瘦素對感染性疾病發(fā)生發(fā)展的調控作用及機制研究進展

高慧妮，于俊民，趙園園，李大鶴，張小波，陳洪葉

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院老年病科，哈爾濱 150001

感染性疾病是由病毒、細菌、真菌等病原體入侵機體后產生，據(jù)統(tǒng)計，全球范圍內每年約有1300萬～1500 萬人死于感染［1］。瘦素是由脂肪細胞分泌的一種具有廣泛生物學活性的肽類激素，不僅能調節(jié)能量代謝，還可參與炎癥反應，促進免疫細胞活化和細胞因子分泌，調控免疫應答。作為機體營養(yǎng)狀況和免疫系統(tǒng)之間相互影響、相互聯(lián)系的重要中介物，瘦素在體內的表達水平與感染性疾病的發(fā)生有密切關系［2］。探討瘦素在感染性疾病發(fā)生發(fā)展的作用，對感染性疾病的預防和診治具有重要意義。現(xiàn)將瘦素對感染性疾病發(fā)生發(fā)展的調控作用及機制綜述如下。

1 瘦素對感染性疾病炎癥反應的調控作用及機制

感染性疾病初期，病原體誘導促炎細胞因子分泌，快速募集固有免疫細胞到達感染部位，并在瘦素等細胞因子的刺激下產生大量炎癥細胞因子，引起炎癥反應，促進機體對入侵病原體的吞噬和清除。瘦素主要通過促進單核細胞活化及IL-6表達來調控感染性疾病炎癥反應過程。

1.1 瘦素對單核細胞活化的影響 瘦素可促進循環(huán)單核細胞增殖及M1 極化，誘導其分泌IL-1、IL-6、TNF-α 等促炎細胞因子，上調單核細胞Toll 樣受體2，調控免疫應答［3］。在重癥感染時，瘦素通過影響STAT3/NF-κB 信號通路，促進單核細胞迅速M1 極化，這種極化可被促炎細胞因子加劇，形成正反饋回路，從而誘發(fā)嚴重細胞因子風暴，與感染性疾病引起的急性呼吸窘迫綜合征和多器官衰竭患者死亡增加相關［4］。據(jù)報道，在新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）感染過程中，單核細胞起核心作用，其在機體組織內極化為M1 表型后促使大量促炎細胞因子產生，瘦素是促進其M1極化的重要因素［5］。

1.2 瘦素對IL-6 的影響 IL-6 在提高免疫功能、抵抗病原體方面具有重要作用，包括刺激B 淋巴細胞產生抗體、巨噬細胞調節(jié)和樹突狀細胞的分化。瘦素通過與瘦素受體結合，激活JAK2/STAT-3 依賴的胰島素受體底物1、PI3K、Akt 信號通路的磷酸化，招募NF-κB 復合體，導致IL-6 表達基因在細胞核 內 轉 錄［6］；而IL-6 又 可 通 過JAK/STAT 依 賴 的PKA 信號通路磷酸化上調TNF-α 和IL-1 表達，從而誘導脂肪細胞產生瘦素［7］。因此，在重癥感染情況下，血清瘦素水平失調，誘發(fā)嚴重細胞因子風暴。高水平的IL-6 是重癥COVID-19 感染的關鍵特征之一。WANG 等［8］研究表明，COVID-19 患者體內瘦素、IL-6、IL-17 以及TNF-α 等炎癥相關細胞因子水平升高，其中瘦素升高最為顯著，且重癥患者血清瘦素水平高于輕癥患者；經治療呼吸道病原體核酸檢測恢復陰性時，血清瘦素回落至基線水平，而重癥患者的瘦素水平下降時間明顯推遲。研究者因此認為，瘦素與感染性疾病的全身炎癥反應和疾病進展關系密切，可能作為預測COVID-19 疾病進展的預后標志物。

2 瘦素對感染性疾病免疫功能的調控作用及機制

免疫系統(tǒng)主要包括固有免疫和適應性免疫，兩者相互作用，共同抵御外來病原體的入侵。瘦素主要通過影響免疫細胞的發(fā)育、增殖、成熟、激活及抗凋亡過程，調控固有免疫和適應性免疫，從而協(xié)調免疫系統(tǒng)，參與免疫應答。

2.1 瘦素對固有免疫的影響 固有免疫即非特異性免疫，是機體先天具有的天然免疫防御功能，構成抵御病原體入侵的第一道防線，包括組織屏障（皮膚和黏膜系統(tǒng)、血腦屏障等）、固有免疫細胞（吞噬細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞以及肥大細胞等）、固有免疫分子（補體、細胞因子、酶類物質等）。在固有免疫應答中，瘦素主要作用于固有免疫細胞，通過各種機制促進其活化以及細胞因子分泌。

吞噬細胞主要包括單核吞噬細胞系統(tǒng)和中性粒細胞，當病原體穿透皮膚或黏膜到達體內組織后，吞噬細胞首先從毛細血管中逸出，遷移到病原體所在部位，分泌固有免疫分子，吞噬殺滅病原體。瘦素可通過激活JAK/STAT3 信號轉導通路，劑量依賴性地刺激單核細胞產生促炎細胞因子，同時刺激單核細胞增殖活化，促進活化標志物及單核細胞表面抗原表達［9］；瘦素亦可釋放氧自由基，增加表面抗原CD11b表達，間接增強中性粒細胞的活性和功能，并阻止中性粒細胞凋亡；此外，瘦素能夠促進TNF-α、CXCL-1 分泌，誘導中性粒細胞遷移，參與中性粒細胞介導的吞噬作用［10］。

樹突狀細胞是機體功能最強的專職抗原遞呈細胞，處于啟動、調控以及維持免疫應答的中心環(huán)節(jié)，未成熟樹突狀細胞具有較強的遷移能力，成熟樹突狀細胞能有效激活初始T 細胞。瘦素通過觸發(fā)NF-κB、B淋巴細胞瘤2基因（Bcl-2）表達和激活AKT信號通路，誘導樹突狀細胞功能和形態(tài)變化［11］。瘦素缺乏能夠抑制樹突狀細胞的成熟，從而降低IL-6和TNF-α 等促炎細胞因子的產生，增加免疫抑制細胞因子如轉化生長因子β 的分泌。不僅如此，通過誘導肌動蛋白骨架重排，以及上調趨化因子受體7（CCR7）表達，瘦素亦可增強未成熟樹突狀細胞的趨化反應性，增強其遷移能力［12］。

自然殺傷細胞介導的固有免疫應答主要通過釋放殺傷介質，直接誘導靶細胞膜翻轉和快速凋亡，如腫瘤細胞或受病原微生物感染的細胞等，其中最主要的殺傷介質是穿孔素。瘦素可通過激活STAT3信號通路的磷酸化，增加穿孔素基因轉錄，促進穿孔素分泌，維持自然殺傷細胞的細胞毒活性［13］。

此外，瘦素可促進肥大細胞分泌TNF-α、趨化因子5 及前列腺素D2，介導觸發(fā)體內嗜酸性粒細胞的招募和激活［14］，并可通過激活肥大細胞間接調節(jié)巨噬細胞表型，瘦素的缺乏可促進肥大細胞的抗炎反應，從而導致巨噬細胞表型從M1 轉移到M2［15］。瘦素在抗感染的固有免疫應答中發(fā)揮重要功能，通過作用于各類固有免疫細胞，調控細胞因子分泌，影響免疫細胞亞群分化。

2.2 瘦素對適應性免疫的影響 適應性免疫亦稱特異性免疫，是人體經后天感染或人工預防接種疫苗、菌苗、免疫球蛋白、類毒素等獲得的針對特定病原體產生的抗感染能力，由機體被微生物等抗原物質刺激后形成，能與抗原物質起特異性反應。適應性免疫包括細胞免疫和體液免疫，分別由T、B 淋巴細胞介導。

細胞免疫是指T細胞受到抗原刺激后，分化、增殖、轉化為效應T 細胞，激活靶細胞內溶酶體酶，釋放免疫活性物質，最終導致靶細胞裂解死亡。瘦素主要通過抑制脂肪酸合酶介導的細胞凋亡通路，上調B 淋巴細胞瘤XL（Bcl-xL）基因及T-box 轉錄因子（T-bet）的表達，進而誘導T細胞的激活和分化，并對效應T細胞具有抗凋亡作用［16］；瘦素亦可促使輔助T細胞分化成促炎表型細胞（Th1），通過促進Th1細胞分泌促炎細胞因子，抑制抗炎表型細胞（Th2）產生抗炎細胞因子，從而誘導T 細胞介導的免疫應答。瘦素缺乏會導致嚴重免疫缺陷，特征為淋巴細胞總數(shù)與輔助T細胞數(shù)量減少，胸腺細胞凋亡增加，輔助T 細胞從Th1向Th2表型傾斜，導致機體對感染的易感性增加［17］。此外，瘦素通過影響STAT3 信號，促進CXC 趨化因子受體3（CXCR-3）和CC 趨化因子受體5（CCR-5）配體的產生，上述配體在Th1 細胞上優(yōu)先表達，可增強血清中促炎細胞因子的分泌［18］。

體液免疫是指機體受到抗原刺激，B 淋巴細胞產生漿細胞和記憶細胞，進而產生抗體，并與相應的抗原特異性結合發(fā)揮免疫效應。瘦素與B淋巴細胞表面的瘦素受體相結合，促進B細胞存活，同時誘導其分泌IL-6、TNF-α 等促炎細胞因子［19］。體液免疫啟動時，B 淋巴細胞穩(wěn)態(tài)的維持受其細胞凋亡和細胞周期進程的調控影響，因此B 細胞存活及增殖等精細平衡的存在對于預防淋巴細胞紊亂至關重要［20］。瘦素是一種B 細胞的存活因子，可能通過激活Bcl-2和G1/S特異性周期蛋白D1的表達抑制B細胞凋亡，促進其細胞周期進程，起到維持B細胞穩(wěn)態(tài)的作用。有研究顯示，瘦素基因純合突變（ob/ob）小鼠較正常小鼠B 淋巴細胞數(shù)量減少約70%，而經過外源性瘦素治療后，B 細胞數(shù)量得到恢復［21］。瘦素亦可通過JAK-STAT 信號轉導途徑誘導B 細胞分泌促炎和免疫調節(jié)性細胞因子。由此推測，瘦素可能參與了B 淋巴細胞發(fā)育過程，并影響其生理功能的發(fā)揮。

3 瘦素對感染性疾病營養(yǎng)不良的的調控作用及機制

營養(yǎng)不良是感染性疾病的主要危險因素。營養(yǎng)與免疫密切相關，營養(yǎng)不良可抑制吞噬細胞功能，影響細胞介導的免疫反應及細胞因子產生、抗體反應和補體系統(tǒng)的功能，最終導致感染性疾病易感性和病死率增高。

瘦素是營養(yǎng)不良的生物標志物。瘦素由脂肪組織合成并分泌，循環(huán)瘦素水平與脂肪質量成正比，而脂肪質量是評價營養(yǎng)狀況的重要指標；瘦素亦可通過抑制食欲、增加能量消耗、抑制脂肪合成、促進脂肪分解影響機體營養(yǎng)狀況。據(jù)報道，循環(huán)瘦素水平隨著營養(yǎng)不良程度的增加和脂肪質量的降低而顯著降低，低瘦素水平導致感染的易感性增加［22］。瘦素可增加T 細胞葡萄糖轉運蛋白1 表達，促進葡萄糖攝取和糖酵解，進而促進輔助性T 細胞向Th1 和Th17 表型分化，以及促炎細胞因子生成［23］，低血清瘦素濃度抑制淋巴細胞功能和Th1 細胞因子如IL-2和TNF-α分泌。瘦素通過影響下丘腦—垂體—腎上腺軸調節(jié)糖皮質激素的分泌。營養(yǎng)不良患者瘦素水平降低，糖皮質激素水平增加，抑制機體炎癥反應及免疫功能，使機體對感染的抵抗能力下降。動物實驗顯示，營養(yǎng)不良時小鼠體內低瘦素水平使其對內毒素，尤其是對脂多糖誘導的致死性敏感，瘦素替代治療可改善上述情況，推測瘦素缺乏可能對營養(yǎng)不良時的免疫功能障礙產生影響［24］。外源性瘦素給藥可調節(jié)小鼠的免疫反應，防止營養(yǎng)不良誘導免疫抑制，減少延遲型超敏反應損傷，避免小鼠因營養(yǎng)不良誘導的淋巴萎縮［25］。因此，營養(yǎng)不良時瘦素水平降低可能是機體感染易感性增強、病死率增加，以及繼發(fā)于營養(yǎng)不良的免疫反應降低的重要潛在機制。

4 瘦素對感染性疾病易感性的的調控作用及機制

流行病學研究表明，遺傳因素在人類免疫缺陷和感染性疾病易感性中發(fā)揮重要作用。遺傳學領域的研究認為，感染性疾病易感性通常有單基因和多基因兩種遺傳模式。瘦素及其受體均可發(fā)生基因突變從而引發(fā)感染性疾病，歸屬于單基因遺傳病。

瘦素基因純合子突變引起的先天性瘦素缺乏癥是一種隱性遺傳性疾病，導致免疫細胞數(shù)量和功能受損，患者以嚴重早發(fā)型肥胖為特征，臨床表現(xiàn)為飽腹感受損、食欲過剩等，使患者兒童期感染易感性增加，病死率上升［26］。瘦素基因純合子突變主要表現(xiàn)為基因移碼、錯義或缺失突變。瘦素受體由位于4號染色體上的糖尿病基因（db）編碼，具有6 種剪切異構體亞型，其中長亞型瘦素受體（ob-Rb）是瘦素信號轉導的主要形式，主要通過JAK/STAT 通路進行信號傳導，當db 突變時可導致ob-Rb 缺失。有研究發(fā)現(xiàn)，瘦素受體基因純合突變（db/db）小鼠ob-Rb 被短亞型瘦素受體（ob-Ra）取代，由于ob-Ra 缺乏大部分胞質結構域，瘦素介導的信號轉導在db/db 小鼠中嚴重受損［27］。由此可見，瘦素及其受體基因突變均可引起瘦素功能缺陷，表現(xiàn)為各系統(tǒng)反復發(fā)生感染。

目前單基因疾病尚無有效治療藥物，基因治療已成為此類疾病最有效的治療方法。近年來，學者正致力研究使用CRISPR/Cas9 介導的同源導向修復來糾正ob/ob 小鼠體內的肥胖基因R105X 純合點突變，并通過Cas9 介導的基因組編碼對瘦素進行原位校正［28］。利用CRISPR/Cas9 技術治療人類單基因疾病的可行性在進一步研究中，瘦素能否作為此類感染性疾病治療的新靶點，是一個值得期待的課題。

瘦素既是促炎細胞因子又是免疫調節(jié)因子，可直接參與感染性疾病發(fā)病過程。瘦素及其受體不僅與機體免疫狀態(tài)相關，還受到遺傳因素與機體營養(yǎng)狀況的影響，改變感染性疾病的發(fā)生及預后。但瘦素對感染性疾病發(fā)生機制的調控，對炎癥因子及信號通路如何調節(jié)，感染過程中與免疫反應、遺傳因素及環(huán)境營養(yǎng)等環(huán)節(jié)如何相互作用尚不明確。此外，瘦素和免疫系統(tǒng)之間相互作用的復雜性亦廣受關注，瘦素能否通過在特定免疫細胞亞群中精準靶向瘦素或瘦素受體治療感染性疾病，有待進一步研究。