从脂肪组织的内分泌功能角度探讨其在慢性阻塞性肺疾病中的作用机制研究

王益德，李争，李风森

近40年世界范围内的肥胖发病率逐渐上升，造成了沉重的社会经济负担［1-2］。多项流行病学调查研究发现与健康对照组相比，肥胖显著增加了肺系疾病患病的敏感性，并认为肥胖造成的脂质蓄积或异常分布是造成慢性阻塞性肺疾病（COPD）等呼吸系统疾病的重要因素［3-5］。有研究认为肥胖对肺功能有重要影响：肥胖相关指标与肺功能呈负相关关系［6-7］。究其缘由，脂肪组织对肺功能的影响主要通过“物理”及“化学”两条途径发挥作用。“物理”途径即改变呼吸系统的力学特征，例如：腹部肥胖可降低肺的顺应性，很大程度减少了肺体积［8］；内脏脂肪组织则可改变膈肌结构、限制其运动，进而损害肺功能［9-10］。而“化学”途径则更多依赖脂肪组织活跃的内分泌功能得以实现，超重或肥胖造成机体总体或局部的脂肪过度蓄积可诱发脂毒性反应产生慢性炎症、代谢性氧化应激等进而诱导或参与COPD等多种疾病的发生、发展［11-12］。随着脂肪组织内分泌功能在COPD等慢性代谢性疾病的研究不断深入，笔者查阅相关文献对已明确及有争议的内容进行汇总整理，从“化学”角度入手着重论述脂肪组织与COPD的具体关系及作用机制。

文献检索策略：计算机检索PubMed、Web of Science、中国知网（CNKI）等数据库，检索时间设定为建库至2022年5月，英文检索词包括“Pulmonary disease，chronicobstructive”“Obesity”“Adipose tissue”“Endocrine function”，中文检索词包括“肺疾病，慢性阻塞性”“肥胖”“脂肪组织”“内分泌功能”。纳入标准：文献内容涉及慢阻肺与脂肪内分泌功能相关的流行病学调查、机制研究等相关内容；排除标准：与研究主题无关、原始数据缺失、无法获得全文的文献。

1 脂肪组织的内分泌功能

传统意义上，脂肪组织一直被认为是机体重要的能量储存器。直到1987年，研究人员初次发现脂肪也是类固醇性激素的重要代谢场所［13］；1994年，瘦素（leptin）这一由脂肪组织分泌的蛋白因子被首次发现［14］，完全改变了既往临床对脂肪组织的看法，从此，脂肪组织的内分泌功能相关研究受到关注，随后包括脂联素（adiponectin，ADPN）、内脂素（visfatin）等多种重要的脂源性激素或细胞因子被相继发现，现今脂肪组织内分泌功能甚至被认为是内分泌学领域的重要突破性进展之一。脂肪组织内分泌功能得以实现主要通过自分泌或旁分泌方式作用于脂肪组织和经典内分泌方式作用于远端器官或组织，进而有效建立与呼吸系统、循环系统等靶器官的沟通交互网络，参与相应包括COPD、动脉粥样硬化等一系列肥胖相关疾病的发生和发展。

2 脂肪组织分泌的脂肪因子与COPD

2.1 ADPN与COPD ADPN是一类由脂肪细胞特异性产生的分泌蛋白，此种因子大小约为30 kD，以低、中、高3种分子量循环存在［15］。AdipoR1、AdipoR2是ADPN的两种受体，其与ADPN的异构体具有不同的亲和力且在器官组织的分布亦有差异［16］。ADPN通过其抗炎、抗动脉粥样硬化、抗胰岛素抵抗，调节糖脂代谢功能在COPD等多种全身慢性疾病进程中发挥作用［17］。THYAGARAJAN等［18］进行的一项队列研究发现低血清ADPN水平与低肺功能相关，并提示C反应蛋白等系统性炎症相关标志物是连接ADPN和肺功能的重要因果途径。NAKANISHI等［19］进行的一项体内实验发现：在弹性蛋白酶诱导的肺气肿模型中肺血管ADPN表达水平降低，并且在ADPN敲除模型小鼠中表现出全身的炎性反应并发现肺泡进行性增大和肺顺应性增加，甚至出现COPD常见的包括体质量减轻、骨质疏松等肺外表型，而通过腺病毒介导方式补充外源性的ADPN可明显逆转上述变化，显著改善肺气肿表型。

2.1.1 抑制肺部内皮细胞凋亡 作为一类自主有序的死亡方式，细胞凋亡在维持机体组织器官稳定性方面扮演重要角色，近年来多项体内外研究均证实细胞凋亡表型与COPD疾病进展密切相关［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，其可通过剪切116 kD使PARP与DNA结合的结构与催化区域分离导致失去正常功能从而触发凋亡表型，可见Caspase-3在细胞凋亡中发挥不可替代的作用［23］。一项动物实验研究发现ADPN敲除小鼠的Caspase-3蛋白表达明显上调，显著促进肺部内皮细胞凋亡，进而导致进行性肺泡增大和肺顺应性增加［19］。因此，通过ADPN下调Caspase-3表达进而抑制肺组织内皮细胞凋亡可能是COPD防治研究的重要靶点。

2.1.2 抑制炎症 ADPN可通过直接作用于炎性细胞发挥抑炎作用，外周血中的单核细胞、NK细胞等均明显表达AdipoR1、AdipoR2，ADPN可抑制髓祖单核细胞生长并阻止巨噬细胞向泡沫细胞转化［24］；同时其可通过刺激巨噬细胞分泌抑炎因子白介素（IL）-10的方式抑制核因子（nuclear factor，NF）-κB信号通路的活化［25］；在肥胖模型中通常出现ADPN表达下降和IL-6等代谢性炎性因子表达升高，AJUWON等［26］研究发现ADPN可抑制脂多糖（LPS）诱导的IL-6等促炎因子表达，因此ADPN具有调控脂肪组织或脂肪细胞代谢性炎症作用；动物实验发现ADPN与肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α存在制约关系：在ADPN敲除小鼠模型中TNF-α表达显著降低，相反，通过病毒介导下调TNF-α表达可提高体内ADPN表达水平［27］。COPD作为一类炎症发挥主导作用的慢性全身性炎症性疾病，体内NF-κB、IL-6、TNF-α等相关促炎通路或因子的活化可加重其疾病进程，所以，有理由推测ADPN对于COPD的潜在治疗作用可能与其抑制机体炎性反应有关。

2.1.3 调节脂质代谢平衡 虽然目前尚无ADPN调控COPD脂质代谢的直接证据，但是多项流行病学调查研究均提示COPD患者多存在体脂代谢异常现象［28］，2019年的研究发现脂质、脂质分子（包括脂质递质、脂质合成转录因子、胆固醇和磷脂）的分解代谢和合成代谢异常与COPD患病密切相关［29］。作为脂肪组织分泌的一类重要脂肪因子，ADPN在调控脂质代谢方面发挥重要作用，首先其可通过与AdipoR1或R2受体结合，激活下游腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）脂代谢通路诱导乙酰辅酶A羧化酶（ACC）磷酸化失活促进脂肪酸氧化［30-31］；同时，也可与上述受体结合经PPARα和AMPK通路调控下游胆固醇调节元件结合蛋白（sterolregulatory element binding proteins，SREBP）-1c、解偶联蛋白（uncoupling protein，UCP）家族重要因子的表达进而发挥抑制脂质生成的作用［32-33］。因此，从脂质代谢角度切入ADPN在COPD疾病进展中的作用也将是未来研究的一个重要方向。

2.2 瘦素与COPD 瘦素是由白色脂肪分泌的包含146个氨基酸构成的蛋白分子，属于长链螺旋细胞因子家族中的一员［34］；瘦素受体基因包含19个内含子和20个外显子，长度约为5.1 kb，位于染色体1p31［35］；瘦素通过与受体结合后可产生相应的生理学效应，其受体基因在包括心、肝、大脑脉络丛等器官组织中广泛表达，有研究发现瘦素受体也在肺脏中高度表达，提示肺脏同是瘦素反应的重要靶器官［36］。近年来多项研究发现这种脂肪因子与COPD密切相关：一项人群调查研究显示血浆较高瘦素水平与肺功能第1秒用力呼气容积（FEV1）等指标下降有关［37］；此外HANSEL等［38］研究发现瘦素受体基因变异也与肺功能下降显著相关：在COPD患者中发现其肺功能下降与瘦素21个单核苷酸多态性存在关联，并且单倍型分析与个体标记的关联，动物实验采用近交系小鼠的免疫组化结果支持了其受体在COPD发病中的潜在作用。

2.2.1 诱导炎性反应 与ADPN不同，瘦素是一种促炎性脂肪因子。一项来自墨西哥的关于女性COPD患者的调查发现，无论是吸烟相关COPD还是生物燃料暴露相关COPD与对照组相比，其炎症递质因子及瘦素表达水平均显著升高，提示瘦素可能在COPD患者全身炎性反应中起到重要作用［39］。此外，瘦素水平也与COPD不同疾病阶段有关，一项系统评价结果显示：COPD急性加重期瘦素水平相较于健康对照组显著升高［40］。究其原因，可能与以下因素有关：ZHOU等［40］研究发现COPD急性加重期血清瘦素水平升高且与TNF-α水平呈正相关，而且有研究证实瘦素能通过激活巨噬细胞方式促进TNF-α、IL-6及相关炎性趋化因子释放进而引发全身代谢性炎性反应［41］；除了巨噬细胞以外，尚有研究发现瘦素可直接诱导成纤维滑膜细胞分泌促炎因子IL-8，上述因子又可以直接或间接方式影响到肺脏及全身的炎性反应进而参与到COPD疾病进程中［42-43］。细 胞 质 磷 脂 酶 A2（cytoplasmic phospholipase A2，cPLA2）-α是一类在炎性反应中发挥承上启下作用的信号分子，在多种炎性递质的释放过程中发挥重要调控作用［44］，有研究发现瘦素可经过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）/NF-κB信号通路直接促进肺脏cPLA2-α的表达［45］，因此，cPLA2-α或成为COPD脂质代谢异常的全身炎性疾病中潜在的治疗靶点。

2.2.2 激活氧化应激 作为一种诱导型蛋白酶，环加氧酶（cyclooxygenase，COX）-2在受到氧化应激、炎症等相关信号刺激时可显著高表达，其内源性产物前列腺类激素可诱导中性粒细胞由气道上皮迁移到气道内，因此COX-2被认为是肺部氧化应激及炎性反应的重要标志物［46-47］。cPLA2α/COX-2信号通路的激活是肺部氧化应激的重要机制之一［48］。HSU等［49］发现瘦素可经过NADPH/ROS/AP-1信号通路上调cPLA2α/COX-2表达，并且ROS清道夫（N-acetylcysteine，NAC）、NADPH氧化酶抑制剂或活化蛋白（AP）-1抑制剂可逆转上述过程。此外，BLANCA等［50］基于磷脂酰肌醇三激酶-蛋白激酶 B信号通路（phosphatidylinositide 3-kinases-protein kinase B，PI3K-AKT）信号通路探讨瘦素对氧化应激的影响，其可通过上调NADPH氧化酶产生的超氧阴离子、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2表达和硝基酪氨酸（nitrotyrosine，NT）水平而加重机体氧化应激状态。所以，通过靶向瘦素，开发其抑制剂可能通过下调NADPH/ROS/AP-1及PI3K-AKT等氧化应激相关通路关键蛋白表达而在COPD合并脂质代谢异常疾病中发挥治疗作用。然而，上述实验是基于Ⅱ型肺泡细胞和大鼠肾上皮细胞等进行的，目前缺乏在COPD模型基础上瘦素对氧化应激表型影响的直接机制研究。

2.3 内脂素与COPD SAMAL等［51］首先利用基因测序技术从人类血淋巴细胞中分离出内脂素，多项研究显示其在脂肪尤其是内脏脂肪、肺脏、骨髓等全身多种器官组织中均表达［52-53］。编码内脂素的基因全长约为34.7 kb，包含10个内含子、11个外显子，位于7q，编码区翻译后共产生包含分子量为52 kDa蛋白质的473个氨基酸的多肽或内脏脂肪素蛋白，该基因具有高度生物保守性［53］。内脂素在物质代谢、细胞凋亡、炎性反应等多种生物表型发挥作用，但是促炎作用仍是其参与多种疾病发生、发展的主导机制［54］。COPD是一种肺部及全身的慢性炎症性疾病，而COPD合并超重或肥胖等脂代谢异常疾病与肺功能低下、严重临床表现及较差预后等密切相关［6-7］，近年来脂肪组织分泌的内脂素诱导机体全身低度炎性反应状态在COPD中的重要作用愈受关注。已有多项临床研究支持内脂素与COPD的密切关系：首先，相较于健康组，COPD患者血清内脂素浓度显著升高，并且其表达浓度与TNF-α、C反应蛋白等炎性标志物水平呈正相关关系［55］；此外，内脂素在COPD不同疾病阶段的表达亦有差异，具体为血清内脂素水平在COPD急性加重期浓度高于稳定期及健康对照组［56］。

内脂素在COPD的具体作用机制可能与以下因素有关：有研究表明内脂素可通过调控TNF-α从而促进IL-8高表达方式诱导或加剧肺泡上皮细胞炎性反应，而通过RNA干扰技术沉默内脂素可抑制TNF-α、IL-8表达从而降低EA.hy926细胞的炎症水平［55-56］；黏液高分泌参与了包括痰栓形成，气道阻塞、细菌定殖等引起气道气流受限的整个过程，是COPD的重要病理特征之一［57］，黏液相关蛋白是气道黏液中最重要的组成部分，其中黏附分子细胞间黏附分子 （intracellular adhesion molecules，ICAM）-1、血管细胞黏附分子（vascular cell adhesion molecule，VCAM）-1又是黏液蛋白家族的重要成员，广泛参与到细胞识别和炎性反应中炎性细胞与内皮细胞的黏附。有研究发现内脂素可通过激活NF-κB信号通路途径促进ICAM-1、VCAM-1介导的内皮细胞炎性反应［58-59］。而且，也有研究发现预处理内脂素可通过上调NF-κB活性增加IL-6、IL-8等炎性细胞因子表达从而诱导内皮细胞功能障碍［60］。因此通过靶向内脂素调控TNF-α或NF-κB信号通路进而下调下游IL-8等细胞因子及ICAM-1、VCAM-1等黏附分子表达可能对于抑制COPD合并脂质代谢异常疾病的慢性炎性反应具有重要作用。

3 总结与展望

本文基于脂肪组织内分泌功能分别论述了其分泌的ADPN、瘦素、内脂素等脂肪因子通过炎性反应、氧化应激、细胞凋亡及脂质代谢等途径直接或经由循环系统间接作用到肺组织，进而参与到COPD疾病进程的机制。目前对于COPD和脂肪因子互作研究仍处于初步阶段，尚有很多问题亟待解决：（1）当前已经发现的脂肪因子近百种，但与COPD相关的脂肪因子仅集中在常见的几类，并且其基础机制研究大多相对表浅；（2）此外，部分研究出现矛盾的结论，例如有研究认为ADPN与肺功能呈现正相关关系，高水平ADPN浓度是COPD的保护因素［18］，但也有研究提示高表达ADPN可能会损害肺功能进而参与诱导COPD患病［61］。可能的原因为肥胖自身复杂性：不仅ADPN等脂肪因子，临床相关肥胖指标与COPD的具体关系本身就存在矛盾；肥胖对COPD的负面影响［3-5］，前已表述，但也有研究发现超重是COPD患者良好预后的积极保护因素［62］。笔者认为造成上述矛盾现象的原因可能与研究方法有一定关系，当前关于肥胖与肺功能的相关性分析多采用简单的正相关或负相关分析。但是，在现实的生物医学研究中许多研究因素对结局变量的影响并非简单的线性关系，而是存在阈值效应现象，即在一定的范围内会有积极或消极的影响，但在经过某个分界点后发展方向会发生变化。本课题组前期一项研究使用平滑拟合曲线联合分段回归模型分析发现肺功能与体脂呈现倒置U型曲线关系［63］。当然，除了体脂与肺功能之间存在阈值效应的原因以外，不同性别、肥胖程度、疾病阶段均是影响研究结论的重要因素［64-66］。

总之，为了阐明脂肪组织对COPD的影响和具体作用机制，系统的重叠呼吸系统和代谢系统疾病的高质量临床和基础研究是非常有必要的。由于COPD和脂肪组织的内分泌功能均具有自身复杂性，接下来的研究应注意采用非线性等高级统计方法进行分子流行病学研究联合代谢组学等系统生物学方法筛选影响COPD的重要脂肪因子并深化机制分析，这对于明确两者的具体关系及互作机制是非常重要的，同时也对于进一步通过靶向重要脂肪因子进行COPD合并脂质代谢异常疾病相关药物开发具有重要意义。

作者贡献：李争、李风森负责文章的可行性分析、质量控制及审校、监督管理，对文章整体负责；王益德提出文章思路，文献/资料检索与收集、论文撰写与修订。

本文无利益冲突。