棕色脂肪组织的无创检测及在非酒精性脂肪性肝病发病机制中的作用研究进展

刘娇 荀运浩

随着人们生活方式的改变和病毒性肝病逐渐得到控制，非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD）已上升为我国第一大慢性肝病，由此导致的脂肪肝相关性心血管疾病日益增多。NAFLD包括单纯脂肪变性、非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis,NASH）、NASH相关肝硬化和肝细胞癌，其与肥胖和糖尿病发病密切相关[1]。目前NAFLD的诊断和治疗存在困境：糖尿病的发生和NASH及其纤维化的出现代表了疾病的不良结局，除了疗效有限的生活方式调整，目前没有疗效确切的药物，新的治疗靶点也亟待开发。近年研究发现棕色脂肪组织（brown adipose tissue,BAT）是一种产热组织，在人体能量消耗和糖脂代谢平衡中发挥着重要作用，此外BAT也是一种重要的内分泌器官，分泌多种细胞因子参与系统性代谢调节，即与代谢器官(如肝脏)进行器官间通信，BAT及肝脏共同调控脂肪组织功能从而维持人体能量的平衡[2]。回顾性临床研究表明，与没有BAT的受试者相比，可检测到BAT活性的成人NAFLD患病率较低，血浆ALT和AST水平较低[3]。因此，BAT具有一定的代谢保护作用，诱导BAT激活将成为防治肥胖相关疾病的重要研究方向之一。本文就BAT的无创检测及其在NAFLD发病机制中的作用研究进展作一综述。

1 脂肪组织概述

脂肪组织是一个代谢活跃的器官，在调节全身能量平衡中起关键作用，包括食物摄入、葡萄糖处理、胰岛素敏感性、产热以及免疫反应的调节[4]。研究显示人类有两种分布、形态、功能不同的脂肪组织：储存能量的白色脂肪组织（white adipocyte,WAT）和非寒战产热的BAT；并且还存在介于两者之间的米色脂肪组织，即位于特定外周WAT区域的类BAT功能脂肪。BAT和米色脂肪组织与WAT的区别在于其高水平的代谢率和产热能力。棕色和白色脂肪通过不同的分化谱系从中胚层发育而来，间充质干细胞可以形成脂肪细胞或肌细胞谱系，进一步分化为白色脂肪细胞、棕色脂肪细胞或肌细胞。经典的棕色脂肪细胞和肌细胞沿肌源性谱系发育，并源自肌源性因子5阳性细胞（Myof5+），而白色和米色脂肪细胞的前体是Myof5-[5]。尽管他们有不同的发育起源并位于不同的解剖区域，但棕色和米色脂肪细胞表现出许多相似的特性，包括多房脂滴、致密的线粒体和解偶联蛋白1（uncoupling protein 1,UCP1）的表达。UCP1位于线粒体内膜，通常被认为是棕色和米色脂肪细胞的分子标志；UCP1通过解除ATP产生的氧化磷酸化耦合，调节BAT的生热过程：经诱导穿过线粒体内膜的质子泄漏，耗散线粒体内膜电位，释放出储存在质子动力中的能量[6]。婴儿时期BAT丰富，但在成年期会退化[7]；然而，有研究报道功能性BAT在成年人中普遍存在，包括肩胛间区、腋区、颈区、纵隔区、椎旁区等，以颈部和锁骨上区域为主，其中女性BAT较多；BMI与BAT的数量呈负相关，尤其是在老年患者中。这一结果表明，BAT可能在预防肥胖方面发挥重要作用[8]。米色脂肪组织的合成，即所谓的WAT褐变，一直是一个活跃的研究领域。已有研究证明WAT褐变和BAT活化的触发条件包括药物干预和非药物干预，药物干预主要包括使用β-肾上腺素能激动剂、过氧化物酶体增殖物激活受体激动剂、钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂、腺苷酸活化蛋白激酶激动剂等；非药物干预主要包括冷暴露、饮食、运动和减肥手术等[9-10]。总之，无论是BAT还是米色脂肪组织，都具有高度代谢活性，并利用化学能产生热量，在体温稳态、能量稳态和体重控制中都起着关键作用。因此，利用有效手段激活成人体内的BAT，将BAT或米色脂肪组织作为肥胖及相关疾病的治疗靶点已成为目前研究的热点。

2 BAT的无创检测

BAT可在冷刺激、β-肾上腺素能3型受体激动剂、运动和电神经刺激等外界刺激条件下激活，进而通过燃烧产生热量[11-12]；但人体BAT的检测困难严重限制了相关研究的进度。新近发表于Nature Medicine的大型回顾性肿瘤队列研究显示，目前公认的BAT检测金标准即PET-CT检测出的BAT与更低的代谢和心血管疾病风险相关[13]。但PET-CT因高成本和强辐射，除了恶性肿瘤人群鲜有应用，用于患病率约25%的NAFLD人群中并不现实，并且本身也存在灵敏度低和分析技术待标化等问题。因此准确检测及定量分析BAT，需要更方便可靠的技术。检测BAT的手段不一，文献报道各种无创检测技术的原理和优缺点见表1。

表1 各种BAT无创检测技术的原理和优缺点

3 BAT参与NAFLD发病的主要机制

肥胖是能量摄入和能量消耗不平衡的结果，脂肪组织过度积累。众所周知，过度肥胖与许多代谢紊乱密切相关，包括NAFLD、糖尿病、心血管疾病等。BAT被认为是一个高度活跃的代谢器官，是多余能量的主要储存场所。它也是一个内分泌器官，分泌许多生物活性化合物，称为（棕色）脂肪因子，参与代谢内稳态的调节[28]，比如BAT分泌的骨形成蛋白、内皮素-1、成纤维细胞生长因子21（fibroblast growth factor 21,FGF21）、IL-6等能够增强BAT的产热活性，其分泌的神经生长因子还可促进自身交感神经化、血管内皮生长因子A诱导BAT血管化、一氧化氮增加血流，S-100钙结合蛋白B能够刺激交感神经元突起生长等[29]。作为一种内分泌组织，BAT主要通过分泌各种相对特异的（棕色）脂肪因子，参与肥胖相关疾病包括NAFLD的发病，限于篇幅，本综述重点介绍与肝脏相关的几种典型的脂肪因子。

3.1 神经调节蛋白4（neuregulin 4,Nrg4） Nrg4是细胞外配体表面生长因子家族成员之一。研究表明，Nrg4在BAT中高度富集，Nrg4表达在BAT分化期间上调，在啮齿类动物模型和肥胖患者的脂肪组织中表达较低；神经调节蛋白是一个独特的生长因子亚群，包含表皮生长因子样结构域，主要通过人表皮生长因子受体3（human epidermal growth factor receptor 3,HER-3）和人表皮生长因子受体4（human epidermal growth factor receptor 4,HER-4）发出信号，以调节多种生物过程。Nrg4作为跨膜前体合成，经历蛋白水解裂解，由此产生的细胞外片段被释放，并在表达HER-4的靶细胞上具有生物活性。Nrg4对肝脏的影响包括调节代谢和保护肝细胞免受饮食应激诱导的损伤，Nrg4功能降低与肝脏新生脂肪生成相关的基因表达显著增加有关，而Nrg4过度表达可导致脂肪生成基因的肝脏表达降低。此外，Nrg4/HER-4信号通路可保护肝细胞免受应激诱导的细胞死亡，防止脂肪变性发展为脂肪性肝炎[30]。综上，BAT分泌的Nrg4可作用于肝脏参与机体糖脂代谢调节，在维护机体能量代谢平衡中发挥重要作用。

3.2 FGF21 FGF21增加脂肪组织中葡萄糖的使用，改善血糖和脂质代谢，主要由肝脏产生，FGF21的诱导分泌可能是调节全身能量代谢的重要因素。FGF21通过内分泌机制可以触发BAT的生热作用并诱导WAT的褐变。有研究发现在小鼠中，冷暴露导致FGF21的血浆水平升高，这与BAT释放FGF21的增加和肝脏中FGF21表达的抑制有关[31]，FGF21的表达及其从BAT中的释放受去甲肾上腺素能、环磷酸腺苷介导的机制调节，与诱导产热基因表达的细胞内途径相同。此外，在UCP1基因缺失的小鼠中，BAT中FGF21的表达显著增加，同时血清中FGF21水平显著增加，但肝脏FGF21基因的表达没有改变。无论如何，这些观察结果都暗示，BAT来源的FGF21能够影响系统性FGF21水平[29]，是一种能影响全身机体能量代谢的重要分子。

3.3 IL-6 IL-6是BAT释放的因子之一，冷暴露或去甲肾上腺素能刺激诱导SIL6基因表达和IL-6释放。IL-6不能被视为标准的促炎细胞因子，因为它根据合成组织和病理生理条件发挥复杂多变的代谢作用；然而IL-6是由BAT释放的应激性内分泌因子，作用于肝脏。有研究报道在脂肪组织中，IL-6诱导IL-4受体的表达，从而提高M2巨噬细胞对IL-4的敏感性，达到M2巨噬细胞活化的效果[32]。研究发现，BAT移植可改善肥胖小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，减轻体重，增加FGF21水平，并能完全逆转胰岛素抵抗。重要的是，当从IL-6敲除小鼠获得用于移植的BAT时，改善的代谢特征随之消失，这表明IL-6参与了BAT调节葡萄糖稳态和胰岛素敏感性的过程[33]。

4 小结和展望

BAT的产热功能对减轻体重、抵抗饮食诱导的肥胖以及寒冷刺激下体温的维持有着不可或缺的作用。功能性BAT不仅通过产热调节机体代谢功能，还可通过分泌活性因子调节自身或相关组织的代谢功能；这些研究进展也主要归功于PET成像和其他检测人体内BAT活动的新技术。此外，还需要探索新的检测方法用以鉴别区分BAT和米色脂肪组织。目前NAFLD尚无特异有效的治疗方法，因此，认识并阐明BAT代谢相关的细胞因子作用，提高BAT的生物活性，以及通过诱导WAT棕色化以获得更多的与BAT功能相似的米色脂肪组织，是否会改变单纯性肝脏脂肪变性向NAFLD晚期阶段的进展，将成为肥胖及其代谢紊乱相关疾病预防和治疗的新方向。