棕色脂肪細胞因子的研究進展*

閆佳慧，韓 亮，陳 廣

（華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院 1中西醫臨床專業2015級，2中西醫結合研究所，3中西醫結合科，湖北武漢430030）

人體內存在著白色脂肪組織（white adipose tissue，WAT）、棕色脂肪組織（brown adipose tissue，BAT）和米色脂肪組織。WAT具有儲能的作用，過量積聚可導致肥胖；棕色和米色脂肪為產熱脂肪，具有潛在的抗肥胖作用[1]。BAT能夠通過利用葡萄糖和脂類產熱，減少它們在循環中的過度沉積，起到預防肥胖性疾病和代謝異常的作用[2]。BAT的產熱過程受交感神經支配，且與解偶聯蛋白1（uncoupling protein-1，UCP-1）的表達有關。UCP-1位于線粒體內膜中，是棕色脂肪細胞的標志性蛋白，它可以使H+從線粒體內膜滲漏到線粒體基質中，阻止二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）磷酸化形成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），將能量以熱能的形式散失[3]。除產熱外，BAT還能以多種形式釋放不同的細胞因子（即棕色脂肪細胞因子，brown adipocytokines，batokines），調節機體的多種代謝過程。其中，BAT來源的自分泌因子和旁分泌因子主要與BAT的自身分化和產熱激活過程有關，如神經生長因子、成纖維細胞生長因子2等[4]；而BAT來源的內分泌因子，可能與BAT的抗肥胖作用有關。因此，明確BAT來源的內分泌因子，對尋找預防及治療肥胖性疾病的潛在靶點具有重要意義?，F根據此方面的研究進展，對BAT及BAT來源的內分泌細胞因子的分類和作用，作以下綜述。

1 BAT的功能及作用途徑

1.1 BAT具有促進代謝穩態、對抗肥胖的作用 將BAT移植到小鼠體內，可以使小鼠的胰島素敏感性和葡萄糖耐量增加，血糖水平正?；痆5-6]，并且能夠減小脂肪體積，降低體重[7-8]。將BAT移植到1型糖尿病小鼠體內，不僅可以改善糖代謝，還可以減輕組織炎癥，逆轉糖尿病的臨床標志（如多尿、多飲、多食等）[5]。BAT移植還可以通過促進受試小鼠全身的交感神經系統活動，提高內臟WAT、肝臟、心臟、肩胛間BAT和腓腸肌的交感神經張力[9]，進而增加能量消耗，起到對抗肥胖的作用。此外，將BAT移植到多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）模型大鼠體內后，PCOS大鼠的葡萄糖穩態得到了改善，無排卵、雄激素過多和多囊卵巢現象出現了逆轉，其生育力也有所提高[10]；由于PCOS患者常伴有肥胖和胰島素抵抗現象，因此BAT提高生育能力的作用可能與其改善胰島素敏感性、降低體重的作用有關。

1.2 BAT可通過產熱和分泌細胞因子發揮作用在目前已有的研究中，所移植的BAT并沒有直接誘發高水平的代謝和產熱活動，據此推測BAT可能具有產熱以外的作用。研究發現，靶向破壞小鼠的UCP-1基因使其失活，可以特異性阻斷BAT的產熱活動，但未使小鼠的體重增加[11]；而BAT的基因消融可以引起肥胖、糖尿病和高脂血癥[12]。這一發現首次證明BAT能夠通過產熱之外的途徑調節人體全身代謝過程。早在1985年，研究者們首次發現了棕色脂肪細胞能夠通過分泌釋放三碘甲腺原氨酸（3，5，3′-triiodothyronine，T3）激素，進而激活BAT產熱的途徑[13]。且在目前的移植研究中，BAT在發揮有益效應的同時，常伴隨著某些調節因子如胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、瘦素和脂聯素[5]水平的升高。根據上述研究，BAT除了產熱作用，還可能作為內分泌器官釋放某些調節因子，來改善全身的能量和代謝穩態。

2 棕色脂肪細胞因子分類及其作用

2.1 神經調節蛋白4（neuregulin 4，Nrg4） Nrg4主要在BAT和米色脂肪組織中表達。通過基因芯片技術發現，BAT在分化的過程中誘導產生了大量Nrg4，且Nrg4在BAT中分布最多；當棕色脂肪細胞表面的去甲腎上腺素能受體被激活時，Nrg4的表達進一步增加[14-15]。驟然冷刺激和慢性冷適應分別使BAT中Nrg4蛋白與其mRNA水平增加[15]。轉錄組學研究發現，相比普通的WAT，來源于嗜鉻細胞瘤病人體內的富有米色脂肪細胞的脂肪組織高度表達Nrg4[4]。

冷刺激雖可使BAT中表達的Nrg4增多，但Nrg4并不參與BAT的產熱過程。研究發現，同一窩小鼠中的Nrg4缺失小鼠與野生型小鼠在寒冷暴露下均出現了體溫過低現象，且此現象在兩種小鼠間無明顯差異，說明Nrg4雖然在BAT中表達豐富，但并不參與BAT的產熱過程[2]。

Nrg4具有改善血糖穩態、增加胰島素敏感性、減少肝臟脂肪合成和對抗肥胖的作用。一項關于Nrg4與妊娠期糖尿?。╣estational diabetes mellitus，GMD）相關性的研究證明：與非GMD孕婦相比，GDM孕婦血清中Nrg4的水平較低；孕婦妊娠期間的血清Nrg4水平與血糖曲線下面積（area under blood sugar curve，GAUC）呈獨立的負相關[16]。這說明Nrg4具有改善血糖穩態的作用。Wang等[15]通過動物實驗發現：Nrg4只與肝臟特異性結合；且在高脂飲食條件下，Nrg4缺失小鼠的血脂水平增高，體重明顯增加，胰島素抵抗和肝臟脂肪變性程度加重，其肝臟內涉及脂肪從頭生成的基因表達顯著增多，而過度表達Nrg4的小鼠的情況則與之相反。肥胖小鼠的脂肪組織Nrg4表達水平降低，且人類WAT樣本分析顯示Nrg4的mRNA水平與體脂質量和肝脂含量呈負相關[15]，這提示Nrg4不足可能是肥胖的一個共同特征。Nrg4抑制肝臟脂肪生成的分子作用機制為：Nrg4結合并激活受體酪氨酸激酶ErbB3和ErbB4，導致肝細胞信號轉導及轉錄激活因子5（signal transducer and activator of transcription 5，STAT5）磷酸化；后者通過激活肝X受體（liver X receptors，LXR）/固醇調節元件結合蛋白1c（sterol regulatory element-binding protein 1c，SREBP1c）通路，以細胞自主的方式減弱誘導脂肪新生的過程[15]?；谝陨涎芯?，推測Nrg4表達降低可能與非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的發病機制有關。BAT可能以2種方式對抗NAFLD：一是BAT分泌Nrg4以抑制肝臟從頭合成脂質；二是活化的BAT憑借其清除營養性脂質的巨大能力，將脂質從肝臟轉移出去。

Nrg4還可促進神經突的生長。由于Nrg4的受體ErbB3和ErbB4在人體內分布廣泛，推測Nrg4可能會作用于除肝臟之外的其他組織，例如Nrg4可以刺激PC12細胞的神經突生長。這提示BAT來源的Nrg4可能也參與了支配BAT的交感神經的生長[14]。

2.2 成纖維細胞生長因子21（fibroblast growth factor 21，FGF21） FGF21主要由肝臟產生并釋放入血；除肝臟以外，BAT、WAT和骨骼肌也可以表達FGF21[17]。在長期冷暴露條件下，大鼠肝臟內的FGF21表達水平明顯下調。當產熱活動被激活后，BAT可以產生FGF21并將其釋放入血，使血漿中FGF21水平升高。如冷暴露可以顯著誘導小鼠體內BAT中FGF21的表達，使BAT釋放FGF21顯著增加，并且可以使血漿中FGF21水平升高，此時BAT成為FGF21的主要來源之一[17]。與之類似，將人體內的幼稚BAT進行體外培養，得到的棕色脂肪細胞可以分泌FGF21；向人體內移植BAT可以提高機體內FGF21的水平，且對人體代謝產生了有益的效應（如促進代謝穩態、對抗肥胖等作用）[2]。上述研究說明血漿中FGF21的水平可以反映人BAT的活動，也證實了BAT能夠調節血漿中FGF21的水平，并向其他組織和器官傳遞信號。

BAT來源的FGF21可能具有自分泌功能而作用于BAT自身。研究表明，BAT分泌FGF21的過程受去甲腎上腺素能的環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）途徑介導的機制調控，這與誘導產熱基因表達的細胞內途徑相同[17]，提示BAT來源的FGF21可能具有促進BAT自身產熱和氧化代謝的作用。

FGF21具有降糖及預防肥胖和糖尿病的作用。FGF21及其類似物具有迅速起效的降糖作用，其機制包括：（1）通過促進胰島素生物合成、抑制β細胞凋亡和增加β細胞數量，從而改善胰島β細胞功能和胰島素敏感性；（2）通過改善胰島素敏感性，促進脂肪細胞和骨骼肌攝取葡萄糖，從而改善糖代謝；（3）通過調控肝臟糖代謝相關的酶及信號通路，改善肝臟的胰島素敏感性，抑制肝臟葡萄糖輸出，從而改善糖代謝[18]。BAT分泌的FGF21可促進多種組織（胰腺、WAT、骨骼肌、肝臟及中樞神經系統）對葡萄糖的利用，進而預防肥胖和2型糖尿病[19-20]。如全身應用FGF21可糾正小鼠肥胖，改善人體代謝平衡[21-22]。在飲食誘導的肥胖大鼠模型中，FGF21可能作用于大腦來增加肝臟的胰島素敏感性和代謝效率[20]。這證實了BAT來源的內分泌因子可能通過跨越血腦屏障到達中樞神經系統，刺激交感神經作用于脂肪組織，間接調控褐色脂肪的生成以及影響全身的能量代謝[23]。

此外，在UCP-1缺失小鼠中，BAT表達大量FGF21的同時，伴有血清FGF21水平的顯著升高，但肝臟中FGF21基因表達未發生改變。已知當線粒體DNA突變或實驗誘導線粒體功能改變時，骨骼肌細胞也可以表達和釋放 FGF21[24，26]。因此推測，小鼠BAT中UCP-1基因缺失可能導致類似的線粒體功能障礙，繼而引發FGF21表達和釋放增強。這可能是誘導體內FGF21水平增高以治療肥胖和代謝疾病的一個潛在的靶點。

2.3 血管生成素樣蛋白8（angiopoietin-like protein 8，ANGPTL8） ANGPTL8是ANGPTL家族的一個新成員，也被稱為利巴辛（lipasin）、肝及脂肪細胞再喂誘導因子（refeeding induced fat and liver，RIFL）或促代謝因子（betatrophin）。研究表明，小鼠的WAT、BAT和肝臟組織高度富集ANGPTL8的轉錄物[27]，且ANGPTL8在 BAT 中的表達高于 WAT[28]。人組織中ANGPTL8 mRNA的分布與脂質代謝的作用區域相一致，主要在肝臟和脂肪組織中[29]。此外，BAT中的ANGPTL8受溫度調節，如在4℃條件下持續4 h，小鼠BAT中的ANGPTL8增加超過3倍。BAT中的ANGPTL8也受營養狀況的調節，如高脂飲食飼喂3個月后，小鼠BAT中的ANGPTL8增加超過2倍，而禁食條件則可以顯著抑制ANGPTL8的表達[27]。

ANGPTL8是進食后甘油三酯（triglyceride，TG）轉運到脂肪組織的主要調節蛋白，其失活可使循環TG代謝紊亂，導致隨著年齡增加，脂肪組織選擇性減少[28]。ANGPTLs家族中的另外2個關系密切的成員ANGPTL3和ANGPTL4，在脂類、脂蛋白的運輸和代謝中起關鍵作用；其中，ANGPTL3能夠通過抑制脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）活性，提高血漿TG水平，通過抑制內皮脂肪酶提高高密度脂蛋白水平。而ANGPTL8與上述兩者在脂類代謝方面有著密切的聯系。

ANGPTL8與ANGPTL3具有協同作用。首先，ANGPTL8對ANGPTL3和ANGPTL4的某些結構具有保護作用。研究表明，ANGPTL3和ANGPTL4的N端結構域的半不變量間距和沒有負荷的殘基能夠在ANGPTL8中得到保護；ANGPTL4的第40個氨基酸殘基為谷氨酸，是脂肪酶抑制所必需的，該殘基在ANGPTL8中得到保護[28]。由此推測ANGPTL8可能與ANGPTL3和ANGPTL4具有相同的作用。其次，ANGPTL8能夠促進ANGPTL3的裂解并調控其活性。研究表明，ANGPTL8通過結合到標準長度ANGPTL3的N端結構域激活ANGPTL3，并促進它的裂解；裂解之后，ANGPTL8仍然結合到ANGPTL3的N端結構域，可能形成一個活性結合體，通過與ANGPTL3的相互作用在脂蛋白代謝中起重要作用[28]。最后，ANGPTL8與ANGPTL3的協同表達，能夠顯著增加血漿中TG的濃度。如野生型小鼠生理濃度表達的ANGPTL3沒有改變TG水平，而ANGPTL8與ANGPTL3協同表達，血漿TG水平升高約10倍[30]，說明ANGPTL8與ANGPTL3共同作用于應答食物攝入，運送TG到組織中；但是ANGPTL8表達的ANGPTL3缺失小鼠的TG水平不增加，表明ANGPTL8不能獨立于ANGPTL3而使TG水平升高，說明ANGPTL8不能直接作用于LPL，只能與ANGPTL3或其他家族成員協同作用，調節TG代謝。

在ANGPTL3缺失的小鼠中ANGPTL8的表達降低了血漿TG水平，說明ANGPTL8有獨立于ANGPTL3的作用。首先，ANGPTL8缺失小鼠TG水平與野生型小鼠在禁食階段的血漿TG水平相當，但是在進食過程中，TG水平降幅大于50%。野生型小鼠餐后脂肪組織的攝入極低密度脂蛋白（very-lowdensity lipoprotein，VLDL）-脂肪酸明顯增加，而敲除小鼠這種增加受到破壞，說明ANGPTL8在禁食后補充脂肪組織TG貯存中起重要作用。其次，ANGPTL8可以抑制LPL的活性[31]。研究表明，ANGPTL8缺失的小鼠餐后血漿中VLDL合成受損和LPL活性增強，說明ANGPTL8通過增加肝臟VLDL的分泌和抑制氧化組織中LPL的活性，促進TG向脂肪組織轉運；該小鼠循環中TG水平降低50%，但VLDL-TG攝入進心臟后受到保護，與心臟中高的LPL活性相一致[28]。ANGPTL8對LPL活性的抑制作用可能會與冷刺激誘導BAT產熱時增加的LPL活性相互抵消[32]。最后，ANGPTL8在肝臟中高表達，促進了胰島β細胞的增殖[33]，增加了胰島素分泌，可能引起高甘油三酯血癥，也可能在葡萄糖動態平衡中起作用[28]。鑒于高水平的BAT活動與改善體內葡萄糖穩態和胰島素敏感性的關系，推測BAT可通過ANGPTL8分子與胰島β細胞之間實現信號傳遞。

2.4 胰島素樣生長因子結合蛋白2（insulin-like growth factor binding protein 2，IGFBP2） IGF包括IGF1和IGF2，是一類與胰島素前體有40%同源性的細胞增殖調控因子；而IGFBP是一個與IGF有高親和力的蛋白家族，具有調節IGF的生物利用度、調控細胞增殖分化的作用[34]。IGFBP2可由外周的肝臟和脂肪組織以內分泌的方式釋放入血，也可由骨髓部位的米色脂肪細胞以旁分泌的方式釋放并作用于局部[35]。

IGFBP2可以刺激骨骼形成和更新，使骨骼增長，以調節骨組織穩態。研究表明，IGFBP2可以通過增強成骨細胞分化和破骨細胞形成，刺激骨骼重塑[33]。根據已知的IGFBP2的作用方式，推測外周BAT是通過IGFBP2分子，對骨組織進行內分泌合成代謝作用的；而骨髓部位的米色脂肪細胞，則是通過局部產生的IGFBP2，對骨骼的更新起促進作用。除了對骨細胞有直接的合成代謝作用外，米色脂肪分泌的細胞因子還可能使成骨細胞和骨細胞對胰島素敏感，增強它們對IGFBP2合成代謝作用的反應[33]。

IGFBP2可以獨立于IGF1調節脂肪細胞分化和胰島素敏感性。在轉基因小鼠中，過度表達IGFBP2可防止飲食誘導的肥胖和胰島素抵抗現象的發生，并逆轉糖尿病[33]。隨著人體的衰老、肥胖和2型糖尿病的發生，血清中IGFBP2水平會有所降低[33]。

上述研究揭示了能量代謝過程和骨骼代謝過程具有相似的調節機制，尤其是胰島素信號傳導機制；因此，IGFBP2有望用于治療能量代謝和骨骼代謝性疾病。

2.5 視黃醇結合蛋白4（retinol binding protein 4，RBP4） RBP4是血液中維生素的轉運蛋白之一，主要由肝臟合成，其配體主要是全反式視黃醇，即維生素A。WAT可以釋放RBP4并作用于肝臟等組織，促進胰島素抵抗[36]。在去甲腎上腺素能刺激BAT產熱的過程中，棕色脂肪細胞也釋放了大量的RBP4[37]。

脂肪細胞中表達的RBP4能夠刺激肝臟脂肪變性，但此功能并非RBP4在肝臟中的直接作用導致的，而與RBP4在脂肪細胞中的炎癥效應有關。在一項研究中，與對照組小鼠相比，脂肪細胞特異性表達人RBP4（human RBP4 specifically in adipocytes，adihRBP4）轉基因小鼠在標準飲食飼喂3至4個月后，其肝臟TG水平明顯升高；當給予adi-hRBP4小鼠高脂飲食時，肝臟脂肪變性加重，肥胖和葡萄糖耐受不良現象也隨之加重。研究結果表明，高循環水平的人RBP4能夠激活脂肪組織內的抗原遞呈細胞，導致脂肪組織發生炎癥，進一步刺激脂肪細胞內脂解作用加強；而肝臟TG水平的升高，是肝臟吸收脂肪來源的循環游離脂肪酸（free fatty acid，FFA）增加所致[38]。在高脂飲食壓力下，人類脂肪細胞特異性RBP4的表達更加廣泛，如循環中視黃醇、紅細胞生成素4及促炎脂肪因子瘦素的水平都得到了提高；這些變化促進了肝臟脂肪變性和其他代謝狀況的惡化（如肥胖和葡萄糖耐受不良）[36]。尚無證據表明，肝臟TG水平升高是由肝內脂肪從頭生成作用增強，或肝FFA氧化降低，或VLDL分泌減少導致的[36]。

2.6 白細胞介素6（interleukin-6，IL-6） IL-6又被稱為B細胞刺激因子、肝細胞刺激因子或干擾素β2。IL-6是一種可溶性介質，主要由單核巨噬細胞、成纖維細胞、骨髓瘤細胞株等產生。IL-6也可作為一種肌肉因子，由骨骼肌收縮分泌后進入血液內循環，發揮其對脂肪代謝的調節作用[39]。高水平的兒茶酚胺能夠通過β3-腎上腺素能受體刺激BAT，使其合成并分泌IL-6，且此過程中BAT產生的IL-6可顯著促進全身的IL-6水平[40]。由于棕色脂肪細胞對細胞外的IL-6敏感，推測BAT產生的IL-6可能起旁分泌的作用[37]。

IL-6作為常見的促炎細胞因子，在炎癥和免疫調節等方面發揮重要功能。如IL-6對B淋巴細胞的終末分化和肝臟中急性期蛋白的合成至關重要。除此之外，IL-6還可以參與機體的代謝調節。

機體正常水平的代謝需要IL-6的參與。在室溫條件下可觀察到，IL-6基因敲除小鼠的氧耗降低，呼吸交換比率增加，表明IL-6基因敲除小鼠全身氧耗和脂肪酸氧化能力降低，這支持了小鼠缺乏IL-6會出現代謝調節紊亂的說法[39]。

IL-6對寒冷條件誘導機體產熱這一過程可能具有協助作用。在4℃條件下，與野生型小鼠相比，IL-6基因敲除小鼠的體溫更低，且BAT內的UCP-1沒有減少，說明在IL-6基因敲除小鼠中，寒冷刺激對WAT內UCP-1表達及產熱作用具有較低的誘導效果[39]。

BAT來源的IL-6對BAT移植后的生物學效應（如改善葡萄糖穩態和胰島素敏感性）起著關鍵的作用。如將正常的BAT移植到能夠表達IL-6的受體內，機體的FGF21水平有一定程度的升高，機體的代謝情況得到改善；但將正常的BAT組織移植到IL-6缺失小鼠體內后，上述的有益效應有所削弱[41]。而將來源于IL-6缺失小鼠的BAT移植后，既不提高受試小鼠的代謝狀況，也未提高FGF21水平[2]。這說明對于BAT的移植后有益效應來說，IL-6是必需的。但是，IL-6是通過其自身的直接作用還是通過誘導FGF21來調節全身效應的，目前尚不清楚。

抗炎免疫調節劑氨來占諾可以在皮下脂肪組織中誘導IL-6基因表達，并顯著增加血漿IL-6濃度。此時，IL-6激活下游STAT3信號通路，以急性抑制肝葡萄糖異生基因表達和葡萄糖輸出[42-43]。在癌癥相關惡病質的背景下，IL-6信號的慢性激活可以促進WAT褐變并增加能量消耗[44]。據此推測，利用藥物或其他條件誘導脂肪組織產生并分泌IL-6，進而有目的地調節人體能量代謝，有望成為治療與肥胖相關的代謝性疾病的新方法。但因IL-6作為促炎因子參與炎癥反應和其調節能量代謝的有益作用似乎矛盾，所以如何針對性地綜合調控人機體內IL-6的水平使其發揮最大的有益作用，仍是一個待研究的問題。

2.7 其他因子 在對BAT中YY1轉錄因子的研究中發現，棕色脂肪細胞在體外還分泌了許多其他因子。例如，米色脂肪細胞分泌的Slit2分子，其循環水平的增加與空腹血糖、餐后血糖和糖基化血紅蛋白呈負相關，而與胰島β細胞功能指數（homeostasis model assessment-β，HOMA-β）呈明顯的正相關關系，說明循環中的Slit2可能在調節糖穩態平衡和維護β細胞功能方面有特殊的作用[45]。此外，BAT來源的還包括生長/分化因子15、血管生成素樣蛋白6、神經髓苷B、內脂素等，這些因子的作用與激素類似，和能量消耗有關。然而，還需更多的研究來確證這些來源于棕色脂肪細胞的內分泌因子的具體作用和機制。

3 小結與展望

綜上所述，BAT抑制肥胖、高血糖和高脂血癥的作用，不是僅通過BAT攝取葡萄糖和脂質這一途徑，它通過旁分泌傳遞的棕色脂肪細胞因子也發揮了重要作用。目前，盡管現有的相關證據表明棕色脂肪細胞因子對代謝性疾病有多方面益處，但仍需更多的研究來準確識別BAT及米色脂肪細胞分泌的新型脂肪因子，并明確它們在代謝調節中的具體作用機制。鑒于現有的研究證據，棕色脂肪細胞因子有望成為臨床治療肥胖性疾病的新靶點。在預防和診斷肥胖性疾病方面，棕色脂肪細胞因子也有可能作為肥胖性疾病的監測和治療效果的指標。