细胞自噬调控肥胖脂肪组织炎症状态的研究进展

★ 张一文 喻松仁 姚琦 王萍（.江西中医药大学研究生院 南昌 330004；.江西中医药大学 南昌 330004）

肥胖是指脂肪组织广泛的内脏和异位脂肪蓄积和肥大，同时也伴随着慢性低度脂肪组织炎症以及脂肪组织巨噬细胞浸润（ATM）数量的增加［1］。它是合并诱发心血管疾病、恶性肿瘤、慢性肾衰竭等疾病的独立危险因素。对肥胖的早期干预和治疗是预防罹患此类疾病的必要措施。细胞自噬（Autophagy）是细胞在生理、营养匮乏等应激条件影响下，通过自噬溶酶体途径，将胞质内受损的细胞器和过度积累的脂质等成分降解的生物学过程。近年来，对于自噬与人体心血管疾病、神经系统疾病及肿瘤等疾病的关系研究越来越多，自噬与肥胖等相关代谢性疾病关系的研究也在不断发展。目前发现自噬参与并影响了肥胖的发生和治疗，其可能是通过调节肥胖的脂肪组织中脂肪细胞的分化及其炎症状态［2］来发挥影响作用的。本文将结合文献研究，从自噬概论和机制、自噬与脂肪组织及其炎症状态、自噬调节与肥胖的关系等方面来探讨自噬与肥胖的研究概况。

1 自噬

1.1 自噬的概述 “自噬”是由比利时著名生物学家克里斯蒂安·德·杜夫（Christian de Duve）教授于1963年发现并命名提出的。是细胞对其内部受损的细胞器、错误折叠的大分子胞质物质经双层囊泡包裹，运送至溶酶体进行降解、循环利用的过程。根据细胞内底物运送到溶酶体腔的方式不同，细胞自噬可大致分为巨自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）和分子伴侣介导参与的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）3种形式［3］。巨自噬是最具特征的形式，本综述的自噬主要是指巨自噬。

1.2 自噬的机制 日本大隅良典（Yoshinori Ohsumi）［4］在使用遗传筛选酵母中自噬缺陷型突变体来鉴定自噬相关（ATG）基因后阐明了自噬发生的机制。在正常情况下，细胞自噬的基础水平基本保持在一个较低的状态来维持细胞内环境的稳定。在饥饿、缺氧、损失等刺激的诱导后，腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）被活化，活化的AMPK会使雷帕霉素靶蛋白（mTOR）失活并催化ULK1（同Atg1）的相关丝氨酸发生磷酸化，进而促进自噬的发生。同时自噬基因蛋白中Beclin1（同Atg6）作为III型磷脂酰肌醇激酶（PI3K）复合体的支架蛋白［5］，通过Vps34-p150复合体与Atg9、Atg14L等蛋白结合， 形成PI3K核心复合体启动自噬［6］，从而进入自噬启动阶段。然后Atg基因通过Atg12-Atg5和LC3-II（Atg8-II）复合物控制自噬体的形成，其中Atg12同Atg7和Atg10（分别为E1和E2样酶）的泛素样反应与Atg5偶联后形成Atg12-Atg5复合物，再与Atg16L结合形成Atg12-Atg5-Atg16L复合物，定位于自噬体外膜上。同时微管相关蛋白1轻链3（LC3/Atg8）的C端被Atg4蛋白酶酶切后生成细胞质LC3-I。LC3-I在类E1酶Atg7、类E2酶Atg3以及类E3酶Atg5-Atg12-Atg16L复合物的共同作用下与自噬体膜表面的底物PE偶联，形成膜结合形式的LC3-II吸附在自噬体膜上。共同参与囊泡膜延伸和自噬体的成熟，形成了具有双层或多层膜的液泡即自噬体或自噬囊泡（酵母）。最后其外膜与溶酶体融合形成自噬溶酶体， 而内膜及自噬体内容物则被多种溶酶体酶消化降解成氨基酸、核苷酸以及游离脂肪酸等小分子物质。自噬机制的正常发生不仅能量供给站，可以在相关因素的刺激下介导降解本身和消除错误折叠或损坏的蛋白质，给生物机体提供营养成分和能量；亦是机体的防御机制，可以抵抗细菌和病毒感染，消除有害物质，对于高等真核生物的生存和发展具有重要作用［4］。

1.3 自噬的调节 自噬的调控剂主要通过AMPK和mTOR这两个重要的调控节点来调控自噬过程的，另外，磷酸化的ULK1也是激活自噬的关键因子。其中mTOR与自噬的发生呈负向调节关系，通过Akt和MAPK信号通路激活mTOR会抑制自噬；AMPK和P53等信号通路抑制mTOR会促进自噬发生。也就是说AMPK是通过激活ULK1来抑制mTOR，从而激活自噬［7］。而对于自噬活性的观察和判定主要是通过观察自噬各阶段关键的蛋白含量，其中Beclin-1和LC3等是目前最常见的用来衡量自噬活性的标志蛋白［8］。

2 自噬与肥胖

2.1 自噬与肥胖脂肪组织

2.1.1 自噬与脂肪组织 脂肪组织是全身脂质体内平衡的重要器官，其生成和代谢等功能是否正常在全身能量稳态中发挥重要作用［9］。自噬对脂肪组织具有重要的调控作用，其机制主要体现在影响脂肪细胞的分化成熟和脂质代谢两个方面。其一，自噬缺陷或被抑制对脂肪细胞的分化发育具有抑制作用，可以减少成熟脂肪细胞的生成。如被敲除了Atg7的小鼠成脂效率和体重显着降低［10］。用自噬抑制剂氯喹（CQ）和RNA干扰Atg5后，3T3-L1前脂肪细胞过氧化物酶体增殖物激活受体γ2（PPAR-γ2）蛋白水平减少，阻止了成脂的分化［11］。若在前脂肪细胞分化的早期阶段给予α-硫辛酸（自噬抑制剂）处理，会起到抑制细胞内LC3-Ⅱ的表达、AMPK的活性和酸性囊泡的形成、抑制细胞自噬水平的作用，进而导致前脂肪细胞内脂滴的聚集受阻，使得前脂肪细胞分化为成熟脂肪细胞的过程受到抑制［12］。其二，自噬可通过分解甘油三脂和预防脂肪变性的形成来影响脂代谢［13］。闫蓉等［14］用雷帕霉素诱导细胞自噬，3-甲基腺嘌呤抑制细胞自噬，发现在体外人肝细胞培养（脂肪变性）制备的非酒精性脂肪性肝病（NAFLD） 细胞模型中自噬的上调有利于促进肝脏脂肪的清除（用ELISA法检测显示：TG、ALT、AST、LDH、GGT、Alb等水平明显降低），而下调则促进脂质的聚积。Camargo等［15］发现食用富含单不饱和脂肪的饮食可以通过增加自噬（Becn1和Atg7显著升高）来促进恢复肥胖引起的脂肪组织的体内稳态的。另外，人类脐带间质干细胞来源的外泌体可以通过激活AMPK途径激活自噬从而改善2型糖尿病大鼠的肝糖和脂质代谢［16］。因此，细胞自噬可调控脂肪组织，自噬活性改变是影响脂肪组织的生成和代谢正常的重要因素。

2.1.2 肥胖时自噬与脂肪组织 肥胖的发生发展，伴随着脂肪组织及自噬活性的改变。在遗传性肥胖鼠和高脂饮食所致的肥胖鼠中，自噬相关蛋白LC3、Atg5、Atg6和Atg7水平均显著下调，用电镜分析观察发现，肥胖鼠组织内自噬体形成明显减少［17］。但 Kosacka等［18］通过对肥胖和 2型糖尿病患者的皮下和内脏脂肪组织进行电子透射显微镜和免疫荧光染色检测发现，自噬基因的LC3-II/LC3-I比、LC3和Atg5 mRNA的表达上调以及p62和mTOR蛋白水平的降低，这表明肥胖者体内脂肪的自噬增加。李璇等［19］发现在肥胖小鼠脂肪组织中的LC3蛋白表达较正常组明显增高；肥胖患者脂肪组织中Beclin、Atg1的mRNA表达水平及LC3蛋白表达水平也显著增高，这表明肥胖时脂肪组织中自噬基因表达会发生明显改变。且Kosacka等［20］通过蛋白质印迹分析发现，肥胖的WOKW大鼠的内脏和皮下脂肪细胞中自噬标记物Atg5/12和LC3Ⅱ蛋白表达水平增加。这都表明自噬在肥胖脂肪组织中活性和数目会有所增加。以上实验结果中自噬在肥胖时脂肪组织中的活性与数量变化的不同，这可能是由实验中多种因素的影响，但是自噬的活性和数目随着肥胖发生会增强还是减弱，仍需要进一步研究探索。然而目前大多数的实验研究结果还是以肥胖时脂肪组织的自噬活性升高为主。明确细胞自噬活性在肥胖中的变化对于临床肥胖的治疗具有重要意义。

2.2 自噬与肥胖炎症状态

2.2.1 肥胖会引发脂肪组织炎症 肥胖会引发脂肪组织的慢性炎症，其过程往往表现为脂肪细胞肥大、免疫细胞浸润、血管生成和细胞外间质增生［21］。肥胖时脂肪组织发生炎症反应与脂肪组织包含的脂肪细胞、巨噬细胞、免疫细胞等的变化密切相关。从脂肪组织中的巨噬细胞来看，巨噬细胞可分为M1型巨噬细胞（促炎）和M2型巨噬细胞（抗炎），在肥胖过程中会表现出从M2表型向M1转变的过程，从而加速脂肪组织的炎症过程［22］，且存在巨噬细胞浸润的现象［23］。而脂肪组织中存在的如中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、淋巴细胞、自然杀伤细胞、肥大细胞等免疫细胞也会在肥胖的影响下对脂肪组织炎症的发生发挥重要作用。研究显示，较瘦小鼠和较胖小鼠脂肪组织中含有大量T细胞，其中CD8+T细胞（与M1巨噬细胞相似）在肥胖早期会增加，若CD8+T细胞缺乏，小鼠会更容易发生由肥胖所引起的脂肪组织炎症反应，而CD4+T细胞在肥胖发生的过程中会减少。表明肥胖诱导的T细胞失衡会促进脂肪组织炎症反应［24］。随着肥胖的发生，脂肪组织不断生长，新的血管也不断生成。当脂肪组织生长速度过快时，血液循环系统不足以维持各处的氧供应。且当脂肪细胞直径≥120μm时，增生肥大的脂肪细胞会形成一道屏障阻止氧气扩散到脂肪组织的远端区域［25］，最终导致局部组织缺氧，而缺氧会使瘦素［26］、白细胞介素-6（IL-6）［27］、低氧诱导因子（HIF-1ɑ）［28］、血管内皮生长因子（VEGF）［27］等直接参与肥胖引发的慢性炎症状态的细胞因子表达增多。也就是说这种局部组织的缺氧也会促进脂肪组织慢性炎症的发生。可见，肥胖的发生会从多方面对脂肪组织产生影响的从而引发炎症。另外，本课题组前期动物实验研究也表明肥胖大鼠的确存在着炎症状态的改变［29］。所以肥胖也是一种慢性炎症性疾病。

2.2.2 自噬与肥胖组织炎症的调节关系 自噬对炎症反应也起着重要的调控作用［30］。其可能主要是通过清除炎性蛋白聚集体、下调组织损伤的促炎细胞因子来对抗炎症反应和激活炎性体产生大量炎症因子以加快炎症进程。用自噬激活剂干预的干眼小鼠角膜炎性介质肿瘤坏死因子（TNF-ɑ）、基质金属蛋白酶3（MMP-3）和基质金属蛋白酶9（MMP-9）的蛋白表达明显降低，表明自噬具有抗炎作用［31］。但被肾上腺皮质激素释放激素（CRH）诱导的巨噬细胞的自噬促进其向M1方向极化，从而促进炎症的发生与发展，然而通过给予自噬抑制剂氯喹（CQ）后，其促炎效果就被明显抑制［32］。可见，适度的自噬可有效抑制炎症反应。肥胖具有脂肪细胞炎症变化和脂肪组织炎症细胞的浸润的特征，那么，自噬亦可以通过介导和调节脂肪组织中的炎性因子来调控肥胖脂肪组织的炎症反应。Yoshizaki等［2］用雷帕霉素处理肥大脂肪细胞激活自噬途径时，发现炎症细胞因子人单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、白细胞热原（IL-1β）的mRNA相对表达量显著降低。若将自噬抑制时，促炎细胞因子IL-6、MCP-1的mRNA相对表达量就会显著升高。但Kosacka等［18］研究却发现，在肥胖者的脂肪组织中，增强自噬活动会引起促炎细胞因子表达增多，其皮下和内脏脂肪组织中TNF-α和IL-6蛋白表达水平增加，白细胞介素-10（IL-10）蛋白表达水平降低，且内脏脂肪组织中的炎性蛋白表达变化更明显。这也说明适度的自噬可以有效抑制肥胖脂肪组织的炎症反应。那么，笔者以为自噬也可通过调控脂肪组织炎症的途径来影响肥胖的发展。

3 自噬调节与肥胖

近年来，通过对自噬的抑制/激活来观察其对肥胖影响的研究取得了一定的进展。如通过α-硫辛酸抑制AMPK的活性进而抑制自噬的活性，有抗肥胖的作用［12］。在敲除肥胖模型小鼠特异性脂肪细胞自噬基因Atg7和Atg5后会引起小鼠体质量减轻，瘦素和胆固醇含量均下降，游离的脂肪酸和三酰甘油的贮存以及白色脂肪数量都出现减少［10］。证实了抑制自噬的活性有抗肥胖的作用。然而增强自噬活性也具有减轻肥胖的作用。曹友祥等［33］用8周中等强度运动的方式来增强自噬活性，使大鼠附睾周白色脂肪组织自噬的相关蛋白因子LC3的mRNA、LC3-II和溶酶体相关膜蛋白2（LAMP2）等相对表达量增高后，大鼠的高密度脂蛋白（HDL-c）下降，低密度脂蛋白（LDL-c）升高，体重也明显减轻。梁慧敏等［34］也发现脑室内注射leptin蛋白后的大鼠自噬水平上调，体重明显下降。但也有研究表明，抑制自噬会促进肥胖的发展，如当敲除小鼠肝细胞中自噬相关基因Atg5时，在电子显微镜下观察到甘油三脂的数量与大小都有显著的增加［35］。

自噬的调节是肥胖病临床治疗的热点，利用不同的自噬调节剂对自噬通路相关分子的进行调节，并探究其作用机制，是一个热门的研究领域。肥胖的过程亦是脂肪组织自噬发生改变的过程，所以上述实验会在对自噬的激活或抑制后得出的作用肥胖的结果不一，但调节自噬对肥胖的发展有一定的影响，其机制及其复杂，难以掌握调控的度，如何合理调控自噬的活性可以明确有效减轻肥胖及其发生作用的机制还需要进一步的科学研究和探索。

4 结语和展望

综上可知，细胞自噬与肥胖存在着密切的联系，正确调控自噬可以从肥胖脂肪细胞的分化成熟、脂质代谢以及脂肪组织炎症状态等多种途径来影响肥胖的发展。其作用的机制是及其复杂的，容易受到各个方面因素的影响，得出的结果会有所差异甚至会截然相反。所以尚存在诸如：肥胖时细胞自噬活性增减的争议，难以把控自噬的度来有效抑制肥胖脂肪组织的炎症反应甚至达到抑制肥胖的作用等有待解决的问题。这些问题的解决对于肥胖的临床治疗及其机制研究具有重大意义。