青海地區(qū)漢、藏族青年18F-FDG PET/CT棕色脂肪顯像差異性及高原適應(yīng)機(jī)制分析※

張軼凡，白振忠，格日力，常 榮，劉 壽 ，宋 康，楊燕青，祁 崗

(1.青海省人民醫(yī)院；2.青海大學(xué)高原醫(yī)學(xué)研究中心；3.青海-猶他高原醫(yī)學(xué)聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生系 青海 西寧 810001)

藏族具有良好抵抗高原缺氧、寒冷等極端環(huán)境的高原適應(yīng)性表現(xiàn)，并且具有遺傳學(xué)基礎(chǔ)[1，2]。近來(lái)流行病調(diào)查發(fā)現(xiàn)，肥胖等代謝性疾病的發(fā)病率隨居住海拔高度升高而顯著性降低[3]，并且高原藏族人群移居低海拔后代謝性疾病發(fā)病率明顯增高[4]，但原因不明。棕色脂肪(Brown adipose tissue，BAT)是一種特殊的脂肪組織，它在寒冷刺激下能夠大量攝取葡萄糖并發(fā)生非顫栗性產(chǎn)熱，對(duì)機(jī)體維持體溫、調(diào)節(jié)能量平衡具有重要意義[5]。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，高原動(dòng)物在受寒冷刺激后棕色脂肪含量顯著性提高[6]。

PET/CT(Positron Emission Computed Tomography，正電子發(fā)射斷層顯像技術(shù))通過(guò)給予受檢者靜脈注射低輻射劑量的放射性示蹤藥物，能夠在活體水平反映細(xì)胞對(duì)示蹤藥物的攝取、濃聚情況。18F-FDG(18F-Fluorodeoxyglucose，氟代脫氧葡萄糖)是由放射性原子18F取代葡萄糖2位羥基后產(chǎn)生的葡萄糖類似物，靜脈注射18F-FDG后，在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的幫助下通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，能夠反映細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和濃聚情況，是目前PET/CT顯像最常應(yīng)用的放射性示蹤藥物之一。應(yīng)用18F-FDG的PET/CT顯像也是目前唯一能夠在活體精準(zhǔn)檢測(cè)棕色脂肪活性的技術(shù)。

我們以18F-FDG為示蹤劑進(jìn)行PET-CT掃描，對(duì)比青海地區(qū)漢、藏兩族青年人受寒冷刺激活化后棕色脂肪組織對(duì)18F-FDG攝取的標(biāo)準(zhǔn)化攝取值(SUV，standard uptake value)和棕色脂肪體積，初步探討藏族人具有較低的代謝性疾病發(fā)病率的高原適應(yīng)機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料

漢、藏族青年健康者各10名，其中漢族男性5名，女性5名，年齡36.80±5.43歲，藏族男性6名，女性4名，年齡31.90±6.54歲，兩組受檢者之間一般情況均無(wú)差異。常規(guī)PET/CT全身顯像無(wú)18F-FDG異常濃聚灶，常規(guī)顯像后7日在寒冷條件下再次行全身PET/CT顯像。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 棕色脂肪18F-FDG PET/CT顯像

20名受檢者檢查前空腹6 h。利用西門子醫(yī)用回旋加速器生產(chǎn)正電子示蹤劑18F。再經(jīng)過(guò)放化合成系統(tǒng)，將18F原子標(biāo)記到葡萄糖上生成18F-FDG，測(cè)定放化純度(>95%)。所有受檢者靜脈注射顯像劑18F-FDG(3.7 MBq/kg)，采用Siemens Biograph 64mCT型PET/CT進(jìn)行兩次全身斷層顯像。第一次顯像：受檢者于注射18F-FDG前后在室溫25 ℃候診室安靜休息60 min，并飲用溫開水1000 mL。首先行CT掃描，矩陣512×512，自顱底至股骨中段。 隨后進(jìn)行同機(jī)PET圖像采集，矩陣168×168，5～7個(gè)床位。圖像重建采用有序子集最大期望值法(OSEM，Ordered Subsets Expectation Maximization)。第二次PET/CT顯像：受檢者于注射顯像劑前、后在室外候診區(qū)(約4℃)安靜休息60 min，并飲用冰水1000 mL。其余顯像條件均相同。

所得影像圖像及數(shù)據(jù)由兩名富有經(jīng)驗(yàn)的放射學(xué)及核醫(yī)學(xué)醫(yī)師用Software Ture D軟件處理，并進(jìn)行綜合分析。符合以下條件者視為棕色脂肪：①在棕色脂肪常見區(qū)域(頸部、鎖骨上下、肩胛間區(qū)、脊柱旁、腎周等)脂肪組織內(nèi)(CT值范圍-250～50HU)出現(xiàn)直徑大于4 mm的FDG濃聚灶。②濃聚灶的FDG攝取SUVmax≥2.0[7]。在符合上述條件的18F-FDG濃聚灶中取最大層面勾畫ROI，分別多次測(cè)量SUVmax并取最大值。軟件自動(dòng)勾畫上述區(qū)域內(nèi)符合條件的濃聚灶并計(jì)算體積。

1.2.2 其他相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

測(cè)量腰圍、臀圍，并計(jì)算腰臀比。采用清華同方BCA-1C體脂檢測(cè)儀測(cè)量體脂含量。空腹采集靜脈血，采用羅氏Cobas8000全自動(dòng)生化分析儀測(cè)定相關(guān)生化指標(biāo)。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 寒冷刺激后棕色脂肪活性及含量對(duì)比

25 ℃條件下，對(duì)比漢、藏兩族棕色脂肪區(qū)域SUVmax，兩民族棕色脂肪SUVmax無(wú)差異(P>0.05)。4 ℃條件下，兩民族棕色脂肪SUVmax、SUVmax變化值及體積差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1、圖1)。

Table 1Comparison of brown adipose PET/CT before and after cold stimulation in Han and

a：漢族常規(guī)MIP圖；b：漢族常規(guī)PET/CT斷層圖；c：漢族寒冷刺激下MIP圖；d：漢族寒冷刺激下PET/CT斷層圖；e：藏族常規(guī)MIP圖；f：藏族常規(guī)PET/CT斷層圖；g：藏族寒冷刺激下MIP圖；h：藏族寒冷刺激下PET/CT斷層圖

圖1漢藏族寒冷刺激前后棕色脂肪PET/CT、MIP(最大密度投影)及斷層圖像示意圖

Figure1BrownfatPET/CT，MIPandtomographicimagesbeforeandaftercoldstimulationinHanandTibetan

2.2 寒冷刺激后棕色脂肪活化程度及體積的影響因素

20例受檢者在寒冷刺激前后，其肩胛間區(qū)、脊柱旁等棕色脂肪富集區(qū)SUVmax均不同程度增高。為分析棕色脂肪對(duì)葡萄糖的攝取情況與哪些因素有關(guān)，分別將兩民族受檢者寒冷刺激前后棕色脂肪PET/CT顯像情況與各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。發(fā)現(xiàn)漢族受檢者受寒冷刺激后PET/CT棕色脂肪FDG攝取增高幅度最大標(biāo)準(zhǔn)化攝取值△SUVmax與體重指數(shù)、體脂含量、HDL-C水平呈負(fù)相關(guān)，藏族受檢者△SUVmax與體重指數(shù)、體脂含量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。而棕色脂肪體積僅在藏族受檢者中表現(xiàn)出與體重指數(shù)和腰臀比相關(guān)，與其余指標(biāo)無(wú)關(guān)(圖2)。

圖2漢、藏族棕色脂肪標(biāo)準(zhǔn)化攝取值SUVmax、體積與各指標(biāo)的相關(guān)性散點(diǎn)圖

Figure2CorrelationStudyofBATSUVmaxandvolumewiththegeneralparametersinTibetan

3 討論

棕色脂肪組織受交感神經(jīng)支配，含有豐富的血管，細(xì)胞內(nèi)有多個(gè)小的脂滴以及大量線粒體，其主要作用是通過(guò)位于線粒體內(nèi)膜上的解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein1，UCP1)介導(dǎo)呼吸鏈的質(zhì)子泄漏而發(fā)生非顫栗性產(chǎn)熱，大量攝取并消耗葡萄糖以維持體溫和能量平衡[8，9]。我們的研究通過(guò)對(duì)比漢、藏兩族BAT攝取FDG的能力及體積，首次發(fā)現(xiàn)藏族BAT活化能力及體積均高于漢族。且所有受檢者BAT的FDG標(biāo)準(zhǔn)化攝取值△SUVmax均與體重指數(shù)、體脂含量呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)程度存在差異[10-12]。

藏族長(zhǎng)期生活在世界第三極的青藏高原。因此，對(duì)高寒的自然環(huán)境有了良好適應(yīng)，并發(fā)生了自然選擇，這在以往的研究中得以證實(shí)，例如Simonson和Ge等報(bào)道，藏族人的EPAS1、PPARA等基因上存在特殊正選[1]。其中，過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator activated receptors，PPARs)在脂肪生成、脂質(zhì)代謝和胰島素敏感性調(diào)節(jié)等過(guò)程中起關(guān)鍵作用[13]。PPARs蛋白能夠作用于脂肪細(xì)胞線粒體，并通過(guò)上調(diào)棕色化的關(guān)鍵基因PRDM16、PGC-1α、UCP-1的表達(dá)促進(jìn)白色脂肪棕色化，這是棕色脂肪活化的重要分子機(jī)制之一[14]。而PPARα作為PPARs家族中的重要成員，其遺傳多態(tài)性可能在藏族人群脂肪組織棕色化中扮演重要角色，但其詳細(xì)的作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步的研究闡明。

本研究由于條件限制，無(wú)法取得受檢者脂肪組織用以驗(yàn)證，但是有關(guān)這一結(jié)論的證據(jù)已在舍爾巴人的代謝適應(yīng)機(jī)制中得以證實(shí)[15]。

有學(xué)者認(rèn)為，在低氧環(huán)境中，低氧誘導(dǎo)因子誘導(dǎo)下游血管內(nèi)皮生成因子(VEGF)的表達(dá)是寒冷刺激棕色脂肪增高的分子機(jī)制之一[16]。VEGF可進(jìn)一步促進(jìn)白色脂肪棕色化及其相關(guān)的UCP1和PGC-1α的表達(dá)。敲除小鼠的VEGF的特異性基因或者使用VEGF抑制劑后發(fā)現(xiàn)由環(huán)境改變生成的棕色脂肪消退[17]。該途徑也可能是藏族受檢者棕色脂肪活性與體積較高的原因。

另外，長(zhǎng)期的寒冷刺激能夠使交感神經(jīng)末梢釋放兒茶酚胺，激活脂肪細(xì)胞膜上的β3腎上腺素能受體，通過(guò)Gs-cAMP-PKA途徑使BAT攝取大量葡萄糖和游離脂肪酸進(jìn)入線粒體氧化激活UCP 1產(chǎn)熱，并使體內(nèi)棕色脂肪保持活化狀態(tài)[9]。因此藏族受檢者體內(nèi)存在較多的活化棕色脂肪，能夠快速產(chǎn)熱以充分適應(yīng)高原寒冷的氣候。

綜上所述，藏族受檢者棕色脂肪活性和體積高于漢族可能是藏族具有較強(qiáng)高原適應(yīng)力的生理基礎(chǔ)之一。