肥胖症的发生发展与中枢食欲调控机能紊乱密切相关。胃生长激素释放肽是目前已知的唯一存在于循环系统中的促食欲肽，其可作用于中枢稳态进食和享乐进食神经通路促进机体食欲和摄食行为，可能成为调控食欲的新靶点。此外，Ghrelin还参与促进生长、胃肠道功能调节、抑制炎症反应等对能量平衡的调节作用。因此，对Ghrelin及其受体作用机制的研究，有助于理解肥胖症患者中枢食欲调控过程的病理生理改变，寻找治疗肥胖症的潜在靶点。本文重点探讨Ghrelin调节食欲相关神经元的分子机制及其临床应用前景。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
1981年，Momany等合成了一种甲硫氨酸脑啡肽的衍生物，并提出这是一种有效的生长激素促分泌素(growth-hormone secretagogues, GHSs)。1996年，Howard等发现了由Ghsr基因编码的生长激素促分泌素受体(growth-hormone secretagogues receptor, GHSR)。此后，日本学者首次应用色谱法成功从大鼠胃组织中分离纯化出一种长度为28个氨基酸的多肽，鉴定其为与GHSR结合的配体，并将其命名为Ghrelin[1]。2000年初，诸多研究发现，Ghrelin增多将导致生物体因进食过多而肥胖[2]。2003年，Cowley等[3]发现，Ghrelin是通过作用于下丘脑神经元及其释放的神经肽，从而影响食欲。
编码人Ghrelin的基因位于染色体3p25~26，可产生两种转录本，其中转录本A翻译生成前胃生长激素释放肽原。前胃生长激素释放肽原是由外显子1~4编码的含有117个氨基酸的多肽链，经激素原转化酶1/3(prohormone convertase 1/3, PC1/3)剪切，可产生小分子的信号肽、Ghrelin和促胃生长激素释放肽的羧基端氨基酸(carboxyl-terminal amino acids of pro-ghrelin, C-Ghrelin)[4]。但是，此时的Ghrelin并不能直接与GHSR结合，其丝氨酸残基还需在胃生长激素释放肽O-酰基转移酶(ghrelin O-acyl transferase, GOAT)的催化下发生酰基化，形成有活性的酰化胃生长激素释放肽(acyl-ghrelin, AG)，才能结合并激活受体。血浆中，去酰化胃生长激素释放肽(des-acyl-ghrelin, DAG)的浓度远高于AG。研究表明，在小鼠中敲除GOAT的编码基因后，无法在血液中检测到AG[4]。C-Ghrelin在血液循环中可以被进一步剪切，主要的产物为肥胖抑制素，可以拮抗Ghrelin促进摄食和减少能量消耗引起的肥胖[5]。Ghrelin主要由衬在人类胃底部的X/A样细胞产生。同时，在胰腺、小肠、下丘脑、垂体、海马、肾脏、肾上腺、睾丸、胎盘中也有少量表达。GHSR主要分布在下丘脑、消化道及脂肪组织，可与其内源性配体AG结合而发挥作用。
机体对于摄食和能量稳态的调控是错综复杂的。Ghrelin是目前已知的唯一存在于循环系统中的促食欲肽，可以直接作用下丘脑神经元上的受体，诱导细胞内营养能量传感器腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase, AMPK)的过表达[6]。同时，还可以通过GHSR-细胞外调节蛋白激酶1/2(extracellular signal related kinase 1/2, ERK1/2)-磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidyl inositol 3-kinase, PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B, PKB)通路影响糖脂代谢导致体内脂肪堆积，但其对于胰岛素抵抗的影响目前尚有争议[7,8]。此外，Ghrelin又名胃促生长素，可直接作用于垂体上的GHSR，通过三磷酸肌醇(inositol triphosphate, IP3)-蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)信号通路使细胞内Ca2+浓度升高，从而促进生长激素的释放。这和生长激素释放激素(growth hormone releasing hormone, GHRH)作用于GHRH受体从而升高细胞内cAMP水平引起生长激素释放的作用机制是不同的。尚无充分的循证医学证据支撑将Ghrelin用于儿童或成人生长激素缺乏症的治疗[9]。Ghrelin是一种多效型分子，除了对于摄食、能量代谢和生长的调控作用外，还参与维持胃肠道正常功能、保护心血管系统、抑制系统炎症反应等全身稳态的调节[10,11]。
事实上，肥胖症最关键的致病因素是由于机体食欲旺盛而过度进食。进食除了能满足机体能量消耗的需要，还可以令人愉悦。由此可分为稳态进食(homeostatic feeding)和享乐进食(non-homeostatic feeding)。
稳态进食是指机体为了维持代谢平衡所需的摄食行为。主要是由外周代谢组织器官产生的激素或糖脂代谢产物所诱导的，受机体总体营养状态的调控。中枢神经系统(central neural system, CNS)中调控食欲的核团主要位于室周器(circumventricular organs, CVOs)及其附近结构，CVOs是存在于大脑内部的含有丰富血管并缺乏完整血脑屏障的结构，因此能允许血液循环中的激素等小分子物质在血液与神经组织之间进行物质交换。例如，瘦素(leptin)、Ghrelin等可以由此与其广泛表达在下丘脑的受体相结合，从而发挥调节食欲的作用。由于弓状核(arcuate nucleus)和孤束核(solitary nucleus)都缺乏完整的血脑屏障，因此他们被共同认为是感知生物体营养状态的第一级神经元。
弓状核内主要含有两类神经元参与稳态进食的调控。第一类是表达刺豚鼠相关蛋白(agouti-related protein, AGRP)的神经元ARCAGRP，由于其在饥饿状态下十分活跃，而在饱食状态下失活，因此又称为"饥饿敏感神经元"。特异性敲除编码该神经元的基因后，实验动物会拒绝吃标准饲料，而接受高糖高热量的美食。这表明ARCAGRP刺激进食的作用更多是对于健康饮食而言的[12]。第二类是表达前阿片黑素细胞皮质激素(pro-opiomelanocortin，POMC)的饱食神经元ARCPOMC。此外，还有一类由Th基因编码的表达酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase, TH)的神经元可能存在于弓状核内或附近。使用光遗传学方法刺激后可显著增加机体摄食行为，而用破伤风毒素诱导失活将引起实验动物体重下降，这表明这类神经元能感知饥饿信号并促进食欲。同时，这些神经元可以通过释放多巴胺(dopamine, DA)和γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)拮抗ARCPOMC，促进机体摄食。孤束核内含有丰富的儿茶酚胺能神经元，主要有两类神经元参与促进食欲。第一类是表达多巴胺β羟化酶(dopamine β-hydroxylase, DBH)的神经元[13]。第二类是表达TH的神经元，部分可投射至弓状核。研究表明，激活这一投射通路可促进食欲，而下调这一通路会减少机体由低血糖诱导的摄食欲望。
事实上，当摄入的能量满足了机体的生理需要后，仍然存在诸多因素继续诱导机体进食[14]。例如，在机体不缺乏能量的生理状态下，美食扑鼻的香气、精美的外观、优美的环境、放松或焦虑等心理状态，都将影响生物体的食欲。享乐进食就是指在满足机体生理需要后，由其他因素介导的机体的摄食行为。在食物充足的时代，这种促进食欲的模式是肥胖症的主要致病因素。因此，探索这种"暴食"背后的调控机制有利于寻找治疗肥胖症的新靶点[14]。
享乐进食调控中最关键的节点是位于下丘脑外侧区(lateral hypothalamus, LH)表达囊泡γ-氨基丁酸转运蛋白(vesicular γ-aminobutyric acid transporter, VGAT)的神经元LHVGAT。这类神经元对于环境因素诱导的享乐进食尤为重要。但是，在机体能量缺乏的状态下诱导该类神经元，这种"环境食欲识别(contextual feeding conditioning)"现象将不会出现。此外，LHVGAT还能投射至下游神经元而发挥作用。其中，最主要的投射区域是与大脑奖赏系统相关的中脑腹侧被盖区(ventral tegmental area, VTA)，LHVGAT正是通过这条投射通路参与中脑边缘DA系统从而产生进食带来的愉悦感和持续进食的行为。此外，LHVGAT的激活会引起伏隔核(nucleus accumbens, NAc)中DA水平的升高，这也会进一步促进食欲。
除了LHVGAT及其下游通路的激活，前脑和后脑还存在一些能调控享乐进食的神经元。例如，从前丘脑室旁核(anterior paraventricular nucleus of the thalamus, aPVT)投射至NAc的通路可选择性促进机体对于高热量食物的食欲[15]。另外，位于基底前脑腹侧(ventral subdivision of the basal forebrain, vBF)表达生长激素抑制素(somatostatin, SST)的神经元vBFSST也可以促进机体对美味食物的欲望。有趣的是，上调vBFSST投射至LH的通路只能促进机体摄入高热量食物，而对于蔗糖欲望的影响很微弱。这意味着机体对于摄入蔗糖和脂肪的欲望可能是不同的。另外，还有一些位于弓状核的神经元也可以调控享乐进食。例如，由Pnoc编码的能表达孤啡肽前体(prepronociceptin, PNOC)的神经元ARCPNOC[16]。上调这类神经元投射至终纹床核(bed nucleus of stria terminalis, BNST)的通路将通过GABA的抑制性作用阻碍其附近的ARCPOMC，从而使得食用标准饲料的小鼠增加对这种健康餐的食欲[16]。近来，研究者们发现，后脑peri-LC中表达囊泡膜谷氨酸转运体2(vesicular glutamate transporter 2, Vglut2)的神经元peri-LCVglut2可在享乐进食的调控中发挥重要作用[17]。这类神经元可以感知事物的可口信息，通过双向抑制性反馈调节食欲[17]。
此外，已有研究表明大脑中的核团可以通过复杂的神经通路感知胃肠道内存在的糖、脂等营养物质。对于脂肪来说，腹侧纹状体能够接收肠道传来的存在脂肪堆积的信号。跨突触追踪实验表明，机体内存在一条起自肠道，跨过右迷走神经，止于孤束核、中脑黑质致密带以及腹侧纹状体的多突触的神经通路。当这条通路中的任何一个节点损伤，都有可能导致胃肠道内的脂肪所诱导的DA水平的下降。而对于胃肠道内的蔗糖而言，可以激活VTA的DA神经元[18]。
并且，现今观点认为，稳态进食和享乐进食这两种调控食欲的方式不是独立存在，而是存在一些激素信号，如Ghrelin和多种复杂的神经通路同时调控这两种摄食行为[19]。因此，对这些影响因素的检测和干预将有效控制机体的食欲，从而在根本上解决肥胖症的难题。
研究表明，血浆中Ghrelin的含量在餐前达到高峰，餐后1 h内会迅速降至基础水平。但有趣的是，当机体注射大量Ghrelin时，食欲会明显增加，但是缺乏Ghrelin的小鼠摄入的标准饲料并未明显减少[20,21]。这可能是由于机体为了防止自身生理性营养不良，仍存在其他促进食欲的调控机制。尽管如此，Ghrelin对于中枢稳态进食和享乐进食的调控机制仍然具有重要意义，两种调控方式的作用机制如图1所示。
注：Ghrelin：胃生长激素释放肽；VTADA：中脑腹侧被盖区表达多巴胺的神经元；ARCPOMC：弓状核表达前阿片黑素细胞皮质激素的神经元；ARCAGRP：弓状核表达刺豚鼠相关蛋白的神经元；SNDBH：孤束核中表达多巴胺β羟化酶的神经元；TNSST：结节核中表达生长激素抑制素的神经元；实线表示促进，虚线表示抑制
由于弓状核和孤束核是感知生物体营养状态的第一级神经元缺乏血脑屏障，能够感知内环境中的激素变化。因此，Ghrelin对于稳态进食的调控主要发生在这两个部位。在弓状核中，体内外研究表明，Ghrelin能显著增加ARCAGRP的活性。同时，ARCAGRP也参与Ghrelin诱导的摄食行为。对于口服Ghrelin受体激动剂或皮下注射Ghrelin的小鼠，敲除编码ARCAGRP的基因后会明显削弱Ghrelin促进食欲的作用。但是，对于敲除Ghsr基因的小鼠，当恢复ARCAGRP中特异性表达的Ghsr基因后，只能由皮下注射Ghrelin而恢复部分食欲[22]。因此，ARCAGRP对于Ghrelin发挥促进食欲的作用是必要不充分的，仍有其他神经通路参与Ghrelin的生物效应。与ARCAGRP的特性相反，Ghrelin会抑制ARCPOMC的激活。当机体血浆中Ghrelin水平升高，将通过cAMP-AMPK通路参与的细胞内正反馈环，激活ARCPOMC上游表达Ghsr基因的谷氨酸能神经终端，从而激活ARCAGRP发挥促进食欲的作用[23]。此外，存在于弓状核附近的结节核(tuberal nucleus, TN)中含有表达SST的神经元TNSST，也能够被Ghrelin诱导激活，从而促进食欲[24]。
近来，研究发现迷走神经感觉神经元可以将饮食中的营养成分及胃肠道的机械性扩张等信息传递至NTS中的神经元，而这类神经元对于Ghrelin发挥其促进食欲的生物学效应至关重要[25]。对实验动物静脉注射Ghrelin后，切断迷走神经传入神经将减弱Ghrelin引起的促进食欲的作用[21]。同时，若敲除迷走神经感觉神经元上特异性表达的Ghsr基因，将无法观察到外周Ghrelin注射后对该类神经元的激活现象[21]。这说明Ghrelin是通过作用于迷走神经感觉神经元上的GHSR而起效。
前文已经论述，对于享乐进食的复杂调控中，最主要的是由LHVGAT投射到VTA的神经通路。因此，目前认识到的Ghrelin对于享乐进食的调控主要发生在有关大脑奖赏系统的通路上。研究表明，实验动物注射Ghrelin后，可以在VTA、NAc观察到食物诱导的DA释放的增加、对于可口食物奖赏机制的激活以及食欲的进一步增加。但是，对实验动物脑内注射多巴胺受体(dopamine receptor, DR)的拮抗剂或激活剂后，都能减少Ghrelin促食欲的作用，而外周注射DR拮抗剂后，对Ghrelin的生物学效应基本没有影响[26]。目前，DA信号通路调控Ghrelin促食欲作用的机制还未被阐明。同时，预测提供食物的环境刺激(learned food-predictive cues)也参与Ghrelin介导的NAc的激活和NAc中DA的增加。研究表明，在增强的条件刺激下，Ghrelin可以调控DA的相位变化(phasic fluctuations)，而中脑边缘DA系统的相位变化将引发摄食等目标导向动作[26]。
瘦素是主要由脂肪细胞分泌的一种多效型激素，主要通过作用于弓状核中神经元上的受体来抑制食欲。瘦素与Ghrelin都是体内主要调控食欲的激素，但是他们的生物学作用却完全相反。同时，Ghrelin对ARCAGRP的兴奋性作用可被瘦素阻断。近年来研究发现，在超重、肥胖以及同时患有糖尿病的人群中，瘦素/Ghrelin的比值明显升高[27]。因此，瘦素/Ghrelin可能作为诊断肥胖等代谢性疾病、监测减重术后患者代谢状态的新方式，以及对肥胖糖尿病患者早期治疗的新靶点。
AG的生物学效应，如调控食欲、刺激摄食行为、影响胃肠道蠕动和排空、维持机体能量代谢平衡、影响神经系统的记忆、恐惧、焦虑、抑郁、嗜酒等疾病的病理生理改变、保护心血管系统等，均依赖于其与不同的受体结合才能实现。因此，找到作用于不同组织类型的GHSR的激动剂、拮抗剂和反向激动剂(inverse agonists)将对于Ghrelin的临床应用有重要价值。此外，DAG的作用几乎与AG相反，但与其结合的受体结构还未阐明。
目前，已研究出诸多不同分子结构GHSR拮抗剂能有效治疗肥胖症、糖尿病等代谢障碍性疾病[28]。例如，喹唑啉衍生物通过促进胰岛素释放改善和肥胖相关的葡萄糖耐受程度能有效降低饮食诱导的肥胖大鼠的体重。但Mende等[29]报道，喹唑啉衍生物参与大鼠的胃延迟排空及促进食欲。这可能是受其偏向性行为的影响。配体的偏向性行为是指其只选择调控信号通路中特定的部分，这可能为未来药物的研发提供新思路。另外，有研究表明，肝脏表达的抗菌肽2(liver-expressed antimicrobial peptide 2, LEAP2)是内源性的GHSR拮抗剂，并且能够与Ghrelin竞争性结合GHSR[30]。通过使用全细胞电位箝制法观察小鼠的下丘脑神经元活动发现，LEAP2可以抑制Ghrelin对促进食欲的神经元NPY的去极化作用。并且，由于GHSR组织活性的下降，LEAP2可以进一步使NPY的细胞膜超级化[30]。事实上，LEAP2是通过其N端的序列阻碍Ghrelin的促食欲作用。值得注意的是，有研究统计，减重手术后，LEAP2的水平会在至少2年内都低于正常值，这对于术后的减重效果是不利的[30]。目前，LEAP2对于肥胖症具体的调控机制还未阐明。随着研究的进一步开展，LEAP2类似物或成为未来防治肥胖症的新方式，以及减重手术后的重要监测指标。
GHSR反向激动剂可以降低GHSR的活性，也是目前的研究热点之一。酰基脲化合物AZ-GHS-38可以进入CNS的GHSR反向激动剂，能有效降低野生型大鼠的食欲。同时，Takahashi等[31]发现，能通过血脑屏障进入CNS的烟碱复合体也能降低大鼠体重。因此，GHSR反向激动剂是通过抑制位于CNS中的GHSR的活性而起效。此外，研究者们又发现两类在大鼠中能有效降低食欲的GHSR反向激动剂，其中有一种药物还可以降低体重、血糖以及血脂，但是目前药物的具体结构还未公布[32]。目前，有一类来源于spiro-azetidine-piperidines的可口服的GHSR反向激动剂药物已经进入临床试验阶段。经研究，这类药物能显著增加人类胰岛素的分泌。临床研究发现，对于健康的成年人，将减慢胃的蠕动和排空、减少生长激素的分泌以及诱发低血糖的出现[33]。
不容忽视的是，有一类由第15号染色体上基因缺陷引起的代谢性疾病，普拉德-威利综合征(Prader-Willi syndrome, PWS)，又称低肌张力-低智力-性腺发育低下-肥胖综合征，也有望通过GHSR激动剂进行干预。这类患者常表现为新生儿时期喂养困难，早期死亡率高，2岁左右开始无节制饮食从而引起超重及其并发的糖尿病、高血脂、高血压等症状。已有诸多学者猜测，患者食欲旺盛与其血浆中持续高水平的Ghrelin密切相关，但是这种猜测还未被证实。值得注意的是，Ghrelin的增多对于PWS患者也有积极的一面，比如Ghrelin能促进生长激素的分泌、肌肉和力量的增加、改善生存率以及改善患者焦虑、抑郁等不良心理状态。Rodriguez等[34]通过给PWS动物模型连续2周注射一类GHSR激动剂，显著增加了新生小鼠的生存率。因此，未来应继续探索GHSR激动剂对于降低PWS患者早期死亡率的临床应用价值。
生理状态下，血浆中Ghrelin水平在餐前升高，进食后降低。临床研究表明，外源性注射Ghrelin将增加机体能量摄入，长期注射Ghrelin也将促进食欲。但是，临床上发现GHSR激动剂并不能增加脂肪合成。已有诸多研究发现，对于慢性病患者或正常体重人群，长时间注射Ghrelin类似物后体重变化不大。而对于体型偏瘦者，将引起体重明显增加[21]。
总的来说，血浆中Ghrelin和机体营养状态呈负相关。临床研究中发现，饮食或运动诱导的体重减轻将引起Ghrelin水平增加，而减重手术后肥胖患者的体重减轻将引起Ghrelin水平降低[39]。因此，为找到更高效的肥胖症治疗靶点。未来应继续探索对于这两种不同原因导致体重降低所导致Ghrelin水平相反变化的不同机制。此外，最新研究发现Ghrelin能诱导肝细胞内脂肪产生增加，并有望成为监测和治疗非酒精性脂肪肝的新靶点[40]。
随着社会的发展，高热量食物的摄入和久坐的生活方式使越来越多的人面临肥胖及其并发症的困扰。为了解决肥胖症的难题，已有诸多研究致力于探索肥胖的发病机制、病理生理改变以及个体化的治疗方案。Ghrelin作为人体中唯一的促食欲肽，可通过与中枢或外周的GHSR结合而发挥多种生物学效应，特别是与机体摄食、脂肪消耗及蓄积等肥胖相关问题密切相关。目前，随着对Ghrelin作用机制研究的不断深入，已有多种药物进入前临床和临床研究阶段。但是，仍存在许多未知的问题需要继续探索，尤其是Ghrelin、GOAT、GHSR及其类似物对于CNS调控食欲的作用机制和干预方式。此外，Ghrelin影响脂肪细胞氧化、机体代谢率及胰岛素抵抗等肥胖发生过程的分子机制及临床价值有待进一步阐明。
所有作者均声明不存在利益冲突
