Philipp E Scherer

脂肪組織源性因子的研究成為本屆美國糖尿病學會（ADA）的亮點，Scherer博士因其在脂肪細胞內(nèi)分泌功能研究領(lǐng)域的卓越貢獻，榮獲本屆ADA杰出科學成就獎，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，以后也認識到脂肪酸的異位堆積影響骨骼肌、?細胞的功能，然而這遠遠不能揭示脂肪組織在機體病理生理過程中所起的復雜作用。眾所周知肥胖導致胰島素抵抗，而脂肪萎縮癥患者也存在嚴重的胰島素抵抗，這也促發(fā)了對脂肪組織功能的重新認識，改變了認為脂肪一無是處的觀點。上世紀80年代中期首先發(fā)現(xiàn)脂肪細胞分泌補體因子D（adipsin），1994年Friedman研究組定位克隆了肥胖基因表達產(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)分泌器官的觀點逐漸被接受。目前已發(fā)現(xiàn)脂肪細胞分泌的脂聯(lián)素、抵抗素、乙酰化刺激蛋白（ASP）調(diào)控能量平衡，腫瘤壞死因子?（TNF-?）、白細胞介素6（IL-6）、血清淀粉樣蛋白A3（SAA3)、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）等參與炎癥反應，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）促進血管新生，脂肪組織通過這些激素實現(xiàn)與機體其他組織的對話，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)素是脂肪細胞表達最為豐富的激素，在血漿中有相當高的濃度，女性高于男性。許多動物實驗和臨床研究表明，血清脂聯(lián)素水平與機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）等價物廣泛應用于流行病學研究。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)的唯一與肥胖呈負相關(guān)的脂肪細胞特異性蛋白，當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、血管平滑肌細胞的增殖、遷移，降低血管細胞黏附因子1（VCAM-1）和A類清道夫受體的表達，抑制巨噬細胞向泡沫細胞的轉(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定位在染色體3q27，即脂聯(lián)素基因所在位點；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合體形式存在。不同的脂聯(lián)素復合體生物活性有所不同，女性高分子量復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，吡格列酮增強胰島素抑制肝糖生成的作用與其增加高分子量復合體脂聯(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)，而與其高分子量復合體的比例增高有關(guān)，這些均支持高分子量復合體是脂聯(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，這極大地推進了對脂聯(lián)素的功能研究。使ob/ob小鼠過表達脂聯(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，?細胞功能改善，脂質(zhì)清除增加，肝臟的脂肪變性減輕，脂肪細胞體積減小，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)素增加脂肪細胞的脂質(zhì)聚集，使肝臟、骨骼肌免受脂質(zhì)堆積，增加機體胰島素敏感性。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)揮生物效應時起重要作用。
內(nèi)臟脂肪過多是導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)進入肝臟，降低胰島素的清除、增加脂質(zhì)合成，導致外周高胰島素血癥和高脂血癥，F(xiàn)FA也可導致肝臟胰島素抵抗，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相關(guān)可能是胰島素抵抗與內(nèi)臟脂肪相關(guān)的機制之一。在脂肪細胞，高血糖可增加活性氧簇（ROS)的產(chǎn)生，激活核因子?B（NF?B），誘導炎癥級聯(lián)反應，促進細胞因子分泌，導致胰島素抵抗，而TNF-?和其他細胞因子可反饋抑制脂聯(lián)素的表達。脂聯(lián)素可抑制巨噬細胞分泌TNF-?，從而抑制TNF-?誘導的NF?B抑制蛋白I?B的降解，阻止NF?B的激活，降低炎癥反應。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)病機制的研究開辟了另一條途徑，了解脂聯(lián)素的表達調(diào)控和作用機制至關(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一樣的診斷工具，成為糖尿病的臨床診斷標志物，并且有可能應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)素分泌有待于進一步研究。
3 脂肪可被誘導丟失的動物模型
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胞生理功能及肥胖相關(guān)疾病的認識，但是目前這些模型在誘導上缺乏操作性，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)進展。FAT-ATAAC轉(zhuǎn)基因小鼠在發(fā)育的任何階段經(jīng)藥物誘導1～2周，皆可出現(xiàn)白色和棕色脂肪細胞凋亡、丟失，而其他組織不受繼發(fā)影響。在脂肪細胞特異性啟動子調(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，誘導脂肪細胞凋亡。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)巨噬細胞浸潤、結(jié)構(gòu)破壞。隨治療時間延長，脂肪細胞開始凋亡，脂肪組織結(jié)構(gòu)進行性破壞。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、體重恢復到藥物誘導前水平，脂聯(lián)素回復至基線值的50％，提示內(nèi)源性前脂肪細胞重新分化，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也喪失，停止藥物誘導后，此反應部分恢復，而脂肪細胞特異性表達?3腎上腺素能受體，這些均支持了脂肪細胞在胰島素分泌調(diào)控中起重要作用。為了分析脂肪細胞對循環(huán)中炎癥細胞因子和急性相反應物的影響，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胞明顯增多，在FAT-ATAAC小鼠白色脂肪部位巨噬細胞浸潤增加，為何其炎癥細胞因子反而降低，Scherer博士以一簡單的實驗證明脂肪細胞在促進巨噬細胞產(chǎn)生炎癥細胞因子中的作用，他分別以前脂肪細胞和脂肪細胞的條件培養(yǎng)液培養(yǎng)巨噬細胞，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)液中巨噬細胞分泌的細胞因子明顯升高，提示脂肪組織巨噬細胞分泌炎癥細胞因子需要脂肪因子的協(xié)助。
盡管對脂肪細胞功能的研究取得了重大進展，但許多方面仍有待于進一步探索。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制仍需進一步闡明。脂肪組織中巨噬細胞與脂肪細胞如何對話，脂肪細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，脂肪細胞如何通過神經(jīng)系統(tǒng)與其他組織進行雙向交流，脂肪分解的分子機制，脂肪細胞的分化及機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作用機制的研究也將為揭示脂肪細胞功能提供線索。
（上海第二醫(yī)科大學附屬瑞金醫(yī)院周麗斌根據(jù)錄音整理，陳名道校閱