朱大龙教授：脂肪调控-代谢性疾病/肥胖治疗新视点

作者：南京大学医学院附属鼓楼医院  朱大龙

朱大龙教授

说到脂肪组织，不得不提到肥胖，众所周知肥胖是2型糖尿病患病率升高的主要风险因素，一方面肥胖导致脂肪组织的堆积会增加2型糖尿病的发生风险；另一方面脂肪组织的缺乏也会增加糖代谢和脂代谢紊乱的风险。所以我们会质疑脂肪组织在代谢调节中到底起到怎样的角色。

事实上20多年来，人们对脂肪组织的认识确实在不断的更新和完善中，30年前人们认为脂肪主要是用来进行能量的储存和保暖，对人体器官起支撑和保护作用；后来发现脂肪细胞里有瘦素（leptin）、脂联素（Adiponectin）、脂肪酶等，而直到现在人们才发现脂肪组织中有超过600个脂肪因子，有不同功能、不同“颜色”的脂肪存在。脂肪细胞其实是一个特别的内分泌细胞，能释放多种细胞因子，炎症相关因子以及能量和代谢相关因子，参与到了很多系统和器官的生理及病理功能中。近年来内分泌代谢性疾病领域比较关注的一个话题就是白色脂肪的棕色化以及棕色脂肪的活化。

一、脂肪的种类

说到白色脂肪棕色化，我们得先了解一下目前对脂肪组织的分类。

脂肪细胞可以分为：白色脂肪 (White Adipose Tissue, WAT)，它用来进行能量储存；棕色脂肪(Brown Adipose Tissue, BAT)，用来耗能产热；米色脂肪（Beige/Brite Adipose Tissue）同样具有耗能产热的作用；还有粉色脂肪（Pink Adipocyte）实际上是一种乳腺腺泡上皮细胞，常见于哺乳期妇女，具有产生和分泌乳汁的作用。

白色脂肪将过剩能量以中性脂肪形式储存，供机体在需要时使用，是体内脂肪的主要储存形式。棕色脂肪主要分布在肩胛骨间，腋窝和肾周。WAT在小鼠终身存在，产热维持体温，而在人类，主要存在于婴儿肩胛间，2岁后就逐渐消失。既往认为成年人不存在BAT，近年PET/CT扫描提示在颈部，锁骨上，腋窝，和脊柱旁等部位也存在BAT。米色脂肪往往存在皮下白色脂肪中，研究发现在某些条件和刺激下白色脂肪（主要是皮下脂肪）中会出现米色脂肪细胞，米色脂肪具有和棕色脂肪相似的特性和功能。

二、棕色脂肪和白色脂肪的特点

BAT的脂肪小滴丰富，是多泡脂肪，富含线粒体，因此能进行能量代谢。解偶联蛋白-1（UCP-1），也叫增温素，是表达WAT的特异性蛋白标志物，一般位于线粒体内膜，用于将ATP的能量转化为热量。它也是科研活动中判断棕色脂肪的一个重要生物标志物。棕色脂肪和米色脂肪均能耗能产热、减少体重、改善胰岛素敏感性。BAT来源于生皮肌节的干细胞，与骨骼肌同源，均可表达Myf5。米色脂肪与WAT同源，但其表达的特异蛋白与BAT有重叠。Transl等人近期发表的系统性回顾分析认为和棕色脂肪功能相关的关键分子主要有：过氧化物酶增殖物激活受体（PPAR-γ），是重要的细胞分化转录因子，活化后诱导基因表达，与BAT细胞分化有关； PPAR-γ共激活因子1a（PGC-1a），是目前发现的第一个与PPAR-γ相互作用介导BAT分化的蛋白，可以促进UCP-1表达诱导线粒体合成；PRDM16（PRDI-BFI-RIZI homologous domain containing 16），是一类结构转录因子，在BAT中高表达，可以和其他两个关键分子构成PRDM16-PPAR-γ-PGC-1a复合体，促进UCP-1表达，诱导BAT分化和转化。

2010年有人对既往进行PET/CT的数据作了系统性回顾分析，发现糖尿病患者的BAT检出率仅为6.8%，糖尿病患者的BAT检出率以及BAT面积和活性均显著低于非糖尿病患者。同一年发表在《临床内分泌代谢杂志》上的文章指出成人BAT和BMI、年龄及空腹血糖呈负相关关系。随后的2011年很多高影响因子的杂志上都刊登了关于BAT的文章。如Nat.Med报道了他们的研究结果：发现在冷刺激下，肥胖小鼠的BAT得到活化，BAT能够摄取甘油三酯并独立于胰岛素水平和胰岛素抵抗。同年，《Cell Metabolism》杂志上刊登了成人同样在冷刺激下会产生BAT的活化，BAT较冷刺激前能显著提升对葡萄糖的摄取能力，而对sWAT，vWAT和骨骼肌无影响，BAT中GLUT4的表达显著高于WAT。而另一研究者的文章发表在《Obesity》再次证实了健康成人在低温刺激下BAT明显增多，全身耗能显著增加。2013年仍然是国外研究发现在高脂喂养的小鼠腹腔里移植BAT，肥胖鼠的体重和糖代谢均可得到显著改善，并呈剂量依赖的关系。2014年发表在《International Journal of Obesity》的文章进一步表明：BAT是血糖和HbA1C独立决定因素。所有这些研究无不告诉我们：BAT是一类可以帮助改善糖脂代谢及减重的有益的脂肪细胞，而且这样的循证医学依据越来越多。

因此摆在我们面前的问题是：哪些措施能够实现白色脂肪棕色化（又叫作“米色脂肪化”）或棕色脂肪的活化？

三、白色脂肪棕色化的策略

1. 冷刺激：目前已有很多人体研究证实寒冷刺激可以促使人体中BAT的活化和增加，从而产生耗能产热以及体重的减轻。

2. 运动：目前已有的依据绝大多数基于动物模型的结果。发表在今年的《Diabetes》杂志上的一项研究就证实了运动可以促进高脂饮食的小鼠皮下脂肪向米色脂肪转变，并增加表达棕色化的特异性蛋白UCP-1水平，改善糖耐量；但当把米色脂肪移植到内脏脂肪中后并不再发生UCP-1的表达和糖代谢的改善，但人体研究的数据还很少，怎样标定运动的量和持续的时间都是值得考虑的问题。

3. 饮食：在一些动物研究中发现如不饱和脂肪酸ω-3、白藜芦醇、辣椒素、岩藻黄质、鲑鱼蛋白水解物、共轭亚油酸、扇贝粉等饮食因素和限制一些富含甲硫氨酸或亮氨酸食物可以促进BAT活化和WAT棕色化。特别是关于葡萄酒中提取的白藜芦醇的研究，不仅在动物，而且在人体均有比较新的研究成果的报道，提示白藜芦醇能够促进WAT特异性蛋白的表达，但推广性和可重复性还需要更多的商榷和研究验证。

4. 多种因子包括细胞因子、激素或内分泌因子的干预和调节。这里主要提三个细胞因子：成纤维细胞生长因子21（FGF21），2012年《Genes Dev》就刊登了一项动物研究发现连续3天将重组的人FGF21注入小鼠肩胛区，可以检测到无论是BAT、scWAT还是肾周脂肪中产热基因的表达增加，UCP-1表达增加，结果证实FGF21能够促使白色脂肪棕色化。鸾尾素（Irisin）：一种参与糖代谢的关键调节激素，2014年发表在《Diabetes》上的一项体外研究表明Irisin可以诱导脂肪棕色化，上调脂肪细胞UCP-1的表达。脂联素：它是唯一存在于脂肪细胞中的一种脂肪细胞因子，是众多脂肪细胞因子中调节脂肪摄取能量的脂肪因子。来自香港的一项关于脂联素和棕色脂肪化的研究结果刊登在今年的《Cell Metabolism》上。这项研究表明：在寒冷刺激下脂联素能够促进皮下脂肪向米色脂肪转变，而且主要是通过促进M2巨噬细胞的表达增加来实现白色脂肪的棕色化。这项研究不仅揭示了脂联素在白色脂肪棕色化中起着非常重要的作用，同时还进一步阐述了脂联素是如何促使棕色化的机制。

5. 药物治疗：2012年《Diabetes》上刊登的一项研究显示GLP-1注入小鼠脑室后可以看到BAT的温度显著增加，支配BAT的交感神经电生理活性明显增加，因此推断：GLP-1能够参与中枢对BAT功能的调控。基于此，随着近两年GLP-1RA的上市，国内外学者先后都开展了一些相关研究，大部分的研究显示GLP-1RA能够使得产热基因表达明显增加和减重，并且这些改变与进食控制无关。一些动物研究还进行了脂肪组织的活检证实应用GLP-1RA后发生了白色脂肪的棕色化。而另一类药物主要基于对PPAR-γ的研究。上文已提到PPAR-γ是与BAT功能密切相关的关键分子之一。既往研究已证实PPAR-γ激动剂能够促使白色脂肪棕色化，因此这一类药物理论上存在这方面的能力。但两种药物都存在同样的问题：如具体多少剂量才能产生棕色化效应？有无量效关系？是否能长期服用等等问题目前都还没有答案。

6. 干细胞水平的促分化：国外已有研究报道了干细胞促分化为棕色脂肪细胞的相关研究成果。在条件允许情况下干细胞水平治疗的确是未来医疗技术领域中很有希望的发展方向。但干细胞的管理有待规范和管控。

7. 细胞水平的重编程：今年的《Obesity》杂志上刊登了我们开展的一项研究。在这项研究中我们首先利用分子克隆技术建立了超活性的合成蛋白M3-PPAR?，利用体细胞——无多能分化能力的成肌细胞通过重编程技术转为具有棕色脂肪特性的脂肪细胞，进一步通过qPCR、Western Blot 等检测到WAT表达的特异性蛋白水平的明显增加并且通过检测细胞内线粒体的水平，进一步验证经转导后的M3-PPAR?脂肪细胞是具有正常生理功能的棕色脂肪细胞。该项研究成果为国际上首次报道。未来还需要进一步明确这样的一个超活性的M3-PPAR?复合体是否具有高度选择性的棕色脂肪化变能力，M3-PPAR?促使棕色话转变的机制是什么等等问题。

四、对未来的展望

如前所述，脂肪细胞的功能我们也只是近十余年来才对它有了多一些的了解，而关于白色脂肪棕色化的治疗领域策略中涉及到的很多通路和细胞因子在机体内到底是怎样的作用和关系，还有很多未知的问题要去解答。但无论怎样，近年来关于脂肪棕色化治疗探索的研究成果也给我们带来很多信心和希望。我们需要更多、更深的机制的探索和挖掘，才能来谈未来的科研方向。就个人来说非常看好细胞水平的重编程技术未来在治疗领域的拓展和广泛使用，而对重编程后的细胞如何具备或维持高度选择性应该是亟待更深入研究来解决的问题。