Adipogenesis

表 2- 1. 脂肪細胞分化相關之 mRNA 及 gene 表現 (Park et al., 2012)

Name Gene description

Slc2a4 solute carrier family 2, member 4 Cebpb CCAAT/enhancer binding protein (C/EBP), β Cebpa CCAAT/enhancer binding protein (C/EBP), α Srebf1 sterol regulatory element binding factor 1

Pparg peroxisome proliferator activated receptor γ

Adipoq adiponectin

Adn complement factor D (adipsin) (Cfd) Lxra nuclear receptor subfamily 1, group H, member 3 Ncor2 nuclear receptor corepressor 2

Fabp4 fatty acid binding protein 4, adipocyte (aP2)

Lpin1 lipin 1

Retn resistin

Scd1 stearoyl-coenzyme A desaturase 1

Plin perilipin

在脂肪細胞成熟的過程中，有 adipogenesis 及 lipogenesis 兩種不同的定義。以下將 簡單介紹兩者:

一、 Adipogenesis

Adipogenesis 是指從前脂肪細胞分化到成熟脂肪細胞的過程。目前研究已發現許多 轉錄因子均會影響 adipogenic gene 的表現 (圖 2-6)，其中 PPARγ、C/EBP family 等因子 廣泛被大家應用於脂肪細胞分化之指標 (Rosen et al., 2000)，此外，於 3T3-L1

adipogenesis 模式中，已證實 cAMP 的活化可誘發下游相關基因表現，進而促使

adipogenesis 持續進行，其中 insulin 的存在也扮演著重要角色，insulin 主要作用於 IGF-1 receptor，可促進前脂肪細胞轉變為正常脂肪細胞(Smith et al., 1988)。目前研究發現 IGF-1 及 insulin receptor，其於不同細胞株中會藉由活化許多訊息傳導路徑(signaling pathway)，

例如: Ras-MAPK pathway，進而影響細胞之表現(Prusty et al., 2002)。於 3T3-L1 模式中，

越來越多研究也指出 ERK 和 AKt pathway 於 adipogenesis 過程中扮演著重要的角色(So et al., 2013; Kwak et al., 2012)。

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圖 2- 6. 調控 3T3-L1 細胞分化過程中之轉錄因子(從 mitotic clonal expansion 至 terminal differentiation) (Moreno-Navarrete & Fernández-Real, 2012)

Adipogenesis 過程中，許多機轉皆會參與細胞分化及增生的過程，以下將簡單介紹幾 項研究上常使用的機轉路徑。

1. p-ERK

目前發現於 MAPK pathway 中，當 p42(ERK2)、p44(ERK1)被磷酸化後會進入細胞核 中，而激活或抑制生長、分化相關之轉錄因子表現(Seger & Krebs, 1995)。許多學者做過 p42/p44 MAPK 在調控 adipogenesis 上的相關機轉的研究，不過各研究在結論上往往有 所爭議，像是有些研究主張藉由 effectors 活化 MAPK 後具有中斷 adipogenesis 的效用 (Font de Mora, Porras, Ahn, & Santos, 1997; Shimba, Wada, & Tezuka, 2001)，另一派則認為 降低 p42/p44 MAPK 的表現可抑制 adipogenesis，進而減少前脂肪細胞分化形成成熟脂 肪細胞(Dieudonne et al., 2002; Zhang et al., 1996)。再經學界近年來的探討後，發現這兩 派說法均是正確的，過往之所以有兩派說法主要跟 MAPK 活化的時間需很精確有所關

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聯，即為 p-ERK 若不是在正確的時間點表現，均可能會導致抑制 adipogenesis 的現象出 現(Prusty et al., 2002)。

像是於 p-ERK 不表現期若給予 effectors 時，會造成 MEK/ERK 路徑在不對的時間點 被活化，進而中斷 adipogneic gene，例如: PPARγ 的表現(Camp & Tafuri, 1997; Hu, Kim, Sarraf, & Spiegelman, 1996)；相反的，如果 p-ERK 於正確的時間點表現，其可促進細胞 分化作用及活化轉錄因子，進而可促使 PPARγ 及 C/EBPα 開始表現，促進 adipogenesis 過程的進行(Prusty et al., 2002)。

因此 p-ERK 的表現也成為 adipogenesis 過程的指標之一，於 Prusty et al (2002)的研究 發現，於 3T3-L1 模式中，加入分化劑後 MEK/ERK 約 5 分鐘 p-ERK 表現量就開始有明 顯上升的趨勢，之後表現量逐漸降低，於 2 小時後幾乎沒有表現。由此可知，p-ERK 為 adipogenesis 過程中早期的分化指標，若萃物能在早期抑制其表現或在不對的時間點增 加其表現，均有可能達到降低 adipogenesis 而降低脂肪細胞形成成熟脂肪細胞之效用。

2. PPARγ

PPAR family 中包含 PPARα、PPARβ 和 PPARγ，其為三種不同的同工異構蛋白質 (Dreyer et al., 1992)，其中 PPARγ 是位於核內的接受器，對於脂肪細胞的生成及基因調 控扮演關鍵角色。PPARγ 包含兩種蛋白質異構體(protein isoforms): PPARγ1 及 PPARγ2，

兩者皆由同一個基因所轉錄出來，但由於轉錄後的基因剪接(alternative splicing) 不同，

形成兩種不同的蛋白質序列。其中 PPAR-γ2 在 N 端較 PPAR-γ1 多出 30 胺基酸序列，

且此序列在脂肪細胞中為主要功能型態(dominant isoform) (Tontonoz, Hu, Devine, Beale,

& Spiegelman, 1995)。PPAR 的同功異構蛋白質具有組織特異性，PPARα 主要表現於肝 臟，調控脂肪代謝和發炎反應；PPAR β/δ 參與胚胎和骨骼的發育，而 PPARγ 主要表現 在脂肪組織，調控細胞分化、脂肪形成、和胰島素敏感度。PPARγ1 除了存在於脂肪細 胞外，也發現存在於其他組織，例如:巨噬細胞(macrophages)、膀胱(bladder)、乳房(breast)、

前列腺(prostate)等，不過表現量均不多；而 PPARγ2 專一表現於脂肪組織，且表現量較 多，主要調控著脂肪細胞分化 (Mansen, Guardiola-Diaz, Rafter, Branting, & Gustafsson,

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1996; Michael, Lazar, & Mendelson, 1997; Mueller et al., 1998; Tontonoz, Nagy, Alvarez, Thomazy, & Evans, 1998)。

PPARγ 為脂質生成作用中主要的調節者，其參與許多 adipogenic 和 lipogenic 基因的 轉錄和活化，例如: aP2， CCAAT/enhancer-binding protein-α (C/EBPα)，perilipin 及 GLUT4，

這些基因的表現常為調控脂肪細胞成熟、脂質堆積、胰島素敏感性的重要因子 (Schadinger et al., 2005)。

3. C/EBP family

C/EBPs 屬於一群具有basic-leucine zipper 結構之轉錄因子家族，其有不同的isoform 形式，包含C/EBPα、 C/EBPβ、C/EBPδ、C/EBPγ及C/EBPε等(洪，2005)。

在C/EBP family的成員中，C/EBPα、 C/EBPβ及 C/EBPδ在脂肪細胞分化過程扮演重 要的角色。首先，在前脂肪細胞開始誘導分化時，初期會先引發 C/EBPβ及 C/EBPδ mRNA開始的表現，其中分化劑包含的DEX及IBMX 能分別活化 C/EBPβ及C/EBPδ的表 現，且在移除分化劑後，C/EBPδ 於48小時內表現量快速下降，而C/EBPβ則在8天內逐 步降低(Ntambi & Kim, 2000) (圖2-6)。

研究發現，當 C/EBPβ 及 C/EBPδ 被活化後，會進一步去促使 C/EBPα 及 PPARγ 的表 現，C/EBPα 及 PPARγ 的活化會共調節(cross-regulate)彼此，以維持彼此基因的表現不因 C/EBPβ、C/EBPδ 表現量降低而減少(Shao & Lazar, 1997)，除此之外，C/EBPβ 的表現也 被認為與分化早期 mitotic clonal expansion 過程有高度關聯性(Tang, Otto, & Lane, 2003a)。

當 C/EBPα 及 PPARγ 單獨或共存在時會更進一步去引發許多 adipocyte gene 開始表現 (Gregoire, Smas, & Sul, 1998)，像是 C/EBPα 在許多脂肪代謝酵素相關基因的啟動子 (promoter)上均有其結合位置，例如:aP2、葡萄糖轉運子-4 (GLUT4)及硬脂酸輔酶 A 去 飽和酶(SCD-1)等，而可促進或維持脂肪細胞的分化。

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圖 2- 7. 3T3-L1 細胞分化過程中各基因表現時期(Ntambi & Kim, 2000)

二、Lipogenesis

Lipogenesis 主要指脂肪酸及三酸甘油脂(Triglyceride)合成，lipogenesis 在肝臟及脂肪 細胞中皆會進行 (Kersten, 2001)。

目前已知 lipogenic genes 包含 adipocypte fatty acid-binding protein 4(aP2, FABP4)、fatty acid synthase (FAS)、stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD-1)、acetyl-CoA carboxylase-1 and -2 (ACC)等，其中 FAS 主要參與脂質的合成作用；aP2 則與 fatty acid 具有高度的親和性 (affinity)，在脂肪組織中為運送細胞內和代謝脂肪酸的重要介質(mediator)。

除了上述機轉外，在脂質代謝過程中，許多因子也會參予脂質代謝、合成及轉運的 過程(Park et al., 2012)，這些因子如表 2-2 所示。

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表 2- 2. 脂質代謝相關之 mRNA 及 gene 表現 (Park et al., 2012)

Process Name Gene description

Lipid Biosynthetic Process Fasn fatty acid synthase

Acsl1 acyl-CoA synthetase long-chain family member 1 Acsl5 acyl-CoA synthetase longchain family member 5 Scd1 stearoyl-coenzyme A desaturase 1

Fads3 fatty acid desaturase 3 Cyp51 cytochrome P450, family 51

Gpd1 glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1 (soluble) Dgat2 diacylglycerol Oacyltransferase 2

Dgat1 diacylglycerol Oacyltransferase 1 Adipor1 adiponectin receptor 1

Adipor2 adiponectin receptor 2

Lipid Catabolic Process Pld4 phospholipase D family, member 4

Plcg1 phosphoinositide phospholipase C-γ-1 (ELP)

Clps colipase, pancreatic

Plcd1 phospholipase C, δ 1

Acot7 acyl-CoA thioesterase 7 Pla2g2d phospholipase A2, group IID

Hexa hexosaminidase A

Oc90 otoconin 90

Cel carboxyl ester lipase

Uptake and Transport Slc37a4 solute carrier family 37, member 4 Slc27a4 solute carrier family 27, member 4 Slc22a4 solute carrier family 22, member 4

Cd36 CD36 antigen (Fatcd36)

Lpl lipoprotein lipase

Apoc2 apolipoprotein C-II

Fabp4 fatty acid binding protein 4, adipocyte (ap2) Fabp5 Mal1 mrna for keratinocyte lipid-binding protein Slco2a1 prostaglandin transporter PGT mrna, complete cds

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