成人棕色脂肪對代謝的影響及棕色脂肪活性調(diào)控機制研究.pdf

1、代謝綜合征(Metabolic syndrome，MS)是一種臨床上常見的多組分的代謝紊亂綜合征，包括超重或肥胖、高血壓、高血糖、血脂異常等，其中肥胖及胰島素抵抗是MS的核心環(huán)節(jié)。隨著肥胖的發(fā)病率越來越高，肥胖及其相關(guān)疾病已經(jīng)成為人類健康的嚴(yán)重威脅。
　　肥胖癥主要是由能量的攝入與消耗不平衡導(dǎo)致的，并且脂肪組織一直被認(rèn)為是“罪魁禍?zhǔn)住?。其實，脂肪組織分兩種類型:白色脂肪組織(White adipose tissue，WAT)和棕色

2、脂肪組織(Brown adipose tissue，BAT)。動物研究表明BAT與體溫調(diào)節(jié)有關(guān)，并且BAT產(chǎn)熱耗能的功能主要是因其線粒體內(nèi)膜上含有大量的解偶聯(lián)蛋白1(Uncoupling protein1，UCP1)。既往認(rèn)為成人體內(nèi)不存在有活性的BAT或是其對人體沒有重要的生理學(xué)作用。
　　隨著分子功能影像學(xué)的發(fā)展，近期人們在使用正電子發(fā)射斷層掃描計算機顯像技術(shù)（Positron-emission tomography-Comp

3、uted tomography, PET-CT）進(jìn)行全身掃描時發(fā)現(xiàn)了對稱分布于成人的頸部、鎖骨上窩、脊柱兩旁等處的濃聚陰影，并通過病理活檢確認(rèn)該組織并非腫瘤組織，而是可以高攝取示蹤劑氟代脫氧葡萄糖(Fluorine-18-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)的棕色脂肪組織。因BAT具有較高的生物學(xué)活性，所以稱之為活性棕色脂肪組織(Active brown adipose tissue，aBAT)。
　　2009年

4、發(fā)表在新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志上的多項獨立研究顯示:成人體內(nèi)存在著aBAT，并且BAT的陽性率及活性與年齡、性別、體重指數(shù)(Body mass index，BMI)相關(guān)。這提示BAT在成人體內(nèi)仍然具有一定的生物學(xué)功能，也暗示了BAT可能參與維持能量代謝的平衡。但目前的研究大多是回顧性的，研究對象也局限于腫瘤患者，且僅僅觀察了BAT與人口統(tǒng)計學(xué)特征的相關(guān)性。目前尚缺乏樣本量大的橫斷面研究以及BAT活性對成人代謝譜影響的研究，而這些研究方向卻可以為

5、防治肥胖癥及其相關(guān)的代謝性疾病提供新思路。
　　中樞神經(jīng)內(nèi)分泌因子通過下丘腦食欲調(diào)節(jié)網(wǎng)(Appetite regulating network，ARN)參與能量代謝的調(diào)控，其中激發(fā)和維持食欲的神經(jīng)肽Y(Neuropeptide Y,NPY)與去甲腎上腺素一起存儲于交感神經(jīng)纖維中，在外周發(fā)揮神經(jīng)遞質(zhì)的作用;而基礎(chǔ)研究顯示去甲腎上腺素與甲狀腺激素一起協(xié)同促進(jìn)UCP1的表達(dá)，從而增加BAT的活性。所以，有學(xué)者提出一種假說:BAT活性的調(diào)

6、控可能是網(wǎng)絡(luò)式的調(diào)控機制，并且中樞系統(tǒng)在其中起重要作用。雖然目前調(diào)控BAT活性的機制尚未完全明晰，但這方面的研究成果在肥胖癥的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中會有廣闊的應(yīng)用前景。
　　此外，PET-CT作為分子功能影像學(xué)的先驅(qū)，不僅可以顯示腦部的影像，還可以分析不同腦區(qū)的葡萄糖代謝率，故而可以利用該技術(shù)來探究腦區(qū)糖代謝與BAT活性之間的關(guān)系，這將有助于揭示中樞在BAT活性調(diào)控中的作用。
　　因此，本課題組通過對照研究來比較健康體檢人群中不同BAT

7、活性受試者的糖脂代謝及炎癥狀態(tài)（代謝譜）的差異，利用18F-FDG PET-CT技術(shù)分析健康成人的腦區(qū)糖代謝與BAT活性的關(guān)系，并且在基礎(chǔ)實驗中探索NPY對BAT活性的調(diào)控及其機制，希望為代謝性疾病，尤其是肥胖癥的防治提供新線索、開拓新視野。
　　第一部分中國健康成人棕色脂肪對代謝的影響
　　目的:比較室溫下PET-CT掃描顯示aBAT（BAT陽性）和未顯示BAT（BAT陰性）的健康成人的代謝譜的差異，觀察部分BAT陽性者保

8、暖前后的代謝譜的變化，評估BAT活性對代謝譜的影響并且分析BAT活性的預(yù)測因素。
　　方法:(1)橫斷面調(diào)查自2009年9月1日至2010年8月31日在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院PET中心，在非刺激條件下，使用18F-FDG PET-CT進(jìn)行全身掃描的受檢者資料。(2)通過對照研究，全面比較健康成人中BAT陽性者（BAT陽性組）以及與其同一天檢查、同性別、年齡和BMI相近的BAT陰性者（BAT陰性組）的下述資料:人口統(tǒng)計學(xué)特征、身體組成

9、指標(biāo)、生化法檢測的代謝譜指標(biāo)、酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)測定的脂肪因子、炎癥因子、神經(jīng)內(nèi)分泌因子以及PET-CT的圖像數(shù)據(jù)等。(3)對部分BAT陽性組的受試者進(jìn)行前瞻性研究，一周內(nèi)進(jìn)行保暖干預(yù)后復(fù)查PET-CT，比較保暖前后各項指標(biāo)的變化。(4)采用多元線性回歸模型分析BAT活性與代謝譜指標(biāo)之間的關(guān)系，以及多因素Logistic回歸分析BAT活性的預(yù)測因素。所有受試

10、者均簽署知情同意書。
　　結(jié)果:(1)5945例18F-FDG PET-CT受檢者中有105名(1.77％)存在aBAT，BAT陽性者中健康成人共79例。收集到62對BAT陽性及陰性對照者的完整資料。(2)無論在男性還是女性中，BAT陽性組的年齡、BMI均低于其陰性對照組(P＜0.05); BAT陽性組的高密度脂蛋白膽固醇(High density lipoproteincholesterol，HDL-c)、腦啡肽水平顯著高于陰性

11、組（P值均＜0.001）;并且BAT陽性組的總膽固醇(Total cholesterol，TC)與HDL-c比值(TC/HDL-c)、空腹胰島素、穩(wěn)態(tài)模型評估胰島素抵抗指數(shù)(Homeostasis Model of Assessment-InsulinResistance，HOMA-IR)、瘦素以及NPY水平均顯著低于陰性組（P值均＜0.05）。此外，在男性中，BAT陽性組的體脂率、空腹血糖、腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis

12、factorα，TNFα)以及成纖維細(xì)胞生長因子21（Fibroblast growth factor-21，F(xiàn)GF-21）均顯著低于陰性組（P值均＜0.05），而在女性中，BAT兩組間上述指標(biāo)的差異未達(dá)統(tǒng)計學(xué)意義。(3)多元線性回歸模型校正年齡、性別、BMI、甚至是體脂率等可能的混雜因素后，無論在男性還是女性中，兩組間的HDL-c、TC/HDL-c、瘦素、NPY以及腦啡肽的差異仍然具有統(tǒng)計學(xué)意義（P值均＜0.05）。(4)15例存在a

13、BAT的健康成人進(jìn)行保暖干預(yù)后復(fù)查PET-CT，結(jié)果PET-CT未顯示BAT（變?yōu)锽AT陰性）;受試者保暖前后的血糖、血脂及生命體征沒有顯著性變化，但是其血中的NPY顯著升高，而腦啡肽顯著下降（P值均＜0.001）。(5)多因素Logistic回歸分析發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增加，BAT陽性率降低;而運動則是BAT陽性率增加的預(yù)測因素。
　　結(jié)論:與BAT陰性組相比，中國健康成人BAT陽性組的年齡更小、BMI更低，胰島素敏感性更好，HDL-

14、c水平更高;并且兩組間的一些脂肪因子與神經(jīng)內(nèi)分泌因子也存在顯著性差異。這不僅提示成人aBAT在糖脂代謝過程中可能起重要作用，還暗示了神經(jīng)內(nèi)分泌因子NPY與BAT活性密切相關(guān)。此外，溫度、年齡和運動均是成人BAT活性的重要影響因素。
　　第二部分神經(jīng)肽Y與棕色脂肪活性的關(guān)系
　　目的:明確NPY在外周對BAT的活性有無影響，并探討其可能的調(diào)節(jié)機制。
　　方法:(1)通過實時定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Real-time quan

15、titative polymerasechain reaction，Real-time PCR)檢測不同組織（雄性C57小鼠WAT、BAT及下丘腦組織）、不同脂肪細(xì)胞（3T3-L1前脂肪細(xì)胞系誘導(dǎo)分化為成熟的白色脂肪細(xì)胞，C3H10T1/2多潛能間質(zhì)干細(xì)胞系誘導(dǎo)分化為成熟棕色脂肪細(xì)胞）的NPY及NPY的1、2、5型受體的表達(dá)。(2)應(yīng)用免疫組化及免疫印跡(Western blotting)技術(shù)確定BAT上是否有NPY5型受體(NPY5R

16、)的表達(dá);并且采用冷刺激增加BAT的活性，使用反轉(zhuǎn)錄PCR(Reverse transcription-PCR，RT-PCR)技術(shù)觀察NPY的1、2、5型受體表達(dá)的變化。(3)在細(xì)胞水平上，探討NPY是否能通過NPY5R調(diào)節(jié)棕色脂肪細(xì)胞的活性:使用骨形成蛋白7(Bone morphogenetic protein7，BMP7)誘導(dǎo)C3H10T1/2多潛能分化干細(xì)胞分化為成熟的棕色脂肪細(xì)胞;再分別給予不同的處理因素:生理鹽水對照組、NPY

17、組、NPY5R激動劑組、NPY5R拮抗劑組以及NPY+NPY5R拮抗劑組。采用油紅染色觀察各組的細(xì)胞內(nèi)甘油三酯（Triglyceride，TG）聚集情況;Western blotting觀察各組間的脂肪細(xì)胞成脂情況(422-aP2)和BAT特異的生物學(xué)標(biāo)志物(UCP1)的表達(dá);Real-time PCR觀察不同處理組與脂肪分化、BAT產(chǎn)熱功能、線粒體合成功能相關(guān)的基因的變化:含PR結(jié)構(gòu)域蛋白16(PRD1-BF1-RIZ1 homolo

18、gous domain containing16，PRDM16)、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(Peroxisomeproliferator-activated receptor-gamma co-activator-1-alpha, PGC-1α)、沉默信息調(diào)節(jié)因子3(Silent mating type information regulation2 homolog3，Sirt3)、體細(xì)胞細(xì)胞色素C(Cytochrom

19、ec，somatic，Cycs)、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A(Transcription factorA，Tfam)、核呼吸因子1(Nuclear respiratory factor1，Nrf1)、核呼吸因子2(Nuclearrespiratory factor2，Nrf2)，以探討NPY對BAT產(chǎn)熱功能是否有直接作用。
　　結(jié)果:(1)BAT及成熟棕色脂肪細(xì)胞上均有NPY及NPY受體的表達(dá)，且NPY5R在其中均特異性高表達(dá)。(2)冷刺激

20、使BAT活性增加時NPY5R表達(dá)下調(diào)。(3)成熟棕色脂肪細(xì)胞的體外實驗發(fā)現(xiàn)各組間的細(xì)胞內(nèi)甘油三酯聚集、422-aP2表達(dá)量以及與脂肪細(xì)胞分化相關(guān)基因(PRDM16)的表達(dá)量無明顯差異;但NPY5R拮抗劑組及其合并使用NPY組的UCP1、與BAT產(chǎn)熱相關(guān)基因(PGC-1α，Sirt3)以及與線粒體合成功能相關(guān)的基因（Cycs、Nrf1、Nrf2及Tfam）的表達(dá)量高于其他組，而NPY及NPY5R激動劑組的相應(yīng)基因的表達(dá)量低于對照組。

21、>　　結(jié)論:NPY在外周可以影響B(tài)AT的活性，并且NPY通過NPY5R對BAT的活性起抑制作用。
　　第三部分腦區(qū)代謝與健康成人棕色脂肪活性的關(guān)系
　　目的:通過PET-CT技術(shù)分析腦區(qū)葡萄糖代謝與成人BAT活性的關(guān)系，并探討其可能的機制。
　　方法:(1)收集80例自2009年9月1日至2011年3月31日在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院PET中心，在非刺激條件下，使用18F-FDG PET-CT進(jìn)行全身掃描發(fā)現(xiàn)BAT顯影的健

22、康體檢者資料（BAT陽性組），并按1∶1比例收集80例性別、年齡、BMI、空腹血糖、檢查日期與陽性者相匹配的BAT未顯影的體檢者作為對照組（BAT陰性組）。采用最新版本的統(tǒng)計參數(shù)分布圖（Statistical parametricmapping，SPM）軟件分析所有受試者的腦部圖像數(shù)據(jù)，比較兩組間有代謝差異的腦區(qū)并且用Brodmann area分區(qū)(BA)描述其具體定位，并計算出差異腦區(qū)代謝的半定量值。(2)運用圖像歸檔與傳輸系統(tǒng)(Pi

23、cture archiving and communicationsystem，PACS)和PET-CT Viewer軟件半定量分析BAT陽性組的BAT活性;采用ELISA法檢測BAT陽性組空腹血樣中NPY水平。(3)通過多元線性回歸模型分析BAT陽性組的腦區(qū)代謝半定量值與BAT活性之間的相關(guān)性，并將NPY納入統(tǒng)計分析。
　　結(jié)果:(1) BAT陽性組的右腦島葉(BA13a、BA13b)、右腦邊緣葉鉤回(BA20)的葡萄糖代謝水平

24、顯著低于BAT陰性組（經(jīng)FDR-校正后P＜0.05）。(2) BAT陽性組的上述三個腦區(qū)代謝的半定量值顯著低于陰性對照組(BA13a的P=0.011，BA13b的P=0.010，BA20的P＜0.001)。(3)在校正了年齡、性別、BMI、室外溫度等因素后，多元線性回歸模型顯示三個腦區(qū)代謝半定量值、血漿NPY水平與BAT活性呈負(fù)相關(guān)（P值均＜0.05）;但進(jìn)一步校正NPY水平后，腦區(qū)(BA13b與BA20)代謝的半定量值與BAT活性的相