從脂肪組織的內(nèi)分泌功能角度探討其在慢性阻塞性肺疾病中的作用機制研究

王益德，李爭，李風森

近40年世界范圍內(nèi)的肥胖發(fā)病率逐漸上升，造成了沉重的社會經(jīng)濟負擔［1-2］。多項流行病學調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，肥胖顯著增加了肺系疾病患病的敏感性，并認為肥胖造成的脂質(zhì)蓄積或異常分布是造成慢性阻塞性肺疾病（COPD）等呼吸系統(tǒng)疾病的重要因素［3-5］。有研究認為肥胖對肺功能有重要影響：肥胖相關指標與肺功能呈負相關關系［6-7］。究其緣由，脂肪組織對肺功能的影響主要通過“物理”及“化學”兩條途徑發(fā)揮作用。“物理”途徑即改變呼吸系統(tǒng)的力學特征，例如：腹部肥胖可降低肺的順應性，很大程度減少了肺體積［8］；內(nèi)臟脂肪組織則可改變膈肌結構、限制其運動，進而損害肺功能［9-10］。而“化學”途徑則更多依賴脂肪組織活躍的內(nèi)分泌功能得以實現(xiàn)，超重或肥胖造成機體總體或局部的脂肪過度蓄積可誘發(fā)脂毒性反應產(chǎn)生慢性炎癥、代謝性氧化應激等進而誘導或參與COPD等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展［11-12］。隨著脂肪組織內(nèi)分泌功能在COPD等慢性代謝性疾病的研究不斷深入，筆者查閱相關文獻對已明確及有爭議的內(nèi)容進行匯總整理，從“化學”角度入手著重論述脂肪組織與COPD的具體關系及作用機制。

文獻檢索策略：計算機檢索PubMed、Web of Science、中國知網(wǎng)（CNKI）等數(shù)據(jù)庫，檢索時間設定為建庫至2022年5月，英文檢索詞包括“Pulmonary disease，chronicobstructive”“Obesity”“Adipose tissue”“Endocrine function”，中文檢索詞包括“肺疾病，慢性阻塞性”“肥胖”“脂肪組織”“內(nèi)分泌功能”。納入標準：文獻內(nèi)容涉及慢阻肺與脂肪內(nèi)分泌功能相關的流行病學調(diào)查、機制研究等相關內(nèi)容；排除標準：與研究主題無關、原始數(shù)據(jù)缺失、無法獲得全文的文獻。

1 脂肪組織的內(nèi)分泌功能

傳統(tǒng)意義上，脂肪組織一直被認為是機體重要的能量儲存器。直到1987年，研究人員初次發(fā)現(xiàn)脂肪也是類固醇性激素的重要代謝場所［13］；1994年，瘦素（leptin）這一由脂肪組織分泌的蛋白因子被首次發(fā)現(xiàn)［14］，完全改變了既往臨床對脂肪組織的看法，從此，脂肪組織的內(nèi)分泌功能相關研究受到關注，隨后包括脂聯(lián)素（adiponectin，ADPN）、內(nèi)脂素（visfatin）等多種重要的脂源性激素或細胞因子被相繼發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今脂肪組織內(nèi)分泌功能甚至被認為是內(nèi)分泌學領域的重要突破性進展之一。脂肪組織內(nèi)分泌功能得以實現(xiàn)主要通過自分泌或旁分泌方式作用于脂肪組織和經(jīng)典內(nèi)分泌方式作用于遠端器官或組織，進而有效建立與呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等靶器官的溝通交互網(wǎng)絡，參與相應包括COPD、動脈粥樣硬化等一系列肥胖相關疾病的發(fā)生和發(fā)展。

2 脂肪組織分泌的脂肪因子與COPD

2.1 ADPN與COPD ADPN是一類由脂肪細胞特異性產(chǎn)生的分泌蛋白，此種因子大小約為30 kD，以低、中、高3種分子量循環(huán)存在［15］。AdipoR1、AdipoR2是ADPN的兩種受體，其與ADPN的異構體具有不同的親和力且在器官組織的分布亦有差異［16］。ADPN通過其抗炎、抗動脈粥樣硬化、抗胰島素抵抗，調(diào)節(jié)糖脂代謝功能在COPD等多種全身慢性疾病進程中發(fā)揮作用［17］。THYAGARAJAN等［18］進行的一項隊列研究發(fā)現(xiàn)低血清ADPN水平與低肺功能相關，并提示C反應蛋白等系統(tǒng)性炎癥相關標志物是連接ADPN和肺功能的重要因果途徑。NAKANISHI等［19］進行的一項體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)：在彈性蛋白酶誘導的肺氣腫模型中肺血管ADPN表達水平降低，并且在ADPN敲除模型小鼠中表現(xiàn)出全身的炎性反應并發(fā)現(xiàn)肺泡進行性增大和肺順應性增加，甚至出現(xiàn)COPD常見的包括體質(zhì)量減輕、骨質(zhì)疏松等肺外表型，而通過腺病毒介導方式補充外源性的ADPN可明顯逆轉上述變化，顯著改善肺氣腫表型。

2.1.1 抑制肺部內(nèi)皮細胞凋亡 作為一類自主有序的死亡方式，細胞凋亡在維持機體組織器官穩(wěn)定性方面扮演重要角色，近年來多項體內(nèi)外研究均證實細胞凋亡表型與COPD疾病進展密切相關［20-22］。多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PPAR）是半胱氨酸蛋白酶3（caspase-3）的主要作用底物，其可通過剪切116 kD使PARP與DNA結合的結構與催化區(qū)域分離導致失去正常功能從而觸發(fā)凋亡表型，可見Caspase-3在細胞凋亡中發(fā)揮不可替代的作用［23］。一項動物實驗研究發(fā)現(xiàn)ADPN敲除小鼠的Caspase-3蛋白表達明顯上調(diào)，顯著促進肺部內(nèi)皮細胞凋亡，進而導致進行性肺泡增大和肺順應性增加［19］。因此，通過ADPN下調(diào)Caspase-3表達進而抑制肺組織內(nèi)皮細胞凋亡可能是COPD防治研究的重要靶點。

2.1.2 抑制炎癥 ADPN可通過直接作用于炎性細胞發(fā)揮抑炎作用，外周血中的單核細胞、NK細胞等均明顯表達AdipoR1、AdipoR2，ADPN可抑制髓祖單核細胞生長并阻止巨噬細胞向泡沫細胞轉化［24］；同時其可通過刺激巨噬細胞分泌抑炎因子白介素（IL）-10的方式抑制核因子（nuclear factor，NF）-κB信號通路的活化［25］；在肥胖模型中通常出現(xiàn)ADPN表達下降和IL-6等代謝性炎性因子表達升高，AJUWON等［26］研究發(fā)現(xiàn)ADPN可抑制脂多糖（LPS）誘導的IL-6等促炎因子表達，因此ADPN具有調(diào)控脂肪組織或脂肪細胞代謝性炎癥作用；動物實驗發(fā)現(xiàn)ADPN與腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α存在制約關系：在ADPN敲除小鼠模型中TNF-α表達顯著降低，相反，通過病毒介導下調(diào)TNF-α表達可提高體內(nèi)ADPN表達水平［27］。COPD作為一類炎癥發(fā)揮主導作用的慢性全身性炎癥性疾病，體內(nèi)NF-κB、IL-6、TNF-α等相關促炎通路或因子的活化可加重其疾病進程，所以，有理由推測ADPN對于COPD的潛在治療作用可能與其抑制機體炎性反應有關。

2.1.3 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝平衡 雖然目前尚無ADPN調(diào)控COPD脂質(zhì)代謝的直接證據(jù)，但是多項流行病學調(diào)查研究均提示COPD患者多存在體脂代謝異常現(xiàn)象［28］，2019年的研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)、脂質(zhì)分子（包括脂質(zhì)遞質(zhì)、脂質(zhì)合成轉錄因子、膽固醇和磷脂）的分解代謝和合成代謝異常與COPD患病密切相關［29］。作為脂肪組織分泌的一類重要脂肪因子，ADPN在調(diào)控脂質(zhì)代謝方面發(fā)揮重要作用，首先其可通過與AdipoR1或R2受體結合，激活下游腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）脂代謝通路誘導乙酰輔酶A羧化酶（ACC）磷酸化失活促進脂肪酸氧化［30-31］；同時，也可與上述受體結合經(jīng)PPARα和AMPK通路調(diào)控下游膽固醇調(diào)節(jié)元件結合蛋白（sterolregulatory element binding proteins，SREBP）-1c、解偶聯(lián)蛋白（uncoupling protein，UCP）家族重要因子的表達進而發(fā)揮抑制脂質(zhì)生成的作用［32-33］。因此，從脂質(zhì)代謝角度切入ADPN在COPD疾病進展中的作用也將是未來研究的一個重要方向。

2.2 瘦素與COPD 瘦素是由白色脂肪分泌的包含146個氨基酸構成的蛋白分子，屬于長鏈螺旋細胞因子家族中的一員［34］；瘦素受體基因包含19個內(nèi)含子和20個外顯子，長度約為5.1 kb，位于染色體1p31［35］；瘦素通過與受體結合后可產(chǎn)生相應的生理學效應，其受體基因在包括心、肝、大腦脈絡叢等器官組織中廣泛表達，有研究發(fā)現(xiàn)瘦素受體也在肺臟中高度表達，提示肺臟同是瘦素反應的重要靶器官［36］。近年來多項研究發(fā)現(xiàn)這種脂肪因子與COPD密切相關：一項人群調(diào)查研究顯示血漿較高瘦素水平與肺功能第1秒用力呼氣容積（FEV1）等指標下降有關［37］；此外HANSEL等［38］研究發(fā)現(xiàn)瘦素受體基因變異也與肺功能下降顯著相關：在COPD患者中發(fā)現(xiàn)其肺功能下降與瘦素21個單核苷酸多態(tài)性存在關聯(lián)，并且單倍型分析與個體標記的關聯(lián)，動物實驗采用近交系小鼠的免疫組化結果支持了其受體在COPD發(fā)病中的潛在作用。

2.2.1 誘導炎性反應 與ADPN不同，瘦素是一種促炎性脂肪因子。一項來自墨西哥的關于女性COPD患者的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無論是吸煙相關COPD還是生物燃料暴露相關COPD與對照組相比，其炎癥遞質(zhì)因子及瘦素表達水平均顯著升高，提示瘦素可能在COPD患者全身炎性反應中起到重要作用［39］。此外，瘦素水平也與COPD不同疾病階段有關，一項系統(tǒng)評價結果顯示：COPD急性加重期瘦素水平相較于健康對照組顯著升高［40］。究其原因，可能與以下因素有關：ZHOU等［40］研究發(fā)現(xiàn)COPD急性加重期血清瘦素水平升高且與TNF-α水平呈正相關，而且有研究證實瘦素能通過激活巨噬細胞方式促進TNF-α、IL-6及相關炎性趨化因子釋放進而引發(fā)全身代謝性炎性反應［41］；除了巨噬細胞以外，尚有研究發(fā)現(xiàn)瘦素可直接誘導成纖維滑膜細胞分泌促炎因子IL-8，上述因子又可以直接或間接方式影響到肺臟及全身的炎性反應進而參與到COPD疾病進程中［42-43］。細 胞 質(zhì) 磷 脂 酶 A2（cytoplasmic phospholipase A2，cPLA2）-α是一類在炎性反應中發(fā)揮承上啟下作用的信號分子，在多種炎性遞質(zhì)的釋放過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用［44］，有研究發(fā)現(xiàn)瘦素可經(jīng)過絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）/NF-κB信號通路直接促進肺臟cPLA2-α的表達［45］，因此，cPLA2-α或成為COPD脂質(zhì)代謝異常的全身炎性疾病中潛在的治療靶點。

2.2.2 激活氧化應激 作為一種誘導型蛋白酶，環(huán)加氧酶（cyclooxygenase，COX）-2在受到氧化應激、炎癥等相關信號刺激時可顯著高表達，其內(nèi)源性產(chǎn)物前列腺類激素可誘導中性粒細胞由氣道上皮遷移到氣道內(nèi)，因此COX-2被認為是肺部氧化應激及炎性反應的重要標志物［46-47］。cPLA2α/COX-2信號通路的激活是肺部氧化應激的重要機制之一［48］。HSU等［49］發(fā)現(xiàn)瘦素可經(jīng)過NADPH/ROS/AP-1信號通路上調(diào)cPLA2α/COX-2表達，并且ROS清道夫（N-acetylcysteine，NAC）、NADPH氧化酶抑制劑或活化蛋白（AP）-1抑制劑可逆轉上述過程。此外，BLANCA等［50］基于磷脂酰肌醇三激酶-蛋白激酶 B信號通路（phosphatidylinositide 3-kinases-protein kinase B，PI3K-AKT）信號通路探討瘦素對氧化應激的影響，其可通過上調(diào)NADPH氧化酶產(chǎn)生的超氧陰離子、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2表達和硝基酪氨酸（nitrotyrosine，NT）水平而加重機體氧化應激狀態(tài)。所以，通過靶向瘦素，開發(fā)其抑制劑可能通過下調(diào)NADPH/ROS/AP-1及PI3K-AKT等氧化應激相關通路關鍵蛋白表達而在COPD合并脂質(zhì)代謝異常疾病中發(fā)揮治療作用。然而，上述實驗是基于Ⅱ型肺泡細胞和大鼠腎上皮細胞等進行的，目前缺乏在COPD模型基礎上瘦素對氧化應激表型影響的直接機制研究。

2.3 內(nèi)脂素與COPD SAMAL等［51］首先利用基因測序技術從人類血淋巴細胞中分離出內(nèi)脂素，多項研究顯示其在脂肪尤其是內(nèi)臟脂肪、肺臟、骨髓等全身多種器官組織中均表達［52-53］。編碼內(nèi)脂素的基因全長約為34.7 kb，包含10個內(nèi)含子、11個外顯子，位于7q，編碼區(qū)翻譯后共產(chǎn)生包含分子量為52 kDa蛋白質(zhì)的473個氨基酸的多肽或內(nèi)臟脂肪素蛋白，該基因具有高度生物保守性［53］。內(nèi)脂素在物質(zhì)代謝、細胞凋亡、炎性反應等多種生物表型發(fā)揮作用，但是促炎作用仍是其參與多種疾病發(fā)生、發(fā)展的主導機制［54］。COPD是一種肺部及全身的慢性炎癥性疾病，而COPD合并超重或肥胖等脂代謝異常疾病與肺功能低下、嚴重臨床表現(xiàn)及較差預后等密切相關［6-7］，近年來脂肪組織分泌的內(nèi)脂素誘導機體全身低度炎性反應狀態(tài)在COPD中的重要作用愈受關注。已有多項臨床研究支持內(nèi)脂素與COPD的密切關系：首先，相較于健康組，COPD患者血清內(nèi)脂素濃度顯著升高，并且其表達濃度與TNF-α、C反應蛋白等炎性標志物水平呈正相關關系［55］；此外，內(nèi)脂素在COPD不同疾病階段的表達亦有差異，具體為血清內(nèi)脂素水平在COPD急性加重期濃度高于穩(wěn)定期及健康對照組［56］。

內(nèi)脂素在COPD的具體作用機制可能與以下因素有關：有研究表明內(nèi)脂素可通過調(diào)控TNF-α從而促進IL-8高表達方式誘導或加劇肺泡上皮細胞炎性反應，而通過RNA干擾技術沉默內(nèi)脂素可抑制TNF-α、IL-8表達從而降低EA.hy926細胞的炎癥水平［55-56］；黏液高分泌參與了包括痰栓形成，氣道阻塞、細菌定殖等引起氣道氣流受限的整個過程，是COPD的重要病理特征之一［57］，黏液相關蛋白是氣道黏液中最重要的組成部分，其中黏附分子細胞間黏附分子 （intracellular adhesion molecules，ICAM）-1、血管細胞黏附分子（vascular cell adhesion molecule，VCAM）-1又是黏液蛋白家族的重要成員，廣泛參與到細胞識別和炎性反應中炎性細胞與內(nèi)皮細胞的黏附。有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)脂素可通過激活NF-κB信號通路途徑促進ICAM-1、VCAM-1介導的內(nèi)皮細胞炎性反應［58-59］。而且，也有研究發(fā)現(xiàn)預處理內(nèi)脂素可通過上調(diào)NF-κB活性增加IL-6、IL-8等炎性細胞因子表達從而誘導內(nèi)皮細胞功能障礙［60］。因此通過靶向內(nèi)脂素調(diào)控TNF-α或NF-κB信號通路進而下調(diào)下游IL-8等細胞因子及ICAM-1、VCAM-1等黏附分子表達可能對于抑制COPD合并脂質(zhì)代謝異常疾病的慢性炎性反應具有重要作用。

3 總結與展望

本文基于脂肪組織內(nèi)分泌功能分別論述了其分泌的ADPN、瘦素、內(nèi)脂素等脂肪因子通過炎性反應、氧化應激、細胞凋亡及脂質(zhì)代謝等途徑直接或經(jīng)由循環(huán)系統(tǒng)間接作用到肺組織，進而參與到COPD疾病進程的機制。目前對于COPD和脂肪因子互作研究仍處于初步階段，尚有很多問題亟待解決：（1）當前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的脂肪因子近百種，但與COPD相關的脂肪因子僅集中在常見的幾類，并且其基礎機制研究大多相對表淺；（2）此外，部分研究出現(xiàn)矛盾的結論，例如有研究認為ADPN與肺功能呈現(xiàn)正相關關系，高水平ADPN濃度是COPD的保護因素［18］，但也有研究提示高表達ADPN可能會損害肺功能進而參與誘導COPD患?。?1］。可能的原因為肥胖自身復雜性：不僅ADPN等脂肪因子，臨床相關肥胖指標與COPD的具體關系本身就存在矛盾；肥胖對COPD的負面影響［3-5］，前已表述，但也有研究發(fā)現(xiàn)超重是COPD患者良好預后的積極保護因素［62］。筆者認為造成上述矛盾現(xiàn)象的原因可能與研究方法有一定關系，當前關于肥胖與肺功能的相關性分析多采用簡單的正相關或負相關分析。但是，在現(xiàn)實的生物醫(yī)學研究中許多研究因素對結局變量的影響并非簡單的線性關系，而是存在閾值效應現(xiàn)象，即在一定的范圍內(nèi)會有積極或消極的影響，但在經(jīng)過某個分界點后發(fā)展方向會發(fā)生變化。本課題組前期一項研究使用平滑擬合曲線聯(lián)合分段回歸模型分析發(fā)現(xiàn)肺功能與體脂呈現(xiàn)倒置U型曲線關系［63］。當然，除了體脂與肺功能之間存在閾值效應的原因以外，不同性別、肥胖程度、疾病階段均是影響研究結論的重要因素［64-66］。

總之，為了闡明脂肪組織對COPD的影響和具體作用機制，系統(tǒng)的重疊呼吸系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)疾病的高質(zhì)量臨床和基礎研究是非常有必要的。由于COPD和脂肪組織的內(nèi)分泌功能均具有自身復雜性，接下來的研究應注意采用非線性等高級統(tǒng)計方法進行分子流行病學研究聯(lián)合代謝組學等系統(tǒng)生物學方法篩選影響COPD的重要脂肪因子并深化機制分析，這對于明確兩者的具體關系及互作機制是非常重要的，同時也對于進一步通過靶向重要脂肪因子進行COPD合并脂質(zhì)代謝異常疾病相關藥物開發(fā)具有重要意義。

作者貢獻：李爭、李風森負責文章的可行性分析、質(zhì)量控制及審校、監(jiān)督管理，對文章整體負責；王益德提出文章思路，文獻/資料檢索與收集、論文撰寫與修訂。

本文無利益沖突。