肿瘤坏死因子超家族在肥胖症中的作用研究进展

任晓英综述，闫 爽审校

0 引 言

近30年来，肥胖症的患病率明显增长，已成为全球面临的重大公共卫生危机。肥胖症是一种以体内脂肪过度蓄积和体重超常为特征的慢性代谢性疾病，会导致2型糖尿病、心血管疾病和非酒精性脂肪性肝病等一系列并发症[1]。慢性低度炎症是肥胖症的标志，而脂肪组织在其中发挥重要作用。在肥胖背景下，免疫细胞包括巨噬细胞、T淋巴细胞、2型固有淋巴样细胞(type 2 innate lymphoid cells ,ILC2s)和嗜酸性粒细胞等被募集到脂肪组织中，免疫细胞以及脂肪细胞可通过分泌细胞因子或细胞表面分子的相互作用，激活炎症信号通路从而导致脂肪组织炎症。这种肥胖背景下的脂肪组织炎症可导致脂肪组织功能障碍，包括诱导脂肪细胞中的胰岛素抵抗，抑制米色脂肪生成和诱导功能性脂肪组织重塑，进而导致肥胖及其并发症的发展[2-3]。然而，通过限制热量摄入及增加热量消耗，药物以及代谢性手术预防和治疗肥胖相关性并发症仍然存在很大局限性。因此，需要寻找新的生物标志物及治疗靶点来有效预防和治疗肥胖。本文主要就肿瘤坏死因子超家族(tumor necrosis factor superfamily,TNFSF)在肥胖发生、发展中的作用研究进展作一综述。

1 TNFSF

TNFSF包含TNFSF配体及相应的TNF受体超家族(tumor necrosis factor receptor superfamily,TNFRSF)成员。在人体中，TNFSF由19个配体和29个受体组成。大多数TNFSF配体是Ⅱ型跨膜蛋白，以膜结合形式表达，可裂解产生可溶性配体。TNFRSF的成员是Ⅰ型跨膜蛋白，由胞外域，跨膜域和胞内域组成。TNFSF配体结合并激活相应的TNFRSF，TNFRSF的细胞内域在细胞内募集信号转导蛋白，进而激活下游信号通路。实际上，TNFSF配体与受体的结合并非一对一的关系，这种广泛共享的配体和受体在各种类型细胞和组织之间建立了广泛的通讯网络，在炎症以及先天性和适应性免疫应答调控中具有复杂而重要的作用[4-5]。

TNFSF/TNFRSF具有多种生物学功能，如调节细胞存活、增殖、分化和凋亡，但其最关键的功能与免疫系统有关。先天性和适应性免疫细胞均受TNFSF/TNFRSF成员的调控，以协调驱动免疫应答的共同刺激或共同抑制，而这些信号通路的失调与炎症和自身免疫性疾病有关[6]。研究发现，多种TNFSF/TNFRSF成员参与炎症性疾病、自身免疫性疾病和癌症，并且许多针对不同疾病中TNFSF成员的靶向研究已经批准用于临床或进入临床试验，如抗B细胞活化因子(BAFF,也称为TNFSF13B)的抗体belimumab以及靶向RANKL(TNFSF11)的抗体denosumab，分别用于治疗系统性红斑狼疮和骨质疏松症[7]。近年来的研究显示TNFSF成员，尤其是肿瘤坏死因子-α(TNF-α,也称为TNFSF2)、CD40L(TNFSF5)、TL1A(TNFSF15)，LIGHT(TNFSF14)和RANKL(TNFSF11)通过促进炎症进而导致代谢障碍参与肥胖症的发生发展。

2 TNF-α与肥胖

TNF-α是研究发现导致肥胖者脂肪组织和全身性胰岛素抵抗的第一个炎症因子[8]。在脂肪组织中，TNF-α主要由间质血管和基质部分(包括巨噬细胞)分泌，在前脂肪细胞中也有表达[9]。TNF-α是一种26 kDa的跨膜蛋白，经TNF-α转化酶处理后形成具有生物活性的17 kDa可溶性形式，通过Ⅰ型和Ⅱ型TNF-α受体发挥作用。

TNF-α促进肥胖症的发展。肥胖者脂肪组织中TNF-α水平升高。在肥胖背景下，脂肪细胞释放游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)增加，胎球蛋白-A激活FFA并共同作用于巨噬细胞表面的Toll样受体4，使巨噬细胞释放促炎细胞因子，包括TNF-α和IL-6等。而TNF-α会进一步促进脂肪细胞释放单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)和FFA，导致炎症进展。在脂肪组织中，TNF-α通过降低脂肪细胞胰岛素受体酪氨酸激酶的活性导致胰岛素抵抗。此外，TNF-α还可抑制脂肪细胞分化，使脂肪细胞形成分化的特定标志物如过氧化物酶体增殖物激活受体-γ2表达降低[2,10]。

运动及药物通过降低TNF-α水平减轻肥胖。有临床试验证实，为期12周下降或上升楼梯运动可改善中国肥胖女性的胰岛素敏感性，这可能与TNF-α水平降低有关[11]。此外，细胞实验证明，人参皂苷CK通过抑制肥大脂肪细胞诱导的MCP-1、TNF-α升高以及促进胰岛素信号通路中IRS-1的表达，减轻肥胖症的炎症和胰岛素抵抗[12]。也有研究表明维生素 D 通过降低 TNF-α的循环水平减轻肥胖大鼠的体重增加和腹部脂肪沉积[13]。最新研究发现一种基于介孔二氧化硅包覆的氧化铈纳米酶的新型纳米复合材料，能降低TNF-α的循环水平，从而改善脂肪酸循环水平及其代谢表型[14]。以上研究表明，在细胞和动物实验中，许多药物已显示出通过降低TNF-α水平改善肥胖的作用。然而，尚未见靶向TNF-α的药物应用于临床来治疗肥胖。

3 TNFSF其他成员与肥胖

3.1 CD40L/CD40CD40(TNFRSF5)及其配体CD40L在各种类型的细胞中广泛表达，巨噬细胞，树突状细胞(dendritic cell, DC)和B细胞上表达CD40，而T细胞和血小板在活化后表达高水平的CD40L，CD40L也可作为可溶性因子而产生。CD40L自组装成功能三聚体，可诱导CD40三聚和下游信号传导。经典的CD40/CD40L信号转导由TRAFs的募集和NF-κB激活介导。CD40/CD40L相互作用还参与调节组织炎症，血栓形成和造血作用。由于其在免疫激活中的重要作用，CD40/CD40L被认为是有吸引力的免疫治疗靶点[15]。

可溶性CD40配体(sCD40L)可能参与肥胖发病。肥胖患者血浆sCD40L显著升高，而减重后显著下降[16]。此外，有研究发现，在减肥手术后病态肥胖患者中，循环 sCD40L 的显著减少与胰岛素抵抗和慢性炎症的改善有关[17]。

然而，最近的研究发现，T细胞和树突状细胞上的CD40/CD40L在肥胖症中具有保护作用。Wolf等[18]研究发现，高脂饮食条件下，T细胞特异性CD40缺陷小鼠的脂肪组织中炎性细胞、促炎基因和体重显著增加，且该促炎和不良代谢表型可通过CD40缺陷型淋巴细胞重建而移植到野生型小鼠中。Aarts等[19]研究结果显示，在同样高脂饮食的条件下，与野生型小鼠相比，树突状细胞特异性CD40缺陷小鼠的体重、脂质沉积和脂肪组织炎症增加，血浆总胆固醇显著升高，且脂肪组织中的调节性T细胞(Tregs)增加，推测CD40阳性的树突状细胞通过调节性T细胞而抵抗肥胖及其相关并发症。

抗CD40信号已经显示出一定的抗肥胖作用。有动物实验表明，小分子抑制剂(SMI) 6860766特异性阻断 CD40-TRAF6 相互作用后，改善了饮食诱导的肥胖小鼠的胰岛素敏感性，减少了脂肪组织炎症和肝脂肪变性[20]。此外，肥胖大鼠用沙格列汀治疗4周或8周，血糖水平的改善与sCD40水平降低相关[21]。另有研究发现，C57Bl6 小鼠注射中和抗 CD40L抗体 12 周，同时喂食高脂肪饮食导后，减弱了饮食诱导的肥胖、肝脂肪变性的发展，并增加了全身胰岛素敏感性[22]。综上，对于CD40在肥胖及其并发症中的作用还存在争议，有待进一步研究。

3.2TL1A死亡受体3(DR3，也称为TNFRSF25)是T细胞表达的一种肿瘤坏死因子受体超家族，其在活化的T细胞中被上调。类TNF的配体1A(TL1A，TNFSF15)，是一种膜结合分子，主要由DC，B细胞和巨噬细胞表达[6]。TL1A是一种促炎性因子，TL1A-DR3的相互作用可引起许多炎症反应，近年来发现TL1A与肥胖相关。

TL1A可能参与肥胖的发病。有临床研究表明，肥胖合并2型糖尿病患者内脏脂肪组织中TL1A的表达显著高于非糖尿病患者。此外，肥胖患者内脏脂肪组织中中表达更高水平的TL1A mRNA[23]。

细胞和动物实验证明，TL1A促进肥胖的发生发展。 一方面，TL1A通过诱导脂肪组织炎症，导致脂肪细胞胰岛素抵抗，促进肥胖的发生。Tougaard等[24]发现TL1A缺陷小鼠体重显著下降，并且解剖后肉眼可见脂肪组织量减少。随后对TL1A在肥胖中的具体作用机制进行了深入研究。结果显示，高脂饮食喂养的TL1A正常小鼠比TL1A缺陷小鼠的体重和附睾白色脂肪组织量增加更显著。对附睾白色脂肪组织中的先天淋巴样细胞评估结果显示，TL1A缺陷小鼠的附睾白色脂肪组织中ILC2s比例增加， ILC1s和TCRγδ+T细胞的比例减少，TNF、Ripk3(TNF信号成分)和线粒体解偶联基因UCP1、UCP2和UCP3的表达降低，因此认为TL1A通过调节附睾白色脂肪组织中的先天淋巴细胞组成、炎症因子的表达和线粒体介导的氧化应激促进肥胖的发生[25]。另一方面，TL1A也可通过诱导脂肪细胞胰岛素抵抗和巨噬细胞M1极化而使脂肪组织功能障碍。Maixner等[23]实验结果显示，脂肪组织的T淋巴细胞可合成分泌TL1A。用hTL1A处理人CHUB-S7脂肪细胞24h后，胰岛素信号通路蛋白Akt和GSK磷酸化显著减弱，此外，TL1A可诱导人MDM(单核细胞衍生的巨噬细胞)脂质积聚且促炎性M1极化基因(TNF-α、IL-6和MCP-1)mRNA水平增加，抗炎性M2极化标记(CD206，CD209)mRNA水平降低。以上研究表明，TL1A促进肥胖的发生。由于对TL1A在肥胖症中的作用机制研究处于初始阶段，阻断TL1A的药物尚待研发。

3.3LIGHTLIGHT(TNFSF14)是TNF超家族的一部分，也是TNF-淋巴毒素的重要细胞因子网络。由自然杀伤细胞，活化的T细胞、粒细胞、单核细胞和未成熟的树突状细胞表达。LIGHT可结合两个受体，淋巴毒素β受体(LTβR)和疱疹病毒进入介体(herpesvirus entry mediator,HVEM)。LTβR存在于基质和髓样细胞中，HVEM存在于造血、上皮和内皮细胞中。LIGHT-HVEM相互作用决定了有效的T细胞共刺激效应[26]。

LIGHT可能参与肥胖的发生。肥胖受试者组血清LIGHT水平较对照组显著增加，且在循环中单核细胞、CD3+T细胞和中性粒细胞上显示高表达水平[27]。另有研究发现，肥胖受试者和肥胖T2DM患者中LIGHT的表达明显高于正常受试者， 而进行胃旁路手术减肥后， LIGHT表达下降[28]。此外，血清 LIGHT 浓度与体重指数、脂肪量、糖化血红蛋白和空腹甘油三酯呈正相关，与高密度脂蛋白胆固醇呈负相关[29]。

细胞和动物实验证明，LIGHT促进肥胖的发生发展。一方面，LIGHT通过促进炎症因子的分泌，导致脂肪组织炎症加剧和胰岛素抵抗。Herrero-Cervera等[30]研究发现，与HFHCD(高脂高胆固醇饮食)的野生型小鼠相比，LIGHT缺陷小鼠葡萄糖耐量和胰岛素敏感性改善明显，脂肪组织中促炎细胞因子如MCP-1、TNF-α和IL-17分泌减少，促炎性脂肪组织巨噬细胞减少，而抗炎性脂肪组织巨噬细胞增加。另一方面，LIGHT通过抑制米色脂肪生成，导致肥胖发生。Kou等[31]发现，3T3-L1-LIGHT(过度表达LIGHT的3T3-L1细胞系)的米色、棕色脂肪细胞特异性基因UCP-1、PRDM16、过氧化物酶体增殖物激活的受体γ辅激活物1-α和关键的促成脂转录因子基因PPARG表达水平较低。同样，在LIGHT缺陷小鼠中证实了这一结论，在急性冷暴露后，LIGHT缺陷小鼠UCP-1蛋白的表达在皮下白色脂肪组织中增加了约3倍。进一步的研究表明，LIGHT与脂肪前体上的LTβR相互作用，通过减弱JNK途径而抑制米色脂肪细胞生成，进而促进肥胖的发生。以上研究表明，LIGHT促进肥胖的发生发展。尚未见靶向TNFSF14的药物治疗肥胖症，但有报道称，miR-326通过靶向TNFSF14可以抑制肺部炎症[32]。

3.4RANKLNF-κB受体激活剂(RANK，TNFRSF11A)，其配体RANKL(TNFSF11)和RANKL的诱饵受体骨保护素(OPG，TNFRSF11B)形成功能性三联体。RANK主要在DC和T细胞上表达，RANKL在T细胞上表达，OPG缺乏跨膜结构域，以可溶性蛋白形式分泌。OPG以高亲和力与RANKL结合。RANK信号通过募集TRAF进行信号传导，激活NF-κB，MAPK，Akt/PKB，c-fos和NFATc1/NFAT2途径。

OPG促进肥胖及其并发症的发生。研究发现，肥胖个体在青春期表现出血清OPG水平升高，且血清OPG升高与胰岛素抵抗相关[33]。也有研究表明，代谢综合征患者的循环OPG明显升高[34]。高脂饮食喂养的小鼠的循环和组织OPG显著增加，将OPG蛋白递送给小鼠后，导致了与代谢异常相关的全身性和脂肪组织促炎性变化[35]。Matsuo等[36]发现，OPG基因敲除小鼠的皮下白色脂肪组织棕色化，对高脂饮食诱导的体重增加具有抵抗力，且皮下白色脂肪组织的基质血管分数细胞中棕色脂肪细胞标记基因UCP1的表达更高。

RANKL可能在肥胖症中具有保护作用。研究发现，胃旁路术使体重减轻后，RANKL水平增加[36]发现，输注RANKL的野生型小鼠组织学显示皮下脂肪组织棕色化，且UCP1表达增加，耗氧增加；RANKL刺激下的3T3-L1(前脂肪细胞系)更早分化为米色脂肪细胞，且表达更高水平的UCP1。RANKL通过诱导前脂肪细胞的米色脂肪细胞分化来增加能量消耗，从而减轻肥胖。OPG-RANKL-RANK在肥胖症中具体的作用机制仍有待进一步研究。

3.5其他除上述TNFSF成员与肥胖相关外，其他成员包括TRAIL、OX40、GITR和TWEAK也在脂肪组织炎症及脂肪组织功能障碍中发挥作用，如TRAIL可抑制关键的脂肪形成转录因子C/EBPα、C/EBPδ和PPARγ的表达从而调控脂肪形成[38]；CD4阳性T细胞中的OX40促进肥胖引起的脂肪组织炎症和胰岛素抵抗[39]；GITR通过共刺激ILC2s诱导白色脂肪棕色化，并且可改善肥胖背景下的葡萄糖稳态[40]；在接受减肥手术的肥胖患者中，内脏白色脂肪组织和血清TWEAK和TRAIL表达下调[41]，这些TNFSF成员也有潜力作为预防或治疗肥胖的新靶点。

4 结语与展望

在脂肪组织中，脂肪细胞、免疫细胞及其分泌的细胞因子构成了一个复杂的调控网络。肿瘤坏死因子超家族通过调节脂肪组织炎症，进而调节脂肪组织功能，包括脂肪细胞胰岛素敏感性，米色脂肪生成和功能性脂肪组织重塑，从而减弱或促进肥胖及其并发症的发展。有些药物通过影响TNFSF成员的循环水平可以减轻肥胖。然而，是否只靶向其中一个TNFSF成员就可以治疗肥胖及其并发症，如果靶向多个TNFSF成员是否更有效，这些问题的解决都需要更多的研究来阐明TNFSF成员组成的复杂网络，为肥胖及其并发症的靶向治疗提供更多的证据支持。