胰脂肪酶家族在急性胰腺炎和肥胖疾病中的研究進(jìn)展

喻冰君 李年雙 何叢 萬(wàn)劍華 呂農(nóng)華

南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，南昌 330006

胰脂肪酶家族水解脂類的高效性、獨(dú)特性和多樣性一直是研究的熱點(diǎn)，其脂解后的代謝產(chǎn)物為機(jī)體提供了大量的激素前體和生長(zhǎng)發(fā)育所必需的成分。胰脂肪酶不僅在脂類的水解過(guò)程中占據(jù)重要地位，也在高脂誘導(dǎo)的相關(guān)疾病中扮演重要角色。近20年來(lái)，因國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，人民生活水平提高，高脂飲食引起的肥胖和AP發(fā)病率大幅上升，肥胖伴隨而來(lái)的心血管疾病和代謝性疾病以及高三酰甘油血癥性胰腺炎極大增加了國(guó)民的致殘率和死亡率。本文主要闡述胰脂肪酶家族在脂類代謝中的作用及其與肥胖和AP的相關(guān)性研究，為進(jìn)一步研發(fā)胰脂肪酶相關(guān)產(chǎn)品提供新思路。

一、胰脂肪酶家族的成員組成和水解環(huán)境

1．胰脂肪酶家族的主要成員：胰脂肪酶主要由胰腺腺泡細(xì)胞分泌，并在十二指腸中起消化脂肪的作用。胰脂肪酶家族成員眾多，包括胰腺三酰甘油脂肪酶(pancreatic triglyceride lipase, PNLIP)、胰腺三酰甘油相關(guān)蛋白1(pancreatic lipase-related proteins 1, PNLIPRP 1)、胰腺三酰甘油相關(guān)蛋白2(pancreatic lipase-related proteins 2, PNLIPRP 2)、羧基酯脂肪酶(carboxyl ester lipase, CEL)和磷脂酶A2(pancreatic phospholipase A2, PLA2 )等。因PLA2幾乎存在于機(jī)體所有細(xì)胞中，故本文只將PNLIP、PNLIPRP 1、PNLIPRP 2和CEL認(rèn)定為胰脂肪酶家族的主要成員，其中PNLIP在體內(nèi)含量最多，且為大眾熟知。而PNLIPRP1和 PNLIPRP2與PNLIP來(lái)源于同一祖先，PNLIPRP1和 PNLIPRP2的cDNA與PNLIP有68%和65%的氨基酸序列同源性[1]。CEL有別于上述脂肪酶，是胰脂肪酶家族主要成員中單獨(dú)存在的一類脂肪酶，且目前未發(fā)現(xiàn)CEL的同源脂肪酶。

2．胰脂肪酶家族發(fā)揮作用的水解環(huán)境：胰脂肪酶發(fā)揮作用需要特殊的環(huán)境——水油界面。作為胰脂肪酶發(fā)揮作用的橋梁，水油界面目前得到了較為深入的研究。其中關(guān)于水油界面的形成過(guò)程，大致可描述為脂類水解后的乳劑顆粒形成復(fù)雜的油相，油相與胰脂肪酶偏愛的水性環(huán)境形成水油界面。水解過(guò)程中，脂類水解產(chǎn)物進(jìn)入乳劑顆粒的核心部位，后核心部位表面被磷脂和膽固醇等覆蓋，繼而被寡糖和膽鹽等覆蓋。因此，隨著脂肪的不斷分解，水油界面的成分和物理性質(zhì)不斷變化。大量研究證實(shí)，水油界面與胰脂肪酶的脂解效率密切相關(guān)[2]。

除水油界面外，膽鹽在脂質(zhì)的消化吸收中也十分重要，文獻(xiàn)報(bào)道，膽瘺患者腸道脂質(zhì)吸收率僅為正常人的50%～75%[3]。盡管膽鹽并非脂質(zhì)吸收所必需，但它對(duì)脂質(zhì)的完全吸收必不可少。不同胰脂肪酶對(duì)膽鹽需求不同，CEL是胰脂肪酶家族中被明確證實(shí)高度依賴膽鹽發(fā)揮作用的脂肪酶，其依賴程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于胰脂肪酶家族其他成員[2]。因此，水油界面和膽鹽可認(rèn)為是胰脂肪酶發(fā)揮作用的基石。

二、胰脂肪酶家族成員的脂代謝作用

胰脂肪酶參與脂質(zhì)的分解代謝，在脂質(zhì)的消化吸收過(guò)程中相輔相成，但在年齡、物種和底物差異的背景下，胰脂肪酶的脂解特性各不相同。

1．PNLIP：長(zhǎng)期以來(lái)，PNLIP在脂質(zhì)的消化吸收過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，其相關(guān)研究可追溯到數(shù)百年前[4-5]。PNLIP不僅能高效水解三酰甘油，也能水解磷脂、膽固醇酯、半乳糖脂和視黃醇酯等[5]。新生兒期和成年期體內(nèi)PNLIP的表達(dá)量差異明顯。多項(xiàng)研究證實(shí)，PNLIP在成年人體內(nèi)更能發(fā)揮作用，當(dāng)成年人機(jī)體缺乏PNLIP時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重腹痛、腹瀉和脂肪吸收不良等癥狀，而新生兒不受影響[5]。PNLIP的脂解過(guò)程高度依賴輔酶的參與，而膽鹽可抑制PNLIP的脂解活性。當(dāng)缺乏輔酶的小鼠分別進(jìn)食正常和低脂飲食后，正常飲食的小鼠出現(xiàn)脂肪瀉，而低脂飲食小鼠無(wú)異常[6]。另一動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)高濃度膽鹽抑制PNLIP脂解活力，加入輔酶后脂解活力恢復(fù)，證實(shí)輔酶和膽鹽在PNLIP的脂解過(guò)程中相互作用。有學(xué)者推測(cè)其機(jī)制與膽鹽改變水油界面的表面結(jié)構(gòu)，而輔酶可適當(dāng)恢復(fù)膽鹽的抑制作用有關(guān)[7]。盡管目前未能將PNLIP的生物學(xué)特性研究透徹，但也一定程度揭示了PNLIP表達(dá)的時(shí)間和生物特異性，因此，探討該差異表達(dá)背后的分子機(jī)制可加速對(duì)PNLIP的進(jìn)一步了解。

2．PNLIPRP1：不同物種PNLIPRP1的表達(dá)差異明顯，貓和狗表達(dá)量多，人和小鼠表達(dá)量少甚至不表達(dá)。盡管PNLIPRP1和PNLIP有68%的cDNA同源性，但與PNLIP不同，PNLIPRP1主要在胚胎期少量表達(dá)且對(duì)三酰甘油、磷脂和膽固醇酯等均無(wú)脂解活性。研究者推測(cè)這可能與PNLIPRP1的蛋白晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)。在PNLIPRP1的蛋白晶體結(jié)構(gòu)中引入PNLIP的氨基酸位點(diǎn)(氨基酸V178A和A180P)，PNLIPRP1脂解活性恢復(fù)[2]。此外，PNLIPRP1亦可與PNLIP和PNLIPRP2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合輔酶而影響脂質(zhì)代謝[8]。目前關(guān)于PNLIPRP1的研究較少，其結(jié)構(gòu)和功能仍待進(jìn)一步挖掘。

3．PNLIPRP2：PNLIPRP2是唯一在體外具有脂解活性的胰脂肪酶，該酶還具有免疫防御、介導(dǎo)酶原顆粒等特殊活性。除能水解三酰甘油、磷脂和半乳糖脂，長(zhǎng)鏈三酰甘油更是PNLIPRP2唯一的甘油酯酰類底物。盡管PNLIPRP2具有廣泛的底物特異性，但不同物種PNLIPRP2的底物親和性不同。研究發(fā)現(xiàn)，PNLIPRP2亦能脂解植物脂質(zhì)[9]。

PNLIPRP2對(duì)新生兒的脂質(zhì)水解意義重大。PNLIPRP2基因缺陷的新生小鼠脂質(zhì)吸收明顯減少，有脂肪瀉和體重增長(zhǎng)不良等現(xiàn)象[10]。在另一模擬新生兒生理環(huán)境的實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)PNLIPRP是新生兒期主要的脂肪酶，對(duì)新生兒的生長(zhǎng)發(fā)育極其重要[11]。輔酶和膽鹽對(duì)不同物種的PNLIPRP2發(fā)揮脂解作用存在差異，人和鼠體內(nèi)二者能增加PNLIPRP2的脂解活性，馬和河貍鼠等動(dòng)物體內(nèi)二者抑制PNLIPRP2的脂解活性[2]。上述差異是否與該酶的蛋白結(jié)構(gòu)相關(guān)仍未可知，未來(lái)需要更多種類的生物進(jìn)一步研究PNLIPRP2的脂解過(guò)程。

4．CEL：CEL是高度依賴膽鹽發(fā)揮水解作用的胰脂肪酶，因此也將其稱為膽汁依賴性脂肪酶或膽汁刺激性脂肪酶。CEL是迄今為止所有脊椎動(dòng)物中都存在的一種胰脂肪酶[12-14]。該酶具有廣泛的底物特異性，在膽鹽刺激下，CEL可水解三酰甘油、膽固醇酯、磷脂、溶血磷脂等多種脂質(zhì)。而膽固醇酯是CEL的特有底物[10,15-16]，這在CEL基因敲除的小鼠中已被證實(shí)[17]。CEL不僅在胰腺中表達(dá)，也在哺乳動(dòng)物乳汁中分泌，因此CEL亦是新生兒期脂質(zhì)脂解的主要脂肪酶[18]。此外，CEL可補(bǔ)償成年人PNLIP對(duì)脂肪消化吸收的不足，從而達(dá)到對(duì)三酰甘油、磷脂等脂質(zhì)的最優(yōu)吸收[14,18]。當(dāng)膽鹽濃度低或消失時(shí)，上述脂解過(guò)程明顯受限。

三、胰脂肪酶家族成員與AP的關(guān)系

AP是多種病因引起的胰腺內(nèi)胰酶激活從而水解自身的急性炎癥反應(yīng)，同時(shí)伴或不伴有其他器官功能改變。近10年來(lái)，全球AP發(fā)病率逐年升高，其中SAP占比增高達(dá)20%～30%，其病死率高達(dá)36%～50%，給患者及其家屬帶來(lái)了極大的精神和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[19]。目前已知AP的重癥化與年齡、遺傳、肥胖、高三酰甘油血癥和腸道菌群等多種因素有關(guān)。而胰脂肪酶家族主要成員作為胰腺分泌的主要酶，在AP發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用一直未有定論，故探討胰脂肪酶家族成員在AP重癥化中的作用及其相關(guān)機(jī)制十分必要。

2020年，de Oliveira等[20]研究發(fā)現(xiàn)PNLIP是導(dǎo)致AP重癥化的關(guān)鍵胰脂肪酶。該研究通過(guò)PNLIP敲除基因肥胖小鼠和正常肥胖小鼠比較，發(fā)現(xiàn)PNLIP敲除基因肥胖小鼠誘發(fā)AP后胰腺病理改變程度明顯減輕，血液中炎癥因子明顯減少，而CEL、PNLIPRP1和PNLIPRP2不能誘導(dǎo)此種改變，因此證明PNLIP是AP發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵胰脂肪酶。同時(shí)，作者還推測(cè) PNLIP水解腹部脂肪產(chǎn)生的游離脂肪酸、油酸、亞油酸進(jìn)一步加重AP嚴(yán)重程度是疾病進(jìn)展的另一重要機(jī)制。

過(guò)去，因?yàn)橐戎久窩EL在成年時(shí)期表達(dá)最為豐富，一直被推測(cè)是AP重癥化過(guò)程中的關(guān)鍵胰脂肪酶。但Khatua等[21]結(jié)合動(dòng)物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)充分證明了CEL在AP的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中作用甚微 。因CEL的水解高度依賴膽鹽，而在AP發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，膽鹽水平難以達(dá)到CEL發(fā)揮作用的水解濃度。

PNLIPRP1和PNLIPRP2在AP重癥化中的作用研究甚少，尤其是關(guān)于PNLIPRP1與AP的研究目前仍未出現(xiàn)，僅有部分學(xué)者推測(cè)因其在體內(nèi)低表達(dá)，故并非是影響AP的關(guān)鍵胰脂肪酶。相比PNLIPRP1，PNLIPRP2與AP的研究已有些許報(bào)道，證實(shí)PNLIPRP2在AP重癥化中不發(fā)揮作用。研究者利用PNLIPRP2水解胰腺或胰周脂肪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)代謝產(chǎn)物并不增加，更不增加胰周脂肪壞死、器官功能衰竭和死亡的發(fā)生率。因此，目前的研究結(jié)果認(rèn)為PNLIPRP1和PNLIPRP2在AP重癥化過(guò)程中均不發(fā)揮作用[20,22]。

盡管隨著AP研究的增多，胰脂肪酶與AP關(guān)系的研究也相繼出現(xiàn)，但胰脂肪酶在AP進(jìn)展中發(fā)揮作用的具體機(jī)制仍未明確，未來(lái)希望能有更多研究探討胰脂肪酶在AP重癥化中的作用及其發(fā)生的機(jī)制，為今后臨床醫(yī)師治療重癥AP提供新靶點(diǎn)和新思路。

四、胰脂肪酶家族成員與肥胖的關(guān)系

改革開放后，國(guó)民生活水平顯著提高，高脂飲食引起的肥胖伴隨高血脂、高血糖等代謝性疾病發(fā)病率明顯增高，而肥胖又顯著增加心血管系統(tǒng)相關(guān)疾病的發(fā)生，嚴(yán)重?fù)p害國(guó)民的身體健康，胰脂肪酶作為脂解脂質(zhì)的主要酶，在肥胖中的作用至關(guān)重要。

研究表明，高脂飲食可增加胰脂肪酶的表達(dá)和酶活性，加速脂肪的吸收，造成體重增加和血清中三酰甘油水平上升[23]。有研究發(fā)現(xiàn)，PNLIP或CEL的缺失在一定程度上可減少脂肪的吸收，共同抑制PNLIP和CEL可有效減少肥胖的發(fā)生[24]。由于PNLIPRP1可競(jìng)爭(zhēng)抑制PNLIP與輔酶的結(jié)合，當(dāng)缺乏PNLIPRP1時(shí)脂肪水解增多，導(dǎo)致脂肪代謝產(chǎn)物吸收增多從而促進(jìn)肥胖發(fā)生[25]。目前關(guān)于PNLIPRP2影響脂質(zhì)代謝的報(bào)道較少，可能與PNLIPRP2分泌量少且其主要在嬰兒期發(fā)揮脂解作用相關(guān)[22,26]，推測(cè)PNLIPRP2可能影響新生兒脂質(zhì)代謝。

因胰脂肪酶影響肥胖的發(fā)生，故國(guó)內(nèi)外研發(fā)出胰脂肪酶抑制劑奧利司他改善肥胖，但其明顯不良反應(yīng)如腹痛、腹瀉和營(yíng)養(yǎng)不良等癥狀限制了該藥物的廣泛應(yīng)用[27]。因此，研發(fā)出不良反應(yīng)小的胰脂肪酶抑制劑的需求顯得格外迫切。若能基于胰脂肪酶家族成員的蛋白結(jié)構(gòu)模擬出天然胰脂肪酶抑制劑，或能將減肥藥物的不利影響最小化。

綜上所述，胰腺脂肪酶家族主要成員在脂類的消化吸收中起到了關(guān)鍵作用，同時(shí)在AP和肥胖的疾病進(jìn)展中占據(jù)重要地位。胰脂肪酶家族成員發(fā)揮作用受物種、年齡和底物的影響，但始終貫穿于機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育全程，其重要性不言而喻。深入研究胰脂肪酶在脂類代謝和相關(guān)疾病中發(fā)揮作用的各個(gè)環(huán)節(jié)，有可能成為改善AP預(yù)后和預(yù)防肥胖的重要途徑之一。此外，發(fā)現(xiàn)和挖掘胰脂肪酶家族其他成員可進(jìn)一步為了解脂類代謝及其相關(guān)疾病提供依據(jù)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突