瘦素:肥胖的终结者?

瘦素的英文Leptin来自希腊语Leptos,意思是“瘦”,这个名词很容易让人联想到它是肥胖的终结者 。 然而吊诡的是,从上世纪90年代早期发现瘦素至今,已过去近二十年,它居然仍未被开发成一种新型减肥药 。 那么瘦素是什么?它真能减肥吗?它的应用前景到底怎样?
【瘦素的发现】
在20世纪60年代,美国杰克逊(Jackson)实验室的科学家道格拉斯?科尔曼(Douglas Coleman)曾做了一个著名的实验 。 他把一种ob/ob小鼠(遗传表型为肥胖,食欲亢进,并有糖尿病症状)与另一种db/db小鼠(遗传表型为糖尿病,胰岛素抵抗,并有肥胖,食欲亢进)联体,通过血液交叉循环,使两只小鼠共享血液中激素 。 结果发现ob/ob小鼠进食减少,体重下降,而db/db小鼠没有任何变化,照样吃个不停 。 显然db/db小鼠血液中某个调节因子抑制了ob/ob小鼠的食欲,而ob/ob小鼠血液中则没有抑制db/db小鼠食欲的因子 。 于是Coleman推测,小鼠体内应该有一种食欲抑制因子以及识别该因子的受体 。 ob/ob小鼠缺乏食欲抑制因子,所以食欲亢进、身体肥胖;db/db小鼠虽然不缺乏食欲抑制因子,但识别该因子的受体异常,所以仍然食欲亢进、身体肥胖 。 限于当时的技术水平,Coleman等人没有弄清该食欲抑制因子 。
从80年代开始,美国洛克菲勒大学(Rockefeller University)的杰弗理?弗理德曼(Jeffrey M. Friedman)及中国复旦大学毕业的张一影(音译,Yiying Zhang)等继续Coleman的工作,并最终取得突破性进展 。 他们于1994年在Nature发表论文,介绍利用定位克隆技术(Positional cloning)从ob/ob小鼠中成功克隆到肥胖基因(Ob gene),并公布了人类同源序列和预测的蛋白质序列,这项成果为人类肥胖和能量代谢研究带来革命性改变 。 随后,Friedman把ob基因的蛋白质产物命名为瘦素(Leptin) 。
1995年,Halaas等利用DNA重组技术,在大肠杆菌中合成出ob基因的表达产物Leptin——一种由146个氨基酸残基组成的长链螺旋状蛋白质分子,分子量16KD,有显著降低动物采食量和体重的作用 。 该成果发表在当年的Science上 。
也在1995年,通过研究db/db小鼠,瘦素受体(Leptin receptor, OB-R)基因被Tartaglia等发现,并确定该受体位于下丘脑腹侧核 。 而db/db小鼠的高瘦素血症及瘦素抵抗正是由于OB-R基因突变造成的 。 后者产生一种异常的瘦素受体,可以与瘦素结合,但不能将信号传递至细胞内发挥应有的作用 。 该成果发表在当年的Cell上 。
至此,科学家们从分子水平完美地证明了Coleman的猜想,发现了控制人类食欲及体重的一个重要分子信息通路,肥胖研究进入了黄金时代 。
【瘦素与肥胖】
研究证实,瘦素主要由脂肪细胞产生,作为一种信号分子进入血循环,通过血脑屏障后与分布于下丘脑上的瘦素受体结合,影响摄食行为、调节能量代谢,被认为是身体脂肪存储量的负反馈信号 。 例如,当身体脂肪过多时,血液中瘦素水平上升,一方面刺激下丘脑控制摄食行为的神经核团,使个体食欲降低,摄食减少;另一方面使交感神经兴奋,加强脂肪酸氧化,消耗身体脂肪 。 人们也观察到,ob基因突变的ob/ob小鼠食欲旺盛,极度肥胖,而补充瘦素后,它们的食欲、体重很快下降 。 由此推断,人类肥胖可能也是由于ob基因缺失或突变,以致瘦素产生不足 。 1997年,剑桥大学Montague等首次报道了2例ob基因突变而发生严重肥胖的儿童,他们血清瘦素水平很低,食欲亢进 。 该报告发表在当年的Nature上 。
然而,随着观察范围扩大,研究人员发现人类肥胖者中ob基因缺失或突变情况十分罕见,至今只发现10多个病例,绝大多数肥胖者体内的瘦素水平普遍不低于正常 。 问题来了,瘦素由脂肪细胞产生,有降低食欲、增加能量消耗、使体重下降的作用,如果这些肥胖者没有ob基因缺失或突变,那么随着身体脂肪量增加,瘦素产量应该同步增加,为何他们体重未得到控制呢?进一步研究证实,他们体内存在瘦素抵抗(Leptin resistance),即瘦素的生物功能失效 。

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