非酯化脂肪酸與代謝性炎癥相關(guān)性的研究進(jìn)展①

江 婧 付力立 黃逸馨 陶金忠 曹隨忠

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院動(dòng)物疫病與人類健康四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都611130)

免疫調(diào)節(jié)和代謝調(diào)節(jié)在機(jī)體中是高度整合、相互依賴的。正常情況下，它們處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，其功能障礙可能會導(dǎo)致一系列的慢性代謝紊亂，給機(jī)體帶來巨大的危害。非酯化脂肪酸(Non-esterified fatty acids，NEFAs)作為一種重要的脂質(zhì)代謝產(chǎn)物，常常在體內(nèi)代謝失調(diào)時(shí)產(chǎn)生劇烈變化，這種改變常誘發(fā)代謝性炎癥，進(jìn)一步加劇代謝紊亂。本文就NEFA在代謝性炎癥中的作用途徑以及NEFA與代謝性疾病的相關(guān)性作一簡要綜述。

1 代謝性炎癥的概念

代謝性炎癥的概念由Hotamisligl[1]提出，是一種營養(yǎng)和能量過剩所觸發(fā)的由炎性分子及其相關(guān)信號通路所介導(dǎo)的慢性炎癥，又被稱為亞急性炎癥。代謝性炎癥有別于傳統(tǒng)炎癥所表現(xiàn)出的“紅、腫、熱、痛”癥狀，而是一種低水平的慢性炎癥。這種慢性低度炎癥表現(xiàn)為炎性介質(zhì)輕度增加，組織或器官的慢性漸進(jìn)性病理改變[2]。與急性炎癥不同的是，亞急性炎癥與機(jī)體組織代謝功能的改變有關(guān)，多發(fā)生在與代謝紊亂相關(guān)的疾病中，包括肥胖和Ⅱ型糖尿病[3，4]。在代謝性疾病中，由于炎性介質(zhì)的改變，最終會導(dǎo)致多種類型免疫細(xì)胞及炎癥通路的激活。

2 NEFA

NEFA，又稱游離脂肪酸(Free Fatty Acid，F(xiàn)FA)，是三酰甘油的分解產(chǎn)物和合成原料。它可作為機(jī)體的能源物質(zhì)，是脂代謝過程中的重要部分。同時(shí)，NEFA可參與細(xì)胞增殖、炎性反應(yīng)、激素調(diào)控等多種生命活動(dòng)[5-8]，是一種具有多種生理功能的信號分子。棕櫚酸、油酸和亞油酸是構(gòu)成血漿中NEFA最主要的成分。正常情況下，NEFA在血液中的濃度很低，但其含量水平極易受脂代謝、糖代謝和內(nèi)分泌功能的影響。

目前，大量研究表明，在肥胖、2型糖尿病、冠心病、脂肪肝及熱應(yīng)激等代謝性疾病中，都伴隨著NEFA的濃度升高[7，9-11]以及脂質(zhì)代謝通路的變化。NEFA及其相關(guān)產(chǎn)物(如神經(jīng)酰胺)與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生密切相關(guān)，研究表明脂肪酸結(jié)合蛋白參與JNK介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)是動(dòng)脈粥樣硬化的成因之一[12]。

3 NEFA參與代謝性炎癥產(chǎn)生的機(jī)制

代謝性炎癥雖然與急性炎癥反應(yīng)有所區(qū)別，但它們會以不同的形式引起相同的炎癥通路的改變。例如由肥胖引發(fā)的代謝性炎癥與病原體侵入所引發(fā)的炎癥都會在損傷部位募集白細(xì)胞，引起炎性因子和急性反應(yīng)蛋白增加，引發(fā)組織修復(fù)反應(yīng)；而由于肥胖造成的低水平炎癥除此之外還會導(dǎo)致天然免疫系統(tǒng)的活化引起代謝穩(wěn)態(tài)的破壞，造成多種組織器官損傷和疾病發(fā)生。有證據(jù)表明[13]，在肥胖過程中先天性免疫系統(tǒng)的激活由代謝信號(如NEFA)介導(dǎo)，通過激活模式識別受體(PRR)從而刺激關(guān)鍵性炎癥因子IκBα激酶/核因子-κB(IKK/NF-κB)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激誘導(dǎo)的未折疊蛋白應(yīng)答(UPR)和NOD樣受體(NLRP3)炎癥通路，干擾胰島素信號傳導(dǎo)。而NEFA也被發(fā)現(xiàn)在這些過程中有著重要的調(diào)節(jié)作用[14]，表明NEFA在代謝性疾病導(dǎo)致的慢性炎癥產(chǎn)生過程中起著重要的作用。

3.1 NEFA通過誘導(dǎo)胰島素抵抗參與代謝性炎癥的發(fā)生 胰島素抵抗是Ⅱ型糖尿病最重要的病理機(jī)制，是指機(jī)體由胰島素刺激引起的葡萄糖攝取功能障礙而造成的胰島素敏感性下降的現(xiàn)象，它也始終貫穿于幾乎所有的代謝性疾病中。多種細(xì)胞因子，如：TNF-α、IL-6、MCP-1等均可導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生。其中，TNF-α與慢性炎癥之間的關(guān)系已經(jīng)得到了充分證明，它是糖尿病、肥胖和慢性炎癥之間第一個(gè)明確的聯(lián)系[15]。脂肪組織中TNF-α分泌增加會促進(jìn)胰島素抵抗[16]，當(dāng)敲除小鼠體內(nèi)TNF-α受體后，肥胖就不會誘導(dǎo)胰島素抵抗發(fā)生[17]。在NEFA直接作用下，會導(dǎo)致包括肝細(xì)胞[18]、脂肪細(xì)胞[19]等在內(nèi)的多種細(xì)胞TNF-α的mRNA表達(dá)量增加；研究還表明血液中NEFA的水平與TNF-α、TG和CRP的水平呈正相關(guān)，說明NEFA可通過增加促炎因子TNF-α、CRP的分泌促進(jìn)胰島素抵抗的發(fā)生，誘發(fā)慢性炎癥。NEFA可上調(diào)脂肪組織中MCP-1的表達(dá)[6]，而MCP-1除與胰島素抵抗的發(fā)生直接相關(guān)外，還可促使巨噬細(xì)胞從M2型到M1型的轉(zhuǎn)變[20]，這種轉(zhuǎn)變使得巨噬細(xì)胞所分泌的促炎類細(xì)胞因子(IL-6、TNF-α、一氧化氮合酶)水平升高，不僅誘發(fā)胰島素抵抗，還加速組織中的慢性炎癥[21]。除此之外，Wong[22]和Shi[23]等研究表明飽和脂肪酸能通過直接結(jié)合脂肪細(xì)胞、巨噬細(xì)胞中的TLR4激活I(lǐng)KKβ的抑制劑，導(dǎo)致胰島素抵抗。

在脂肪組織分解過程中大量產(chǎn)生的NEFA可降低細(xì)胞對胰島素的敏感性，引起胰島素抵抗，降低葡萄糖利用率。過高水平NEFA超出機(jī)體代謝組織的能量儲存能力時(shí)，會導(dǎo)致代謝壓力。這種代謝應(yīng)激會導(dǎo)致胰島素抵抗、促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生和免疫細(xì)胞募集，進(jìn)一步加重炎癥和代謝紊亂。幾乎所有的應(yīng)激和炎癥信號都需要與胰島素受體信號相協(xié)調(diào)，所有的刺激和免疫反應(yīng)途徑都可能干擾胰島素作用。因此，NEFA可能是通過誘導(dǎo)胰島素抵抗進(jìn)一步激活其他代謝通路從而導(dǎo)致代謝性炎癥的發(fā)生。

3.2 NEFA誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum，ER)在脂質(zhì)代謝中起著重要作用，負(fù)責(zé)分泌蛋白和膜蛋白的產(chǎn)生和折疊，在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)改變的情況下易發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(Endoplasmic reticulum stress，ERS)。ERS會觸發(fā)未折疊蛋白反應(yīng)[24](Unfold protein response，UPR)，與JNK與NF-κB信號通路存在交叉作用，還會產(chǎn)生ROS和一氧化氮。

近年來研究提出，ERS是脂肪肝、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病發(fā)生的重要因素，它可能是連接肥胖、外周胰島素抵抗、炎癥和肝臟脂肪變性之間的核心機(jī)制。在代謝性炎癥發(fā)生時(shí)，脂質(zhì)代謝的改變尤為突出。脂肪組織三酰甘油酶和激素敏感性脂肪酶激活會加快脂肪組織分解，不僅會使得大量的NEFA釋放入血，也會增加脂肪組織中NEFA的水平，導(dǎo)致氧化代謝增強(qiáng)，產(chǎn)生大量自由基觸發(fā)ERS，從而導(dǎo)致脂肪組織進(jìn)一步分解，進(jìn)一步導(dǎo)致代謝紊亂，陷入惡性循環(huán)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，肝細(xì)胞中NEFA是啟動(dòng)ERS的關(guān)鍵因素。在非酒精性脂肪肝模型中，肝臟大量攝取NEFA，會增加NEFA在細(xì)胞內(nèi)的聚集，致使內(nèi)臟脂肪細(xì)胞分泌IL-6促進(jìn)氧化應(yīng)激反應(yīng)和ERS[25]，導(dǎo)致慢性炎癥，誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡壞死及纖維化的發(fā)生[26]。飼以高脂飲食的小鼠其脂肪組織和肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)分子(如：PERK，IRE1的磷酸化和JNK)活動(dòng)增強(qiáng)[27]。在體外培養(yǎng)肝細(xì)胞添加NEFA的試驗(yàn)中表明，在一定范圍內(nèi)隨著NEFA濃度和作用時(shí)間的增加，會導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志分子IRE1α、GRP78和CHOP的mRNA表達(dá)水平逐漸升高，誘導(dǎo)ERS的發(fā)生，產(chǎn)生大量的ROS激活NF-κB通路，增加炎性因子釋放，導(dǎo)致機(jī)體氧化損傷[18]。除此之外，NEFA可通過破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+穩(wěn)態(tài)以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)障礙誘導(dǎo)ERS。

值得注意的是，ERS與慢性炎癥之間的關(guān)系并不是單方面的，它與炎性遞質(zhì)和細(xì)胞應(yīng)激通路的激活，如IKK、JNK炎癥信號通路，以及ROS、一氧化氮信號[28]之間還存在交叉反應(yīng)。因此NEFA對慢性炎癥的影響可能還與多個(gè)信號系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。

3.3 NEFA在代謝性炎癥中對TLRs信號通路的影響 Toll樣受體是營養(yǎng)物質(zhì)和病原體感應(yīng)系統(tǒng)之間共同的信號系統(tǒng)，可引起代謝或營養(yǎng)誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，在代謝和炎癥之間起著關(guān)鍵性的調(diào)節(jié)作用。多種分子組分，如長鏈脂肪酸等可激活Toll樣受體2和4(TLR2，TLR4)，下游信號隨后觸發(fā)MAPK和NF-κB途徑。

NEFA能誘導(dǎo)肝細(xì)胞FAT/CD36的表達(dá)，通過黏著斑激酶1(Focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)、裝蛋白(Paxillin，Pxn)和酪氨酸蛋白激酶Lyn，與Toll樣受體TLR4和TLR6結(jié)合形成三聚體[29，30]，活化炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，產(chǎn)生促炎作用。NEFA刺激FAT/CD36的轉(zhuǎn)錄、翻譯以及蛋白質(zhì)表達(dá)[31]，不僅能促進(jìn)肝細(xì)胞對脂肪酸的攝取，導(dǎo)致肝臟內(nèi)脂肪聚積，同時(shí)也能激活JNK和NF-κB炎癥信號通路，導(dǎo)致NAFLD發(fā)生和發(fā)展。TLR4信號通路的激活可導(dǎo)致動(dòng)脈壁外向重構(gòu)[32]和TNF-α表達(dá)增加，高濃度的NEFA會導(dǎo)致Toll樣受體2(TLR2)和Toll樣受體4(TLR4)的mRNA表達(dá)水平增加[33]，表明在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生中，NEFA可以激活TLR2/4所介導(dǎo)的炎癥信號通路誘導(dǎo)心肌損傷。骨骼肌是NEFA代謝的另一途徑，可利用NEFA作為能量。Hussey等[34]發(fā)現(xiàn)，血漿NEFA的持續(xù)增加可上調(diào)人體肌肉中的Toll樣受體網(wǎng)絡(luò)，上調(diào)TLR3、TLR4、TLR5和MAPK8的表達(dá)，通過長時(shí)間低劑量NEFA的輸注會誘導(dǎo)胰島素抵抗和TLR驅(qū)動(dòng)的炎性信號增加。

3.4 NEFA通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路參與代謝性炎癥 核轉(zhuǎn)錄因子kappaB(NF-κB)是一種重要的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，與機(jī)體的自身免疫相關(guān)，在感染、免疫反應(yīng)以及調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和凋亡中具有重要作用。NF-κB可誘導(dǎo)產(chǎn)生與慢性炎癥反應(yīng)相關(guān)的促炎因子、趨化因子以及與次級炎癥反應(yīng)相關(guān)的酶，能參與代謝性疾病所引發(fā)的慢性低度炎癥過程的各個(gè)方面，在維持機(jī)體的正常生理功能和整個(gè)炎癥發(fā)生過程中扮演著至關(guān)重要的角色，是代謝性炎癥復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)中心環(huán)節(jié)。

巨噬細(xì)胞對脂肪組織的浸潤在代謝性炎癥的發(fā)生發(fā)展過程中居于核心地位。在IKK2缺失小鼠的體內(nèi)研究表明，在高脂飲食條件下，IKK2缺失小鼠基礎(chǔ)血糖/胰島素下降，耐糖量升高[35]，而缺失p50亞基的小鼠對肥胖和脂肪組織炎癥耐受[36]，這些都表明NF-κB在代謝性炎癥中的調(diào)節(jié)作用。Li等[37]在體外細(xì)胞試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，低劑量的NEFA即可使得SREBP-1c mRNA表達(dá)升高，并通過ROS介導(dǎo)NF-κB炎癥通路；而高劑量的NEFA導(dǎo)致IκB磷酸化水平升高，但在加入PTDC(NF-κB抑制劑)后，IκB磷酸化水平降低，同時(shí)NF-κB p65蛋白表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性以及促炎因子TNF-α、IL-6和IL-1β的表達(dá)增加，提示NEFA可通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路中IκBα 磷酸化水平起到代謝調(diào)節(jié)作用。說明NEFA可觸發(fā)自身免疫性炎癥損傷，通過激活NF-κB信號通路引起代謝性炎癥。

4 小結(jié)

慢性炎癥反應(yīng)涉及許多的信號通路，是一個(gè)既復(fù)雜又相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，它在肥胖等疾病中已經(jīng)得到充分的研究。NEFA作為一種代謝產(chǎn)物，幾乎涉及所有的代謝性疾病，它在人類Ⅱ型糖尿病、非酒精性脂肪肝、慢性腎病以及一些動(dòng)物代謝性疾病中均有所體現(xiàn)。不同于LPS所誘導(dǎo)的急性炎癥，在NEFA參與下更多的是表現(xiàn)出炎癥因子輕微增加、脂質(zhì)代謝紊亂和組織器官的功能障礙為特征的慢性低度炎癥。