脂肪組織異常增殖在甲狀腺相關(guān)眼病中的作用

劉 薇，馬 超，李昊宇，陳 蘭，袁善思，李凱軍

0引言

甲狀腺相關(guān)性眼病(thyroid-associated ophthalmopathy，TAO)，也稱為Graves眼病，是一種影響眼眶脂肪組織和眼外肌的自身免疫性疾病[1]。其主要的臨床表現(xiàn)為眼球突出、暴露性角膜炎、特征性眼瞼征及壓迫性視神經(jīng)損害等。近年來，由于導(dǎo)致自身免疫性疾病的遺傳和環(huán)境因素的影響，TAO的發(fā)病率逐年增加[2]。TAO可分為兩種類型：Ⅰ型TAO通常與眼眶脂肪組織的異常增殖有關(guān)，而Ⅱ型TAO的特征在于眼外肌腫脹和纖維化[1]。TAO的發(fā)病機(jī)制極為復(fù)雜，目前多認(rèn)為是自身免疫紊亂導(dǎo)致的器官特異性自身免疫性疾病，是體液免疫和細(xì)胞免疫在環(huán)境因素、遺傳因素影響下共同作用的結(jié)果[3]。研究表明[4]，脂肪組織增殖導(dǎo)致的眼眶組織體積增加是TAO的關(guān)鍵病理特征之一。此外，脂肪組織可作為一種新的內(nèi)分泌器官，分泌多種脂肪細(xì)胞因子及生長(zhǎng)因子，其中部分因子可能參與了TAO的發(fā)病過程。本文旨在從脂肪分化關(guān)鍵蛋白的表達(dá)、自噬、眼眶壓力、缺氧等方面介紹脂肪組織異常增殖分化在TAO發(fā)病過程中所起的作用。

1甲狀腺相關(guān)眼病中脂肪組織的異常增殖與分化

Nishida等[5]用核磁共振成像(MRI)檢測(cè)了10例TAO患者和13例正常人的眼眶，發(fā)現(xiàn)TAO患者的眼眶組織體積較正常人顯著增加，且眼眶脂肪組織的增加量明顯大于眼外肌的增加量。其后，Kumar等[6]研究發(fā)現(xiàn)，與非TAO患者相比，TAO患者眼眶組織中瘦素、脂聯(lián)素等呈高表達(dá)，作為脂肪細(xì)胞分泌的兩種具有功能性的代表因子，其含量的增加說明脂肪細(xì)胞在該過程中存在異常增殖。上述研究結(jié)果表明眼眶脂肪組織含量的增加可能會(huì)增加眼眶壓力，導(dǎo)致眼球突出，并在一定程度上決定眼球的突出程度。因此，眼眶脂肪組織的異常增殖在TAO的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用。

脂肪細(xì)胞是由起源于中胚層的多能干細(xì)胞逐步分化、發(fā)育而來的，大致分為以下幾個(gè)階段：多能干細(xì)胞—間質(zhì)前體細(xì)胞—前脂肪細(xì)胞—成熟脂肪細(xì)胞[7]。眼眶前脂肪細(xì)胞被認(rèn)為是眼眶成纖維細(xì)胞(orbital fibroblast，OF)的一個(gè)亞型，是一群CD90陰性的成纖維細(xì)胞[8]。OF依據(jù)CD90表達(dá)的不同，從功能方面分為兩個(gè)細(xì)胞亞型，其中CD90陽性成纖維細(xì)胞用轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)處理可以分化成具有收縮性能的肌纖維母細(xì)胞，CD90陰性成纖維細(xì)胞在過氧化物酶體增殖物激活劑-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPARγ)激動(dòng)劑作用下可分化為成熟脂肪細(xì)胞[9-10]。因此，與間充質(zhì)干細(xì)胞同樣性質(zhì)的OF是脂肪形成的主要效應(yīng)細(xì)胞[1]。

眼眶脂肪組織不僅能作為結(jié)締組織起到填充眼眶間隙、緩沖外力、保護(hù)眼球的作用，還能作為一種內(nèi)分泌器官調(diào)節(jié)自身和其他組織的功能[11]。脂肪細(xì)胞通過自分泌或旁分泌可分泌多種細(xì)胞因子和生物活性物質(zhì)，如脂聯(lián)素、瘦素、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)、抵抗素、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素-8(IL-8)等，這些因子不僅在脂肪組織與其他組織之間的信息傳遞以及控制自身體積等方面發(fā)揮作用，而且IL-6、IL-8等可參與機(jī)體炎癥和免疫反應(yīng)等多個(gè)過程[12]。因此，脂肪組織的異常增殖可導(dǎo)致此類因子的異常增多以及自身免疫紊亂，進(jìn)而加重TAO患者的病情。在TAO的發(fā)生發(fā)展過程中，很多因素可以促進(jìn)脂肪形成，如PPARγ、促甲狀腺激素受體(thyroid stimulating hormone receptor，TSHR)、自噬、眼眶壓力及缺氧等[13-17]，或可通過控制上述因素的方式調(diào)節(jié)眼眶脂肪的分化。

1.1 PPARγ與TAO患者眼眶脂肪的增殖與分化研究發(fā)現(xiàn)[18]，相較于正常人，活動(dòng)期TAO患者眼眶脂肪組織中PPARγ呈高表達(dá)，而靜止期TAO患者眼眶脂肪組織中PPARγ水平無顯著差異，所以PPARγ的增高很可能與TAO患者眼眶脂肪組織的異常增殖呈正相關(guān)關(guān)系，PPARγ的水平可作為評(píng)估TAO患者病情活動(dòng)程度的指標(biāo)之一。羅格列酮屬于噻唑烷二酮類藥物，是一種PPARγ激動(dòng)劑，能夠與PPARγ結(jié)合，增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子-4從而增加組織對(duì)胰島素的敏感性，用于胰島素抵抗的2型糖尿病患者[19]。有研究表明[11]，合并2型糖尿病的靜止期TAO患者在服用羅格列酮3mo后，TAO病情復(fù)發(fā)；而少數(shù)無TAO病史的2型糖尿病患者在長(zhǎng)期服用羅格列酮后出現(xiàn)了眼球突出的情況，停藥后眼眶壓力減小、疼痛減輕。Valyasevi等[20]將羅格列酮作用于TAO患者的眼眶成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)該化合物是TSHR表達(dá)的有效刺激物，TSHR的激活可以促進(jìn)脂肪的生成。Levin[13]在體外培養(yǎng)前脂肪細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入羅格列酮和環(huán)磷酸腺苷增強(qiáng)劑，結(jié)果有約1/2的前脂肪細(xì)胞分化為成熟的脂肪細(xì)胞。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明激活PPARγ能夠促進(jìn)脂肪細(xì)胞的成熟。相反，抑制PPARγ可減少人體前脂肪細(xì)胞分化和細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累，如前列腺素(prostaglandin，PG)類似物比馬前列素可通過抑制PPARγ途徑減少人體前脂肪細(xì)胞分化和細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)積累[21]。另有學(xué)者提出利用PG類似物對(duì)脂肪形成途徑的影響來誘導(dǎo)Ⅰ型TAO患者眼眶脂肪的萎縮[22]，從而減緩TAO的進(jìn)展。此外，研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可顯著降低3T3-L1細(xì)胞中PPARγ和增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBPα)表達(dá)，進(jìn)而抑制脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的產(chǎn)生[23]。

1.2 TSHR與TAO患者眼眶脂肪的增殖與分化TSHR是公認(rèn)的致TAO的交叉性抗原[24]。Kriss等[25]首先提出，甲狀腺和眼眶受累組織之間存在著共同抗原。其后，Heufelder等[26]在TAO患者眼眶組織中發(fā)現(xiàn)了TSHR的轉(zhuǎn)錄子，初步認(rèn)為TSHR在TAO患者眼眶組織中呈高表達(dá)。隨后，Crisp等[14]發(fā)現(xiàn)，成熟的眼眶脂肪細(xì)胞和分化中的前脂肪細(xì)胞有功能性的TSHR蛋白表達(dá)，體外培養(yǎng)的眼眶前脂肪細(xì)胞分化時(shí)，TSHR的表達(dá)增加，成熟脂肪細(xì)胞的TSHR mRNA水平是未分化前脂肪細(xì)胞的數(shù)倍。Wakelkamp等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，TAO患者眶減壓術(shù)的離體脂肪中TSHR mRNA呈高表達(dá)，且與TAO患者的臨床活動(dòng)度呈正比[27-28]。同樣，在TAO小鼠模型中白色至棕色的脂肪分化與高水平的TSHR呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)[29-30]。在TAO的發(fā)生過程中，TSHR與其它因子和信號(hào)分子之間的相互作用導(dǎo)致眼眶自身免疫反應(yīng)，眼眶成纖維細(xì)胞增殖，前脂肪細(xì)胞分化為脂肪細(xì)胞，自身抗體產(chǎn)生，細(xì)胞因子分泌和眼外肌浸潤(rùn)[31]。

1.3自噬與TAO患者眼眶脂肪的增殖與分化自噬是一種細(xì)胞內(nèi)自我消化途徑，其功能是通過溶酶體消化去除異常細(xì)胞器和蛋白質(zhì)，以及任何殘留或不必要的細(xì)胞質(zhì)成分[32]。研究表明[15]，與非TAO患者相比，TAO患者的眼眶組織表現(xiàn)出高水平的自噬活性，在TAO組織中，白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)等炎性細(xì)胞因子可激活自噬，使得脂肪細(xì)胞分化增多，銜接蛋白積聚脂滴。該研究還表明，沉默自噬相關(guān)蛋白Atg5可抑制脂滴的積累和脂肪形成標(biāo)記物的表達(dá)。大量研究[33-35]也表明，自噬是脂肪形成所必需的，特異性沉默自噬蛋白Atg5或Atg7在白色脂肪組織中的表達(dá)可導(dǎo)致突變小鼠脂肪沉積減少和脂肪細(xì)胞形態(tài)異常。Li等[36]研究表明抑制自噬可顯著減少體外脂肪積聚，并減弱炎癥因子分泌、膠原沉積和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)。因此，從遺傳學(xué)和藥理學(xué)層面抑制自噬可在一定程度下阻斷脂肪細(xì)胞的分化，如淫羊藿苷可通過調(diào)節(jié)AMPK/mTOR通路的激活抑制自噬，從而抑制前脂肪細(xì)胞向成熟脂肪細(xì)胞分化[37]。合理調(diào)節(jié)TAO患者眼眶組織中的自噬活性是一種很有前景的治療策略。

1.4眼眶壓力與TAO患者眼眶脂肪的增殖與分化在TAO的發(fā)病過程中，眼眶組織的炎癥和腫脹可導(dǎo)致眼眶內(nèi)壓力增高，從而誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致眶內(nèi)脂肪細(xì)胞異常增殖。Li等[38]將成纖維細(xì)胞包埋在Mattek培養(yǎng)皿的3D膠原凝膠里，使細(xì)胞處于類組織樣環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)張力動(dòng)態(tài)平衡，然后在頂部蓋上蓋玻片并于其上放置重物，相當(dāng)于將TAO發(fā)病過程中病理水平眶內(nèi)壓(約28mmHg)的壓力施加到凝膠上，并維持48h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大多數(shù)TAO成纖維細(xì)胞自發(fā)分化成脂肪細(xì)胞，至少60%的細(xì)胞呈現(xiàn)脂滴并表達(dá)PPARγ。健康的眼眶成纖維細(xì)胞通常不會(huì)自發(fā)分化成脂肪細(xì)胞，但通過單獨(dú)的壓力刺激誘導(dǎo)可顯示完整的脂肪細(xì)胞表型，這表明TAO的病理性眶內(nèi)壓可能驅(qū)動(dòng)脂肪形成[16]，這可能解釋了為什么臨床上眼眶減壓可以緩解疾病進(jìn)展。

1.5缺氧與TAO患者眼眶脂肪的增殖與分化在TAO發(fā)病過程中，骨性眼眶等封閉腔內(nèi)組織擴(kuò)張引起的炎癥和吸煙可能導(dǎo)致組織缺氧。在人體中，不同組織中氧濃度隨灌注的不同而變化，約2%～14%，脂肪組織中的氧濃度通常為5%或者更低[39]。當(dāng)眼眶脂肪增殖速度超過血管生成速度，氧氣無法有效擴(kuò)散，將會(huì)導(dǎo)致脂肪細(xì)胞缺氧。體外研究表明[17]，嚴(yán)重缺氧時(shí)，粘多糖的產(chǎn)量增加，刺激脂肪細(xì)胞形成。G?rtz等[40]研究表明，缺氧強(qiáng)烈刺激缺氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)依賴性脂肪生成和脂聯(lián)素釋放并增強(qiáng)TSHR介導(dǎo)的脂肪生成。因此，改善組織缺氧或可減少脂肪細(xì)胞的異常增殖，而開眶減壓術(shù)可從一定程度減少眼眶內(nèi)脂肪的體積，緩解眼眶組織缺氧，從而緩解疾病的發(fā)展。

2總結(jié)與展望

綜上所述，眼眶脂肪細(xì)胞的異常增殖是TAO的重要病理改變，不僅可以加劇患者的眼球突出，還可以分泌細(xì)胞因子參與TAO的發(fā)展。而PPARγ的激活、TSHR表達(dá)增加、自噬增強(qiáng)、眼眶壓力增高、缺氧等因素均可使脂肪分化增多，從而導(dǎo)致病情進(jìn)展，對(duì)上述因素進(jìn)行調(diào)節(jié)可有效地減少眼眶脂肪的異常增殖，延緩TAO患者病情進(jìn)展。

目前對(duì)眼眶脂肪細(xì)胞的研究存在一定的局限，使用單一前脂肪細(xì)胞或者成纖維細(xì)胞體外模型的主要限制之一是細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)缺乏免疫組分，不能完全模擬真實(shí)的TAO炎性環(huán)境和發(fā)病過程中涉及的免疫應(yīng)答。而且，眼眶接受放射治療的時(shí)間和皮質(zhì)類固醇、免疫調(diào)節(jié)劑的使用時(shí)間也需要進(jìn)一步討論[1]。此外，PPARγ和增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBPα)是脂肪分化的關(guān)鍵物質(zhì)，抑制這兩種物質(zhì)可減少脂肪細(xì)胞的形成，從而在一定程度上減緩TAO的發(fā)展。TAO脂肪組織作為一種內(nèi)分泌器官，其分泌的物質(zhì)在TAO發(fā)病過程中的作用也是不容忽視的。我們期望對(duì)脂肪細(xì)胞的深入研究能夠?yàn)門AO發(fā)病機(jī)制的研究開辟新的思路，為TAO的臨床治療提供新的方案。