甘油三酯脂肪酶

生物化学阅读研讨汇报制作人：张桓侨甘油三酯脂肪酶ATGL背景知识12研究方法及研究思路3文章在组成结构上与其他文献的异同5背景知识•脂肪动员过程甘油三酯(TG)的水解是一系列有序调控的过程，TG首先被ATGL、HSL和三酰甘油水解酶-2水解成甘油二酯和游离脂肪酸(FFA)；其次，甘油二酯被HSL水解成甘油一酯和FFA,最后，甘油一酯被单酰甘油脂酶水解成甘油和FFA。在这一过程中，围脂滴蛋白和CGI一58(comparativegeneidentification-58)也起着关键作用。TGATGL、HSL三酰甘油水解酶-2甘油二酯+FFAHSL甘油一酯+FFA单酰甘油脂酶甘油+FFA背景知识•脂肪动员过程围脂滴蛋白A包围在脂滴表面，保护脂滴中的TG不被水解。儿茶酚胺作用于肾上腺素受体，使腺甘酸环化酶活性增高，导致环磷酸腺苷(cAMP)增多，蛋白激酶A(PKA)被激活，磷酸化围脂滴蛋白A和HSL。磷酸化的围脂滴蛋白A破坏脂滴表面的分子屏障，使得磷酸化的HSL移位到脂滴表面，发挥其功能。ATGL也可被磷酸化，但其磷酸化不是通过PKA途径，PKA通过磷酸化围脂滴蛋白A间接影响ATGL。CGI-58为ATGL的共激活因子，内源性CGI-58与围脂滴蛋白结合，包被在脂滴表面，PKA通路激活时，围脂滴蛋白磷酸化后失去和CGI-58结合的能力，CGI一58脱离脂滴与ATGL结合，使ATGL的活性提高近20倍。研究方法及研究思路2002年，Haemmerle等发现，在HSL基因敲除情况下，甘油三酯脂解下降仅为40％，而甘油二酯大量堆积，推测可能存在另一种酶对甘油三酯分解具有作用。敲除HSI基因的小鼠体重未见异常增加，且保留了基础和异丙肾上腺素刺激下脂肪分解的能力，基因敲除小鼠出现脂肪细胞内甘油二酯堆积。并研究发现HSI与甘油二酯作用的特异活性是其与TG的1O倍，提示存在其他甘油三酯脂肪酶。随后该课题组在2004年发现了这个后来被命名为ATGL的脂肪酶(一个在脂肪组织高度表达的54kDa的486氨基酸蛋白)。随后的一系列研究不仅证实ATGL在基础状态和应激状态具有促进脂解作用,而且发现与HSL缺乏动物相比，ATGL缺乏动物更易肥胖，ATGL缺乏可导致来自白色脂肪组织的脂肪酸减少75％以上，甘油三酯在组织和器官快速积累，导致代谢异常。研究方法及研究思路筛选小鼠和人类的基因和蛋白质数据库，再将该蛋白质的结构对应到已知脂肪酶,备选项目都进行了[TG-水解酶在小鼠脂肪组织中的活性和表达]的分析。只有一个以前未曾描述过的酶符合这些要求，即研究方法及研究思路•调查是否ATGL水解中性脂成分转染Western免疫印迹技术SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）分析荧光自显影表明了ATGL有酶促活性放射性标记的脂质底物的活性测定ATGL的转染COS-7细胞的细胞质组分只有TG水解酶（增加3.7倍）发现了增长。和小鼠ATGL一样，人类ATGL也对放射性标记的TG基板和约束的脂肪酶抑制剂表现出明显的脂肪分解活性。证实ATGL是一个TG水解酶。研究方法及研究思路ATGL的低DG水解酶的活性也在我们测得的脂解反应产物的相对丰度的实验中证实。脂肪分解的实验中，HSL感染细胞胞浆提取物中没有观察到DG积累。使用联合提取剂的LacZ-,ATGL-,和HSL-转染细胞的三油酸甘油酯的水解作用试验证实ATGL和HSL在酯解级联中有底物特异性。研究方法及研究思路考虑到PKA在调控脂肪细胞脂肪分解的核心作用，我们测试了ATGL是否是PKA-介导磷酸化的一个目标为了确定脂肪酶的细胞内定位将在脂质小滴上参与到TG动员是否对ATGL适用，我们构造了一个腺病毒载体[编码His标记的小鼠ATGL]并在分化的第八天用它来感染3T3-L1脂肪细胞。ATGL在脂肪细胞能明显增强基本和异丙肾上腺素刺激的脂解。ATGL可以被磷酸化，但相反的是，HSL的这种修改没有通过PKA介导。结合已有研究后认为，ATGL对甘油三酯的特异性比甘油二酯高，它分解甘油三酯的能力比HSL强，而HSL在甘油二酯分解为甘油一酯和脂肪酸过程中具有重要作用，最后在甘油一酯酶作用下完全分解为甘油和脂肪酸。从这个理论来看，ATGL不仅在甘油三酯分解过程中起主要作用，而且甘油三酯分解产生的甘油二酯是HSL促脂解的主要底物。无论在基础条件下还是在刺激条件下，ATGL活化对脂肪组织脂解具有重要作用，HSL是甘油三酯脂解的限速酶的观点受到了挑战。理论价值和潜在临床应用价值•ATGL在脂肪组织中功能研究ATGL在脂肪组织中的作用与HSL功能研究密不可分。Villen等将小鼠标记HSI的cDNA转染COS-7细胞，发现细胞中的甘油三醋、胆固醇酷等被分解为FFA，而在COS-7细胞超表达ATGL时，发现增加了培养基中的FFA，降低了胞内TAG的储存量，而磷脂的含量变化不大，Lake等研究显示，293HEK细胞中超表达ATGL时，TAG变化与上述相同。在Zimmermann等研究中表明，ATGL在3T3-Ll脂肪细胞中超表达使甘油和FFA的释放量都增加，并在HSL基因敲除鼠中进一步发现，ATGL拥有75%酞基水解酶活性，这说明ATGL参与脂肪组织的脂解过程。理论价值和潜在临床应用价值•ATGL在脂肪组织中功能研究2006年，Schweiger等通过采用敲除ATGL基因或者HSL基因的突变小鼠模型，以及应用HSL分子抑制剂HSL(76-0079)研究发现，HSL(76-0079)对HSL基因敲除小鼠的TAG脂解过程没有太大影响，相反基本中断了ATGL基因敲除小鼠体内游离脂肪酸动员过程;并随后进一步证实，ATGL和HSL在小鼠白色脂肪组织中共拥有95%TAG水解酶活性，这表明两者均为TAG分解过程的关键脂肪酶，同时也说明TAG脂解过程可能还需要少量已知或未知水解酶类的参与，具体机制还需进一步探索。理论价值和潜在临床应用价值•关于ATGL、HSL与PLIN的临床研究临床研究发现，PLIN在肥胖症患者体内的表达降低，肥胖患者皮下脂肪组织中HSLmRNA的表达和HSL的最大脂解能力都减少。我国学者通过对55例住院患者切取脂肪组织检测发现，胰岛素抵抗状态时人皮下脂肪组织中ATGL和HSL的表达减低，在早期可减少脂肪分解和FFA的产生，减轻胰岛素抵抗。但随着TG在不同组织的沉积，不仅加重胰岛素抵抗，而且引起糖代谢和脂代谢的异常。还有研究发现，皮下和内脏脂肪组织ATGLmRNA的表达量与空腹胰岛素水平及胰岛素敏感性相关。通过测定2型糖尿病患者的血清ATGL水平发现，2型糖尿病患者的血清ATGL显著升高。理论价值和潜在临床应用价值•ATGL与肥胖、糖尿病的关系有研究指出ATGL单核苷酸多态性与游离脂肪酸、血糖水平、2型糖尿病相关，ATGL基因突变可使2型糖尿病的发病率增加2.65倍。最近也有研究发现胰岛素量和胰岛素抵抗程度与ATGL呈负相关。另有文献报道ATGL在肥胖及胰岛素抵抗者骨骼肌中呈低水平表达，并与甘油三酯呈负相关，与上述研究基本相符。以上都证实了ATGL与肥胖、2型糖尿病有着直接或间接的联系，ATGL可能作为始动因素参与肥胖、2型糖尿病的发生和发展。理论价值和潜在临床应用价值•ATGL与肥胖、糖尿病的关系随着人们膳食结构的改变，一些代谢紊乱性疾病的患病率不断攀升。ATGL在脂肪分解代谢中的作用日益凸显，它与脂代谢紊乱性疾病的紧密关系逐渐被人们认知。Langin研究发现肥胖者ATGL表达量低于正常人。ATGLmRNA表达下降可引起肥胖，提示ATGL表达水平与肥胖密切相关。肥胖是糖尿病发病的独立危险因素，许多横向调查证实在同样人群中，肥胖与糖尿病的发病率有一定相关性。胰岛素抵抗是肥胖和糖尿病的共同发病机制。综上所述ATGL作为一个新的脂肪代谢调节关键酶为深入研究脂肪分解通路翻开了崭新的一页，ATGL可能是今后研究开发调控脂肪分解新药的靶点。将来有待于研究的领域很多，如ATGLmRNA表达水平受禁食／进食、糖皮质激素和TNF一0l等多种因素影响的机制，ATGL发挥作用的具体机制等，期待着开展该领域的一系列研究，为预防肥胖、糖尿病等糖脂代谢紊乱性疾病提供重要的依据。文献中未解决的问题及将来的研究方向有关ATGL激活机制的研究发现，在白色脂肪组织HSL缺乏或抑制条件下，机体仍会表现出激素刺激下的脂解反应，这提示我们ATGL的活化也是直接或间接通过激素信号途径实现的。但是进一步的研究发现，ATGL激活的分子学机制与HSL也存在一定差异，首先与HSL不同的是在基础状态和激活状态下脂滴处的ATGL没有差别；另外，虽然ATGL也可被磷酸化，但不是以PKA为目标，因此，有关ATGL激活及促脂解的分子学机制还需要研究。文献中未解决的问题及将来的研究方向近年来，应用基因敲除及突变模型等技术，人们对ATGL的生物学功能及调控机制有了较多的认识，发现其不仅在脂肪组织脂解过程中扮演关键脂肪酶，而且在非脂肪组织脂质和能量代谢过程中也起到了重要的作用。作为一个重要的调控脂解蛋白分子，ATGL在细胞内受到精密的网络调节，激素、CGI．58、GOS2及脂滴相关蛋白等均参与其中，从转录水平、翻译后水平等对ATGL表达及活性进行着复杂的调控，但它们调控ATGL的具体作用机制目前仍不清楚。此外，ATGL转录后水平受到怎样的调节机制，如何确立ATGL活性所需的磷酸化作用途径等都将是今后重要的研究方向。大量的研究表明，ATGL在脂代谢中的关键作用可能与肝脂肪变性、胰岛素抵抗及其它代谢并发症存在着内在联系。文章在组成结构上与其他文献的异同首先，作为普通的文献，一般可分为以下几个结构，介绍，实验材料和方法，实验结果和讨论与分析。这几个部分相对来说练习都是不太大的，都是中规中矩的切合主题的。但是这篇文章却打破了这些结构，从一开始的introduction开始引出问题，然后带领读者一步一步的发现进而证实ATGL的存在和其生物学活性，将文章通过作者的思路和研究方法联系起来，并且将作者自己的观点和讨论融入到里面。但是全文看起来又是和一般的文献一样有理有据。thanks