肥胖的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究以及針灸治療進(jìn)展

董明

古美社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心，上海201102

肥胖是根據(jù)世界衛(wèi)生組織的身體質(zhì)量指數(shù)(body mass i ndex，BMI) 而進(jìn)行分類的，當(dāng)體質(zhì)量指數(shù)(BMI) ≥30.0 kg/m2時(shí)被認(rèn)為是肥胖[1]。肥胖已成為世界性的流行病[2]，自1980年至2015年，世界上有73 個(gè)國(guó)家的成人和兒童肥胖率翻了一番，其他大多數(shù)國(guó)家的肥胖率也在不斷上升[3]。目前世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，20 歲以上的成年人中，高達(dá)35%超重(BMI≥25 kg/m2)，11%屬于肥胖(BMI≥30 kg/m2)，這種現(xiàn)象在許多久坐不動(dòng)的生活方式日益盛行的高收入國(guó)家更為突出[4]。老年人肥胖的患病率也在逐年增高，嚴(yán)重影響老年人的健康和生活質(zhì)量。肥胖可導(dǎo)致多種疾病，影響人體多個(gè)系統(tǒng)與組織，甚至?xí)?duì)肥胖患者本人的預(yù)期壽命產(chǎn)生影響。在超重或肥胖（BMI≥25 kg/m2）的人群中，BMI 與死亡率呈正相關(guān)，BMI 越高，總死亡率越高[5]。美國(guó)研究發(fā)現(xiàn)，45 歲以上的超重患者，體質(zhì)量每增加2 kg，壽命縮短25 d，死亡率增加28%；超重27.2 kg，死亡率增加56%。65～74 歲年齡區(qū)間的老年肥胖人群的死亡率是非肥胖人群的2 倍。肥胖與心血管系統(tǒng)疾病、胃食管反流、泌尿系統(tǒng)疾病、消化系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌代謝疾病和腫瘤等密切相關(guān)。肥胖已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)不可忽視的重大公共健康問(wèn)題。

世界范圍內(nèi)肥胖的患病率急劇上升，與可口的高熱量飲食和高糖飲料的不斷供應(yīng)以及習(xí)慣久坐并且依賴各種電子產(chǎn)品的現(xiàn)代生活方式密切相關(guān)。盡管暴露在致病環(huán)境下，仍有相當(dāng)一部分人群保持正常體質(zhì)量，這表明在個(gè)體水平上存在著與先天因素有關(guān)的遺傳機(jī)制[6]。雙胞胎、家庭和收養(yǎng)研究也表明，BMI 與遺傳有著直接的關(guān)系[7]。不僅如此，孕婦在懷孕期間的飲食會(huì)影響DNA 的甲基化模式，這種模式在后代中可以持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，甚至可以遺傳[2]。例如，患有妊娠期糖尿?。╣estational diabetes mellitus, GDM）的肥胖患者，母系印跡基因中胚層特異性轉(zhuǎn)錄物(mesodermspecific transcript, MEST) 相較于非GDM 母親顯示甲基化水平顯著降低(4%～7%)。而MEST 的表觀遺傳失調(diào)可能會(huì)導(dǎo)致患有GDM的肥胖母親所生的嬰兒存在終生的肥胖易感性[8]。胎兒暴露在有糖尿病或母親肥胖的宮內(nèi)環(huán)境中，出生時(shí)胎齡大的嬰兒患代謝綜合征的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。這說(shuō)明母親的肥胖可導(dǎo)致后代持久的基因位點(diǎn)和特定組織的表觀遺傳改變[9]。研究發(fā)現(xiàn)[10]，與非肥胖父親的孩子相比，來(lái)自肥胖父親的孩子在印跡胰島素樣生長(zhǎng)因子2 (insulin-like growth factor 2, IGF2) 基因的差異甲基化區(qū)域(differentially methylated regions, DMRs) 上觀察到較低的甲基化水平。這表明通過(guò)父親的先兆暴露也可以導(dǎo)致后代印跡基因DMRs的表觀遺傳轉(zhuǎn)移。弗雷明漢心臟研究(Framingham Heart Study)還對(duì)父親的肥胖和后代的代謝影響進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，父系早發(fā)性肥胖個(gè)體的血液中的谷丙轉(zhuǎn)氨酶顯著高于非父系肥胖個(gè)體[11]。這說(shuō)明肥胖人群不僅可以使后代具有肥胖易感性，還會(huì)通過(guò)DNA 甲基化等表觀遺傳修飾影響后代的其他正?；虻谋磉_(dá)。

1 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在肥胖發(fā)病機(jī)制研究中的應(yīng)用

1.1 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)概述 轉(zhuǎn)錄組可定義為存在于生物樣本中的整套轉(zhuǎn)錄本, 由執(zhí)行無(wú)數(shù)功能的幾類RNA 組成[12]。包括蛋白質(zhì)編碼信使RNA (mRNA)、核糖體RNA（rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)以及其他的具有調(diào)節(jié)功能的非編碼RNA（non-coding RNA, ncRNA）[13]，它們涉及各種各樣的生物過(guò)程。與細(xì)胞核基因組在1 個(gè)有機(jī)體的一生中是相對(duì)穩(wěn)定的,整體規(guī)模和組成是靜態(tài)的這一發(fā)現(xiàn)不同，轉(zhuǎn)錄組是非常多變的。ncRNA 可以在轉(zhuǎn)錄后進(jìn)一步影響基因的表達(dá)[14]。全轉(zhuǎn)錄組分析的目的是捕獲編碼和非編碼RNA，量化細(xì)胞、組織、器官甚至整個(gè)機(jī)體中基因表達(dá)的異質(zhì)性, 為DNA 測(cè)序揭示的基因及基因組的功能特性和注釋提供先決條件[13]。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序即RNA 測(cè)序（RNA sequencing, RNA-seq）, 是研究生理?xiàng)l件和疾病進(jìn)展差異分子變化的有力技術(shù)，已成為一種常用于分析差異基因表達(dá)的分子生物學(xué)工具[15]。RNAseq 是通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)錄物進(jìn)行直接測(cè)序，它顯示出很強(qiáng)的潛力，可以替代微陣列進(jìn)行全基因組轉(zhuǎn)錄組分析。RNA-seq 在檢測(cè)轉(zhuǎn)錄組精細(xì)結(jié)構(gòu)如檢測(cè)新的轉(zhuǎn)錄物、等位基因特異性表達(dá)和剪接連接等方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)[16]。在這類研究中提出的一個(gè)典型問(wèn)題是尋找在樣本組之間有顯著變化的基因，基因表達(dá)的變異可能是影響生理參數(shù)的一個(gè)重要的分子表型[17]。RNA-seq 可以檢測(cè)轉(zhuǎn)錄水平，也可以揭示剪接異構(gòu)體和表達(dá)多態(tài)性。

進(jìn)行測(cè)序時(shí)首先需要分離和裂解單個(gè)細(xì)胞，通過(guò)3′端poly（A）尾來(lái)捕獲真正的多聚腺苷酸化RNA，將其單鏈RNA 合成雙鏈互補(bǔ)DNA (complementary DNA, cDNA)，并擴(kuò)增cDNA 以生成高通量測(cè)序文庫(kù)[18-19]。真核蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄始于在啟動(dòng)子DNA 上由RNA 聚合酶Ⅱ（Pol-Ⅱ）和一般轉(zhuǎn)錄因子組成的保守起始復(fù)合物。Pol-Ⅰ轉(zhuǎn)錄rRNA前體，Pol-Ⅲ轉(zhuǎn)錄小的非編碼RNA，如tRNAs。Pol-Ⅱ則轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)編碼基因以產(chǎn)生mRNAs[20]。目前研究人員已經(jīng)可以通過(guò)多種途徑來(lái)快速合成全長(zhǎng)cDNA，例如酶工程以及以一些捕捉5′端的技術(shù)[21]。其產(chǎn)物的積累通過(guò)“實(shí)時(shí)”定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction, PCR）的雙標(biāo)記熒光探針（即TaqMan 探針）來(lái)測(cè)量。這種技術(shù)提供非常準(zhǔn)確和可重復(fù)的基因拷貝定量，從而實(shí)現(xiàn)更快速、更高通量的檢測(cè)[22]。下一代測(cè)序(next generation sequencing,NGS)方法和技術(shù)的快速發(fā)展，使大規(guī)模的全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序項(xiàng)目成為可能[14]，它徹底改變了基因組研究。使用NGS 可以在一天內(nèi)完成整個(gè)人類基因組的測(cè)序，相對(duì)于傳統(tǒng)的Sanger測(cè)序而言具有重大的獨(dú)創(chuàng)性和顛覆性[23]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)主要用來(lái)研究不同條件或疾病狀態(tài)下的細(xì)胞或組織，以確定導(dǎo)致特定功能的基因或轉(zhuǎn)錄表達(dá)的變化[24]。深入的RNA 序列可提供大量的基因信息，可用于更詳細(xì)地了解與人體肥胖相關(guān)的基因組和轉(zhuǎn)錄組[25]，進(jìn)而了解肥胖發(fā)生的機(jī)制。

1.2 肥胖的發(fā)病機(jī)制 肥胖產(chǎn)生的根本原因是體內(nèi)能量攝入和支出之間長(zhǎng)期的不平衡。體質(zhì)量的增加可能是由于能量攝入過(guò)多、體力活動(dòng)過(guò)少和能量消耗過(guò)少的綜合結(jié)果[2]。而這是環(huán)境因素與基因方面共同作用的結(jié)果。BMI 的遺傳能力已被一致估計(jì)為40%～70%，表明約一半的個(gè)體間差異歸因于基因，另一半個(gè)體間差異歸因于環(huán)境[6]。大規(guī)模的全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome wide association study，GWAS）已經(jīng)確定了近百個(gè)與BMI以及肥胖風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的基因變異[26]。攜帶風(fēng)險(xiǎn)等位基因拷貝的個(gè)體與沒(méi)有攜帶風(fēng)險(xiǎn)等位基因拷貝的人相比，攜帶1 個(gè)或2 個(gè)等位基因拷貝的體質(zhì)量分別增加1.2 kg 或3 kg[27]。脂肪量與肥胖相關(guān)基因（fat mass and obesity associated gene, FTO gene）的遺傳變異已被確定是對(duì)人體BMI 影響最大的遺傳因素，影響著脂肪細(xì)胞的發(fā)育、產(chǎn)熱以及脂質(zhì)的儲(chǔ)存[28]。FTO 基因肥胖變異體可以通過(guò)破壞脂肪細(xì)胞中在能量平衡調(diào)節(jié)中起著因果作用的AT豐富結(jié)合域5B（AT-rich interaction domain 5B, ARID5B）與風(fēng)險(xiǎn)單倍體的結(jié)合起作用，阻斷ARID5B 介導(dǎo)的發(fā)育調(diào)節(jié)因子易洛魁族同源蛋白（iroquois-class homeobox protein,IRX）3 和IRX5 的抑制作用而導(dǎo)致線粒體產(chǎn)熱減少、脂質(zhì)儲(chǔ)存增加，進(jìn)而導(dǎo)致肥胖[29]。然而肥胖作為一種復(fù)雜表型，單基因或者寡基因的改變并不能完全解釋其發(fā)病機(jī)制，但可以通過(guò)了解與機(jī)體肥胖狀態(tài)有關(guān)的基因網(wǎng)絡(luò)，為臨床治療肥胖癥提供干預(yù)靶點(diǎn)。

在高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠肥胖模型中，基因轉(zhuǎn)錄狀態(tài)發(fā)生改變，下丘腦表達(dá)2 型囊狀谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(vesicular glutamate transporter type-2，Vglut2) 的谷氨酸能神經(jīng)元發(fā)生相應(yīng)改變[30]。Vglut2 神經(jīng)元已被證實(shí)與BMI 具有顯著關(guān)聯(lián)。提示高脂飲食可以改變參與能量平衡的下丘腦神經(jīng)元[31]。在對(duì)C57BL/6 小鼠分別飼喂對(duì)照、低脂飲食或高脂飲食后發(fā)現(xiàn)，小鼠的微生物生態(tài)學(xué)均發(fā)生了顯著的飲食依賴性變化[32]，并且改變了核受體肝細(xì)胞核因子4 （hepatocyte nuclear factor4 ，HNF4 ) 反向轉(zhuǎn)錄程序，肥胖動(dòng)物在這些位點(diǎn)上的HNF4 水平略高。HNF4 是最古老的核受體轉(zhuǎn)錄因子家族成員，已被證實(shí)在維持腸道對(duì)微生物群的穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用[33]。這些數(shù)據(jù)表明，飲食影響HFN4 在基因表達(dá)中的調(diào)節(jié)作用[34]。

高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖對(duì)身體轉(zhuǎn)錄組學(xué)的改變不可以通過(guò)減肥來(lái)快速消除。研究人員通過(guò)對(duì)雄性恒河猴暴露于營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩和飲食熱量限制后骨骼肌轉(zhuǎn)錄動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，盡管體質(zhì)量顯著下降，但大多數(shù)被高熱量飲食上調(diào)的457 個(gè)基因和被高熱量飲食抑制的47 個(gè)基因在熱量限制后仍顯著失調(diào)[35]。在對(duì)健康人體的試驗(yàn)中，更是佐證了這一觀點(diǎn)：短暫暴露于高脂肪飲食會(huì)引入持續(xù)的DNA 甲基化標(biāo)記。這種甲基化變化在6～8 周后只有部分逆轉(zhuǎn)，且程度并不顯著[36]。這提示應(yīng)該防患于未然，控制好體質(zhì)量，如果因肥胖導(dǎo)致了轉(zhuǎn)錄組發(fā)生改變將會(huì)使減肥變得異常困難。

2 針灸干預(yù)肥胖的研究

中醫(yī)認(rèn)為，肥胖的關(guān)鍵病機(jī)為大量食用肥膏厚味而致水濕痰濁壅滯，積郁體內(nèi)，從而誘發(fā)肥胖。正如《素問(wèn)·通評(píng)虛實(shí)論》所言:“肥貴人，則膏梁之疾也”。另有七情致病理論，認(rèn)為憂郁之人時(shí)常氣機(jī)不暢，而肝主疏泄，氣機(jī)逆亂日久則損傷肝主疏泄的功能。肝氣不達(dá)甚則橫逆反胃，影響脾胃氣機(jī)。脾胃氣機(jī)不暢則導(dǎo)致水谷精微輸布不利，形成痰濁濕邪積聚體內(nèi)，最終導(dǎo)致肥胖的發(fā)生[37]。作為中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的重要組成部分之一的針灸療法，因?yàn)槠浜?jiǎn)單高效并且無(wú)明顯不良反應(yīng)而廣泛應(yīng)用于臨床對(duì)肥胖癥的治療。其治療大法以調(diào)理脾胃為主，發(fā)揮其健脾運(yùn)濕、化濕降濁的功效。

而現(xiàn)代臨床研究表明，針刺過(guò)程中引起了右背外側(cè)前額葉皮質(zhì)、前扣帶回皮質(zhì)和中腦激活，甚至影響了局部腦血流。針灸可能通過(guò)改變神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)激素的釋放來(lái)改變大腦的化學(xué)反應(yīng)，從而影響與感覺(jué)和非自主功能相關(guān)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)部分，例如調(diào)節(jié)自身血壓、血流量和體溫的過(guò)程[38]。另有研究證明，除了特定部位皮膚刺痛激活相關(guān)大腦區(qū)域之外，針灸還可能通過(guò)內(nèi)臟感受通路來(lái)發(fā)揮其治療效果；而且患者對(duì)治療的期望和信念對(duì)大腦有生理影響，似乎介導(dǎo)了對(duì)針灸的潛在強(qiáng)大的非特異性臨床反應(yīng)[39]。在針灸干預(yù)肥胖過(guò)程中，可能通過(guò)針刺作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)與肥胖有關(guān)的內(nèi)分泌軸從而控制肥胖的發(fā)展，進(jìn)一步的證據(jù)則需要更深一步的研究來(lái)證實(shí)[38]。

目前針灸治療形式多種多樣，有體針療法、電針療法、耳針療法與溫針灸等多種治療手段，將針?lè)?、灸法與現(xiàn)代科技靈活運(yùn)用，均在臨床治療肥胖相關(guān)的疾病中取得良好的效果。已有證據(jù)表明，采用針灸聯(lián)合中成藥補(bǔ)腎化瘀湯治療肥胖型多囊卵巢綜合征取得良好臨床療效，治療后患者BMI 較治療前明顯下降，卵巢體積明顯縮小[40]。相對(duì)西藥如胰島素增敏劑二甲雙胍對(duì)胃腸道的刺激作用以及阻礙機(jī)體對(duì)維生素B12 的吸收等不良反應(yīng)而言，針灸治療有著顯著的優(yōu)勢(shì)。不僅如此，針灸還可以改善重度肥胖伴高脂血癥患者的肥胖程度和血脂水平，Huang 等[41]對(duì)264 例重度肥胖伴高脂血癥患者進(jìn)行針刺干預(yù)治療，發(fā)現(xiàn)治療組患者的肥胖癥狀獲得了明顯的改善。而將針灸與電學(xué)相結(jié)合的電針療法更是在肥胖治療過(guò)程中展現(xiàn)了令人矚目的療效。陳嘉欣等[42]對(duì)60 例肥胖型多囊卵巢綜合征患者進(jìn)行電針治療，在經(jīng)過(guò)12 周治療后，患者體質(zhì)量、BMI、腰臀比(waist-to-hip ratio, WHR) 均有顯著改善(＜0.05)。電針聯(lián)合拔罐療法在治療女性腹型肥胖方面取得顯著療效，為女性肥胖的治療打開(kāi)新思路[43]。電針不僅在治療女性肥胖、調(diào)節(jié)雌性激素分泌方面獲得顯著效果，在肌肉減少型肥胖的老年男性（60 歲以上）群體也發(fā)揮了重要的作用。Zhou 等[44]對(duì)這一群體進(jìn)行電針治療后發(fā)現(xiàn)，為期12 周的電針治療可以明顯降低體脂以及提升骨骼肌指數(shù)。將針刺與艾灸相結(jié)合的溫針灸治療更是發(fā)揮了2 者的優(yōu)勢(shì)，在治療肥胖中取得了顯著的成效。50 例原發(fā)性高血壓伴肥胖的患者在治療后不僅收縮壓、舒張壓明顯低于治療前，其體質(zhì)量指數(shù)、肥胖度等指標(biāo)均獲得明顯改善(＜0.05)[45]。Zhang 等[46]對(duì)電針足三里穴位聯(lián)合跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)對(duì)飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠的轉(zhuǎn)錄組變化和相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了研究，其將大鼠分為5 組，包括對(duì)照組、飲食誘導(dǎo)肥胖組、電針組、跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)組和電針聯(lián)合跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)組，結(jié)果顯示，電針減輕了大鼠體質(zhì)量和腹膜后白色脂肪/體質(zhì)量的比值。對(duì)各組大鼠腹膜后的白色脂肪進(jìn)行RNA-seq，差異表達(dá)基因（differentially expressed genes，DEG）分析顯示，對(duì)照組與肥胖模型組、肥胖模型組與電針組、肥胖模型組與跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)組、肥胖模型組與電針聯(lián)合跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)組相比的DEG 分別為1 383、913、3 324 和2 794 個(gè)。對(duì)這些DEG進(jìn)行基因本體（Gene ontology，GO）富集分析和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）通路富集分析，結(jié)果顯示，電針聯(lián)合跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)主要調(diào)控過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體信號(hào)通路（peroxisome proliferator activated receptor signaling pathway）和鈣信號(hào)通路（calcium signaling pathway）。本研究首次對(duì)肥胖大鼠腹膜后白色脂肪的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行研究，以期為針灸治療肥胖的作用機(jī)理提供了科學(xué)依據(jù)。

以上結(jié)果均表明，多種形式的針灸療法在治療肥胖癥伴其他疾病過(guò)程中均發(fā)揮了重要作用，值得在臨床上進(jìn)一步推廣。

3 小結(jié)

肥胖是一個(gè)重大的健康挑戰(zhàn)，它大大增加了多種疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如2 型糖尿病、脂肪肝、高血壓、心腦血管疾病甚至癌癥，從而導(dǎo)致生活質(zhì)量和預(yù)期壽命的下降。預(yù)防和控制肥胖已經(jīng)刻不容緩。作為中醫(yī)治療體系中具有重要地位的針灸療法，其臨床效果已經(jīng)在治療肥胖癥的醫(yī)療實(shí)踐中得到了肯定。針灸療法可以有效阻止肥胖癥的發(fā)展，恢復(fù)人體正常生理功能。但是針灸治療肥胖的作用機(jī)理仍未完全闡明。轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序技術(shù)在針灸治療肥胖機(jī)理研究領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)于闡明針灸治療肥胖的機(jī)理和作用靶點(diǎn)具有促進(jìn)作用，值得在今后的研究中進(jìn)一步應(yīng)用。