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脂肪组织：从脂肪储存库到内分泌器官
——杰出科学成就奖报告

Philipp E Scherer

脂肪组织源性因子的研究成为本届美国糖尿病学会（ADA）的亮点，Scherer博士因其在脂肪细胞内分泌功能研究领域的卓越贡献，荣获本届ADA杰出科学成就奖，他在会上作了题为“脂肪组织：从脂肪储存库到内分泌器官”的精彩报告，着重介绍了脂肪组织及其分泌的脂联素在胰岛素抵抗、心血管疾病、代谢综合征等发病机制中所起的重要作用，并通过对最新建立的转基因小鼠模型研究结果对脂肪组织的功能作进一步探讨。
1 脂肪组织内分泌功能的发现
在过去的20多年，发达国家的超重/肥胖已成流行态势，与之相关的2型糖尿病、心血管疾病和高血压等疾病的发病率也不断攀升，人们对在其中扮演重要角色的脂肪组织的研究更为重视，并取得了突破性进展。长期以来，脂肪组织一直被视作惰性的能量储存器官，对脂肪组织与其他组织、器官信息交流的认识仅限于其所分泌的游离脂肪酸（FFA）可影响肝脏的糖脂代谢，以后也认识到脂肪酸的异位堆积影响骨骼肌、?细胞的功能，然而这远远不能揭示脂肪组织在机体病理生理过程中所起的复杂作用。众所周知肥胖导致胰岛素抵抗，而脂肪萎缩症患者也存在严重的胰岛素抵抗，这也促发了对脂肪组织功能的重新认识，改变了认为脂肪一无是处的观点。上世纪80年代中期首先发现脂肪细胞分泌补体因子D（adipsin），1994年Friedman研究组定位克隆了肥胖基因表达产物——瘦素，发现瘦素作用于下丘脑，可减少摄食、降低体重，开启了脂肪组织内分泌功能研究的新时代。次年，Scherer等发现新的脂肪细胞特异性蛋白——脂联素，此后各种脂源性激素陆续被发现，脂肪组织作为内分泌器官的观点逐渐被接受。目前已发现脂肪细胞分泌的脂联素、抵抗素、乙酰化刺激蛋白（ASP）调控能量平衡，肿瘤坏死因子?（TNF-?）、白细胞介素6（IL-6）、血清淀粉样蛋白A3（SAA3)、单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）等参与炎症反应，脂联素、纤溶酶原激活物抑制剂（PAI）作用于血管，血管内皮生长因子（VEGF）促进血管新生，脂肪组织通过这些激素实现与机体其他组织的对话，整合内分泌、代谢和炎症信号，调控机体的能量稳态。
2 脂联素的生理功能
脂联素是脂肪细胞表达最为丰富的激素，在血浆中有相当高的浓度，女性高于男性。许多动物实验和临床研究表明，血清脂联素水平与机体的胰岛素敏感性显著正相关，因此被视作糖化血红蛋白A1c（HbA1c）等价物广泛应用于流行病学研究。在肥胖患者、脂肪营养障碍患者及炎症个体，血清脂联素水平降低，血清脂联素水平低的个体易患心血管疾病，2型糖尿病患者脂联素水平比非糖尿病个体低，而合并冠心病的2型糖尿病患者更低。脂联素是至今发现的唯一与肥胖呈负相关的脂肪细胞特异性蛋白，当肥胖患者减重后脂联素水平可升高。胰岛素增敏剂噻唑烷二酮类（TZD）药物也增加脂联素水平。脂联素通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK)促进骨骼肌脂肪酸的氧化，降低脂质在骨骼肌的堆积，减少FFA进入肝脏，改善肝脏的胰岛素抵抗，降低肝糖的生成和极低密度脂蛋白（VLDL)的合成。研究表明脂联素还可抑制血管内皮的炎症反应、血管平滑肌细胞的增殖、迁移，降低血管细胞黏附因子1（VCAM-1）和A类清道夫受体的表达，抑制巨噬细胞向泡沫细胞的转变，起抗动脉粥样硬化作用。脂联素基因敲除小鼠的动脉经器械损伤后，血管平滑肌细胞增殖增加、新生血管内膜明显增厚。另外，脂联素还有降压作用。全基因组扫描结果显示代谢综合征的易感位点定位在染色体3q27，即脂联素基因所在位点；脂联素基因的突变及单核苷酸多态性也与糖尿病的发病有关。
脂联素含有胶原样结构域和球形结构域，依靠其球形结构域形成三聚体，再通过胶原样结构域的相互作用形成具有更高分子量结构的复合体。脂联素在血清中以低分子量六聚体和高分子量的复合体形式存在。不同的脂联素复合体生物活性有所不同，女性高分子量复合体水平明显高于男性，而六聚体水平并无差异，注射胰岛素或葡萄糖后，女性高分子量复合体水平显著降低，而六聚体水平无下降；TZD治疗db/db小鼠后，高分子量复合体水平升高；在一项为期21 d的吡格列酮治疗2型糖尿病的临床研究中，吡格列酮增强胰岛素抑制肝糖生成的作用与其增加高分子量复合体脂联素的比例有关；另外在一项曲格列酮治疗肥胖型2型糖尿病患者的研究中发现，机体胰岛素敏感性的增高与脂联素的总量无关，而与其高分子量复合体的比例增高有关，这些均支持高分子量复合体是脂联素代谢作用的主要活性形式。
目前利用基因敲除和转基因技术已建立各种脂联素水平的动物模型，这极大地推进了对脂联素的功能研究。使ob/ob小鼠过表达脂联素，可使基础葡萄糖、胰岛素水平显著降低，葡萄糖清除率明显增加，?细胞功能改善，脂质清除增加，肝脏的脂肪变性减轻，脂肪细胞体积减小，但是体重较ob/ob小鼠明显增加，主要是脂肪组织体积的增加，提示脂质在机体各组织的分布是决定胰岛素敏感性的重要因素，脂联素增加脂肪细胞的脂质聚集，使肝脏、骨骼肌免受脂质堆积，增加机体胰岛素敏感性。TZD治疗后，脂联素基因敲除的ob/ob小鼠的葡萄糖清除率较ob/ob小鼠明显降低，而治疗前两者并无差异。在野生型小鼠，TZD明显增加肝脏AMPK活性，然而在脂联素基因敲除小鼠，肝脏的AMPK活性不受TZD影响，提示脂联素在TZD发挥生物效应时起重要作用。
内脏脂肪过多是导致代谢综合征各组分的重要原因，内脏脂肪较易脂解，其释放出的FFA通过门脉系统进入肝脏，降低胰岛素的清除、增加脂质合成，导致外周高胰岛素血症和高脂血症，FFA也可导致肝脏胰岛素抵抗，引起空腹血糖升高。网膜脂肪的脂联素水平较皮下脂肪低，血浆脂联素水平与腹部脂肪体积呈负相关可能是胰岛素抵抗与内脏脂肪相关的机制之一。在脂肪细胞，高血糖可增加活性氧簇（ROS)的产生，激活核因子?B（NF?B），诱导炎症级联反应，促进细胞因子分泌，导致胰岛素抵抗，而TNF-?和其他细胞因子可反馈抑制脂联素的表达。脂联素可抑制巨噬细胞分泌TNF-?，从而抑制TNF-?诱导的NF?B抑制蛋白I?B的降解，阻止NF?B的激活，降低炎症反应。脂联素通过内分泌、旁分泌及自分泌方式作用于肝脏、脑、骨骼肌、血管及自身，调节能量代谢、抗炎及抗动脉粥样硬化。
总之，脂联素在肥胖、2型糖尿病、心血管疾病和代谢综合征的发病机制中起重要作用，另外脂联素也可能与伤口愈合、癌症等有关。脂联素的发现为胰岛素抵抗发病机制的研究开辟了另一条途径，了解脂联素的表达调控和作用机制至关重要，由于脂联素水平与胰岛素敏感性呈正比，将来脂联素有可能成为如口服葡萄糖耐量试验一样的诊断工具，成为糖尿病的临床诊断标志物，并且有可能应用到心血管疾病和代谢综合征。另外，在临床治疗上是选择重组的脂联素蛋白还是增加内源性脂联素分泌有待于进一步研究。
3 脂肪可被诱导丢失的动物模型
脂肪营养障碍或脂肪萎缩的小鼠模型极大地加深了人们对脂肪细胞生理功能及肥胖相关疾病的认识，但是目前这些模型在诱导上缺乏操作性，并且脂肪组织的缺失不可逆转，使得脂肪因子的作用难以评估。Scherer博士在其报告中介绍了他们最近建立的一种脂肪可被诱导丢失的小鼠模型，即“FAT-ATAAC”小鼠（fat apoptosis through triggered activated of caspase8), 这是一项重大的技术进展。FAT-ATAAC转基因小鼠在发育的任何阶段经药物诱导1～2周，皆可出现白色和棕色脂肪细胞凋亡、丢失，而其他组织不受继发影响。在脂肪细胞特异性启动子调控下，caspase8-FKBP融合蛋白在FK1012类似物AP20187的作用下可形成二聚体，诱导脂肪细胞凋亡。携带caspase8-FKBP融合蛋白的FAT-ATAAC转基因小鼠在经AP20187治疗1周后，脂肪组织即出现巨噬细胞浸润、结构破坏。随治疗时间延长，脂肪细胞开始凋亡，脂肪组织结构进行性破坏。治疗2周，脂肪组织明显减少，体重降低，血清脂联素、抵抗素水平降低至近基因敲除小鼠水平。AP20187治疗停止6周后，脂肪组织体积、体重恢复到药物诱导前水平，脂联素回复至基线值的50％，提示内源性前脂肪细胞重新分化，使脂肪组织再生。
在FAT-ATTAC 转基因ob/ob小鼠，AP20187治疗前其体重增长曲线与ob/ob小鼠相似，治疗10周后较后者少30 g，其白色脂肪组织几乎完全缺失，脂联素和抵抗素水平显著降低，而MCP-1升高近4倍。FAT-ATTAC ob/ob小鼠经药物诱导后摄食量明显增加，而体重降低，但无营养吸收不良，其核心体温明显升高，提示为机体代谢率增加所致；无脂肪的FAT-ATTAC ob/ob小鼠的空腹、餐后血糖和甘油三酯水平较ob/ob小鼠进一步增高，而胰岛素水平降低，葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS)也降低，胰岛的形态并无改变，提示GSIS降低可能部分由于缺乏其所需的脂肪细胞特异性因子所致；另外其对?3肾上腺素能受体刺激的胰岛素分泌反应也丧失，停止药物诱导后，此反应部分恢复，而脂肪细胞特异性表达?3肾上腺素能受体，这些均支持了脂肪细胞在胰岛素分泌调控中起重要作用。为了分析脂肪细胞对循环中炎症细胞因子和急性相反应物的影响，给予无脂肪的FAT-ATAAC小鼠亚致死量的脂多糖，结果血清中SAA3和IL-6较对照组显著降低；以往研究表明随脂肪组织体积的增大，脂肪组织中的巨噬细胞明显增多，在FAT-ATAAC小鼠白色脂肪部位巨噬细胞浸润增加，为何其炎症细胞因子反而降低，Scherer博士以一简单的实验证明脂肪细胞在促进巨噬细胞产生炎症细胞因子中的作用，他分别以前脂肪细胞和脂肪细胞的条件培养液培养巨噬细胞，检测培养液中的TNF-?和IL-6水平，结果发现在后一培养液中巨噬细胞分泌的细胞因子明显升高，提示脂肪组织巨噬细胞分泌炎症细胞因子需要脂肪因子的协助。
尽管对脂肪细胞功能的研究取得了重大进展，但许多方面仍有待于进一步探索。脂联素受体最近已被发现，为开展其信号转导研究提供了基础；其他脂肪因子如抵抗素、瘦素等的功能及作用机制仍需进一步阐明。脂肪组织中巨噬细胞与脂肪细胞如何对话，脂肪细胞在新生血管形成中的作用，脂肪因子与肿瘤发生、发展的关系，脂肪细胞如何通过神经系统与其他组织进行双向交流，脂肪分解的分子机制，脂肪细胞的分化及机体如何决定局部脂肪垫形成、退化，这些问题均函待解决。另外，TZD作用机制的研究也将为揭示脂肪细胞功能提供线索。
（上海第二医科大学附属瑞金医院周丽斌根据录音整理，陈名道校阅