Philipp E Scherer
脂肪組織源性因子的研究成為本屆美國糖尿病學(xué)會（ADA）的亮點(diǎn)，Scherer博士因其在脂肪細(xì)胞內(nèi)分泌功能研究領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)，榮獲本屆ADA杰出科學(xué)成就獎，他在會上作了題為“脂肪組織：從脂肪儲存庫到內(nèi)分泌器官”的精彩報告，著重介紹了脂肪組織及其分泌的脂聯(lián)素在胰島素抵抗、心血管疾病、代謝綜合征等發(fā)病機(jī)制中所起的重要作用，并通過對最新建立的轉(zhuǎn)基因小鼠模型研究結(jié)果對脂肪組織的功能作進(jìn)一步探討。
1 脂肪組織內(nèi)分泌功能的發(fā)現(xiàn)
在過去的20多年，發(fā)達(dá)國家的超重/肥胖已成流行態(tài)勢，與之相關(guān)的2型糖尿病、心血管疾病和高血壓等疾病的發(fā)病率也不斷攀升，人們對在其中扮演重要角色的脂肪組織的研究更為重視，并取得了突破性進(jìn)展。長期以來，脂肪組織一直被視作惰性的能量儲存器官，對脂肪組織與其他組織、器官信息交流的認(rèn)識僅限于其所分泌的游離脂肪酸（FFA）可影響肝臟的糖脂代謝，以后也認(rèn)識到脂肪酸的異位堆積影響骨骼肌、?細(xì)胞的功能，然而這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能揭示脂肪組織在機(jī)體病理生理過程中所起的復(fù)雜作用。眾所周知肥胖導(dǎo)致胰島素抵抗，而脂肪萎縮癥患者也存在嚴(yán)重的胰島素抵抗，這也促發(fā)了對脂肪組織功能的重新認(rèn)識，改變了認(rèn)為脂肪一無是處的觀點(diǎn)。上世紀(jì)80年代中期首先發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞分泌補(bǔ)體因子D（adipsin），1994年Friedman研究組定位克隆了肥胖基因表達(dá)產(chǎn)物——瘦素，發(fā)現(xiàn)瘦素作用于下丘腦，可減少攝食、降低體重，開啟了脂肪組織內(nèi)分泌功能研究的新時代。次年，Scherer等發(fā)現(xiàn)新的脂肪細(xì)胞特異性蛋白——脂聯(lián)素，此后各種脂源性激素陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，脂肪組織作為內(nèi)分泌器官的觀點(diǎn)逐漸被接受。目前已發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞分泌的脂聯(lián)素、抵抗素、乙?；碳さ鞍祝ˋSP）調(diào)控能量平衡，腫瘤壞死因子?（TNF-?）、白細(xì)胞介素6（IL-6）、血清淀粉樣蛋白A3（SAA3)、單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP-1）等參與炎癥反應(yīng)，脂聯(lián)素、纖溶酶原激活物抑制劑（PAI）作用于血管，血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）促進(jìn)血管新生，脂肪組織通過這些激素實(shí)現(xiàn)與機(jī)體其他組織的對話，整合內(nèi)分泌、代謝和炎癥信號，調(diào)控機(jī)體的能量穩(wěn)態(tài)。
2 脂聯(lián)素的生理功能
脂聯(lián)素是脂肪細(xì)胞表達(dá)最為豐富的激素，在血漿中有相當(dāng)高的濃度，女性高于男性。許多動物實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，血清脂聯(lián)素水平與機(jī)體的胰島素敏感性顯著正相關(guān)，因此被視作糖化血紅蛋白A1c（HbA1c）等價物廣泛應(yīng)用于流行病學(xué)研究。在肥胖患者、脂肪營養(yǎng)障礙患者及炎癥個體，血清脂聯(lián)素水平降低，血清脂聯(lián)素水平低的個體易患心血管疾病，2型糖尿病患者脂聯(lián)素水平比非糖尿病個體低，而合并冠心病的2型糖尿病患者更低。脂聯(lián)素是至今發(fā)現(xiàn)的唯一與肥胖呈負(fù)相關(guān)的脂肪細(xì)胞特異性蛋白，當(dāng)肥胖患者減重后脂聯(lián)素水平可升高。胰島素增敏劑噻唑烷二酮類（TZD）藥物也增加脂聯(lián)素水平。脂聯(lián)素通過激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK)促進(jìn)骨骼肌脂肪酸的氧化，降低脂質(zhì)在骨骼肌的堆積，減少FFA進(jìn)入肝臟，改善肝臟的胰島素抵抗，降低肝糖的生成和極低密度脂蛋白（VLDL)的合成。研究表明脂聯(lián)素還可抑制血管內(nèi)皮的炎癥反應(yīng)、血管平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移，降低血管細(xì)胞黏附因子1（VCAM-1）和A類清道夫受體的表達(dá)，抑制巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，起抗動脈粥樣硬化作用。脂聯(lián)素基因敲除小鼠的動脈經(jīng)器械損傷后，血管平滑肌細(xì)胞增殖增加、新生血管內(nèi)膜明顯增厚。另外，脂聯(lián)素還有降壓作用。全基因組掃描結(jié)果顯示代謝綜合征的易感位點(diǎn)定位在染色體3q27，即脂聯(lián)素基因所在位點(diǎn)；脂聯(lián)素基因的突變及單核苷酸多態(tài)性也與糖尿病的發(fā)病有關(guān)。
脂聯(lián)素含有膠原樣結(jié)構(gòu)域和球形結(jié)構(gòu)域，依靠其球形結(jié)構(gòu)域形成三聚體，再通過膠原樣結(jié)構(gòu)域的相互作用形成具有更高分子量結(jié)構(gòu)的復(fù)合體。脂聯(lián)素在血清中以低分子量六聚體和高分子量的復(fù)合體形式存在。不同的脂聯(lián)素復(fù)合體生物活性有所不同，女性高分子量復(fù)合體水平明顯高于男性，而六聚體水平并無差異，注射胰島素或葡萄糖后，女性高分子量復(fù)合體水平顯著降低，而六聚體水平無下降；TZD治療db/db小鼠后，高分子量復(fù)合體水平升高；在一項為期21 d的吡格列酮治療2型糖尿病的臨床研究中，吡格列酮增強(qiáng)胰島素抑制肝糖生成的作用與其增加高分子量復(fù)合體脂聯(lián)素的比例有關(guān)；另外在一項曲格列酮治療肥胖型2型糖尿病患者的研究中發(fā)現(xiàn)，機(jī)體胰島素敏感性的增高與脂聯(lián)素的總量無關(guān)，而與其高分子量復(fù)合體的比例增高有關(guān)，這些均支持高分子量復(fù)合體是脂聯(lián)素代謝作用的主要活性形式。
目前利用基因敲除和轉(zhuǎn)基因技術(shù)已建立各種脂聯(lián)素水平的動物模型，這極大地推進(jìn)了對脂聯(lián)素的功能研究。使ob/ob小鼠過表達(dá)脂聯(lián)素，可使基礎(chǔ)葡萄糖、胰島素水平顯著降低，葡萄糖清除率明顯增加，?細(xì)胞功能改善，脂質(zhì)清除增加，肝臟的脂肪變性減輕，脂肪細(xì)胞體積減小，但是體重較ob/ob小鼠明顯增加，主要是脂肪組織體積的增加，提示脂質(zhì)在機(jī)體各組織的分布是決定胰島素敏感性的重要因素，脂聯(lián)素增加脂肪細(xì)胞的脂質(zhì)聚集，使肝臟、骨骼肌免受脂質(zhì)堆積，增加機(jī)體胰島素敏感性。TZD治療后，脂聯(lián)素基因敲除的ob/ob小鼠的葡萄糖清除率較ob/ob小鼠明顯降低，而治療前兩者并無差異。在野生型小鼠，TZD明顯增加肝臟AMPK活性，然而在脂聯(lián)素基因敲除小鼠，肝臟的AMPK活性不受TZD影響，提示脂聯(lián)素在TZD發(fā)揮生物效應(yīng)時起重要作用。
內(nèi)臟脂肪過多是導(dǎo)致代謝綜合征各組分的重要原因，內(nèi)臟脂肪較易脂解，其釋放出的FFA通過門脈系統(tǒng)進(jìn)入肝臟，降低胰島素的清除、增加脂質(zhì)合成，導(dǎo)致外周高胰島素血癥和高脂血癥，F(xiàn)FA也可導(dǎo)致肝臟胰島素抵抗，引起空腹血糖升高。網(wǎng)膜脂肪的脂聯(lián)素水平較皮下脂肪低，血漿脂聯(lián)素水平與腹部脂肪體積呈負(fù)相關(guān)可能是胰島素抵抗與內(nèi)臟脂肪相關(guān)的機(jī)制之一。在脂肪細(xì)胞，高血糖可增加活性氧簇（ROS)的產(chǎn)生，激活核因子?B（NF?B），誘導(dǎo)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞因子分泌，導(dǎo)致胰島素抵抗，而TNF-?和其他細(xì)胞因子可反饋抑制脂聯(lián)素的表達(dá)。脂聯(lián)素可抑制巨噬細(xì)胞分泌TNF-?，從而抑制TNF-?誘導(dǎo)的NF?B抑制蛋白I?B的降解，阻止NF?B的激活，降低炎癥反應(yīng)。脂聯(lián)素通過內(nèi)分泌、旁分泌及自分泌方式作用于肝臟、腦、骨骼肌、血管及自身，調(diào)節(jié)能量代謝、抗炎及抗動脈粥樣硬化。
總之，脂聯(lián)素在肥胖、2型糖尿病、心血管疾病和代謝綜合征的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，另外脂聯(lián)素也可能與傷口愈合、癌癥等有關(guān)。脂聯(lián)素的發(fā)現(xiàn)為胰島素抵抗發(fā)病機(jī)制的研究開辟了另一條途徑，了解脂聯(lián)素的表達(dá)調(diào)控和作用機(jī)制至關(guān)重要，由于脂聯(lián)素水平與胰島素敏感性呈正比，將來脂聯(lián)素有可能成為如口服葡萄糖耐量試驗(yàn)一樣的診斷工具，成為糖尿病的臨床診斷標(biāo)志物，并且有可能應(yīng)用到心血管疾病和代謝綜合征。另外，在臨床治療上是選擇重組的脂聯(lián)素蛋白還是增加內(nèi)源性脂聯(lián)素分泌有待于進(jìn)一步研究。
3 脂肪可被誘導(dǎo)丟失的動物模型
脂肪營養(yǎng)障礙或脂肪萎縮的小鼠模型極大地加深了人們對脂肪細(xì)胞生理功能及肥胖相關(guān)疾病的認(rèn)識，但是目前這些模型在誘導(dǎo)上缺乏操作性，并且脂肪組織的缺失不可逆轉(zhuǎn)，使得脂肪因子的作用難以評估。Scherer博士在其報告中介紹了他們最近建立的一種脂肪可被誘導(dǎo)丟失的小鼠模型，即“FAT-ATAAC”小鼠（fat apoptosis through triggered activated of caspase8), 這是一項重大的技術(shù)進(jìn)展。FAT-ATAAC轉(zhuǎn)基因小鼠在發(fā)育的任何階段經(jīng)藥物誘導(dǎo)1～2周，皆可出現(xiàn)白色和棕色脂肪細(xì)胞凋亡、丟失，而其他組織不受繼發(fā)影響。在脂肪細(xì)胞特異性啟動子調(diào)控下，caspase8-FKBP融合蛋白在FK1012類似物AP20187的作用下可形成二聚體，誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞凋亡。攜帶caspase8-FKBP融合蛋白的FAT-ATAAC轉(zhuǎn)基因小鼠在經(jīng)AP20187治療1周后，脂肪組織即出現(xiàn)巨噬細(xì)胞浸潤、結(jié)構(gòu)破壞。隨治療時間延長，脂肪細(xì)胞開始凋亡，脂肪組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行性破壞。治療2周，脂肪組織明顯減少，體重降低，血清脂聯(lián)素、抵抗素水平降低至近基因敲除小鼠水平。AP20187治療停止6周后，脂肪組織體積、體重恢復(fù)到藥物誘導(dǎo)前水平，脂聯(lián)素回復(fù)至基線值的50％，提示內(nèi)源性前脂肪細(xì)胞重新分化，使脂肪組織再生。
在FAT-ATTAC 轉(zhuǎn)基因ob/ob小鼠，AP20187治療前其體重增長曲線與ob/ob小鼠相似，治療10周后較后者少30 g，其白色脂肪組織幾乎完全缺失，脂聯(lián)素和抵抗素水平顯著降低，而MCP-1升高近4倍。FAT-ATTAC ob/ob小鼠經(jīng)藥物誘導(dǎo)后攝食量明顯增加，而體重降低，但無營養(yǎng)吸收不良，其核心體溫明顯升高，提示為機(jī)體代謝率增加所致；無脂肪的FAT-ATTAC ob/ob小鼠的空腹、餐后血糖和甘油三酯水平較ob/ob小鼠進(jìn)一步增高，而胰島素水平降低，葡萄糖刺激的胰島素分泌（GSIS)也降低，胰島的形態(tài)并無改變，提示GSIS降低可能部分由于缺乏其所需的脂肪細(xì)胞特異性因子所致；另外其對?3腎上腺素能受體刺激的胰島素分泌反應(yīng)也喪失，停止藥物誘導(dǎo)后，此反應(yīng)部分恢復(fù)，而脂肪細(xì)胞特異性表達(dá)?3腎上腺素能受體，這些均支持了脂肪細(xì)胞在胰島素分泌調(diào)控中起重要作用。為了分析脂肪細(xì)胞對循環(huán)中炎癥細(xì)胞因子和急性相反應(yīng)物的影響，給予無脂肪的FAT-ATAAC小鼠亞致死量的脂多糖，結(jié)果血清中SAA3和IL-6較對照組顯著降低；以往研究表明隨脂肪組織體積的增大，脂肪組織中的巨噬細(xì)胞明顯增多，在FAT-ATAAC小鼠白色脂肪部位巨噬細(xì)胞浸潤增加，為何其炎癥細(xì)胞因子反而降低，Scherer博士以一簡單的實(shí)驗(yàn)證明脂肪細(xì)胞在促進(jìn)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子中的作用，他分別以前脂肪細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的條件培養(yǎng)液培養(yǎng)巨噬細(xì)胞，檢測培養(yǎng)液中的TNF-?和IL-6水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在后一培養(yǎng)液中巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子明顯升高，提示脂肪組織巨噬細(xì)胞分泌炎癥細(xì)胞因子需要脂肪因子的協(xié)助。
盡管對脂肪細(xì)胞功能的研究取得了重大進(jìn)展，但許多方面仍有待于進(jìn)一步探索。脂聯(lián)素受體最近已被發(fā)現(xiàn)，為開展其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究提供了基礎(chǔ)；其他脂肪因子如抵抗素、瘦素等的功能及作用機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明。脂肪組織中巨噬細(xì)胞與脂肪細(xì)胞如何對話，脂肪細(xì)胞在新生血管形成中的作用，脂肪因子與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，脂肪細(xì)胞如何通過神經(jīng)系統(tǒng)與其他組織進(jìn)行雙向交流，脂肪分解的分子機(jī)制，脂肪細(xì)胞的分化及機(jī)體如何決定局部脂肪墊形成、退化，這些問題均函待解決。另外，TZD作用機(jī)制的研究也將為揭示脂肪細(xì)胞功能提供線索。
（上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院周麗斌根據(jù)錄音整理，陳名道校閱
