脂联素与炎症关系的研究进展

2023-04-05赵佳慧赵梓娟刘思弟曹中赞栾新红

现代畜牧兽医 2023年2期

赵佳慧，赵梓娟，陈雨，马贲，刘思弟，曹中赞，栾新红

（沈阳农业大学动物科学与医学学院，辽宁沈阳 110161 ）

现有研究中，脂肪组织被证实为一种通过分泌多种激素调节各种生理功能的重要内分泌器官。脂联素是一种由脂肪组织分泌产生的特异性细胞因子，因其多效性受到学界的极大关注。除具有调节糖脂代谢、改善胰岛素抵抗等作用外，脂联素还被发现能够通过调节细胞因子直接影响炎症反应的发生和发展。文章通过探讨脂联素通过炎症因子及其他信号传导通路发挥抗炎作用的机制，以期为基于脂联素信号途径的抗炎药物的开发提供一定参考。

1 脂联素的生理作用

1995 年，Scherer 等利用消减cDNA 筛选技术，在小鼠3T3-L1 脂肪细胞中首次发现了脂联素[1]。脂联素是脂肪组织分泌的一种重要的蛋白激素，烟酸可以通过激活β-羟丁酸（BHBA）的受体GPR109A 促进脂联素的分泌[2]，脂肪细胞分泌脂联素受到BHBA 对脂肪细胞代谢过程间接调控[3]。最初研究表明，脂联素能够在脂肪细胞中表达；后续研究发现，脂联素在小鼠体外培养的骨骼肌细胞、猪子宫和胎盘、唾液腺上皮细胞、肌细胞、肌成纤维细胞等其他非脂肪细胞中也能够表达[4]。脂联素一旦被分泌，会被30 kDa的单体蛋白质翻译修饰成低分子量（三聚体）、中分子量（六聚体）和高分子量等不同的多聚体[5]。牛脂联素由240个氨基酸组成，猕猴脂联素由243个氨基酸组成[6]。

脂联素的球状结构域在血液循环中具有较强的生物学活性，在与其受体AdipoR1 和AdipoR2 结合时，脂联素会发生一系列信号转导事件。这些信号转导事件包含同源域、亮氨酸拉链基序和磷酸酪氨酸结合域的衔接蛋白调节，其中衔接蛋白直接结合AdipoR1 和AdipoR2 的细胞内区域[7]。研究发现，脂联素通过其他蛋白激酶与AdipoR1结合的方式，提高PPARα配体活性，进而介导葡萄糖和脂肪酸代谢的过程，改善机体能量稳态[8]。脂联素与AdipoR2结合可以激活肝组织中PPARα，通过沉默信息调节蛋白1（SIRT1）/PPARα/核孤儿受体-γt（ROR-γt）（SIRT1/PPARγ/RORγt）的通路，抑制细胞因子白细胞介素-17（IL-17）及其相关因子白细胞介素-6（IL-6）、Th17 细胞转录因子以及促炎基因的表达、致病性Th17 细胞分化[9]。此外，脂联素可通过AdipoR1 激活肝细胞PI3K-Akt的通路，在调节胰岛素抵抗、细胞增殖和细胞凋亡等方面发挥主导作用。

脂联素在抗炎、调脂、降糖、胰岛素增敏等多方面具有生物学效应[8]，主要包含以下几个方面：脂联素可以通过刺激AMPK 磷酸化、抑制糖异生、抑制游离脂肪酸诱生胰岛素的信号通路等方式，缓解胰岛素抵抗症状，并提高胰岛素敏感性。脂联素可通过改变巨噬细胞功能的方式抑制内皮炎症，同时保护血管。脂联素可通过促进角质细胞增殖的方式促进伤口愈合。脂联素可通过维持肠上皮细胞存活和抗炎的作用保护结肠。脂联素可以减轻由于超负荷状态导致的心肌肥大时心脏的压力，缓冲心肌梗死后的病理性心脏重塑，从而保护心脏。脂联素可以降低肾足细胞的蛋白渗透性和氧化应激，从而保护肾脏。脂联素是迄今发现唯一的抑制肥胖的特异性蛋白[10]。脂联素与AdipoR1 和AdipoR2 的受体作用，通过相应信号转导通路调控胆固醇的代谢过程，抑制脂类的合成以及促进脂肪酸氧化来调节脂类的代谢过程[11]。此外，脂联素在动物生殖中也起到重要作用[4]。

2 炎症的概述

2.1 炎症的概念

炎症是动物机体对外界刺激或者身体内刺激产生的防御性反应。免疫细胞的迁移、驻足或循环等情况能够触发炎症反应。炎症会导致机体发热、痛觉过敏、增加睡眠时间、提高宿主的防御功能[12]。

2.2 炎症产生的原因

致炎因子包括生物性因子、物理性因子、机械性因子和免疫性因子等。生物性因子是最常见的外源性致炎因素，能够侵害局部组织、侵入血液或淋巴细胞循环引起全身炎症感染。高温、烧伤、烫伤、紫外线、放射性物质、低温冻伤等属于物理性因子。化学性致炎因子包括外源性化学物质（如强酸、强碱等腐蚀性物质及松节油、芥子气等）和内源性化学毒物（如疾病过程中堆积于体内的代谢物以及一些坏死组织的分解产物等）。扭伤、挫伤等各种机械力造成的创伤属于机械性因子。致敏T 淋巴细胞属于免疫性因子，当其再次接触相关抗原会造成各种类型的过敏反应，释放淋巴因子，造成局部组织的损伤和炎症[13]。

2.3 炎症的病理变化

细胞内炎症信号主要包括转录激活因子、Janus 酪氨酸激酶、丝裂原活化蛋白激酶、核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）等信号通路。炎症的级联反应是一种通过监测病原体损伤、发出损伤或坏死信号的方式，使损伤信号被细菌系编码受体识别的反应过程。一旦配体识别完成后，Toll 样受体家族（TLRs）激活共同的信号通路，并最终使与抑制蛋白（inhibitor of NF-κB，IκB）结合的失活状态的NF-κB得到释放。激活的NF-κB与靶细胞核的基因结合，完成转录上调，结合趋化因子和各种刺激分子促进效应细胞的招募，将中性粒细胞聚集到干扰地点。中性粒细胞通过脱颗粒过程释放的有毒化学物质，包括高活性氧、氮以及各种蛋白酶，会损伤病原体和宿主，并诱导周围组织液化以避免微生物转移。上述相互作用的最终结果导致了炎症的经典临床反应：红、肿、热、痛和功能丧失[14]。

3 脂联素与炎症的关系

脂联素主要通过激活其受体作用于炎性细胞、抑制NF-κB的活化、调控肿瘤坏死因子（TNF-α）产生[15]参与炎症反应过程。

3.1 脂联素与炎性细胞

脂联素受体AdipoR1 和AdipoR2 在外周血液中的单核细胞、NK 细胞、T 淋巴细胞和B淋巴细胞等均可以被表达[16]。脂联素可以阻止单核细胞的生长，抑制巨噬细胞的功能，抑制巨噬细胞向泡沫细胞的转化[17]。研究表明，脂联素水平升高可以有效地促进中间胆固醇的逆向转运，减少巨噬细胞对反应蛋白的摄取量[18]，抑制脂类的聚集，最终使胆固醇和甘油三酯的合成量大大减少，并使巨噬细胞无法形成泡沫细胞。由于缺乏脂质积累，脂联素可能阻止慢性炎症性疾病的发生，如动脉粥样硬化症。因此，脂联素通过有效抑制A 类清道夫受体（A 型MSR）增加及外排转运体表达的方式，抑制单核或巨噬细胞的迁移以及血管壁巨噬细胞向泡沫细胞的转化，从而抑制炎症发展过程及动脉粥样硬化的形成。

3.2 脂联素与NF-κB

脂联素对NF-κB既具有抑制作用，又具有激活作用。NF-κB 和激活蛋白1 是两个关键酶：c-Jun 氨基末端激酶（JNK）和NF-κB 抑制物激酶（IKK）的主要炎症转录因子[19]。脂联素可以抑制NF-κB被激活，抑制前炎性细胞因子、促进抗炎细胞生长因子的产生，从而抑制炎症信号通路中激酶的活化。

NLRP3 炎症小体是先天性免疫系统反应中具有最强模式识别受体的炎症小体，能够诱导白细胞介素-18（IL-18）、白细胞介素-1β（IL-1β）等促炎症因子释放[20]。NLRP3炎症小体需要2个信号激活，一个是对NF-κB通路的刺激即转录过程，此时病原相关分子模式被细胞表面的Toll 样受体感知，诱导NF-κB 的活化；NF-κB 被激活后与DNA 结合，使NLRP3 前体蛋白和IL-1β 蛋白进行转录和翻译，而后转移到细胞核中[21]。另一个是触发NLRP3炎症小体的组装并导致其刺激即寡聚，如产生活性氧（ROS）、K+外流、组织蛋白酶释放和Ca2+内流等。活性NLRP3炎症小体、ASC 将pro-caspase-1 的募集前体裂解为活性caspase-1，caspase-1又称IL-1β转化酶，通过激活炎症因子IL-1β 和IL-18 的方式促进其释放参与调控炎症反应、蛋白酶级联反应和细胞凋亡等，从而放大炎症反应[22-23]。ROS 和NF-κB 通路的激活是关键的上游信号，阻断其激活可以抑制NLRP3炎症小体的激活。研究表明，脂联素治疗炎症后可以抑制NLRP3 蛋白和炎性细胞因子IL-1β 及IL-18 的表达[24]。因此，脂联素对炎症可以起到一定的对抗作用。脂联素还可通过激活自然杀伤细胞中AMPK 通路的方式，抑制NF-kB通路的活化[25]。

3.3 脂联素与TNF-α

巨噬细胞分泌的TNF-α 是炎症发生反应进行级联反应中至关重要的始动因子，可上调细胞间黏附分子1（ICAM-1）的表达，促使中性粒细胞释放更多炎性因子。脂联素可以刺激巨噬细胞产生抗炎细胞因子白细胞介素-10（IL-10），并抑制TNF-α诱导的单核细胞、内皮细胞表面黏附分子的表达，阻止Toll 样受体在巨噬细胞中介导NF-κB 活化[26]。还有研究发现，TNF-α 和脂联素之间相互制约，脂联素还可以抑制巨噬细胞中LPS诱导TNF-α基因的表达[27]。

3.4 脂联素的抗炎作用及其机制

机体存在慢性炎症时，其C 反应蛋白、白细胞介素-6（IL-6）及TNF-α 等炎性因子水平均高于正常值。脂联素通过调节巨噬细胞功能抑制炎症发生，巨噬细胞被干扰素-γ（IFN-γ）和TNF-α 诱导物极化至M1 状态。M1 巨噬细胞上调促炎细胞因子，并增加ROS 中间产物的生成数量。与之相反，白细胞介素-13（IL-13）和白细胞介素-4（IL-4）将巨噬细胞极化到M2状态，M2巨噬细胞能够上调甘露糖、清道夫和白细胞介素-1（IL-1）受体拮抗剂。同时，M2 细胞还能够分泌抗炎细胞因子IL-10，下调促炎细胞因子的产生。有研究表明，脂联素能够促进巨噬细胞极化到M2状态[28]。脂联素能够抑制成熟巨噬细胞的吞噬功能和TNF-α 等细胞因子的产生，单核细胞通过细胞间黏附分子-1（iICAM-1，也称CD54）和内皮细胞表面ICAM-1受体的结合进行黏附。单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）作为信号肽可帮助单核细胞黏附在内皮血管上；而TNF-α可以通过激活NF-κB进一步促进更多的单核细胞在细胞表面的激活与黏附，从而出现炎症综合征[29]。生理浓度的脂联素能够通过抑制NF-κB 途径上调黏附分子的表达，使血管细胞黏附因子-1(VCAM-1）、内皮细胞白细胞黏附分子-1（ELAM-1）和ICAM-1 等黏附于细胞内皮并向内膜迁移[30]。C 反应蛋白是全身炎症的重要标志物，是以IL-6、TNF-α等因子通过对上皮细胞及肝细胞的激活合成的一种急性蛋白，是反应炎症严重程度的敏感指标之一[31]。脂联素能够调节C 反应蛋白的浓度[32]，而C 反应蛋白与血浆脂联素水平呈负相关。

TNF-α 作为全身炎症反应中一个最为活跃的促炎因子，而血清脂联素对其具有一定的抑制作用。血清脂联素的激活均是在球状结构范围内，其三维结构与TNF-α 具有一定相似性。结构相似性决定活动路径的相似，因此，血清脂联素与TNF-α 共享NF-κB 信号通路，抑制TNF-α的生成，从而减轻TNF-α对内皮血管的伤害，并实现对炎症的调控作用[30]。脂联素还可以通过激活环磷酸腺苷/蛋白激酶A（cAMP/PKA）信号通路抑制NF-κB 中IK-BA 的磷酸化，并抑制NF-κB的发生路径，以降低TNF-α介导内皮细胞的受损程度，减少炎症的发生[30]。有氧运动可以提高敲除载脂蛋白E的畜体组织中脂联素的水平，降低了主动脉VCAM-1、NF-κB、SR-A mRNA 及蛋白的表达。进一步研究表明，有氧运动可以通过提高机体脂联素水平的方式影响动脉粥样硬化的形成和发展过程，但有氧运动逆转动脉粥样硬化的作用并非无限[33]。

4 脂联素在炎症相关疾病中的作用

高表达的TNF-α 因子可诱导炎症因子的分泌进而引发坏死性炎症，是非酒精性脂肪肝的独立危险因素[34-35]。高脂饮食会导致炎症细胞在肝脏内广泛浸润，释放TNF-α和IL-6因子，进而损伤肝脏。而染料木素可缓解炎症细胞浸润，减少炎症因子聚集，从而改善肝脏病变。因此，染料木素可以提高高脂饮食诱导的肥胖小鼠脂联素的mRNA表达，从而减少炎症因子的数量，治疗脂肪肝[36]。

溃疡性结肠炎是以腹泻为主要症状，并伴有阵发性结肠痉挛性疼痛的慢性炎症性肠病。临床研究显示，脂联素与溃疡性结肠炎的患畜体内炎症因子水平密切相关，炎症因子的水平能够反映疾病程度，并影响体内TLR/NF-κB信号通路相关蛋白的表达。黄芪多糖（AP）可能通过调节脂联素/TLR/NF-κB 信号通路的方式抑制炎症因子的释放，抑制溃疡性结肠炎小鼠的炎症反应[37]。

强直性脊柱炎（AS）是一种侵犯脊柱，最后形成骨性强直和骨赘的慢性炎症疾病。AS外周关节的病变可能被脂联素所影响。Gonzalez-Lopez等[38]研究发现，AS使血清中TNF-α 和瘦素的含量升高，但IL-6 的含量与两者的脂联素水平无明显差异。

围产期奶牛酮病多由能量代谢障碍[39]导致的能量供应不足所引起，机体动员体脂满足能量需求，导致体脂不完全氧化，表现为高BHBA、高非酯化脂肪酸（NEFA）。高BHBA可以显著上调自噬相关基因的表达，促进中性粒细胞自噬，降低免疫功能，这也是酮病奶牛更容易感染乳房炎和子宫内膜炎的原因。张辉等[40]研究表明，高NEFA 和高浓度BHBA 可以明显抑制脂联素mRNA 的表达。脂联素可显著降低高BHBA 引起的自噬基因的表达，由此可知，脂联素是治疗围产期酮病奶牛的关键因素[41]。

骨关节炎（OA）是一种常见于膝关节和髋关节或脊柱的慢性退行性关节炎。郑双等[42]推测，脂联素可能具有保护关节软骨的作用。左伟等[43]研究发现，脂联素促进骨关节炎滑膜细胞前列腺素E2 的合成，进而在骨关节炎中起到前炎症因子的作用。骆家伟等[44]研究表明，脂联素水平的降低可能与其通过向关节腔内注射透明质酸能够有效治疗Kellgren-Lawrence-2 级疼痛患者膝关节炎有关。尽管大多数研究表明，脂联素可能对代谢相关的疾病具有保护作用；但也有研究表明，血浆脂联素的水平可能与冠状动脉粥样硬化性心脏病的死亡率成正比。因此，仍需要更加关注脂联素复杂的分子作用机制方面的研究[45]。