胰脂肪酶家族在急性胰腺炎和肥胖疾病中的研究進展

喻冰君 李年雙 何叢 萬劍華 呂農華

南昌大學第一附屬醫院消化內科，南昌 330006

胰脂肪酶家族水解脂類的高效性、獨特性和多樣性一直是研究的熱點，其脂解后的代謝產物為機體提供了大量的激素前體和生長發育所必需的成分。胰脂肪酶不僅在脂類的水解過程中占據重要地位，也在高脂誘導的相關疾病中扮演重要角色。近20年來，因國民經濟實力增強，人民生活水平提高，高脂飲食引起的肥胖和AP發病率大幅上升，肥胖伴隨而來的心血管疾病和代謝性疾病以及高三酰甘油血癥性胰腺炎極大增加了國民的致殘率和死亡率。本文主要闡述胰脂肪酶家族在脂類代謝中的作用及其與肥胖和AP的相關性研究，為進一步研發胰脂肪酶相關產品提供新思路。

一、胰脂肪酶家族的成員組成和水解環境

1．胰脂肪酶家族的主要成員：胰脂肪酶主要由胰腺腺泡細胞分泌，并在十二指腸中起消化脂肪的作用。胰脂肪酶家族成員眾多，包括胰腺三酰甘油脂肪酶(pancreatic triglyceride lipase, PNLIP)、胰腺三酰甘油相關蛋白1(pancreatic lipase-related proteins 1, PNLIPRP 1)、胰腺三酰甘油相關蛋白2(pancreatic lipase-related proteins 2, PNLIPRP 2)、羧基酯脂肪酶(carboxyl ester lipase, CEL)和磷脂酶A2(pancreatic phospholipase A2, PLA2 )等。因PLA2幾乎存在于機體所有細胞中，故本文只將PNLIP、PNLIPRP 1、PNLIPRP 2和CEL認定為胰脂肪酶家族的主要成員，其中PNLIP在體內含量最多，且為大眾熟知。而PNLIPRP1和 PNLIPRP2與PNLIP來源于同一祖先，PNLIPRP1和 PNLIPRP2的cDNA與PNLIP有68%和65%的氨基酸序列同源性[1]。CEL有別于上述脂肪酶，是胰脂肪酶家族主要成員中單獨存在的一類脂肪酶，且目前未發現CEL的同源脂肪酶。

2．胰脂肪酶家族發揮作用的水解環境：胰脂肪酶發揮作用需要特殊的環境——水油界面。作為胰脂肪酶發揮作用的橋梁，水油界面目前得到了較為深入的研究。其中關于水油界面的形成過程，大致可描述為脂類水解后的乳劑顆粒形成復雜的油相，油相與胰脂肪酶偏愛的水性環境形成水油界面。水解過程中，脂類水解產物進入乳劑顆粒的核心部位，后核心部位表面被磷脂和膽固醇等覆蓋，繼而被寡糖和膽鹽等覆蓋。因此，隨著脂肪的不斷分解，水油界面的成分和物理性質不斷變化。大量研究證實，水油界面與胰脂肪酶的脂解效率密切相關[2]。

除水油界面外，膽鹽在脂質的消化吸收中也十分重要，文獻報道，膽瘺患者腸道脂質吸收率僅為正常人的50%～75%[3]。盡管膽鹽并非脂質吸收所必需，但它對脂質的完全吸收必不可少。不同胰脂肪酶對膽鹽需求不同，CEL是胰脂肪酶家族中被明確證實高度依賴膽鹽發揮作用的脂肪酶，其依賴程度遠遠高于胰脂肪酶家族其他成員[2]。因此，水油界面和膽鹽可認為是胰脂肪酶發揮作用的基石。

二、胰脂肪酶家族成員的脂代謝作用

胰脂肪酶參與脂質的分解代謝，在脂質的消化吸收過程中相輔相成，但在年齡、物種和底物差異的背景下，胰脂肪酶的脂解特性各不相同。

1．PNLIP：長期以來，PNLIP在脂質的消化吸收過程中占據主導地位，其相關研究可追溯到數百年前[4-5]。PNLIP不僅能高效水解三酰甘油，也能水解磷脂、膽固醇酯、半乳糖脂和視黃醇酯等[5]。新生兒期和成年期體內PNLIP的表達量差異明顯。多項研究證實，PNLIP在成年人體內更能發揮作用，當成年人機體缺乏PNLIP時，會出現嚴重腹痛、腹瀉和脂肪吸收不良等癥狀，而新生兒不受影響[5]。PNLIP的脂解過程高度依賴輔酶的參與，而膽鹽可抑制PNLIP的脂解活性。當缺乏輔酶的小鼠分別進食正常和低脂飲食后，正常飲食的小鼠出現脂肪瀉，而低脂飲食小鼠無異常[6]。另一動物研究發現高濃度膽鹽抑制PNLIP脂解活力，加入輔酶后脂解活力恢復，證實輔酶和膽鹽在PNLIP的脂解過程中相互作用。有學者推測其機制與膽鹽改變水油界面的表面結構，而輔酶可適當恢復膽鹽的抑制作用有關[7]。盡管目前未能將PNLIP的生物學特性研究透徹，但也一定程度揭示了PNLIP表達的時間和生物特異性，因此，探討該差異表達背后的分子機制可加速對PNLIP的進一步了解。

2．PNLIPRP1：不同物種PNLIPRP1的表達差異明顯，貓和狗表達量多，人和小鼠表達量少甚至不表達。盡管PNLIPRP1和PNLIP有68%的cDNA同源性，但與PNLIP不同，PNLIPRP1主要在胚胎期少量表達且對三酰甘油、磷脂和膽固醇酯等均無脂解活性。研究者推測這可能與PNLIPRP1的蛋白晶體結構相關。在PNLIPRP1的蛋白晶體結構中引入PNLIP的氨基酸位點(氨基酸V178A和A180P)，PNLIPRP1脂解活性恢復[2]。此外，PNLIPRP1亦可與PNLIP和PNLIPRP2競爭性結合輔酶而影響脂質代謝[8]。目前關于PNLIPRP1的研究較少，其結構和功能仍待進一步挖掘。

3．PNLIPRP2：PNLIPRP2是唯一在體外具有脂解活性的胰脂肪酶，該酶還具有免疫防御、介導酶原顆粒等特殊活性。除能水解三酰甘油、磷脂和半乳糖脂，長鏈三酰甘油更是PNLIPRP2唯一的甘油酯酰類底物。盡管PNLIPRP2具有廣泛的底物特異性，但不同物種PNLIPRP2的底物親和性不同。研究發現，PNLIPRP2亦能脂解植物脂質[9]。

PNLIPRP2對新生兒的脂質水解意義重大。PNLIPRP2基因缺陷的新生小鼠脂質吸收明顯減少，有脂肪瀉和體重增長不良等現象[10]。在另一模擬新生兒生理環境的實驗中也證實PNLIPRP是新生兒期主要的脂肪酶，對新生兒的生長發育極其重要[11]。輔酶和膽鹽對不同物種的PNLIPRP2發揮脂解作用存在差異，人和鼠體內二者能增加PNLIPRP2的脂解活性，馬和河貍鼠等動物體內二者抑制PNLIPRP2的脂解活性[2]。上述差異是否與該酶的蛋白結構相關仍未可知，未來需要更多種類的生物進一步研究PNLIPRP2的脂解過程。

4．CEL：CEL是高度依賴膽鹽發揮水解作用的胰脂肪酶，因此也將其稱為膽汁依賴性脂肪酶或膽汁刺激性脂肪酶。CEL是迄今為止所有脊椎動物中都存在的一種胰脂肪酶[12-14]。該酶具有廣泛的底物特異性，在膽鹽刺激下，CEL可水解三酰甘油、膽固醇酯、磷脂、溶血磷脂等多種脂質。而膽固醇酯是CEL的特有底物[10,15-16]，這在CEL基因敲除的小鼠中已被證實[17]。CEL不僅在胰腺中表達，也在哺乳動物乳汁中分泌，因此CEL亦是新生兒期脂質脂解的主要脂肪酶[18]。此外，CEL可補償成年人PNLIP對脂肪消化吸收的不足，從而達到對三酰甘油、磷脂等脂質的最優吸收[14,18]。當膽鹽濃度低或消失時，上述脂解過程明顯受限。

三、胰脂肪酶家族成員與AP的關系

AP是多種病因引起的胰腺內胰酶激活從而水解自身的急性炎癥反應，同時伴或不伴有其他器官功能改變。近10年來，全球AP發病率逐年升高，其中SAP占比增高達20%～30%，其病死率高達36%～50%，給患者及其家屬帶來了極大的精神和經濟負擔[19]。目前已知AP的重癥化與年齡、遺傳、肥胖、高三酰甘油血癥和腸道菌群等多種因素有關。而胰脂肪酶家族主要成員作為胰腺分泌的主要酶，在AP發生發展過程中的作用一直未有定論，故探討胰脂肪酶家族成員在AP重癥化中的作用及其相關機制十分必要。

2020年，de Oliveira等[20]研究發現PNLIP是導致AP重癥化的關鍵胰脂肪酶。該研究通過PNLIP敲除基因肥胖小鼠和正常肥胖小鼠比較，發現PNLIP敲除基因肥胖小鼠誘發AP后胰腺病理改變程度明顯減輕，血液中炎癥因子明顯減少，而CEL、PNLIPRP1和PNLIPRP2不能誘導此種改變，因此證明PNLIP是AP發生發展過程中的關鍵胰脂肪酶。同時，作者還推測 PNLIP水解腹部脂肪產生的游離脂肪酸、油酸、亞油酸進一步加重AP嚴重程度是疾病進展的另一重要機制。

過去，因為胰脂肪酶CEL在成年時期表達最為豐富，一直被推測是AP重癥化過程中的關鍵胰脂肪酶。但Khatua等[21]結合動物和細胞實驗充分證明了CEL在AP的發生發展過程中作用甚微 。因CEL的水解高度依賴膽鹽，而在AP發生發展過程中，膽鹽水平難以達到CEL發揮作用的水解濃度。

PNLIPRP1和PNLIPRP2在AP重癥化中的作用研究甚少，尤其是關于PNLIPRP1與AP的研究目前仍未出現，僅有部分學者推測因其在體內低表達，故并非是影響AP的關鍵胰脂肪酶。相比PNLIPRP1，PNLIPRP2與AP的研究已有些許報道，證實PNLIPRP2在AP重癥化中不發揮作用。研究者利用PNLIPRP2水解胰腺或胰周脂肪，結果發現代謝產物并不增加，更不增加胰周脂肪壞死、器官功能衰竭和死亡的發生率。因此，目前的研究結果認為PNLIPRP1和PNLIPRP2在AP重癥化過程中均不發揮作用[20,22]。

盡管隨著AP研究的增多，胰脂肪酶與AP關系的研究也相繼出現，但胰脂肪酶在AP進展中發揮作用的具體機制仍未明確，未來希望能有更多研究探討胰脂肪酶在AP重癥化中的作用及其發生的機制，為今后臨床醫師治療重癥AP提供新靶點和新思路。

四、胰脂肪酶家族成員與肥胖的關系

改革開放后，國民生活水平顯著提高，高脂飲食引起的肥胖伴隨高血脂、高血糖等代謝性疾病發病率明顯增高，而肥胖又顯著增加心血管系統相關疾病的發生，嚴重損害國民的身體健康，胰脂肪酶作為脂解脂質的主要酶，在肥胖中的作用至關重要。

研究表明，高脂飲食可增加胰脂肪酶的表達和酶活性，加速脂肪的吸收，造成體重增加和血清中三酰甘油水平上升[23]。有研究發現，PNLIP或CEL的缺失在一定程度上可減少脂肪的吸收，共同抑制PNLIP和CEL可有效減少肥胖的發生[24]。由于PNLIPRP1可競爭抑制PNLIP與輔酶的結合，當缺乏PNLIPRP1時脂肪水解增多，導致脂肪代謝產物吸收增多從而促進肥胖發生[25]。目前關于PNLIPRP2影響脂質代謝的報道較少，可能與PNLIPRP2分泌量少且其主要在嬰兒期發揮脂解作用相關[22,26]，推測PNLIPRP2可能影響新生兒脂質代謝。

因胰脂肪酶影響肥胖的發生，故國內外研發出胰脂肪酶抑制劑奧利司他改善肥胖，但其明顯不良反應如腹痛、腹瀉和營養不良等癥狀限制了該藥物的廣泛應用[27]。因此，研發出不良反應小的胰脂肪酶抑制劑的需求顯得格外迫切。若能基于胰脂肪酶家族成員的蛋白結構模擬出天然胰脂肪酶抑制劑，或能將減肥藥物的不利影響最小化。

綜上所述，胰腺脂肪酶家族主要成員在脂類的消化吸收中起到了關鍵作用，同時在AP和肥胖的疾病進展中占據重要地位。胰脂肪酶家族成員發揮作用受物種、年齡和底物的影響，但始終貫穿于機體生長發育全程，其重要性不言而喻。深入研究胰脂肪酶在脂類代謝和相關疾病中發揮作用的各個環節，有可能成為改善AP預后和預防肥胖的重要途徑之一。此外，發現和挖掘胰脂肪酶家族其他成員可進一步為了解脂類代謝及其相關疾病提供依據。

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