脂联素在急性肺损伤中的机制探讨

任海涛，姚 蓉，曹 钰

(四川大学华西医院急诊科，四川 成都 610041)

急性肺损伤是一种常见危重症，发病率约78.9/10万，且随年龄增加而升高，年龄矫正后发病率高达86.2/10万，医院病死率约38% ～60%，死因多为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory dysfunction syndrome，ARDS)或多脏器功能障碍综合征(multiple organ dysfunction Syndrome，MODS)。急性肺损伤是在严重感染、休克、创伤、及烧伤等非心源性疾病过程中，肺毛细血管内皮和肺泡上皮细胞损伤造成弥漫性肺间质及肺泡水肿，导致的急性低氧性呼吸功能不全或衰竭，以肺容积减少、肺顺应性降低、严重的通气/血流比例失调为病理生理特征，临床表现为进行性低氧血症和呼吸窘迫，肺部影像学表现为非均一性的渗出性病变，急性肺损伤病因可分为直接或间接病因。直接病因，如肺炎、误吸等;间接原因，如败血症、严重创伤、胰腺炎、缺血再灌注等［1～6］。

急性肺损伤的发病机制尚未完全阐明，目前认为可能与中性粒细胞、肺泡巨噬细胞、内皮细胞同时被激活，导致大量炎性介质及细胞因子生成和释放有关。在创伤、感染等刺激下，血循环中出现高水平的脂多糖(LPS)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1等，同时协同诱导IL-8释放，攻击中性粒细胞使之活化，再次释放细胞因子，呈现级联反应，循环往复并持续损伤内皮。白细胞跨越内皮游走至肺泡上皮，趋化作用增强。白细胞集聚发生呼吸暴发将产生大量的氧化物酶、氧自由基、弹性蛋白酶反复损伤肺泡上皮，导致气体交换功能低下等，可表现为肺功能不全、呼吸困难、呼吸短促及发绀，此症状逐渐加重。听诊有呼吸音减弱、小水泡音［1，2，4］。

脂联素是一种蛋白质激素，又称为 Acrp30、apM1、AdiopQ或GBP21，是近年来发现的主要由脂肪细胞分泌的一种蛋白质激素。鼠类脂联素由247个氨基酸组成，人脂联素由244个氨基酸构成，分子量为30 kDa。血浆中的脂联素有三聚体、六聚体和多聚体3种形式，六聚体为低分子量(LMW)，多聚体为高分子量。它在血浆中有较高的浓度(5～30 μg/ml)［7］，占血浆蛋白的 0.01%，且具有明显的性别差异，女性高于男性，青春期后表现得更加显著。人脂联素基因位于3q27，长约17 kb，包含3个外显子和2个内含子，有4个结构域:氨基端的信号序列、一段非同源序列、胶原结构域和羧基端的球形结构域［7］。脂联素有两种受体，其中AdipoR1分布广泛，尤以骨骼肌中含量最多，而AdipoR2则以肝脏中分布为主。Marina等［8］研究发现:患慢性阻塞性肺疾病(肺气肿)的患者气道内皮细胞也可分泌脂联素及表达脂联素功能性R1受体。该研究提示，脂联素可能有潜在的治疗急性肺损伤的作用。

脂联素作用已经报道的有增加胰岛素的敏感性［9］、改善胰岛素抵抗、抗炎抗动脉粥样硬化［10］，促进糖类和脂类的代谢［11］。鉴于炎症级联反应、血管内皮功能障碍、肺泡上皮损伤在急性肺损伤发病机制中的重要地位，及脂联素具有保护内皮和抗炎抗氧化作用，其在理论上有可能应用于治疗急性肺损伤，可能机制:脂联素可能通过促进游离脂肪酸的代谢，减少炎性因子产生和释放，一定程度上减轻肺的损伤。Yamauchi等［11］和 Joachim 等［12］研究表明:脂联素的主要作用可能是通过尚未阐明的机制增加细胞内腺苷酸环化酶的含量水平而不是增加腺苷酸环化酶的活性来促进游离脂肪酸的代谢;脂联素可能增加β氧化作用通路中的酶和氧化磷酸化酶的表达，并通过线粒体促进肌肉对游离脂肪酸的氧化代谢，能直接促进C2C12心肌对细胞游离脂肪酸的代谢。研究显示，游离脂肪酸含量升高可以引起炎症因子(如TNF-α和IL-6)生成和释放及NO的产量降低，进而导致血管内皮功能障碍。所以，脂联素降低游离脂肪酸含量的作用可能在一定程度上减少炎症因子的生成和释放及增加NO的含量，达到保护血管内皮、减轻肺上皮和血管上皮的损伤，最终起到降低急性肺损伤的损伤严重程度。

脂联素可以减少氧自由基生成和抗炎抗氧化、调节细胞内钙离子浓度的作用［7］。Yamauchi等［11］研究发现脂联素能激活离体C2C12心肌细胞膜上的腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)途径，减少氧自由基生成和抗炎抗氧化［7］、调节细胞内钙离子浓度的作用。在急性肺损伤过程中，NF-kB途径激活可以使中性粒细胞大量聚集到肺，造成IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α大量合成和释放，导致肺血管通透性增加，造成肺损伤。脂联素能通过激活AMPK途径后抑制NF-KB抑制蛋白-α的磷酸化抑制NF-kB途径的激活［10］，减少炎症介质的合成和释放，进而在一定程度上降低肺损伤的程度。脂联素与其受体结合后通过变构激活作用、易化作用及抑制去磷酸化作用AMPK以及激活p38MAPK［6］两个途径，引起下游分子的改变，使乙酰辅酶A羧化酶(ACC)及过氧化物酶体增生物激活受(PPAR)磷酸化，从而增加脂肪酸的β氧化和抗炎作用;AMPK途径激活能调剂细胞内钙离子的浓度，可能减轻急性肺损伤的严重程度;AMPK途径激活能抑制H2O2诱导的氧化应激过程，可能减轻急性肺损伤的严重程度。抗炎抗氧化治疗在急性肺损伤的治疗中占有重要地位，这就提示脂联素可能有治疗急性肺损伤潜在作用［13～16］。

脂联素可以改善内皮细胞氮氧化物合酶(eNOS)活性以抑制细胞内过氧化反应。Motoshima等［17］证实脂联素作用于离体牛内皮细胞，可能通过还原型辅酶Ⅱ(NADPH)氧化酶或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)氧化酶相关机制，可以改善氧化性低密度脂蛋白(OxLDL)诱导的eNOS活性抑制，增加eNOS活性，增加NO含量，进而抑制细胞内过氧化反应。氧自由基的释放的减少，以及降低氧化型低密度脂蛋白诱导的氧自由基产物的产生，起到抗氧化作用。对高脂血症大鼠血管的研究也显示脂联素可以减少超氧化物产生和过氧亚硝酸盐生成，减轻氧化应激/硝基化应激［18］。

脂联素与钙离子拮抗剂联合使用可能对百草枯诱导的急性肺损伤的治疗有较多潜在价值。曹钰等［19］研究提示:百草枯诱导的急性肺损伤的机制可能与联吡啶阳离子产生反应态氧、细胞内钙超载有关。Sarah等［20］研究发现钙离子和AMP可以协调激活 AMPK。钙调蛋白依赖性蛋白激酶-β(CaMKKβ)和LKB1一样被证实是AMPK系统的上游激酶。细胞内钙离子增加能开启多种方式消耗ATP，如离子泵或离子通道的运行、细胞膜的分泌和转运及机动蛋白的相互作用。ATP的消耗使ADP/ATP的比值变大，进而激活AMPK途径，即钙离子增加分别通过钙调蛋白依赖性蛋白激酶-β和ADP/ATP的比值变大两条途径激活AMPK途径。这就提示若能使用钙离子拮抗剂抑制急性百草枯中毒诱导的钙超载生，使细胞内钙离子在生理范围内增加，也许能降低急性肺损伤的程度。随着对急性肺损伤和脂联素的深入研究，脂联素与钙离子拮抗剂联合使用也许能给急性百草枯中毒诱导的急性肺损伤的治疗带来新的曙光。

脂联素可以抑制巨噬细胞前体的生长和成熟巨噬细胞的功能以调节炎症反应。Takafumi等［14］人体细胞体外实验研究证明:脂联素至少可能通过抑制成熟巨噬细胞的功能和抑制巨噬细胞前体的生长两条途径调剂炎症反应，前者被认为在炎症反应的早期有重要的作用，后者可能起到抑制后期慢性炎症反应的作用。脂联素作用于巨噬细胞，一方面能调节某些激酶和p38的磷酸化，使瘦素引起的TNF-2生成减少，起到抗炎作用;另一方面，经脂联素处理的巨噬细胞能调节NK细胞的活性，起到抗炎作用。此外，脂联素的抗炎效应还包括抑制白细胞集落的形成;脂联素结构与TNF-2类似，两者可以互为受体拮抗剂，在脂肪组织中相互抑制各自的基因表达产物，在肌肉组织中互相抑制对方的功能。

综上可以看出，在急性肺损伤中肺毛细血管和肺泡上皮细胞损伤及之后的炎症级联反应、氧化还原反应是其损伤主要原因，而脂联素可以通过调节细胞内钙离子浓度、增强脂质氧化反应、变构激活腺苷酸激酶、AMP/ATP比值等起到保护内皮、抗炎、抗氧化等作用，减轻急性肺损伤的严重程度。目前尚缺乏脂联素干预急性肺损伤的进一步研究和报道，但是，随着脂联素相关作用机制研究的深入，可能会带给急性肺损伤的研究和治疗新的惊喜。

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