腫瘤壞死因子超家族在肥胖癥中的作用研究進(jìn)展

任曉英綜述，閆 爽審校

0 引 言

近30年來，肥胖癥的患病率明顯增長(zhǎng)，已成為全球面臨的重大公共衛(wèi)生危機(jī)。肥胖癥是一種以體內(nèi)脂肪過度蓄積和體重超常為特征的慢性代謝性疾病，會(huì)導(dǎo)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發(fā)癥[1]。慢性低度炎癥是肥胖癥的標(biāo)志，而脂肪組織在其中發(fā)揮重要作用。在肥胖背景下，免疫細(xì)胞包括巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、2型固有淋巴樣細(xì)胞(type 2 innate lymphoid cells ,ILC2s)和嗜酸性粒細(xì)胞等被募集到脂肪組織中，免疫細(xì)胞以及脂肪細(xì)胞可通過分泌細(xì)胞因子或細(xì)胞表面分子的相互作用，激活炎癥信號(hào)通路從而導(dǎo)致脂肪組織炎癥。這種肥胖背景下的脂肪組織炎癥可導(dǎo)致脂肪組織功能障礙，包括誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞中的胰島素抵抗，抑制米色脂肪生成和誘導(dǎo)功能性脂肪組織重塑，進(jìn)而導(dǎo)致肥胖及其并發(fā)癥的發(fā)展[2-3]。然而，通過限制熱量攝入及增加熱量消耗，藥物以及代謝性手術(shù)預(yù)防和治療肥胖相關(guān)性并發(fā)癥仍然存在很大局限性。因此，需要尋找新的生物標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)來有效預(yù)防和治療肥胖。本文主要就腫瘤壞死因子超家族(tumor necrosis factor superfamily,TNFSF)在肥胖發(fā)生、發(fā)展中的作用研究進(jìn)展作一綜述。

1 TNFSF

TNFSF包含TNFSF配體及相應(yīng)的TNF受體超家族(tumor necrosis factor receptor superfamily,TNFRSF)成員。在人體中，TNFSF由19個(gè)配體和29個(gè)受體組成。大多數(shù)TNFSF配體是Ⅱ型跨膜蛋白，以膜結(jié)合形式表達(dá)，可裂解產(chǎn)生可溶性配體。TNFRSF的成員是Ⅰ型跨膜蛋白，由胞外域，跨膜域和胞內(nèi)域組成。TNFSF配體結(jié)合并激活相應(yīng)的TNFRSF，TNFRSF的細(xì)胞內(nèi)域在細(xì)胞內(nèi)募集信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，進(jìn)而激活下游信號(hào)通路。實(shí)際上，TNFSF配體與受體的結(jié)合并非一對(duì)一的關(guān)系，這種廣泛共享的配體和受體在各種類型細(xì)胞和組織之間建立了廣泛的通訊網(wǎng)絡(luò)，在炎癥以及先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答調(diào)控中具有復(fù)雜而重要的作用[4-5]。

TNFSF/TNFRSF具有多種生物學(xué)功能，如調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、增殖、分化和凋亡，但其最關(guān)鍵的功能與免疫系統(tǒng)有關(guān)。先天性和適應(yīng)性免疫細(xì)胞均受TNFSF/TNFRSF成員的調(diào)控，以協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)免疫應(yīng)答的共同刺激或共同抑制，而這些信號(hào)通路的失調(diào)與炎癥和自身免疫性疾病有關(guān)[6]。研究發(fā)現(xiàn)，多種TNFSF/TNFRSF成員參與炎癥性疾病、自身免疫性疾病和癌癥，并且許多針對(duì)不同疾病中TNFSF成員的靶向研究已經(jīng)批準(zhǔn)用于臨床或進(jìn)入臨床試驗(yàn)，如抗B細(xì)胞活化因子(BAFF,也稱為TNFSF13B)的抗體belimumab以及靶向RANKL(TNFSF11)的抗體denosumab，分別用于治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡和骨質(zhì)疏松癥[7]。近年來的研究顯示TNFSF成員，尤其是腫瘤壞死因子-α(TNF-α,也稱為TNFSF2)、CD40L(TNFSF5)、TL1A(TNFSF15)，LIGHT(TNFSF14)和RANKL(TNFSF11)通過促進(jìn)炎癥進(jìn)而導(dǎo)致代謝障礙參與肥胖癥的發(fā)生發(fā)展。

2 TNF-α與肥胖

TNF-α是研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致肥胖者脂肪組織和全身性胰島素抵抗的第一個(gè)炎癥因子[8]。在脂肪組織中，TNF-α主要由間質(zhì)血管和基質(zhì)部分(包括巨噬細(xì)胞)分泌，在前脂肪細(xì)胞中也有表達(dá)[9]。TNF-α是一種26 kDa的跨膜蛋白，經(jīng)TNF-α轉(zhuǎn)化酶處理后形成具有生物活性的17 kDa可溶性形式，通過Ⅰ型和Ⅱ型TNF-α受體發(fā)揮作用。

TNF-α促進(jìn)肥胖癥的發(fā)展。肥胖者脂肪組織中TNF-α水平升高。在肥胖背景下，脂肪細(xì)胞釋放游離脂肪酸(free fatty acid,FFA)增加，胎球蛋白-A激活FFA并共同作用于巨噬細(xì)胞表面的Toll樣受體4，使巨噬細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子，包括TNF-α和IL-6等。而TNF-α?xí)M(jìn)一步促進(jìn)脂肪細(xì)胞釋放單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)和FFA，導(dǎo)致炎癥進(jìn)展。在脂肪組織中，TNF-α通過降低脂肪細(xì)胞胰島素受體酪氨酸激酶的活性導(dǎo)致胰島素抵抗。此外，TNF-α還可抑制脂肪細(xì)胞分化，使脂肪細(xì)胞形成分化的特定標(biāo)志物如過氧化物酶體增殖物激活受體-γ2表達(dá)降低[2,10]。

運(yùn)動(dòng)及藥物通過降低TNF-α水平減輕肥胖。有臨床試驗(yàn)證實(shí)，為期12周下降或上升樓梯運(yùn)動(dòng)可改善中國(guó)肥胖女性的胰島素敏感性，這可能與TNF-α水平降低有關(guān)[11]。此外，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，人參皂苷CK通過抑制肥大脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)的MCP-1、TNF-α升高以及促進(jìn)胰島素信號(hào)通路中IRS-1的表達(dá)，減輕肥胖癥的炎癥和胰島素抵抗[12]。也有研究表明維生素 D 通過降低 TNF-α的循環(huán)水平減輕肥胖大鼠的體重增加和腹部脂肪沉積[13]。最新研究發(fā)現(xiàn)一種基于介孔二氧化硅包覆的氧化鈰納米酶的新型納米復(fù)合材料，能降低TNF-α的循環(huán)水平，從而改善脂肪酸循環(huán)水平及其代謝表型[14]。以上研究表明，在細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，許多藥物已顯示出通過降低TNF-α水平改善肥胖的作用。然而，尚未見靶向TNF-α的藥物應(yīng)用于臨床來治療肥胖。

3 TNFSF其他成員與肥胖

3.1 CD40L/CD40CD40(TNFRSF5)及其配體CD40L在各種類型的細(xì)胞中廣泛表達(dá)，巨噬細(xì)胞，樹突狀細(xì)胞(dendritic cell, DC)和B細(xì)胞上表達(dá)CD40，而T細(xì)胞和血小板在活化后表達(dá)高水平的CD40L，CD40L也可作為可溶性因子而產(chǎn)生。CD40L自組裝成功能三聚體，可誘導(dǎo)CD40三聚和下游信號(hào)傳導(dǎo)。經(jīng)典的CD40/CD40L信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)由TRAFs的募集和NF-κB激活介導(dǎo)。CD40/CD40L相互作用還參與調(diào)節(jié)組織炎癥，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被認(rèn)為是有吸引力的免疫治療靶點(diǎn)[15]。

可溶性CD40配體(sCD40L)可能參與肥胖發(fā)病。肥胖患者血漿sCD40L顯著升高，而減重后顯著下降[16]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，在減肥手術(shù)后病態(tài)肥胖患者中，循環(huán) sCD40L 的顯著減少與胰島素抵抗和慢性炎癥的改善有關(guān)[17]。

然而，最近的研究發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞上的CD40/CD40L在肥胖癥中具有保護(hù)作用。Wolf等[18]研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食條件下，T細(xì)胞特異性CD40缺陷小鼠的脂肪組織中炎性細(xì)胞、促炎基因和體重顯著增加，且該促炎和不良代謝表型可通過CD40缺陷型淋巴細(xì)胞重建而移植到野生型小鼠中。Aarts等[19]研究結(jié)果顯示，在同樣高脂飲食的條件下，與野生型小鼠相比，樹突狀細(xì)胞特異性CD40缺陷小鼠的體重、脂質(zhì)沉積和脂肪組織炎癥增加，血漿總膽固醇顯著升高，且脂肪組織中的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)增加，推測(cè)CD40陽性的樹突狀細(xì)胞通過調(diào)節(jié)性T細(xì)胞而抵抗肥胖及其相關(guān)并發(fā)癥。

抗CD40信號(hào)已經(jīng)顯示出一定的抗肥胖作用。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，小分子抑制劑(SMI) 6860766特異性阻斷 CD40-TRAF6 相互作用后，改善了飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的胰島素敏感性，減少了脂肪組織炎癥和肝脂肪變性[20]。此外，肥胖大鼠用沙格列汀治療4周或8周，血糖水平的改善與sCD40水平降低相關(guān)[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)，C57Bl6 小鼠注射中和抗 CD40L抗體 12 周，同時(shí)喂食高脂肪飲食導(dǎo)后，減弱了飲食誘導(dǎo)的肥胖、肝脂肪變性的發(fā)展，并增加了全身胰島素敏感性[22]。綜上，對(duì)于CD40在肥胖及其并發(fā)癥中的作用還存在爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步研究。

3.2TL1A死亡受體3(DR3，也稱為TNFRSF25)是T細(xì)胞表達(dá)的一種腫瘤壞死因子受體超家族，其在活化的T細(xì)胞中被上調(diào)。類TNF的配體1A(TL1A，TNFSF15)，是一種膜結(jié)合分子，主要由DC，B細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表達(dá)[6]。TL1A是一種促炎性因子，TL1A-DR3的相互作用可引起許多炎癥反應(yīng)，近年來發(fā)現(xiàn)TL1A與肥胖相關(guān)。

TL1A可能參與肥胖的發(fā)病。有臨床研究表明，肥胖合并2型糖尿病患者內(nèi)臟脂肪組織中TL1A的表達(dá)顯著高于非糖尿病患者。此外，肥胖患者內(nèi)臟脂肪組織中中表達(dá)更高水平的TL1A mRNA[23]。

細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，TL1A促進(jìn)肥胖的發(fā)生發(fā)展。 一方面，TL1A通過誘導(dǎo)脂肪組織炎癥，導(dǎo)致脂肪細(xì)胞胰島素抵抗，促進(jìn)肥胖的發(fā)生。Tougaard等[24]發(fā)現(xiàn)TL1A缺陷小鼠體重顯著下降，并且解剖后肉眼可見脂肪組織量減少。隨后對(duì)TL1A在肥胖中的具體作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究。結(jié)果顯示，高脂飲食喂養(yǎng)的TL1A正常小鼠比TL1A缺陷小鼠的體重和附睪白色脂肪組織量增加更顯著。對(duì)附睪白色脂肪組織中的先天淋巴樣細(xì)胞評(píng)估結(jié)果顯示，TL1A缺陷小鼠的附睪白色脂肪組織中ILC2s比例增加， ILC1s和TCRγδ+T細(xì)胞的比例減少，TNF、Ripk3(TNF信號(hào)成分)和線粒體解偶聯(lián)基因UCP1、UCP2和UCP3的表達(dá)降低，因此認(rèn)為TL1A通過調(diào)節(jié)附睪白色脂肪組織中的先天淋巴細(xì)胞組成、炎癥因子的表達(dá)和線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激促進(jìn)肥胖的發(fā)生[25]。另一方面，TL1A也可通過誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞胰島素抵抗和巨噬細(xì)胞M1極化而使脂肪組織功能障礙。Maixner等[23]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，脂肪組織的T淋巴細(xì)胞可合成分泌TL1A。用hTL1A處理人CHUB-S7脂肪細(xì)胞24h后，胰島素信號(hào)通路蛋白Akt和GSK磷酸化顯著減弱，此外，TL1A可誘導(dǎo)人MDM(單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞)脂質(zhì)積聚且促炎性M1極化基因(TNF-α、IL-6和MCP-1)mRNA水平增加，抗炎性M2極化標(biāo)記(CD206，CD209)mRNA水平降低。以上研究表明，TL1A促進(jìn)肥胖的發(fā)生。由于對(duì)TL1A在肥胖癥中的作用機(jī)制研究處于初始階段，阻斷TL1A的藥物尚待研發(fā)。

3.3LIGHTLIGHT(TNFSF14)是TNF超家族的一部分，也是TNF-淋巴毒素的重要細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)。由自然殺傷細(xì)胞，活化的T細(xì)胞、粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和未成熟的樹突狀細(xì)胞表達(dá)。LIGHT可結(jié)合兩個(gè)受體，淋巴毒素β受體(LTβR)和皰疹病毒進(jìn)入介體(herpesvirus entry mediator,HVEM)。LTβR存在于基質(zhì)和髓樣細(xì)胞中，HVEM存在于造血、上皮和內(nèi)皮細(xì)胞中。LIGHT-HVEM相互作用決定了有效的T細(xì)胞共刺激效應(yīng)[26]。

LIGHT可能參與肥胖的發(fā)生。肥胖受試者組血清LIGHT水平較對(duì)照組顯著增加，且在循環(huán)中單核細(xì)胞、CD3+T細(xì)胞和中性粒細(xì)胞上顯示高表達(dá)水平[27]。另有研究發(fā)現(xiàn)，肥胖受試者和肥胖T2DM患者中LIGHT的表達(dá)明顯高于正常受試者， 而進(jìn)行胃旁路手術(shù)減肥后， LIGHT表達(dá)下降[28]。此外，血清 LIGHT 濃度與體重指數(shù)、脂肪量、糖化血紅蛋白和空腹甘油三酯呈正相關(guān)，與高密度脂蛋白膽固醇呈負(fù)相關(guān)[29]。

細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，LIGHT促進(jìn)肥胖的發(fā)生發(fā)展。一方面，LIGHT通過促進(jìn)炎癥因子的分泌，導(dǎo)致脂肪組織炎癥加劇和胰島素抵抗。Herrero-Cervera等[30]研究發(fā)現(xiàn)，與HFHCD(高脂高膽固醇飲食)的野生型小鼠相比，LIGHT缺陷小鼠葡萄糖耐量和胰島素敏感性改善明顯，脂肪組織中促炎細(xì)胞因子如MCP-1、TNF-α和IL-17分泌減少，促炎性脂肪組織巨噬細(xì)胞減少，而抗炎性脂肪組織巨噬細(xì)胞增加。另一方面，LIGHT通過抑制米色脂肪生成，導(dǎo)致肥胖發(fā)生。Kou等[31]發(fā)現(xiàn)，3T3-L1-LIGHT(過度表達(dá)LIGHT的3T3-L1細(xì)胞系)的米色、棕色脂肪細(xì)胞特異性基因UCP-1、PRDM16、過氧化物酶體增殖物激活的受體γ輔激活物1-α和關(guān)鍵的促成脂轉(zhuǎn)錄因子基因PPARG表達(dá)水平較低。同樣，在LIGHT缺陷小鼠中證實(shí)了這一結(jié)論，在急性冷暴露后，LIGHT缺陷小鼠UCP-1蛋白的表達(dá)在皮下白色脂肪組織中增加了約3倍。進(jìn)一步的研究表明，LIGHT與脂肪前體上的LTβR相互作用，通過減弱JNK途徑而抑制米色脂肪細(xì)胞生成，進(jìn)而促進(jìn)肥胖的發(fā)生。以上研究表明，LIGHT促進(jìn)肥胖的發(fā)生發(fā)展。尚未見靶向TNFSF14的藥物治療肥胖癥，但有報(bào)道稱，miR-326通過靶向TNFSF14可以抑制肺部炎癥[32]。

3.4RANKLNF-κB受體激活劑(RANK，TNFRSF11A)，其配體RANKL(TNFSF11)和RANKL的誘餌受體骨保護(hù)素(OPG，TNFRSF11B)形成功能性三聯(lián)體。RANK主要在DC和T細(xì)胞上表達(dá)，RANKL在T細(xì)胞上表達(dá)，OPG缺乏跨膜結(jié)構(gòu)域，以可溶性蛋白形式分泌。OPG以高親和力與RANKL結(jié)合。RANK信號(hào)通過募集TRAF進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)，激活NF-κB，MAPK，Akt/PKB，c-fos和NFATc1/NFAT2途徑。

OPG促進(jìn)肥胖及其并發(fā)癥的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，肥胖個(gè)體在青春期表現(xiàn)出血清OPG水平升高，且血清OPG升高與胰島素抵抗相關(guān)[33]。也有研究表明，代謝綜合征患者的循環(huán)OPG明顯升高[34]。高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠的循環(huán)和組織OPG顯著增加，將OPG蛋白遞送給小鼠后，導(dǎo)致了與代謝異常相關(guān)的全身性和脂肪組織促炎性變化[35]。Matsuo等[36]發(fā)現(xiàn)，OPG基因敲除小鼠的皮下白色脂肪組織棕色化，對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的體重增加具有抵抗力，且皮下白色脂肪組織的基質(zhì)血管分?jǐn)?shù)細(xì)胞中棕色脂肪細(xì)胞標(biāo)記基因UCP1的表達(dá)更高。

RANKL可能在肥胖癥中具有保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)，胃旁路術(shù)使體重減輕后，RANKL水平增加[36]發(fā)現(xiàn)，輸注RANKL的野生型小鼠組織學(xué)顯示皮下脂肪組織棕色化，且UCP1表達(dá)增加，耗氧增加；RANKL刺激下的3T3-L1(前脂肪細(xì)胞系)更早分化為米色脂肪細(xì)胞，且表達(dá)更高水平的UCP1。RANKL通過誘導(dǎo)前脂肪細(xì)胞的米色脂肪細(xì)胞分化來增加能量消耗，從而減輕肥胖。OPG-RANKL-RANK在肥胖癥中具體的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

3.5其他除上述TNFSF成員與肥胖相關(guān)外，其他成員包括TRAIL、OX40、GITR和TWEAK也在脂肪組織炎癥及脂肪組織功能障礙中發(fā)揮作用，如TRAIL可抑制關(guān)鍵的脂肪形成轉(zhuǎn)錄因子C/EBPα、C/EBPδ和PPARγ的表達(dá)從而調(diào)控脂肪形成[38]；CD4陽性T細(xì)胞中的OX40促進(jìn)肥胖引起的脂肪組織炎癥和胰島素抵抗[39]；GITR通過共刺激ILC2s誘導(dǎo)白色脂肪棕色化，并且可改善肥胖背景下的葡萄糖穩(wěn)態(tài)[40]；在接受減肥手術(shù)的肥胖患者中，內(nèi)臟白色脂肪組織和血清TWEAK和TRAIL表達(dá)下調(diào)[41]，這些TNFSF成員也有潛力作為預(yù)防或治療肥胖的新靶點(diǎn)。

4 結(jié)語與展望

在脂肪組織中，脂肪細(xì)胞、免疫細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。腫瘤壞死因子超家族通過調(diào)節(jié)脂肪組織炎癥，進(jìn)而調(diào)節(jié)脂肪組織功能，包括脂肪細(xì)胞胰島素敏感性，米色脂肪生成和功能性脂肪組織重塑，從而減弱或促進(jìn)肥胖及其并發(fā)癥的發(fā)展。有些藥物通過影響TNFSF成員的循環(huán)水平可以減輕肥胖。然而，是否只靶向其中一個(gè)TNFSF成員就可以治療肥胖及其并發(fā)癥，如果靶向多個(gè)TNFSF成員是否更有效，這些問題的解決都需要更多的研究來闡明TNFSF成員組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，為肥胖及其并發(fā)癥的靶向治療提供更多的證據(jù)支持。