irisin是Ⅲ型纤连蛋白组件包含蛋白5(FNDC5)经蛋白水解酶水解后形成的可分泌水溶性多肽片段。早在2002年，科学家就在小鼠身上发现了FNDC5，当时称作过氧化物酶体蛋白PeP^[6]。小鼠FNDC5基因位于第4号染色体，长度约为5.1 kb，含6个外显子^[7]。小鼠FNDC5蛋白包括信号肽、FNⅢ区域、跨膜蛋白域和胞质域。质谱分析结果表明，irisin正是FNDC5在切除N端信号肽后，在连接多肽处被蛋白水解酶裂解，形成的一段111个氨基酸残基的多肽片段。

irisin在种属间高度保守，人和小鼠的irisin氨基酸序列完全相同，基因测序显示保守性为100%，与斑马鱼的保守性超过97%，与原鸡保守性超过80%^[1]，可见该多肽对生命活动的重要性。最近有研究显示，人的FNDC5基因在起始密码子处与其他物种有差异，啮齿类和其他几种动物在翻译起始位点处为ATG，而人是ATA，这也可能就是人体中irisin翻译效率低的原因^[8]。利用X射线晶体学研究发现，irisin含有与FNⅢ蛋白相似的褶皱，但与已知的任何FNⅢ蛋白的结构又明显不同，irisin形成的是一个连续的β折叠二聚体，提示可能与受体的激活和信号传导有重要关系^[9]。

irisin最初在小鼠肌肉组织中发现^[1]。在大鼠和人的血浆中也均被检测到^[10]。用定量PCR法检测人组织中FNDC5分布发现，除了骨骼肌，在其他一些特别是含有肌肉的器官中也能检测到FNDC5的表达，像心脏、舌头、直肠、视神经、大脑；在肾、肝、肺中也有较低的表达^[11]。另外，FNDC5的mRNA和irisin多肽也被发现在啮齿类的脂肪组织、心肌细胞、小脑的浦肯野细胞和人的脂肪组织中表达^{[11,12,13,14,15]}，也能在人的脑脊液、唾液和哺乳期妇女的母乳中检测到^[16,17,18]，提示irisin除了促进能量消耗外，可能还有其他作用。

irisin因被称为"运动激素"而广受关注。长期耐力运动对骨骼肌中irisin的前体物质FNDC5的表达具有显著的促进作用。小鼠1次急性运动后5 h，骨骼肌FNDC5的mRNA表达并没有改变；但3周的自由跑轮运动训练后12 h，小鼠骨骼肌中FNDC5的mRNA表达显著上调，血浆中irisin浓度提高65%^[1]。肥胖人群经过10周的耐力运动显著促进了骨骼肌中FNDC5 mRNA的表达，同时血浆中irisin的水平也显著升高；健康人经过10周耐力训练，血液中irisin浓度是不运动的人的2倍^[1,19]。12周的力量与耐力结合训练后，糖尿病前期和超重人群的FNDC5 mRNA含量显著高于正常人群^[20]。

与上述结果不同，研究发现24个久坐年轻男子经过6周高强度训练后，骨骼肌中FNDC5 mRNA含量并没有发生变化；随后，让43位20～80岁的男子进行为期20周的阻力训练，骨骼肌中FNDC5 mRNA依然没有变化^[19]。有报道，每周3次、为期26周的运动并没有使血液中的irisin水平发生改变^[21]。同样发现，参加耐力和力量训练受试者的骨骼肌FNDC5 mRNA水平在训练前后没有任何差异，推测运动对小鼠的作用可能并不适用于人类^[8]。但是运动对人类是否有同样的作用，目前还存在争议。另外，运动的效果和许多因素有关，包括运动强度、持续周期、运动形式、人的年龄、营养状况、身体组成等^[22]。

分子生物学层面研究表明，过氧化物酶体增殖受体γ辅激活因子α(PGC－1α)对FNDC5有显著的促进作用，在小鼠肌肉中过表达PGC－1α能刺激FNDC5表达量增加。而在骨骼肌PGC－1α特异敲除的小鼠中，FNDC5的mRNA表达明显下调，提示PGC－1α参与了FNDC5的表达调控^[1]。有研究报道，myostatin基因敲除的小鼠可以诱导体内白色脂肪棕色化，结果发现是由于irisin的表达增加，说明myostatin与irisin之间可能存在调控关系^[23]。此外，用PPARα激动剂Fenofibrate处理肥胖小鼠白色脂肪组织后，irisin的基因表达量升高，白色脂肪出现棕色化特征，提示PPARα的活化可能会诱导irisin的表达^[24]。

哺乳动物机体脂肪组织主要有白色脂肪组织和棕色脂肪组织。棕色脂肪组织包括经典棕色脂肪组织和散落地分布在皮下白色脂肪中的米黄色脂肪组织^[25]。米黄色脂肪细胞UCP1的基础表达量很低，但如果受到外界刺激，就会大量表达UCP1，其代谢产热耗能能力小于棕色脂肪细胞，但远大于白色脂肪细胞。在一定条件下，除了哺乳动物体内的经典棕色和米黄色脂肪能被激活外，白色脂肪细胞也能转变为大量产热、消耗过剩能量的棕色脂肪细胞，即白色脂肪"棕色化"，其由储能型细胞转变为耗能型细胞，改善或逆转能量代谢的失衡，具有减肥、降脂，治疗糖尿病、代谢综合征等相关疾病的作用。

研究表明，FNDC5在体外能诱导白色脂肪向棕色脂肪转变^[1]。20 nmol/L FNDC5孵育皮下脂肪来源的脂肪细胞，UCP1 mRNA表达升高7～500倍。免疫组化结果显示UCP1阳性脂肪细胞显著增多，并伴有大量的脂肪小滴分布。电子显微镜结果表明，FNDC5处理的细胞线粒体密度显著增加，线粒体基因表达增强。此外，FNDC5处理显著促进细胞的耗氧量，能量消耗增加。注射irisin的高脂饮食小鼠与对照组小鼠相比，白色脂肪呈现棕色化特征，体重下降。irisin可诱导米黄色脂肪细胞的激活，促进UCP1的表达，引起线粒体氧化呼吸的电子传递和ATP产生解偶联作用，促进能量的消耗^[25]。此外，敲除myostatin基因的小鼠也可诱导体内白色脂肪棕色化，是由于irisin的表达增加导致^[23]。irisin诱导的以UCP1为标志的脂肪棕色化是通过激活p38 MAPK和ERK信号通路介导的^[26]。PPARα受irisin的调控，用GW6471抑制PPARα后，irisin的脂肪棕色化能力减弱，但具体的信号机制还不明确^[1]。

irisin作为主要由肌肉分泌的肌肉因子，对它的功能研究一直以来主要集中在脂肪上。用不同浓度的irisin对C2C12处理不同时间，发现irisin显著促进了细胞氧化代谢及线粒体解偶联反应；同时irisin也显著提高了代谢相关基因的表达，包括PGC－1α、核呼吸因子1(NRF1)、线粒体转录因子A (TFAM)、irisin、葡萄糖转运子4 (GLUT4)和线粒体解偶联蛋白－3(UCP3)，促进了线粒体的生成^[27]。对人的研究发现，irisin通过ERK通路调控肌肉生长相关基因^[28]。重组irisin处理人骨骼肌肌肉细胞(HSMCs)1 h可以促进肌细胞对糖和脂肪酸的摄取；处理6 h显著调控肌肉代谢相关基因，包括GLUT4、己糖激酶2(HK2)表达的增加和丙酮酸脱氢酶激酶4 (PDK4)、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)、糖原磷酸化酶M (PYGM)表达的下降。此外，irisin处理1 h后，肌细胞的ATP含量显著下降，与此同时，AMPK磷酸化增强，提示ATP的下降引起了AMPK的磷酸化及下游基因的调控。为了验证上述假设，用AMPK抑制剂预处理后再用irisin处理，结果AMPK抑制剂抑制了irisin诱导的AMPK磷酸化及下游基因的调控^[29]。

irisin对小鼠胚胎干细胞的神经分化是必须的。在小鼠胚胎干细胞的神经祖细胞形成后，敲除FNDC5基因，神经元分化减少^[30]。海马神经元的增殖受irisin的调控，并且具有剂量依赖性。5～10 nmol/L irisin对海马神经元的增殖没有影响，但50～100 nmol/L可促进其增殖。这个过程可能是通过(STAT)₃，而不是AMPK或ERK信号通路介导的^[31]。irisin参与中枢神经系统的发育及运动能改善抑郁症和老年痴呆症等疾病之间很可能存在关系。

研究发现，肥胖大鼠中FNDC5 mRNA水平是正常大鼠的2倍。并且，FNDC5 mRNA水平与脂肪量、血浆中瘦素水平、PGC－1α mRNA水平都呈正相关。而到了第二代，正常大鼠血液中的irisin浓度却高于肥胖大鼠^[32]。外源性给予irisin可显著降低高脂饮食诱导的小鼠肥胖和胰岛素抵抗^[1]。对人的研究发现，肥胖组irisin水平显著高于对照组，男性肥胖组高于女性肥胖组^[33]。检测接受减肥手术的肥胖患者的骨骼肌和血液样本发现，手术后6个月irisin水平降低。研究者认为能量限制和手术减肥会降低irisin水平^[12]。Irisin水平随体重下降而降低，因此血液中的irisin水平可以作为体脂量的指标^[34]。

另外研究发现，与糖耐受正常的对照组相比，2型糖尿病组的irisin水平较低，并且血糖含量与irisin水平呈负相关。此外，伴随着irisin水平增加，血糖含量(odds：一种新型的2型糖尿病诊断方法)的水平降低^[35]。同样，与非糖尿病对照组相比，2型糖尿病组的irisin水平显著降低^[16]。

此外，健康长寿老人血液中的irisin水平远高于患有急性心肌梗死患者血液中的irisin水平，并且高于健康年轻人血液中的irisin水平，表明irisin可能与心血管疾病和长寿均有关系^[36]。