具有預(yù)防作用[117]。瘦素在體內(nèi)對脂肪組織的影響主要通過交感神經(jīng)活動[118]。研究表明,瘦素減弱了脂肪細胞中的胰島素反應(yīng),導致WAT細胞中胰島素誘導的葡萄糖攝取和脂肪生成減少[119-121]。在棕色脂肪細胞中,瘦素信號通過降低胰島素受體激酶活性抑制胰島素刺激的葡萄糖攝取[122]。

瘦素濃度的變化與奶牛過渡期的代謝適應(yīng)有著密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),圍產(chǎn)期奶牛瘦素水平降低,有利于奶牛機體對葡萄糖的儲存及減少能量的額外消耗,將大量的營養(yǎng)和能量用于泌乳,有助于奶牛適應(yīng)代謝變化[123-124]。泌乳早期能量負平衡的奶牛瘦素水平要普遍低于未產(chǎn)生能量負平衡的奶牛,隨著泌乳期的延長瘦素水平需要慢慢恢復(fù),而負平衡奶牛的恢復(fù)主要取決于脂解程度,過度脂解的奶牛瘦素水平恢復(fù)很慢,長時間未恢復(fù)就會加劇負平衡并引發(fā)代謝性疾病[123,125]。酮病奶牛的瘦素水平要顯著低于健康奶牛恰恰能解釋這一點,泌乳早期酮病的發(fā)生往往伴隨著過度的體脂動員,及胰島素抵抗,瘦素水平的顯著下降說明其在體脂動員和酮癥發(fā)生的調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用[82]。同時,瘦素基因的表達與牛的脂肪沉積顯著相關(guān),在奶牛肝細胞中甲狀腺激素可以調(diào)節(jié)瘦素基因的表達,防止肝臟的脂肪沉積,預(yù)防脂肪肝的發(fā)生[112-113]。

3 小 結(jié)

奶牛脂肪組織和肝臟可形成負責代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵代謝回路,這兩個器官之間存在著復(fù)雜的雙向串擾關(guān)系。泌乳早期奶牛往往出現(xiàn)能量負平衡,這是奶牛適應(yīng)代謝變化的正常機制,但過度的體脂動員則會使奶牛脂肪細胞發(fā)生代謝應(yīng)激,導致血漿NEFA濃度顯著增加。大量脂肪酸流入肝臟促使神經(jīng)酰胺生成,神經(jīng)酰胺在肝臟中積累促進脂毒性的發(fā)生,神經(jīng)酰胺通過募集炎癥因子、促進糖異生等方式使肝臟發(fā)生脂肪變性并向脂肪肝等疾病發(fā)展。除了神經(jīng)酰胺對TNF-α的募集,發(fā)生功能障礙的脂肪細胞也可分泌TNF-α,TNF-α促進脂解并介導肝損傷和脂肪性肝炎。

同為脂肪因子的脂聯(lián)素卻可以促進抗炎脂肪因子的產(chǎn)生緩解脂肪及肝臟炎癥、抑制糖異生、減少肝臟脂質(zhì)積累以及通過促進神經(jīng)酰胺酶活性升高降解神經(jīng)酰胺,對奶牛的肝臟脂質(zhì)積累具有一定的緩解作用,然而脂肪肝的進一步發(fā)展會使其含量降低。FGF-21主要由肝臟生成,同樣對肝臟脂質(zhì)積累有顯著的緩解作用,其含量會隨著脂肪肝的發(fā)展而升高,具有一定的示警作用。另外,瘦素與脂聯(lián)素相似,均可促進肝臟脂肪酸氧化,減少脂肪的從頭合成,減少牛肝臟的脂肪沉積,防止其進一步向脂肪肝發(fā)展。因此,這些脂肪因子作為肝臟-脂肪組織串擾的媒介,在脂肪肝的發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色。

然而,在奶牛上這些脂肪因子發(fā)揮作用的主要靶點和機制依然不夠清晰,如FGF-21和瘦素的研究依然停留在體內(nèi)試驗所觀察到的其對糖脂代謝的調(diào)節(jié)作用,在奶牛體內(nèi)它們發(fā)揮作用的具體通路和機制尚不明確,脂聯(lián)素和神經(jīng)酰胺的代謝耦合已在小鼠和人類的研究中得到證實,在奶牛體內(nèi)是否會發(fā)揮同樣的作用?如今,脂質(zhì)組學、代謝組學和蛋白組學等研究方法為研究奶牛體內(nèi)脂聯(lián)素、FGF21及瘦素與神經(jīng)酰胺等相互作用的靶點和機制提供了方法路徑,未來深入探究肝臟與脂肪組織串擾機制,或可為改善圍產(chǎn)期奶牛糖脂代謝穩(wěn)態(tài)、預(yù)防和治療脂肪肝等代謝性疾病提供新思路和新靶點。