非酯化脂肪酸与代谢性炎症相关性的研究进展①

江 婧 付力立 黄逸馨 陶金忠 曹随忠

(四川农业大学动物医学院动物疫病与人类健康四川省重点实验室,成都611130)

免疫调节和代谢调节在机体中是高度整合、相互依赖的。正常情况下，它们处于一个动态平衡状态，其功能障碍可能会导致一系列的慢性代谢紊乱，给机体带来巨大的危害。非酯化脂肪酸(Non-esterified fatty acids，NEFAs)作为一种重要的脂质代谢产物，常常在体内代谢失调时产生剧烈变化，这种改变常诱发代谢性炎症，进一步加剧代谢紊乱。本文就NEFA在代谢性炎症中的作用途径以及NEFA与代谢性疾病的相关性作一简要综述。

1 代谢性炎症的概念

代谢性炎症的概念由Hotamisligl[1]提出，是一种营养和能量过剩所触发的由炎性分子及其相关信号通路所介导的慢性炎症，又被称为亚急性炎症。代谢性炎症有别于传统炎症所表现出的“红、肿、热、痛”症状，而是一种低水平的慢性炎症。这种慢性低度炎症表现为炎性介质轻度增加，组织或器官的慢性渐进性病理改变[2]。与急性炎症不同的是，亚急性炎症与机体组织代谢功能的改变有关，多发生在与代谢紊乱相关的疾病中，包括肥胖和Ⅱ型糖尿病[3，4]。在代谢性疾病中，由于炎性介质的改变，最终会导致多种类型免疫细胞及炎症通路的激活。

2 NEFA

NEFA，又称游离脂肪酸(Free Fatty Acid，FFA)，是三酰甘油的分解产物和合成原料。它可作为机体的能源物质，是脂代谢过程中的重要部分。同时，NEFA可参与细胞增殖、炎性反应、激素调控等多种生命活动[5-8]，是一种具有多种生理功能的信号分子。棕榈酸、油酸和亚油酸是构成血浆中NEFA最主要的成分。正常情况下，NEFA在血液中的浓度很低，但其含量水平极易受脂代谢、糖代谢和内分泌功能的影响。

目前，大量研究表明，在肥胖、2型糖尿病、冠心病、脂肪肝及热应激等代谢性疾病中，都伴随着NEFA的浓度升高[7，9-11]以及脂质代谢通路的变化。NEFA及其相关产物(如神经酰胺)与动脉粥样硬化的发生密切相关，研究表明脂肪酸结合蛋白参与JNK介导的炎症反应是动脉粥样硬化的成因之一[12]。

3 NEFA参与代谢性炎症产生的机制

代谢性炎症虽然与急性炎症反应有所区别，但它们会以不同的形式引起相同的炎症通路的改变。例如由肥胖引发的代谢性炎症与病原体侵入所引发的炎症都会在损伤部位募集白细胞，引起炎性因子和急性反应蛋白增加，引发组织修复反应；而由于肥胖造成的低水平炎症除此之外还会导致天然免疫系统的活化引起代谢稳态的破坏，造成多种组织器官损伤和疾病发生。有证据表明[13]，在肥胖过程中先天性免疫系统的激活由代谢信号(如NEFA)介导，通过激活模式识别受体(PRR)从而刺激关键性炎症因子IκBα激酶/核因子-κB(IKK/NF-κB)，内质网(ER)应激诱导的未折叠蛋白应答(UPR)和NOD样受体(NLRP3)炎症通路，干扰胰岛素信号传导。而NEFA也被发现在这些过程中有着重要的调节作用[14]，表明NEFA在代谢性疾病导致的慢性炎症产生过程中起着重要的作用。

3.1 NEFA通过诱导胰岛素抵抗参与代谢性炎症的发生 胰岛素抵抗是Ⅱ型糖尿病最重要的病理机制，是指机体由胰岛素刺激引起的葡萄糖摄取功能障碍而造成的胰岛素敏感性下降的现象，它也始终贯穿于几乎所有的代谢性疾病中。多种细胞因子，如：TNF-α、IL-6、MCP-1等均可导致胰岛素抵抗的发生。其中，TNF-α与慢性炎症之间的关系已经得到了充分证明，它是糖尿病、肥胖和慢性炎症之间第一个明确的联系[15]。脂肪组织中TNF-α分泌增加会促进胰岛素抵抗[16]，当敲除小鼠体内TNF-α受体后，肥胖就不会诱导胰岛素抵抗发生[17]。在NEFA直接作用下，会导致包括肝细胞[18]、脂肪细胞[19]等在内的多种细胞TNF-α的mRNA表达量增加；研究还表明血液中NEFA的水平与TNF-α、TG和CRP的水平呈正相关，说明NEFA可通过增加促炎因子TNF-α、CRP的分泌促进胰岛素抵抗的发生，诱发慢性炎症。NEFA可上调脂肪组织中MCP-1的表达[6]，而MCP-1除与胰岛素抵抗的发生直接相关外，还可促使巨噬细胞从M2型到M1型的转变[20]，这种转变使得巨噬细胞所分泌的促炎类细胞因子(IL-6、TNF-α、一氧化氮合酶)水平升高，不仅诱发胰岛素抵抗，还加速组织中的慢性炎症[21]。除此之外，Wong[22]和Shi[23]等研究表明饱和脂肪酸能通过直接结合脂肪细胞、巨噬细胞中的TLR4激活IKKβ的抑制剂，导致胰岛素抵抗。

在脂肪组织分解过程中大量产生的NEFA可降低细胞对胰岛素的敏感性，引起胰岛素抵抗，降低葡萄糖利用率。过高水平NEFA超出机体代谢组织的能量储存能力时，会导致代谢压力。这种代谢应激会导致胰岛素抵抗、促炎细胞因子产生和免疫细胞募集，进一步加重炎症和代谢紊乱。几乎所有的应激和炎症信号都需要与胰岛素受体信号相协调，所有的刺激和免疫反应途径都可能干扰胰岛素作用。因此，NEFA可能是通过诱导胰岛素抵抗进一步激活其他代谢通路从而导致代谢性炎症的发生。

3.2 NEFA诱导内质网应激的发生 内质网(Endoplasmic reticulum，ER)在脂质代谢中起着重要作用，负责分泌蛋白和膜蛋白的产生和折叠，在细胞内稳态改变的情况下易发生内质网应激(Endoplasmic reticulum stress，ERS)。ERS会触发未折叠蛋白反应[24](Unfold protein response，UPR)，与JNK与NF-κB信号通路存在交叉作用，还会产生ROS和一氧化氮。

近年来研究提出，ERS是脂肪肝、动脉粥样硬化等疾病发生的重要因素，它可能是连接肥胖、外周胰岛素抵抗、炎症和肝脏脂肪变性之间的核心机制。在代谢性炎症发生时，脂质代谢的改变尤为突出。脂肪组织三酰甘油酶和激素敏感性脂肪酶激活会加快脂肪组织分解，不仅会使得大量的NEFA释放入血，也会增加脂肪组织中NEFA的水平，导致氧化代谢增强，产生大量自由基触发ERS，从而导致脂肪组织进一步分解，进一步导致代谢紊乱，陷入恶性循环。现已发现，肝细胞中NEFA是启动ERS的关键因素。在非酒精性脂肪肝模型中，肝脏大量摄取NEFA，会增加NEFA在细胞内的聚集，致使内脏脂肪细胞分泌IL-6促进氧化应激反应和ERS[25]，导致慢性炎症，诱导肝细胞凋亡坏死及纤维化的发生[26]。饲以高脂饮食的小鼠其脂肪组织和肝脏内质网应激相关分子(如：PERK，IRE1的磷酸化和JNK)活动增强[27]。在体外培养肝细胞添加NEFA的试验中表明，在一定范围内随着NEFA浓度和作用时间的增加，会导致内质网应激标志分子IRE1α、GRP78和CHOP的mRNA表达水平逐渐升高，诱导ERS的发生，产生大量的ROS激活NF-κB通路，增加炎性因子释放，导致机体氧化损伤[18]。除此之外，NEFA可通过破坏内质网形态，内质网Ca2+稳态以及内质网到高尔基体的蛋白转运障碍诱导ERS。

值得注意的是，ERS与慢性炎症之间的关系并不是单方面的，它与炎性递质和细胞应激通路的激活，如IKK、JNK炎症信号通路，以及ROS、一氧化氮信号[28]之间还存在交叉反应。因此NEFA对慢性炎症的影响可能还与多个信号系统相关联。

3.3 NEFA在代谢性炎症中对TLRs信号通路的影响 Toll样受体是营养物质和病原体感应系统之间共同的信号系统，可引起代谢或营养诱导的炎症反应，在代谢和炎症之间起着关键性的调节作用。多种分子组分，如长链脂肪酸等可激活Toll样受体2和4(TLR2，TLR4)，下游信号随后触发MAPK和NF-κB途径。

NEFA能诱导肝细胞FAT/CD36的表达，通过黏着斑激酶1(Focal adhesion kinase，FAK)、装蛋白(Paxillin，Pxn)和酪氨酸蛋白激酶Lyn，与Toll样受体TLR4和TLR6结合形成三聚体[29，30]，活化炎症信号转导，产生促炎作用。NEFA刺激FAT/CD36的转录、翻译以及蛋白质表达[31]，不仅能促进肝细胞对脂肪酸的摄取，导致肝脏内脂肪聚积，同时也能激活JNK和NF-κB炎症信号通路，导致NAFLD发生和发展。TLR4信号通路的激活可导致动脉壁外向重构[32]和TNF-α表达增加，高浓度的NEFA会导致Toll样受体2(TLR2)和Toll样受体4(TLR4)的mRNA表达水平增加[33]，表明在动脉粥样硬化发生中，NEFA可以激活TLR2/4所介导的炎症信号通路诱导心肌损伤。骨骼肌是NEFA代谢的另一途径，可利用NEFA作为能量。Hussey等[34]发现，血浆NEFA的持续增加可上调人体肌肉中的Toll样受体网络，上调TLR3、TLR4、TLR5和MAPK8的表达，通过长时间低剂量NEFA的输注会诱导胰岛素抵抗和TLR驱动的炎性信号增加。

3.4 NEFA通过调节NF-κB信号通路参与代谢性炎症 核转录因子kappaB(NF-κB)是一种重要的细胞转录调节因子，与机体的自身免疫相关，在感染、免疫反应以及调节细胞分化和凋亡中具有重要作用。NF-κB可诱导产生与慢性炎症反应相关的促炎因子、趋化因子以及与次级炎症反应相关的酶，能参与代谢性疾病所引发的慢性低度炎症过程的各个方面，在维持机体的正常生理功能和整个炎症发生过程中扮演着至关重要的角色，是代谢性炎症复杂网络中的一个中心环节。

巨噬细胞对脂肪组织的浸润在代谢性炎症的发生发展过程中居于核心地位。在IKK2缺失小鼠的体内研究表明，在高脂饮食条件下，IKK2缺失小鼠基础血糖/胰岛素下降，耐糖量升高[35]，而缺失p50亚基的小鼠对肥胖和脂肪组织炎症耐受[36]，这些都表明NF-κB在代谢性炎症中的调节作用。Li等[37]在体外细胞试验中发现，低剂量的NEFA即可使得SREBP-1c mRNA表达升高，并通过ROS介导NF-κB炎症通路；而高剂量的NEFA导致IκB磷酸化水平升高，但在加入PTDC(NF-κB抑制剂)后，IκB磷酸化水平降低，同时NF-κB p65蛋白表达和转录活性以及促炎因子TNF-α、IL-6和IL-1β的表达增加，提示NEFA可通过调节NF-κB信号通路中IκBα 磷酸化水平起到代谢调节作用。说明NEFA可触发自身免疫性炎症损伤，通过激活NF-κB信号通路引起代谢性炎症。

4 小结

慢性炎症反应涉及许多的信号通路，是一个既复杂又相互关联的网络，它在肥胖等疾病中已经得到充分的研究。NEFA作为一种代谢产物，几乎涉及所有的代谢性疾病，它在人类Ⅱ型糖尿病、非酒精性脂肪肝、慢性肾病以及一些动物代谢性疾病中均有所体现。不同于LPS所诱导的急性炎症，在NEFA参与下更多的是表现出炎症因子轻微增加、脂质代谢紊乱和组织器官的功能障碍为特征的慢性低度炎症。