棕色脂肪檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展

胡明玥 沈山梅

·綜述·

棕色脂肪檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展

胡明玥 沈山梅

目前關(guān)于體內(nèi)棕色脂肪的檢測(cè)主要分為半定量檢測(cè)和功能檢測(cè)兩大類。半定量檢測(cè)方法主要包括正電子發(fā)射斷層掃描(PET)/CT、MRI等影像學(xué)檢查，功能檢測(cè)方法主要包括間接熱量測(cè)定法、交感神經(jīng)張力測(cè)定法、測(cè)溫法等。此外，還可以通過(guò)稱重法、檢測(cè)棕色脂肪經(jīng)典標(biāo)志物表達(dá)來(lái)評(píng)估。對(duì)棕色脂肪組織的檢測(cè)有助于進(jìn)一步探討肥胖的發(fā)生機(jī)制，從而為其治療提供新的靶點(diǎn)。

棕色脂肪；白色脂肪；肥胖

動(dòng)物體內(nèi)的脂肪組織可以分為棕色脂肪組織(BAT)和白色脂肪組織(WAT)兩大類。其中，WAT的主要功能是存儲(chǔ)能量，同時(shí)它還是一個(gè)內(nèi)分泌器官，可以分泌瘦素、血管緊張素、腫瘤壞死因子-α等脂肪因子[1-2]。與WAT不同，BAT主要是通過(guò)其線粒體內(nèi)富含的解耦聯(lián)蛋白1(UCP1)，發(fā)揮非顫栗性產(chǎn)熱作用[3]。除上述兩種脂肪組織外，人們發(fā)現(xiàn)在WAT中還存在一種能夠產(chǎn)熱的脂肪細(xì)胞，其線粒體內(nèi)同樣表達(dá)UCP1，但與BAT相比水平偏低，這種特殊的脂肪細(xì)胞就是“米色脂肪”(beige cell)[4]。因BAT具有消耗過(guò)多的脂肪和葡萄糖來(lái)產(chǎn)熱的功能，越來(lái)越多的研究關(guān)注其改善代謝、抵抗肥胖方面的作用，為人類治療肥胖、代謝綜合征等找到了新的治療靶點(diǎn)。

目前對(duì)于BAT的檢測(cè)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是仍有部分方法可間接或直接的檢測(cè)BAT的含量及功能。

1 半定量檢測(cè)方法

1.1 正電子發(fā)射斷層掃描(PET)/CT18F-脫氧葡萄糖(18F-FDG )PET/CT是最早被報(bào)道在人體有BAT顯影的一種成像檢測(cè)技術(shù)[5-6]。PET主要是利用能夠釋放正電子的放射性核素(如18F等)進(jìn)行成像的，目前在臨床上主要應(yīng)用于腫瘤的定位、診斷及相關(guān)治療的指導(dǎo)。其中18F-FDG是一種葡萄糖類似物，可以被葡萄糖利用率高的細(xì)胞所攝取，如被激活的棕色脂肪細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞及肌細(xì)胞等。一般而言，PET/CT顯示人體BAT攝取18F-FDG較常見的部位有頸部、鎖骨上區(qū)、脊椎旁及縱膈附近等部位,且呈對(duì)稱性，由于BAT受交感神經(jīng)支配，因此部分單側(cè)交感神經(jīng)病變的患者可能出現(xiàn)不對(duì)稱攝取[7]。在嚙齒類動(dòng)物體內(nèi)，BAT主要分布在肩胛區(qū)、頸背部、主動(dòng)脈旁及肋間等部位，其中以肩胛區(qū)的BAT含量最多，因此該區(qū)域常用來(lái)進(jìn)行BAT的相關(guān)研究[8]。在進(jìn)行PET/CT檢測(cè)時(shí)，BAT攝取會(huì)受多種因素影響，如外界環(huán)境溫度、年齡、性別、體重指數(shù)、β腎上腺素能受體阻滯藥物等[9]。因此必要時(shí)可以針對(duì)特定人群在溫度較為恒定的檢查室進(jìn)行檢查，同時(shí)在此之前需與患者溝通提前停止服用影響檢查的藥物，通過(guò)上述方法來(lái)盡量減少檢測(cè)誤差。

1.2 MRI MRI主要是利用質(zhì)子群產(chǎn)生不同的化學(xué)位移來(lái)成像的。不同組織中質(zhì)子所處的分子環(huán)境不同，在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的共振頻率不一樣，因此形成化學(xué)位移也會(huì)有差異，MRI即是利用這種差異來(lái)收集數(shù)據(jù)形成不同信號(hào)的圖像，其中最典型的是脂肪組織與水。目前在檢測(cè)BAT方面使用較多的是水-脂分離MRI，基于BAT和WAT的飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸及水的含量不同，且BAT富含線粒體及血流供應(yīng)，使用對(duì)水-脂肪含量敏感的MRI進(jìn)行掃描可以區(qū)分BAT和WAT、定位棕色脂肪及估算棕色脂肪含量[10-12]。Chen等[13]對(duì)大鼠進(jìn)行MRI檢測(cè)時(shí)，提出可根據(jù)以下4種方法區(qū)分BAT并進(jìn)行含量估算：(1)快速回旋波(fast-spin echo,FSE)序列：FSE序列是一種對(duì)組織中水-脂含量敏感的序列，該圖像中顯示BAT和WAT區(qū)域信號(hào)較周圍組織高，但是BAT信號(hào)較WAT低，且在肩胛區(qū)三角形WAT深部定位可見形似“翅膀”的BAT。 (2)脂肪飽和效率：是指有、無(wú)脂肪飽和時(shí)FSE信號(hào)水平的比值，由于BAT的水-脂比值較高，會(huì)引起脂肪飽和效率降低，因此可以通過(guò)脂肪飽和效率來(lái)分段估算BAT體積。(3)T2值：因BAT內(nèi)有豐富的線粒體和血管分布，故其中鐵含量較高，引起B(yǎng)AT弛豫時(shí)間較WAT短，T2值較WAT短[實(shí)驗(yàn)中BAT的T2值為(57.76±3.92)ms，WAT的T2值為(83.07±2.20)ms]。(4)血流灌注：由于BAT存在豐富的血流灌注，使用單晶氧化鐵納米膠體作為血管造影劑,比較使用造影劑前、后信號(hào)強(qiáng)度變化，篩選出存在高血流灌注的脂肪組織(使用造影劑后信號(hào)強(qiáng)度>6%為標(biāo)準(zhǔn))，從而間接估測(cè)其體積，但是此方法較之前所述幾種MRI檢測(cè)方法準(zhǔn)確性不夠。

2 功能檢測(cè)

2.1 間接熱量測(cè)定法 由于BAT具有特異性的產(chǎn)熱功能，熱量測(cè)定法可能是衡量體內(nèi)BAT功能最有效的一類方法，而間接氣體交換測(cè)定法又是熱量測(cè)定法中最常用的一種技術(shù)。間接氣體交換測(cè)定法主要是通過(guò)統(tǒng)計(jì)CO2的釋放量和O2的消耗量來(lái)估算能量消耗水平的。利用Weir方程可以估算出機(jī)體的能量消耗：EE(J)=15.818VO2+5.176VCO2。

眾所周知，機(jī)體內(nèi)BAT通過(guò)其線粒體內(nèi)豐富的UCP1氧化磷酸化解耦聯(lián)作用來(lái)產(chǎn)熱，且主要是以非顫栗性產(chǎn)熱的形式。BAT的解耦聯(lián)呼吸功能缺失，主要依靠肌肉震顫來(lái)產(chǎn)熱并維持機(jī)體體溫。但是有研究顯示UCP1基因敲除小鼠代謝率與野生型小鼠代謝率相近[14]。表明BAT功能受損時(shí)，每日總的能量消耗并不降低。因此在使用熱量測(cè)定法評(píng)價(jià)BAT產(chǎn)熱功能時(shí)，使用最大產(chǎn)熱能力比每日能量消耗更為準(zhǔn)確[15]。最大產(chǎn)熱能力是指動(dòng)物能夠產(chǎn)生熱量的最大限度(包括接受一定劑量的促產(chǎn)熱藥物后)，而并非在自由狀態(tài)下的一般產(chǎn)熱量。但是實(shí)驗(yàn)中小鼠接受促產(chǎn)熱藥物之后(一般是去甲腎上腺素或β3受體激動(dòng)劑CL316243)，其他非BAT也會(huì)被激活產(chǎn)熱。因此，為了分辨是否是BAT特異性產(chǎn)熱，可以在兩種不同溫度下分別評(píng)估最大產(chǎn)熱能力。理想狀態(tài)下，兩次最大產(chǎn)熱能力的差值即可反映小鼠依賴BAT產(chǎn)生的熱量。而實(shí)際操作中，由于交感神經(jīng)活性也會(huì)影響B(tài)AT功能，因此在檢測(cè)產(chǎn)熱能力時(shí)需要在動(dòng)物已經(jīng)適應(yīng)環(huán)境溫度的情況下進(jìn)行，以降低交感神經(jīng)張力引起的誤差。此外，時(shí)間的滯后及實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物有、無(wú)意識(shí)都會(huì)引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差。

2.2 交感神經(jīng)張力測(cè)定法 交感神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)BAT的功能有重要影響[16]。因此，測(cè)定交感神經(jīng)張力對(duì)評(píng)估BAT非常有意義。

2.2.1 直接神經(jīng)活動(dòng)記錄 是指通過(guò)外科手術(shù)將電極直接置放于神經(jīng)相對(duì)應(yīng)的BAT上，以記錄神經(jīng)放電活動(dòng)[17-18]。一般而言，使用藥物外周注射或顱內(nèi)注射引起的交感神經(jīng)系統(tǒng)張力變化都可以被檢測(cè)出來(lái)。與其他方法相比，直接記錄神經(jīng)活動(dòng)的優(yōu)勢(shì)在于具有較高的時(shí)間分辨率，同時(shí)還能提供神經(jīng)電活動(dòng)詳細(xì)的信息，如頻率、振幅等。并且由于不同組織內(nèi)交感神經(jīng)系統(tǒng)激活的特征不一樣，還有利于研究單一的交感神經(jīng)活動(dòng)、功能。當(dāng)然，直接神經(jīng)活動(dòng)記錄也有其局限性，由于該項(xiàng)操作只能在麻醉的動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行，限制了神經(jīng)生理活動(dòng)的范圍；其次，電子記錄器材較為昂貴；最后，需要經(jīng)驗(yàn)豐富、相關(guān)專業(yè)知識(shí)充足的操作人員。

2.2.2 去甲腎上腺素示蹤法 首先需要對(duì)實(shí)驗(yàn)小鼠注射已被放射性標(biāo)記的去甲腎上腺素，隨著體內(nèi)去甲腎上腺素的代謝，交感神經(jīng)末梢會(huì)攝取被標(biāo)記的去甲腎上腺素，使外源性具有放射性的去甲腎上腺素在組織內(nèi)累積，并且達(dá)到平衡狀態(tài)。之后，當(dāng)機(jī)體接受外界刺激后，交感神經(jīng)興奮產(chǎn)生電活動(dòng)，組織內(nèi)去甲腎上腺素水平會(huì)逐漸降低，丟失的去甲腎上腺素會(huì)被新合成的未標(biāo)記的去甲腎上腺素代替。這樣不同組織內(nèi)不同時(shí)間標(biāo)記的去甲腎上腺素的丟失率就可估算出來(lái)。假設(shè)該實(shí)驗(yàn)中去甲腎上腺素的消耗率與交感神經(jīng)活動(dòng)的速率成正比，且去甲腎上腺素的再攝取速率在實(shí)驗(yàn)中是恒定的，因此去甲腎上腺素的消耗率可間接反映交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性。目前，檢測(cè)去甲腎上腺素水平較為常用的方法是兒茶酚胺測(cè)定法，使用酸化后的氧化鋁來(lái)分離兒茶酚胺，質(zhì)譜法可確定其濃度[19]。本方法與直接記錄法相比持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，但是實(shí)驗(yàn)中需要的動(dòng)物量大、且藥物具有放射性，最關(guān)鍵的是在實(shí)驗(yàn)中需要確保體內(nèi)去甲腎上腺素水平穩(wěn)定，因此需要反復(fù)檢測(cè)其水平。

2.3 測(cè)溫法 由于BAT具有產(chǎn)熱特征，因此直接測(cè)量BAT溫度可用于評(píng)估其功能。已有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)將探針置于BAT上或者通過(guò)紅外像儀檢測(cè)肩胛區(qū)BAT附近皮膚可以獲得BAT的溫度,并且在使用瞬態(tài)受體電位錨蛋白1型激動(dòng)劑異硫氰酸烯丙酯(AITC)、前列腺素E2、骨形態(tài)發(fā)生蛋白8b干預(yù)后均可使BAT溫度上升[20-22]。但是同時(shí)也有實(shí)驗(yàn)提示，在使用AITC對(duì)動(dòng)物進(jìn)行灌胃干預(yù)后可以引起短時(shí)間內(nèi)碳水化合物的氧化，然而隨后的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)AITC并沒(méi)有引起總的能量消耗改變，表明BAT溫度增加可能僅是因?yàn)樵黾颖馗魺帷p少散熱的效果，而并非BAT功能增強(qiáng)[23]。因此，單獨(dú)檢測(cè)BAT溫度升高并不一定表示其功能有所增強(qiáng)，需要進(jìn)一步測(cè)量機(jī)體核心體溫是否有所增加，因?yàn)榧せ畹腂AT產(chǎn)熱升溫，其自身溫度的增加會(huì)先于機(jī)體核心體溫的增加。

3 其他方法

3.1 BAT稱重 體內(nèi)BAT的重量受多種因素影響，如其細(xì)胞的體積、數(shù)量以及機(jī)體營(yíng)養(yǎng)狀況等。研究顯示，在給予受試者為期4周的寒冷刺激后，PET/CT顯示其體內(nèi)BAT體積不僅增加，且活性、功能也增強(qiáng)[24]。因此確定BAT重量時(shí)，必須要借助組織形態(tài)學(xué)、基因?qū)W等技術(shù)的支持。盡管如此，稱重法的準(zhǔn)確性仍顯不足。

3.2 檢測(cè)UCP1水平 BAT產(chǎn)熱功能主要是通過(guò)其特異性表達(dá)的蛋白——UCP1來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所有能夠增加BAT功能、WAT棕色化的因子都可以促進(jìn)UCP1表達(dá)， 因此檢測(cè)BAT、WAT中UCP1水平可反映其功能、棕色化的水平[25]。

綜上所述，近年來(lái)，由于BAT特殊的產(chǎn)熱功能引起了人們高度的關(guān)注，因此，為進(jìn)一步闡明其具體的作用及機(jī)制，急切需要能夠檢測(cè)體內(nèi)BAT含量及功能的方法。上述的部分方法局限于特定的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，目前較為常見的方法主要是影像學(xué)檢測(cè)和BAT特異性標(biāo)志物檢測(cè)。隨著對(duì)BAT研究的逐漸深入，能夠從分子生物學(xué)、組織形態(tài)學(xué)等領(lǐng)域?qū)ふ腋嗫晒┦褂玫姆椒ā?/p>

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Assessmentsofbrownadiposetissue

HuMingyue*,ShenShanmei.

*MedicalCollegeofSoutheastUniversity,Nanjing210009,ChinaCorrespondingauthor：ShenShanmei,Email:shanmeishen@hotmail.com

Recently, the methods to analyze brown adipose tissueinvivomainly include the semi-quantitative assessments and the functional assessments. The semi-quantitative assessments mainly focus on imaging evaluations，such as positron emission tomography(PET)/CT, and MRI. The functional assessments of brown adipose tissue include indirect calorimetry,measurement of sympathetic tone and measurement of core body temperature. Except for these methods，weighing the brown adipose tissue and testing the expression of typical markers also work.The assessment of brown adipose tissue is helpful in clarifying the pathogenesis of obesity，as well as in finding a new target for treatmet of obesity.

Brown adipose tissue；White adipose tissue；Obesity

(IntJEndocrinolMetab，2015，35：41-44)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.01.010

江蘇省醫(yī)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目(XK201105)；南京市醫(yī)學(xué)科技發(fā)展資金資助(YKK13075)

210009 南京，東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院(胡明玥,沈山梅)；210008 南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院內(nèi)分泌科(沈山梅)

沈山梅，Email：shanmeishen@hotmail.com

2014-10-08)