肥胖狀態(tài)下脂肪組織血管新生機制研究進(jìn)展

高新雨 白寧寧 胡瑞瑋 嚴(yán) 寒 方啟晨

肥胖是一種復(fù)雜的代謝紊亂狀態(tài)，為最常見的公共衛(wèi)生問題之一。 根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)定義，超重和肥胖指可能損害健康的異?；蜻^多的脂肪堆積，對于成年人來說，超重指BMI為25.0～29.9kg/m2，肥胖指BMI≥30kg/m2。脂肪組織是一個內(nèi)分泌器官，由脂肪細(xì)胞、前脂肪細(xì)胞、血管細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和免疫細(xì)胞等組成，可以合成并分泌多種多樣的生物活性因子，稱為脂肪因子，例如：脂聯(lián)素、瘦素、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α， TNF-α)，成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor ，F(xiàn)GF)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、血小板衍生的內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(platelet derived endothelial cell growth factor,PD-ECGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor-β,TGF-β)等。 這些脂肪因子可以在脂肪組織內(nèi)局部起作用，也可以通過釋放到體循環(huán)對遠(yuǎn)處的器官或組織產(chǎn)生作用，并通過相互作用以控制血管的生長和功能。與其他組織比較，脂肪組織顯示出巨大的可塑性，可以根據(jù)需要生長、退化和再生，與此同時異常的脂肪組織擴張將導(dǎo)致多種疾病，例如糖尿病、高血壓、冠心病、高脂血癥、膽石癥、脂肪肝等，威脅人類的健康。最近一系列研究表明，肥胖不僅涉及脂肪組織病理性擴張，還往往伴隨血管新生異常，且研究發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)血管生成具有影響脂肪組織發(fā)育的潛力，因此其可能成為一種預(yù)防和治療肥胖癥的新方法。

一、血管新生的定義及發(fā)生、發(fā)展過程

新血管的形成包括血管發(fā)生和血管新生，血管發(fā)生是指由原位內(nèi)皮細(xì)胞分化產(chǎn)生血管，即由內(nèi)皮前體/祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells,EPCs)從頭形成血管，而血管新生指通過出芽等形式從已存在的毛細(xì)血管或微靜脈上產(chǎn)生新血管，形成新的分支，再擴展延伸形成新的毛細(xì)血管網(wǎng)的過程[1]。生理性血管新生對于月經(jīng)周期和妊娠期間女性生殖器官(例如卵巢和子宮內(nèi)膜)的傷口愈合，生長和作用是必需的[2]。而持續(xù)、不受控制地血管新生是癌癥和糖尿病微血管并發(fā)癥的關(guān)鍵病理特征。

既往研究發(fā)現(xiàn)脂肪組織血管新生有兩種可能觸發(fā)機制，(1)由增殖和擴大的脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的缺氧信號觸發(fā)血管新生。(2)由發(fā)育和(或)代謝信號觸發(fā)血管新生，并且平行或先于脂肪細(xì)胞增殖和擴張[3]。通常情況下，血管新生被激活后，血管基膜破裂降解，駐留在脂肪組織脈管系統(tǒng)內(nèi)的靜止多能祖細(xì)胞通過VEGF刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖，形成表達(dá)Delta樣配體4(Delta-like ligand 4,Dll4)的接頭細(xì)胞，其通過激活Notch信號通路抑制鄰近細(xì)胞中VEGF信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而使鄰近內(nèi)皮細(xì)胞生長受抑，形成新的毛細(xì)血管萌芽，與此同時，內(nèi)皮細(xì)胞和壁細(xì)胞之間緊密作用決定血管發(fā)芽、生長的方向以及血管的滲透和收縮特征[4，5]。

二、脈管系統(tǒng)以及血管新生在脂肪組織發(fā)育中的作用

脂肪組織高度血管化，每個脂肪細(xì)胞周圍都分布廣泛的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)。在生長的脂肪組織中，脈管系統(tǒng)可以通過多種途徑影響脂肪細(xì)胞生成。包括：(1)血液提供營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣，以及富含生長因子和細(xì)胞因子的血漿，供脂肪細(xì)胞生長和發(fā)育，并及時清除脂肪組織中的廢物。(2)血管提供來自骨髓或其他組織的循環(huán)干細(xì)胞，其能夠分化為前脂肪細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和血管細(xì)胞。此外，包括血管周細(xì)胞在內(nèi)的壁細(xì)胞也具有干細(xì)胞特征，可分化為前脂肪細(xì)胞和脂肪細(xì)胞。(3)新生血管中的活化的內(nèi)皮細(xì)胞可以產(chǎn)生各種生長因子和細(xì)胞因子，以旁分泌的方式作用于脂肪細(xì)胞，以促進(jìn)它們的生長和擴張[6]。

因此，脂肪組織的擴張與脈管系統(tǒng)的發(fā)育密切相關(guān)，血管新生作為脈管系統(tǒng)發(fā)育過程中的關(guān)鍵事件，通過影響脂肪組織血管的數(shù)量，生長和重塑來調(diào)節(jié)脂肪組織的發(fā)育以及增殖、修復(fù)等過程。然而，在脂肪組織擴張中，血管的增加并不總是平行發(fā)生的，正常的血管新生取決于血管生成因子和血管生成抑制因子之間復(fù)雜的平衡。

三、肥胖狀態(tài)影響血管基本結(jié)構(gòu)與功能

肥胖初期，脂肪組織快速擴張導(dǎo)致組織內(nèi)氧氣擴散達(dá)到極限，伴隨缺氧作為應(yīng)激信號促使脂肪組織血管新生，以適應(yīng)脂肪組織進(jìn)一步的擴張。然而長期的營養(yǎng)過剩，使脂肪組織擴張超過了組織適宜的血管新生能力，持續(xù)缺氧不再能促進(jìn)VEGF等促血管新生因子的產(chǎn)生，此外持續(xù)的低氧還伴隨組織纖維化以及炎癥，并最終導(dǎo)致病理性脂肪組織擴張[7]。肥胖減少了脂肪組織中毛細(xì)血管的密度，但同時有研究發(fā)現(xiàn)部分較大血管的數(shù)量(α-平滑肌肌動蛋白表達(dá))和膠原蛋白V表達(dá)水平增加，表明細(xì)胞外基質(zhì)可能參與脂肪組織的血管生成缺陷[8]。正常情況下內(nèi)臟脂肪組織的毛細(xì)血管密度和血管生成能力均低于皮下組織，但隨著病態(tài)肥胖的出現(xiàn)皮下毛細(xì)血管密度和血管生成能力也降低。體重正常情況下，胰島素分別激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3-激酶)/蛋白激酶B(v-akt murine thymoma viral oncogene homolog，Akt)途徑和促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinases,MAPK)級聯(lián)，促進(jìn)一氧化氮(NO)和內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)的合成，使血管處于舒張狀態(tài)，而在肥胖患者中，胰島素促進(jìn)血管舒張的這種普遍效應(yīng)喪失，血管舒張功能受損[9]。

四、肥胖狀態(tài)下脂肪細(xì)胞分泌脂肪因子變化對血管新生的影響

肥胖導(dǎo)致的脂肪組織異常擴張使脂肪細(xì)胞分泌脂肪因子水平產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響血管功能及新生，具體包括血管舒張功能受損、血管生成能力改變、缺氧誘導(dǎo)的血管新生反應(yīng)和炎癥誘導(dǎo)的血管損傷等，進(jìn)而可能導(dǎo)致脂質(zhì)代謝改變、胰島素抵抗、心血管疾病、糖尿病和癌癥等常見相關(guān)疾病的發(fā)生。為了適應(yīng)脂肪組織大小和代謝率的變化，其脈管系統(tǒng)需要多種血管生成調(diào)節(jié)劑的持續(xù)調(diào)節(jié)，例如VEGF-A、瘦素。此外，脂肪組織還產(chǎn)生幾種內(nèi)源性血管生成抑制劑協(xié)同調(diào)節(jié)以防止過多的的新血管形成，包括血小板反應(yīng)蛋白1和纖溶酶原激活物抑制劑、脂聯(lián)素等，盡管也有報道認(rèn)為脂聯(lián)素也具有促血管生成活性[10]。 下面具體介紹肥胖狀態(tài)下部分脂肪細(xì)胞分泌脂肪因子的變化：

1.瘦素：瘦素是一種主要由脂肪組織分泌的蛋白類激素，相對分子質(zhì)量為16000，可以通過作用于下丘腦中的目標(biāo)神經(jīng)元以限制過度飲食，減少能量攝入，增加能量消耗。瘦素受體不僅存在于丘腦、脂肪組織，還廣泛存在于全身各個組織，全身瘦素水平與身體肥胖程度呈正比，且其產(chǎn)生缺陷將導(dǎo)致人類和嚙齒動物的病態(tài)肥胖[11]。瘦素在脈管系統(tǒng)中發(fā)揮作用主要通過作用于內(nèi)皮細(xì)胞上瘦素受體，上調(diào)關(guān)鍵的促血管生成分子如明膠酶A/B(matrix metalloprotease,MMP2/9)和組織金屬蛋白酶抑制劑(tissue in-hibitors of metalloproteinases, TIMPs)，且與關(guān)鍵血管生成介質(zhì)如FGF-2、VEGF及其受體VEGF-R1協(xié)同上調(diào)并起協(xié)同作用，刺激血管通透性，從而導(dǎo)致功能性血管生成, 對脂肪組織發(fā)育起積極作用[12]。

2.VEGF：血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)為血管內(nèi)皮細(xì)胞特異性分泌的能直接作用于血管的促分裂原，具有促進(jìn)血管通透性增加、細(xì)胞外基質(zhì)變性、血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖和血管形成等作用。VEGF-A的主要來源是脂肪組織中的脂肪細(xì)胞，且在內(nèi)臟脂肪組織中表達(dá)最高，但肥胖人群中循環(huán)VEGF水平的變化是有爭議的，有部分研究表明高脂飲食后，受試者血清中的VEGF水平上升，但也有研究發(fā)現(xiàn)肥胖人群血清VEGF-A表達(dá)下降[13，14]。此外，VEGF-A基因選擇性剪接可以產(chǎn)生許多生物學(xué)作用不同的VEGF-A剪接異構(gòu)體，例如促血管新生的VEGF-A165a和抗血管新生的VEGF-A165b，研究發(fā)現(xiàn)肥胖受試者脂肪組織中VEGF-A165b的表達(dá)增強，且在減肥手術(shù)后下降[15]。

3.脂聯(lián)素：脂聯(lián)素是一種循環(huán)脂肪細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子，具有胰島素敏化，抗炎和抗凋亡等特性，通過結(jié)合脂聯(lián)素受體1、2及T-鈣黏蛋白發(fā)揮作用。 脂聯(lián)素與肥胖、非酒精性脂肪肝(non-acoholic fatty liver disease, NAFLD)、糖尿病以及其他胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)呈負(fù)相關(guān)，其缺乏除了會導(dǎo)致代謝紊亂外，還可引發(fā)冠狀動脈硬化性心臟病、脂肪肝炎、胰島素抵抗、NAFLD以及多種癌癥。此外，脂聯(lián)素和其他影響脂質(zhì)代謝的介質(zhì)(如他汀類藥物)可增加骨髓內(nèi)EPCs的募集。在體外，脂聯(lián)素通過目前不明的機制改善了EPCs集落的生長。在血管內(nèi)皮損傷或組織缺血的情況下，它促進(jìn)EPCs向血管損傷區(qū)域遷移，在那里它們變成成熟的內(nèi)皮細(xì)胞[16]。且脂聯(lián)素的血漿水平與循環(huán)EPCs的數(shù)量呈正比[17]。然而肥胖患者中，脂聯(lián)素的血漿濃度往往偏低，伴隨循環(huán)EPC的數(shù)量下降，進(jìn)而影響脂肪組織血管新生[18]。

五、肥胖狀態(tài)下低氧和炎性因素對血管新生的影響

除脂肪細(xì)胞分泌的脂肪因子外，脂肪組織的低氧狀態(tài)和其他細(xì)胞類型(如炎性細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞)也對血管新生有重要作用。 肥胖患者的脂肪組織往往伴隨慢性炎癥以及大量巨噬細(xì)胞和白細(xì)胞浸潤，這些細(xì)胞將促進(jìn)一系列血管生成因子和細(xì)胞因子的產(chǎn)生，進(jìn)而調(diào)控血管新生。

1.低氧：隨著脂肪細(xì)胞生長并超過氧的擴散能力，脂肪組織缺氧。研究發(fā)現(xiàn)低氧抑制前脂肪細(xì)胞的分化，并刺激瘦素和血管上皮生長因子從成熟脂肪細(xì)胞分泌，并且這種效應(yīng)可以引發(fā)和促進(jìn)涉及巨噬細(xì)胞募集，脂肪因子分泌，葡萄糖利用增加，胰島素抵抗和乳酸產(chǎn)生等炎癥過程，因此缺氧通常被認(rèn)為是肥胖患者血管生成的刺激因素之一[18]。缺氧可誘導(dǎo)高水平的缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子(hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α),其在肥胖患者的脂肪組織中增加，并在減重手術(shù)體重減輕后表達(dá)下降，在肥胖模型小鼠中也有同樣的趨勢，暗示HIF-1α與肥胖緊密相連[19]。HIF-1α是控制編碼血管生成生長因子如瘦蛋白，VEGF-A、MMP-2和MMP-9的基因的轉(zhuǎn)錄因子，這些因子可由低氧脂肪細(xì)胞分泌，刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞，從而引發(fā)促血管生成機制[20]。但并不是所有的證據(jù)都支持HIF-1-VEGF軸在缺氧時的反應(yīng)，例如過表達(dá)模型小鼠，當(dāng)過表達(dá)HIF-1α?xí)r并不出現(xiàn)促血管新生反應(yīng)，反而出現(xiàn)纖維化和局部炎癥，且與急性脂肪組織擴增不同，肥胖ob/ob小鼠的缺氧反應(yīng)不能誘導(dǎo)VEGF表達(dá)，而是觀察到血管密度降低，原因可能是擴大的脂肪細(xì)胞大小導(dǎo)致代謝需求的下降，因此不會表現(xiàn)缺氧[21]。

2.炎性細(xì)胞：一直以來，肥胖被普遍認(rèn)為是一種低度慢性炎性狀態(tài)，脂肪組織在肥胖狀態(tài)下促炎因子浸潤增加，如M1巨噬細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、NK細(xì)胞、β細(xì)胞、肥大細(xì)胞、TNF-α、c反應(yīng)蛋白(C reaction protein，CRP)、IL-6和IL-8等，一定程度上可以促進(jìn)血管新生[22]。炎性細(xì)胞還釋放血管生成因子，包括：VEGF、血管生成素、成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)、肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor ，HGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β)等，對內(nèi)皮細(xì)胞具有促有絲分裂和遷移作用。研究發(fā)現(xiàn)在血管內(nèi)皮細(xì)胞的管狀形態(tài)發(fā)生過程中TNF-α依賴VEGF-A，沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator1，SIRT1)，MMP-2 和MMP-9起促血管生成作用[23]。血管密度降低時，巨噬細(xì)胞可能在脂肪組織中表達(dá)PDGF以促進(jìn)肥胖癥中的毛細(xì)血管形成。慢性炎癥和血管生成的常見刺激因素是缺氧誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)，它可以增加血管生成基因如VEGF和促血管生成素-2(angiopoietin -2，Ang-2)的轉(zhuǎn)錄[24]。

六、肥胖狀態(tài)下血管新生異常影響胰島素敏感度

脂肪細(xì)胞肥大與胰島素抵抗密切相關(guān)，早期通過O-(氯乙酰氨甲?；?煙曲霉醇(TNP-470)處理肥胖小鼠，發(fā)現(xiàn)脂肪血管密度的降低與胰島素敏感度的改善相關(guān)，表明脂肪血管生成在調(diào)節(jié)胰島素敏感度中可能起到關(guān)鍵作用，最近也有一系列研究支持這一觀點[25]。但由于TNP-470除了具有抗血管生成活性外，有研究表明其可以顯著抑制食物攝入并增加能量消耗，導(dǎo)致體重增加減少且具有神經(jīng)毒性作用，所以不能確定胰島素敏感度改善與血管新生相關(guān)性。最近針對血管新生調(diào)節(jié)胰島素敏感度的研究主要集中在VEGF，VEGF既可以調(diào)節(jié)胰島細(xì)胞產(chǎn)生胰島素的量，也可以調(diào)節(jié)脂肪組織和肌肉組織等外周器官對胰島素的敏感度，但由于VEGF調(diào)節(jié)胰島素敏感度的機制十分復(fù)雜，至今對其研究還沒有明確結(jié)論。

七、脂肪組織血管新生作為肥胖和代謝疾病的治療靶點

當(dāng)前，肥胖已經(jīng)成為干擾現(xiàn)代人健康和生活品質(zhì)的重要因素之一，如何停止并逆轉(zhuǎn)肥胖帶來的一系列不良后果一直是大家關(guān)注的焦點。近年來，隨著大家對血管新生的研究日益深入，抗血管新生治療為對抗肥胖提供了新的方向，血管生成調(diào)節(jié)劑可用于治療一些肥胖相關(guān)病癥，包括糖尿、心血管疾病、癌癥和炎性疾病。預(yù)計基于血管生成的治療劑將成為對抗這些常見和致命的人類疾病的關(guān)鍵方式之一。事實上，抗血管生成成分現(xiàn)在經(jīng)常用于與化學(xué)治療劑聯(lián)合治療各種人類癌癥。此外，VEGF-A165b是VEGF-A的抑制性同種型，已被描述為人類肥胖癥中的新型抗血管生成因子[15]。在眼科領(lǐng)域，抗血管生成藥物療法在年齡相關(guān)性黃斑變性患者中顯示出顯著的視力改善益處[5]。但目前的研究主要停留在動物水平，且由治療帶來的部分不良反應(yīng)還無法避免，例如以血管生成模式為靶點的VEGF / VEGFR-2信號通路的人體臨床試驗表現(xiàn)出有限的有效性和偶爾的不良反應(yīng)[26]。

適當(dāng)?shù)难苄律鷮τ诜逝譅顟B(tài)下體內(nèi)脂肪組織的平衡至關(guān)重要，血管新生是肥胖中脂肪組織生長和擴增所必需的，因此可能成為治療肥胖的新靶標(biāo)，但由于其復(fù)雜性，未來還需要更多相關(guān)研究來明確其完整機制以及應(yīng)用于人體后帶來的臨床療效與不良反應(yīng)。