肥胖是机体能量的摄取与消耗平衡紊乱的结果。当能量的摄取超过能量的消耗时，多余的能量便贮存在脂肪细胞内，进而导致肥胖。肥胖也与高血压、高脂血症、心脑血管疾病、I型糖尿病及一些癌症的发生有着密切的关系。因此，肥胖已成为严重威胁人类健康的大敌。长期以来，人类为探明肥胖的原因并进而防治肥胖作出了大量的艰苦努力。

克隆肥胖基因

肥胖是由基因控制的吗？早在1950年，科学家们就发现了一种由单基因突变而引起肥胖的小鼠，并把这种突变的基因命名为肥胖基因（obese gene，ob基因）。随后，又相继发现了其他几种同样由于单基因突变而引起遗传性肥胖的实验小鼠及其基因。在这些能够引起小鼠遗传性肥胖的基因中，最受科学家们重视的就是前述的肥胖基因（ob基因）和另一种可因突变而引发I型糖尿病的基因（diabetes gene，db基因）。I型糖尿病又称非胰岛素依赖型糖尿病，大多是由于肥胖而导致胰岛素抵抗或胰岛素分必相对不足所引起的，因此，db基因也与肥胖基因有着重大的相关性。并且，ob基因和db基因的纯合子的表现型的最主要特征就是可遗传性的肥胖。然而，当时由于技术的限制，人们对这些可引起肥胖的基因究竟位于哪条染色体及染色体的什么位置上，由这些基因编码的蛋白质是什么等重要问题却知之甚少。

随着始于20世纪70年代的分子克隆技术的不断发展，使肥胖相关基因的染色体定位、克隆及表达产物分析成为可能。时至1986年，弗里德曼（Friedman）实验室开始了克隆肥胖基因的漫长而又艰苦的工作。他们采用了定位克隆的技术策略，首先将ob基因定位于小鼠第6号染色体上的一个称作RFLP（限制性片段长度多态性）的遗传标志附近，这个RFLP标志就好像染色体地图上的一个已知的坐标位点，围绕这个坐标位点就可以构建一个可覆盖ob基因的分子克隆重叠群。所谓分子克隆重叠群就是一系列分子克隆，而由这些克隆所装载的基因片段的末端部位相互重叠。弗里德曼实验室当时构建的这个可覆盖ob基因的分子克隆重叠群的总长度竟达65万对核苷酸，在这一克隆重叠群中的某个或几个克隆上就携带了ob基因。现在的问题是如何找到这些携带有ob基因的克隆。为此，他们采用了一种称作外显子设陷法的技术，希望ob基因落入他们事先设计的一种“分子陷阱”中，并将其克隆出来。冬去春来，到了1994年底，他们终于成功地从浩如烟海的基因组中克隆出了ob基因，而时间却已整整过去了八年。

小鼠ob基因克隆成功的消息迅速传遍世界，并在美、欧及日本掀起了一场研究肥胖及其相关基因的热潮。不久，科学家们以小鼠的ob基因为探针分离并克隆了人类的ob基因。再接下来，大鼠的ob基因也被克隆成功。，ob基因编码一个由167个氨基酸组成的分子量为16 K道尔顿的分泌型蛋白质。由于这种蛋白可使相应的动物体消瘦，因此，被称作瘦蛋白（Leptin）。

比较了ob基因的核苷酸排列顺序在人、小鼠和大鼠之间的相似程度后，研究者发现人与小鼠的编码序列有84%的同源性，而大鼠和小鼠的同源性则可达96%。说明ob基因及其编码产物瘦蛋白在脊椎动物中是高度保守的。

最初，弗里德曼实验室克隆ob基因所用的实验动物是一种ob基因双倍体缺陷的小鼠（ob/ob）。这种ob/ob小鼠伴有肥胖、高体脂沉积、高血糖、高胰岛素血症、胰岛素抵抗、饮食亢进及低体温等症状。通过对这种小鼠的腹腔或脑室注射人工重组的瘦蛋白，发现可产生降低动物体重、减少体内脂肪含量、限制摄食和促进能量代谢的效果。这一结果，清楚地表明了ob基因突变所导致的瘦蛋白缺乏是ob/ob小鼠肥胖的原因现在已经知道，ob/ob小鼠肥胖的原因有两种，一是由于ob基因启动子区域发生单核苷酸突变，无法启动ob基因的转录，最终不能合成瘦蛋白；二是由于ob基因编码区第105位密码子发生单核苷酸突变，使编码精氨酸的密码子转变为终止密码子，而产生无功能的瘦蛋白。这两种情况都表明瘦蛋白的缺乏可导致肥胖。

研究至此，似乎可以大功告成。那么，所有遗传性肥胖的实验小鼠真的都是由于ob基因突变所造成的吗？

迷雾重重

瘦蛋白可逆转ob基因突变小鼠体症的实验结果鼓舞着人们继续探索。科学家们又对糖尿病基因双倍体缺陷（db/db）小鼠进行实验，或腹腔或脑室给这些小鼠注射了不同浓度的瘦蛋白，人们热切地期望瘦蛋白一这种灵丹妙药也可以改变db/db小鼠的有关症状，但是，实验结果却使他们大失所望。瘦蛋白不能降低db/db小鼠的脂肪和体重，并且在随后的研究中又发现db/db小鼠的血清中瘦蛋白的含量竟高于正常的小鼠。另外的实验也证明了db/db小鼠的脂肪组织可表达高水平的编码瘦蛋白的信使核糖核酸（mRNA）。这些实验结果同样清楚地表明了db/db小鼠的ob基因并没有发生突变，而且，体内也并不缺乏瘦蛋白。那么，db/db小鼠的肥胖又是由什么原因造成的呢？其实，早在1970年代，科尔曼（Colemen）就曾推测：ob/ob小鼠的肥胖是因其血液中缺乏某种可降低脂肪的物质所造成的，而db/db小鼠则不缺少这种物质，其肥胖的原因却是由于缺少这种物质的受体所造成的。现在已经知道，这种能够降低脂肪含量的物质就是瘦蛋白，那么，这种物质的受体，即瘦蛋白受体又是什么呢？

1995年，塔塔利亚（Tartaglia）等人从小鼠的脉络丛中克隆了一个cDNA序列，它位于小鼠第4号染色体上db基因位点上，而且，由它所转译的蛋白质是一个位于脉络膜上的对瘦蛋白具有很强亲和力的蛋白。这一结果暗示着这种膜蛋白就是瘦蛋白受体，而这一cDNA所对应的基因就是编码瘦蛋白受体的基因或山基因。或者，换句话说，瘦蛋白受体基因就是b基因。随后，在db/db小鼠的下丘脑中也克隆了一个cDNA，这个cDNA同样编码一个与瘦蛋白有很强亲和力的膜蛋白，因此，也是一种瘦蛋白受体。这种瘦蛋白受体被称作ob-Rb，而位于脉络膜处的瘦蛋白受体则被称为ob-Rao它们的差别是ob-Ra在细胞膜内部分仅含有34个氨基酸残基，而ob-Ra在细胞膜内部分却含有304个氨基酸残基。进一步的研究发现，只有ob-Rb才具有将有关结合瘦蛋白的信号进一步传递的功能。在db/db小鼠中，其db基因发生了一个单核苷酸突变，结果导致了不能合成长分子形式的瘦蛋白受体，使细胞信号传导受阻，最终造成了肥胖。这就是db/db小鼠遗传性肥胖的真正原因。与此同时，人们又发现了其他几种瘦蛋白受体，它们大都是跨膜蛋白，而只有一种称作ob-Re的瘦蛋白受体是可溶性蛋白。

至此，人们终于明白了ob基因突变所导致的瘦蛋白缺乏和db基因突变所导致的瘦蛋白受体信号传导障碍是造成遗传性肥胖的分子基础。那么，瘦蛋白又是如何调节体脂及调控肥胖的呢？这次，人们又将视线聚焦到了神经肽Y——一种由下丘脑分泌的多肽上来。

曙光再现

人们关注神经肽Y的原因有二，一是下丘脑既是瘦蛋白受体的主要存在场所，又是神经肽Y的分必场所；二是神经肽Y缺陷的ob/ob小鼠可逆转肥胖、高体脂、高血糖等症状，与注射了瘦蛋白的ob/ob小鼠产生的效应相似。因此，人们有理由相信，瘦蛋白是通过抑制神经肽Y来调控机体肥胖的。

大量的研究发现，瘦蛋白受体基因转录后，可产生多种形式的瘦蛋白受体，其中，ob-Re为可溶性受体，ob-Re在血液中可与瘦蛋白结合，并将瘦蛋白转运至脉络膜。另外的几种瘦蛋白受体则均为单一的跨膜蛋白，位于脉络膜处的瘦蛋白受体ob-Ra与瘦蛋白结合后，可将瘦蛋白转运入脑脊液。然后，瘦蛋白与位于下丘脑处的瘦蛋白受体ob-Rb结合，启动一系列细胞内信号传导因子，最终导致下丘脑神经肽Y（NPY）合成减少。NPY的分泌减少可使食物摄入减少，从而抑制肥胖的发生。

可以认为，瘦蛋白是脂肪组织所释放的一种反馈性抑制脂肪合成的激素。当体内脂肪含量增加时，瘦蛋白合成增加，并经血液运输至下丘脑，通过NPY来抑制食欲，减少摄食，促进能量代谢，从而降低体内的脂肪含量；当体内脂肪含量下降时，瘦蛋白的合成与分泌也相应减少，以提高脂肪的含量。肥胖基因及瘦蛋白受体基因的缺陷都将导致瘦蛋白调控途径的障碍，从而引起肥胖。

1997年，英国剑桥大学的科学家们首次发现了2名严重肥胖的纯合子儿童与肥胖基因的突变有关。这2名儿童是表姐弟，出生时体重正常，但在出生3～4个月后开始肥胖，其中一名儿童在2岁时的体脂达54%，而另一名儿童在8岁时的体脂达到57%（正常为15%~25%），而且，他们血清中的瘦蛋白含量非常低。研究发现，他们的b基因上都有单核苷酸缺失，结果产生的瘦蛋白比正常的瘦蛋白少了一截。

但是，更多的研究事实却表明绝大多数人类肥胖者体内并不缺乏瘦蛋白。相反，大多数肥胖者血中的瘦蛋白含量是正常人的3倍之多，并且，其血液中的瘦蛋白水平与体脂呈正相关。只有大约5%的人类肥胖者体内瘦蛋白水平较正常人为低。因此，就人类而言，只有很少数的肥胖者是由于肥胖基因或瘦蛋白受体基因的突变所引起的，而大多数肥胖者则很可能是由于机体对瘦蛋白的抵抗所造成的。

我们知道胰岛素是由胰β细胞分泌的一种蛋白激素，可促进葡萄糖的转运、糖元和脂肪的合成及抑制糖元的异生。现在，人们发现，胰岛素还可以促进脂肪组织的ob基因的表达和瘦蛋白的分泌，而相反，瘦蛋白却对胰岛素的分泌产生抑制作用。因此，目前有一种理论认为，对于瘦蛋白抵抗型的肥胖者来说，由于位于下丘脑处的瘦蛋白受体对瘦蛋白不敏感（或称抵抗），而使瘦蛋白不能充分发挥其正常的作用，导致血中瘦蛋白水平升高。在胰岛细胞中也可能由于瘦蛋白受体的抵抗效应，而使瘦蛋白不能有效地抑制胰岛素的分泌，导致高胰岛素血症，血中过高的胰岛素水平可进一步促进脂肪的合成，并最终导致肥胖。

有意义的是，一些研究表明，瘦蛋白对食物诱导所造成的肥胖也有一定的抑制作用。因此，对瘦蛋白作用机制的深入研究，将很可能使瘦蛋白在不远的将来直接为人类战胜自身的肥胖而贡献力量。