從脂肪組織的內(nèi)分泌功能角度探討其在慢性阻塞性肺疾病中的作用機制研究

王益德，李爭，李風(fēng)森

近40年世界范圍內(nèi)的肥胖發(fā)病率逐漸上升，造成了沉重的社會經(jīng)濟負擔(dān)［1-2］。多項流行病學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，肥胖顯著增加了肺系疾病患病的敏感性，并認(rèn)為肥胖造成的脂質(zhì)蓄積或異常分布是造成慢性阻塞性肺疾病（COPD）等呼吸系統(tǒng)疾病的重要因素［3-5］。有研究認(rèn)為肥胖對肺功能有重要影響：肥胖相關(guān)指標(biāo)與肺功能呈負相關(guān)關(guān)系［6-7］。究其緣由，脂肪組織對肺功能的影響主要通過“物理”及“化學(xué)”兩條途徑發(fā)揮作用?！拔锢怼蓖緩郊锤淖兒粑到y(tǒng)的力學(xué)特征，例如：腹部肥胖可降低肺的順應(yīng)性，很大程度減少了肺體積［8］；內(nèi)臟脂肪組織則可改變膈肌結(jié)構(gòu)、限制其運動，進而損害肺功能［9-10］。而“化學(xué)”途徑則更多依賴脂肪組織活躍的內(nèi)分泌功能得以實現(xiàn)，超重或肥胖造成機體總體或局部的脂肪過度蓄積可誘發(fā)脂毒性反應(yīng)產(chǎn)生慢性炎癥、代謝性氧化應(yīng)激等進而誘導(dǎo)或參與COPD等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展［11-12］。隨著脂肪組織內(nèi)分泌功能在COPD等慢性代謝性疾病的研究不斷深入，筆者查閱相關(guān)文獻對已明確及有爭議的內(nèi)容進行匯總整理，從“化學(xué)”角度入手著重論述脂肪組織與COPD的具體關(guān)系及作用機制。

文獻檢索策略：計算機檢索PubMed、Web of Science、中國知網(wǎng)（CNKI）等數(shù)據(jù)庫，檢索時間設(shè)定為建庫至2022年5月，英文檢索詞包括“Pulmonary disease，chronicobstructive”“Obesity”“Adipose tissue”“Endocrine function”，中文檢索詞包括“肺疾病，慢性阻塞性”“肥胖”“脂肪組織”“內(nèi)分泌功能”。納入標(biāo)準(zhǔn)：文獻內(nèi)容涉及慢阻肺與脂肪內(nèi)分泌功能相關(guān)的流行病學(xué)調(diào)查、機制研究等相關(guān)內(nèi)容；排除標(biāo)準(zhǔn)：與研究主題無關(guān)、原始數(shù)據(jù)缺失、無法獲得全文的文獻。

1 脂肪組織的內(nèi)分泌功能

傳統(tǒng)意義上，脂肪組織一直被認(rèn)為是機體重要的能量儲存器。直到1987年，研究人員初次發(fā)現(xiàn)脂肪也是類固醇性激素的重要代謝場所［13］；1994年，瘦素（leptin）這一由脂肪組織分泌的蛋白因子被首次發(fā)現(xiàn)［14］，完全改變了既往臨床對脂肪組織的看法，從此，脂肪組織的內(nèi)分泌功能相關(guān)研究受到關(guān)注，隨后包括脂聯(lián)素（adiponectin，ADPN）、內(nèi)脂素（visfatin）等多種重要的脂源性激素或細胞因子被相繼發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今脂肪組織內(nèi)分泌功能甚至被認(rèn)為是內(nèi)分泌學(xué)領(lǐng)域的重要突破性進展之一。脂肪組織內(nèi)分泌功能得以實現(xiàn)主要通過自分泌或旁分泌方式作用于脂肪組織和經(jīng)典內(nèi)分泌方式作用于遠端器官或組織，進而有效建立與呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等靶器官的溝通交互網(wǎng)絡(luò)，參與相應(yīng)包括COPD、動脈粥樣硬化等一系列肥胖相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展。

2 脂肪組織分泌的脂肪因子與COPD

2.1 ADPN與COPD ADPN是一類由脂肪細胞特異性產(chǎn)生的分泌蛋白，此種因子大小約為30 kD，以低、中、高3種分子量循環(huán)存在［15］。AdipoR1、AdipoR2是ADPN的兩種受體，其與ADPN的異構(gòu)體具有不同的親和力且在器官組織的分布亦有差異［16］。ADPN通過其抗炎、抗動脈粥樣硬化、抗胰島素抵抗，調(diào)節(jié)糖脂代謝功能在COPD等多種全身慢性疾病進程中發(fā)揮作用［17］。THYAGARAJAN等［18］進行的一項隊列研究發(fā)現(xiàn)低血清ADPN水平與低肺功能相關(guān)，并提示C反應(yīng)蛋白等系統(tǒng)性炎癥相關(guān)標(biāo)志物是連接ADPN和肺功能的重要因果途徑。NAKANISHI等［19］進行的一項體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)：在彈性蛋白酶誘導(dǎo)的肺氣腫模型中肺血管ADPN表達水平降低，并且在ADPN敲除模型小鼠中表現(xiàn)出全身的炎性反應(yīng)并發(fā)現(xiàn)肺泡進行性增大和肺順應(yīng)性增加，甚至出現(xiàn)COPD常見的包括體質(zhì)量減輕、骨質(zhì)疏松等肺外表型，而通過腺病毒介導(dǎo)方式補充外源性的ADPN可明顯逆轉(zhuǎn)上述變化，顯著改善肺氣腫表型。

2.1.1 抑制肺部內(nèi)皮細胞凋亡 作為一類自主有序的死亡方式，細胞凋亡在維持機體組織器官穩(wěn)定性方面扮演重要角色，近年來多項體內(nèi)外研究均證實細胞凋亡表型與COPD疾病進展密切相關(guān)［20-22］。多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PPAR）是半胱氨酸蛋白酶3（caspase-3）的主要作用底物，其可通過剪切116 kD使PARP與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)與催化區(qū)域分離導(dǎo)致失去正常功能從而觸發(fā)凋亡表型，可見Caspase-3在細胞凋亡中發(fā)揮不可替代的作用［23］。一項動物實驗研究發(fā)現(xiàn)ADPN敲除小鼠的Caspase-3蛋白表達明顯上調(diào)，顯著促進肺部內(nèi)皮細胞凋亡，進而導(dǎo)致進行性肺泡增大和肺順應(yīng)性增加［19］。因此，通過ADPN下調(diào)Caspase-3表達進而抑制肺組織內(nèi)皮細胞凋亡可能是COPD防治研究的重要靶點。

2.1.2 抑制炎癥 ADPN可通過直接作用于炎性細胞發(fā)揮抑炎作用，外周血中的單核細胞、NK細胞等均明顯表達AdipoR1、AdipoR2，ADPN可抑制髓祖單核細胞生長并阻止巨噬細胞向泡沫細胞轉(zhuǎn)化［24］；同時其可通過刺激巨噬細胞分泌抑炎因子白介素（IL）-10的方式抑制核因子（nuclear factor，NF）-κB信號通路的活化［25］；在肥胖模型中通常出現(xiàn)ADPN表達下降和IL-6等代謝性炎性因子表達升高，AJUWON等［26］研究發(fā)現(xiàn)ADPN可抑制脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的IL-6等促炎因子表達，因此ADPN具有調(diào)控脂肪組織或脂肪細胞代謝性炎癥作用；動物實驗發(fā)現(xiàn)ADPN與腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α存在制約關(guān)系：在ADPN敲除小鼠模型中TNF-α表達顯著降低，相反，通過病毒介導(dǎo)下調(diào)TNF-α表達可提高體內(nèi)ADPN表達水平［27］。COPD作為一類炎癥發(fā)揮主導(dǎo)作用的慢性全身性炎癥性疾病，體內(nèi)NF-κB、IL-6、TNF-α等相關(guān)促炎通路或因子的活化可加重其疾病進程，所以，有理由推測ADPN對于COPD的潛在治療作用可能與其抑制機體炎性反應(yīng)有關(guān)。

2.1.3 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝平衡 雖然目前尚無ADPN調(diào)控COPD脂質(zhì)代謝的直接證據(jù)，但是多項流行病學(xué)調(diào)查研究均提示COPD患者多存在體脂代謝異?，F(xiàn)象［28］，2019年的研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)、脂質(zhì)分子（包括脂質(zhì)遞質(zhì)、脂質(zhì)合成轉(zhuǎn)錄因子、膽固醇和磷脂）的分解代謝和合成代謝異常與COPD患病密切相關(guān)［29］。作為脂肪組織分泌的一類重要脂肪因子，ADPN在調(diào)控脂質(zhì)代謝方面發(fā)揮重要作用，首先其可通過與AdipoR1或R2受體結(jié)合，激活下游腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）脂代謝通路誘導(dǎo)乙酰輔酶A羧化酶（ACC）磷酸化失活促進脂肪酸氧化［30-31］；同時，也可與上述受體結(jié)合經(jīng)PPARα和AMPK通路調(diào)控下游膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（sterolregulatory element binding proteins，SREBP）-1c、解偶聯(lián)蛋白（uncoupling protein，UCP）家族重要因子的表達進而發(fā)揮抑制脂質(zhì)生成的作用［32-33］。因此，從脂質(zhì)代謝角度切入ADPN在COPD疾病進展中的作用也將是未來研究的一個重要方向。

2.2 瘦素與COPD 瘦素是由白色脂肪分泌的包含146個氨基酸構(gòu)成的蛋白分子，屬于長鏈螺旋細胞因子家族中的一員［34］；瘦素受體基因包含19個內(nèi)含子和20個外顯子，長度約為5.1 kb，位于染色體1p31［35］；瘦素通過與受體結(jié)合后可產(chǎn)生相應(yīng)的生理學(xué)效應(yīng)，其受體基因在包括心、肝、大腦脈絡(luò)叢等器官組織中廣泛表達，有研究發(fā)現(xiàn)瘦素受體也在肺臟中高度表達，提示肺臟同是瘦素反應(yīng)的重要靶器官［36］。近年來多項研究發(fā)現(xiàn)這種脂肪因子與COPD密切相關(guān)：一項人群調(diào)查研究顯示血漿較高瘦素水平與肺功能第1秒用力呼氣容積（FEV1）等指標(biāo)下降有關(guān)［37］；此外HANSEL等［38］研究發(fā)現(xiàn)瘦素受體基因變異也與肺功能下降顯著相關(guān)：在COPD患者中發(fā)現(xiàn)其肺功能下降與瘦素21個單核苷酸多態(tài)性存在關(guān)聯(lián)，并且單倍型分析與個體標(biāo)記的關(guān)聯(lián)，動物實驗采用近交系小鼠的免疫組化結(jié)果支持了其受體在COPD發(fā)病中的潛在作用。

2.2.1 誘導(dǎo)炎性反應(yīng) 與ADPN不同，瘦素是一種促炎性脂肪因子。一項來自墨西哥的關(guān)于女性COPD患者的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無論是吸煙相關(guān)COPD還是生物燃料暴露相關(guān)COPD與對照組相比，其炎癥遞質(zhì)因子及瘦素表達水平均顯著升高，提示瘦素可能在COPD患者全身炎性反應(yīng)中起到重要作用［39］。此外，瘦素水平也與COPD不同疾病階段有關(guān)，一項系統(tǒng)評價結(jié)果顯示：COPD急性加重期瘦素水平相較于健康對照組顯著升高［40］。究其原因，可能與以下因素有關(guān)：ZHOU等［40］研究發(fā)現(xiàn)COPD急性加重期血清瘦素水平升高且與TNF-α水平呈正相關(guān)，而且有研究證實瘦素能通過激活巨噬細胞方式促進TNF-α、IL-6及相關(guān)炎性趨化因子釋放進而引發(fā)全身代謝性炎性反應(yīng)［41］；除了巨噬細胞以外，尚有研究發(fā)現(xiàn)瘦素可直接誘導(dǎo)成纖維滑膜細胞分泌促炎因子IL-8，上述因子又可以直接或間接方式影響到肺臟及全身的炎性反應(yīng)進而參與到COPD疾病進程中［42-43］。細 胞 質(zhì) 磷 脂 酶 A2（cytoplasmic phospholipase A2，cPLA2）-α是一類在炎性反應(yīng)中發(fā)揮承上啟下作用的信號分子，在多種炎性遞質(zhì)的釋放過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用［44］，有研究發(fā)現(xiàn)瘦素可經(jīng)過絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）/NF-κB信號通路直接促進肺臟cPLA2-α的表達［45］，因此，cPLA2-α或成為COPD脂質(zhì)代謝異常的全身炎性疾病中潛在的治療靶點。

2.2.2 激活氧化應(yīng)激 作為一種誘導(dǎo)型蛋白酶，環(huán)加氧酶（cyclooxygenase，COX）-2在受到氧化應(yīng)激、炎癥等相關(guān)信號刺激時可顯著高表達，其內(nèi)源性產(chǎn)物前列腺類激素可誘導(dǎo)中性粒細胞由氣道上皮遷移到氣道內(nèi)，因此COX-2被認(rèn)為是肺部氧化應(yīng)激及炎性反應(yīng)的重要標(biāo)志物［46-47］。cPLA2α/COX-2信號通路的激活是肺部氧化應(yīng)激的重要機制之一［48］。HSU等［49］發(fā)現(xiàn)瘦素可經(jīng)過NADPH/ROS/AP-1信號通路上調(diào)cPLA2α/COX-2表達，并且ROS清道夫（N-acetylcysteine，NAC）、NADPH氧化酶抑制劑或活化蛋白（AP）-1抑制劑可逆轉(zhuǎn)上述過程。此外，BLANCA等［50］基于磷脂酰肌醇三激酶-蛋白激酶 B信號通路（phosphatidylinositide 3-kinases-protein kinase B，PI3K-AKT）信號通路探討瘦素對氧化應(yīng)激的影響，其可通過上調(diào)NADPH氧化酶產(chǎn)生的超氧陰離子、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2表達和硝基酪氨酸（nitrotyrosine，NT）水平而加重機體氧化應(yīng)激狀態(tài)。所以，通過靶向瘦素，開發(fā)其抑制劑可能通過下調(diào)NADPH/ROS/AP-1及PI3K-AKT等氧化應(yīng)激相關(guān)通路關(guān)鍵蛋白表達而在COPD合并脂質(zhì)代謝異常疾病中發(fā)揮治療作用。然而，上述實驗是基于Ⅱ型肺泡細胞和大鼠腎上皮細胞等進行的，目前缺乏在COPD模型基礎(chǔ)上瘦素對氧化應(yīng)激表型影響的直接機制研究。

2.3 內(nèi)脂素與COPD SAMAL等［51］首先利用基因測序技術(shù)從人類血淋巴細胞中分離出內(nèi)脂素，多項研究顯示其在脂肪尤其是內(nèi)臟脂肪、肺臟、骨髓等全身多種器官組織中均表達［52-53］。編碼內(nèi)脂素的基因全長約為34.7 kb，包含10個內(nèi)含子、11個外顯子，位于7q，編碼區(qū)翻譯后共產(chǎn)生包含分子量為52 kDa蛋白質(zhì)的473個氨基酸的多肽或內(nèi)臟脂肪素蛋白，該基因具有高度生物保守性［53］。內(nèi)脂素在物質(zhì)代謝、細胞凋亡、炎性反應(yīng)等多種生物表型發(fā)揮作用，但是促炎作用仍是其參與多種疾病發(fā)生、發(fā)展的主導(dǎo)機制［54］。COPD是一種肺部及全身的慢性炎癥性疾病，而COPD合并超重或肥胖等脂代謝異常疾病與肺功能低下、嚴(yán)重臨床表現(xiàn)及較差預(yù)后等密切相關(guān)［6-7］，近年來脂肪組織分泌的內(nèi)脂素誘導(dǎo)機體全身低度炎性反應(yīng)狀態(tài)在COPD中的重要作用愈受關(guān)注。已有多項臨床研究支持內(nèi)脂素與COPD的密切關(guān)系：首先，相較于健康組，COPD患者血清內(nèi)脂素濃度顯著升高，并且其表達濃度與TNF-α、C反應(yīng)蛋白等炎性標(biāo)志物水平呈正相關(guān)關(guān)系［55］；此外，內(nèi)脂素在COPD不同疾病階段的表達亦有差異，具體為血清內(nèi)脂素水平在COPD急性加重期濃度高于穩(wěn)定期及健康對照組［56］。

內(nèi)脂素在COPD的具體作用機制可能與以下因素有關(guān)：有研究表明內(nèi)脂素可通過調(diào)控TNF-α從而促進IL-8高表達方式誘導(dǎo)或加劇肺泡上皮細胞炎性反應(yīng)，而通過RNA干擾技術(shù)沉默內(nèi)脂素可抑制TNF-α、IL-8表達從而降低EA.hy926細胞的炎癥水平［55-56］；黏液高分泌參與了包括痰栓形成，氣道阻塞、細菌定殖等引起氣道氣流受限的整個過程，是COPD的重要病理特征之一［57］，黏液相關(guān)蛋白是氣道黏液中最重要的組成部分，其中黏附分子細胞間黏附分子 （intracellular adhesion molecules，ICAM）-1、血管細胞黏附分子（vascular cell adhesion molecule，VCAM）-1又是黏液蛋白家族的重要成員，廣泛參與到細胞識別和炎性反應(yīng)中炎性細胞與內(nèi)皮細胞的黏附。有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)脂素可通過激活NF-κB信號通路途徑促進ICAM-1、VCAM-1介導(dǎo)的內(nèi)皮細胞炎性反應(yīng)［58-59］。而且，也有研究發(fā)現(xiàn)預(yù)處理內(nèi)脂素可通過上調(diào)NF-κB活性增加IL-6、IL-8等炎性細胞因子表達從而誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞功能障礙［60］。因此通過靶向內(nèi)脂素調(diào)控TNF-α或NF-κB信號通路進而下調(diào)下游IL-8等細胞因子及ICAM-1、VCAM-1等黏附分子表達可能對于抑制COPD合并脂質(zhì)代謝異常疾病的慢性炎性反應(yīng)具有重要作用。

3 總結(jié)與展望

本文基于脂肪組織內(nèi)分泌功能分別論述了其分泌的ADPN、瘦素、內(nèi)脂素等脂肪因子通過炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激、細胞凋亡及脂質(zhì)代謝等途徑直接或經(jīng)由循環(huán)系統(tǒng)間接作用到肺組織，進而參與到COPD疾病進程的機制。目前對于COPD和脂肪因子互作研究仍處于初步階段，尚有很多問題亟待解決：（1）當(dāng)前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的脂肪因子近百種，但與COPD相關(guān)的脂肪因子僅集中在常見的幾類，并且其基礎(chǔ)機制研究大多相對表淺；（2）此外，部分研究出現(xiàn)矛盾的結(jié)論，例如有研究認(rèn)為ADPN與肺功能呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，高水平ADPN濃度是COPD的保護因素［18］，但也有研究提示高表達ADPN可能會損害肺功能進而參與誘導(dǎo)COPD患?。?1］?？赡艿脑驗榉逝肿陨韽?fù)雜性：不僅ADPN等脂肪因子，臨床相關(guān)肥胖指標(biāo)與COPD的具體關(guān)系本身就存在矛盾；肥胖對COPD的負面影響［3-5］，前已表述，但也有研究發(fā)現(xiàn)超重是COPD患者良好預(yù)后的積極保護因素［62］。筆者認(rèn)為造成上述矛盾現(xiàn)象的原因可能與研究方法有一定關(guān)系，當(dāng)前關(guān)于肥胖與肺功能的相關(guān)性分析多采用簡單的正相關(guān)或負相關(guān)分析。但是，在現(xiàn)實的生物醫(yī)學(xué)研究中許多研究因素對結(jié)局變量的影響并非簡單的線性關(guān)系，而是存在閾值效應(yīng)現(xiàn)象，即在一定的范圍內(nèi)會有積極或消極的影響，但在經(jīng)過某個分界點后發(fā)展方向會發(fā)生變化。本課題組前期一項研究使用平滑擬合曲線聯(lián)合分段回歸模型分析發(fā)現(xiàn)肺功能與體脂呈現(xiàn)倒置U型曲線關(guān)系［63］。當(dāng)然，除了體脂與肺功能之間存在閾值效應(yīng)的原因以外，不同性別、肥胖程度、疾病階段均是影響研究結(jié)論的重要因素［64-66］。

總之，為了闡明脂肪組織對COPD的影響和具體作用機制，系統(tǒng)的重疊呼吸系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)疾病的高質(zhì)量臨床和基礎(chǔ)研究是非常有必要的。由于COPD和脂肪組織的內(nèi)分泌功能均具有自身復(fù)雜性，接下來的研究應(yīng)注意采用非線性等高級統(tǒng)計方法進行分子流行病學(xué)研究聯(lián)合代謝組學(xué)等系統(tǒng)生物學(xué)方法篩選影響COPD的重要脂肪因子并深化機制分析，這對于明確兩者的具體關(guān)系及互作機制是非常重要的，同時也對于進一步通過靶向重要脂肪因子進行COPD合并脂質(zhì)代謝異常疾病相關(guān)藥物開發(fā)具有重要意義。

作者貢獻：李爭、李風(fēng)森負責(zé)文章的可行性分析、質(zhì)量控制及審校、監(jiān)督管理，對文章整體負責(zé)；王益德提出文章思路，文獻/資料檢索與收集、論文撰寫與修訂。

本文無利益沖突。