中性粒細(xì)胞與肥胖癥的研究進(jìn)展

張 偉，李 銘，麻芯茹，何雨欣，尹鈺峰，楊 威，張冰冰*

（1．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶163319；2．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶163319）

中性粒細(xì)胞是健康機體外周血中最豐富、最多的白細(xì)胞，占白細(xì)胞的50%～70%，具有廣泛的免疫性。肥胖是世界范圍內(nèi)的主要公共衛(wèi)生問題之一。肥胖的流行率在過去20年里急劇上升。在美國，35.7%的成年人肥胖;在土耳其，32%的成年人肥胖[1]。肥胖增加了患各種疾病的風(fēng)險，如糖尿病、心血管疾病和某些癌癥。輕微全身性炎癥已被證實與肥胖有關(guān)，并被認(rèn)為是其相關(guān)共患病的病因?qū)W原因之一。這一觀點的基礎(chǔ)主要來自對脂肪組織和靶向代謝器官（肌肉、肝臟等）的研究，發(fā)現(xiàn)脂肪組織中存在局部產(chǎn)生的細(xì)胞因子和免疫細(xì)胞浸潤。由于肥胖中浸潤脂肪的免疫細(xì)胞主要來自骨髓，因此對循環(huán)白細(xì)胞或白細(xì)胞群的變化是否可以提供病因?qū)W線索、作為藥物靶點或作為肥胖慢性、低度炎癥反應(yīng)的標(biāo)志物存在很大的認(rèn)識差距。本文主要從中性粒細(xì)胞與肥胖、中性粒細(xì)胞與胰島素抵抗的關(guān)系及其研究進(jìn)展等方面，闡述中性粒細(xì)胞與肥胖癥的關(guān)系，為今后治療肥胖癥提供參考。

1 中性粒細(xì)胞的概述

1.1 中性粒細(xì)胞特性

中性粒細(xì)胞作為先天免疫系統(tǒng)抵御入侵微生物的第一道防線，具有顯著的抗菌功能，包括脫粒、產(chǎn)生活性氧、吞噬作用和形成中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)[2-3]。這些抗菌功能被認(rèn)為是中性粒細(xì)胞的主要作用[4-5]。然而，中性粒細(xì)胞表現(xiàn)出許多功能性反應(yīng)，不僅僅是簡單的殺死微生物。中性粒細(xì)胞可以產(chǎn)生調(diào)節(jié)整個免疫系統(tǒng)的細(xì)胞因子和其他炎癥因子[6-7]。因此，中性粒細(xì)胞也是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞[8]。

中性粒細(xì)胞長期以來被認(rèn)為是具有固定功能的同質(zhì)細(xì)胞群。研究表明，中性粒細(xì)胞具有廣泛的表型和功能狀態(tài)，存在中性粒細(xì)胞異質(zhì)性[9-10]。這些表型反映了中性粒細(xì)胞具有很大的可塑性，可以快速響應(yīng)局部信號，并顯示出在健康和疾病中可以發(fā)現(xiàn)的特殊功能[11]。然而，尚不清楚不同的中性粒細(xì)胞作為不同的細(xì)胞譜系在骨髓中開始還是經(jīng)歷了局部活化和分化[10]。新發(fā)現(xiàn)的中性粒細(xì)胞的特性將有助于理解其在體內(nèi)平衡和在疾病中的作用。

1.2 中性粒細(xì)胞的趨化作用

中性粒細(xì)胞是在機體對組織損傷和或感染的先天免疫反應(yīng)中被招募到炎癥部位的原始細(xì)胞，對刺激非常敏感，能在數(shù)分鐘內(nèi)到達(dá)大量的炎癥組織損傷區(qū)域，可以檢測細(xì)胞外的化學(xué)梯度，并向更高的濃度區(qū)域移動，即所謂的趨化過程或引導(dǎo)細(xì)胞遷移。這種定向的中性粒細(xì)胞招募由化學(xué)吸引劑協(xié)調(diào)，如：脂類、n-甲酰化肽、補體、過敏毒素和趨化因子。中性粒細(xì)胞以一種分級的方式響應(yīng)這些引導(dǎo)信號。中性粒細(xì)胞趨化劑通過與細(xì)胞表面表達(dá)的七螺旋G蛋白偶聯(lián)受體相互作用發(fā)揮作用，趨化反應(yīng)主要受小信號G蛋白家族的調(diào)控。

破壞中性粒細(xì)胞趨化性有不同的機制，一些與炎癥過程的解決有關(guān)，而另一些有助于細(xì)菌逃逸和全身感染。對于前者，趨化因子發(fā)揮的中性粒細(xì)胞募集可以通過不同的機制加以限制，可以在高濃度下發(fā)揮化學(xué)驅(qū)蟲作用，并通過受體脫敏、內(nèi)化或下調(diào)促進(jìn)受損的中性粒細(xì)胞反應(yīng)[12]。此外，中性粒細(xì)胞上C-X-C趨化因子受體1細(xì)胞表面表達(dá)降低與反向遷移相關(guān)[12]。另一方面，脂質(zhì)介質(zhì)轉(zhuǎn)換可發(fā)生在中性粒細(xì)胞和其他免疫參與者中，導(dǎo)致產(chǎn)生促解析度而非促炎癥介質(zhì)，如脂質(zhì)A4。脂質(zhì)A4能抑制N-甲酰基肽受體依賴的中性粒細(xì)胞在體外的遷移，增強中性粒細(xì)胞的反向遷移[13]。

1.3 中性粒細(xì)胞的吞噬作用

中性粒細(xì)胞通過吞噬作用清除細(xì)胞外細(xì)菌。激活的非典型炎性小體信號通路可介導(dǎo)宿主對胞內(nèi)沙門氏菌的防御，從而誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)沙門氏菌依賴性中性粒細(xì)胞死亡。結(jié)核分枝桿菌感染中性粒細(xì)胞釋放的胞外囊泡可通過早期超氧陰離子產(chǎn)生和自噬誘導(dǎo)促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)分枝桿菌的清除。研究確定體內(nèi)中性粒細(xì)胞趨化性的細(xì)胞內(nèi)特異性信號通路，對開發(fā)抗炎藥物具有重要意義。炎癥部位的細(xì)菌或壞死細(xì)胞產(chǎn)生甲酰肽等初級趨化劑后，活化的次級趨化劑從周圍組織和駐留免疫細(xì)胞釋放出來，激活附近的內(nèi)皮細(xì)胞，并在一定距離內(nèi)招募中性粒細(xì)胞。趨化因子CXCL8作用于多種細(xì)胞中表達(dá)的C-X-C趨化因子受體1和2，參與清除病原體，延緩疾病進(jìn)展[14]。有研究表明，Ⅱ型干擾素可能介導(dǎo)A型葡萄球菌腸毒素對中性粒細(xì)胞的抑制或增加中性粒細(xì)胞中抑制因子3的表達(dá)[15]。IFN-γ對中性粒細(xì)胞聚集的調(diào)節(jié)可能取決于不同的病原體。通過細(xì)菌攻毒激活轉(zhuǎn)錄因子，不僅可以調(diào)動中性粒細(xì)胞應(yīng)對感染，還可以促進(jìn)中性粒細(xì)胞在體內(nèi)的趨化、吞噬和殺死細(xì)菌等功能。此外，在感染期間，內(nèi)皮細(xì)胞白介素6旁分泌信號在中性粒細(xì)胞遷移和存活中發(fā)揮重要作用。當(dāng)對沙門氏菌內(nèi)毒素誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)時，中性粒細(xì)胞的跨內(nèi)皮遷移局限于膜下血管，這一事實可能被認(rèn)為是中性粒細(xì)胞招募到炎癥腸血腦屏障的調(diào)節(jié)因子。

2 肥胖的危害

肥胖不僅僅是一種疾病或其他疾病的危險因素，也是一種病因復(fù)雜的疾病，有其自身的致殘能力、病理生理學(xué)和共病機制。肥胖是由環(huán)境、遺傳和內(nèi)分泌等原因引起的機體的生理功能障礙。肥胖是對環(huán)境刺激、遺傳易感性和異常的一種反應(yīng)，并具有一系列特征的體征和癥狀，具有一致的解剖改變。肥胖改變肺部、內(nèi)分泌和免疫功能，對健康有不良影響。肥胖的一些并發(fā)癥包括心：血管疾病、非胰島素依賴型糖尿病、阻塞性肺病、關(guān)節(jié)炎和癌癥。

過多的身體脂肪導(dǎo)致肺活量的改變和呼吸控制的改變。肥胖早期對呼吸功能的影響主要表現(xiàn)為限制性通氣功能障礙，其機制主要與胸壁的脂肪化、肺血容量增加和胸廓受壓有關(guān)。一般認(rèn)為，體重指數(shù)會影響呼吸順應(yīng)性，即呼吸阻力隨體重指數(shù)的升高而增加[16]。在運動中，肥胖人群的體重增加，導(dǎo)致呼吸急促，因此呼吸需求量增加。病態(tài)肥胖患者呼吸頻率增加，潮氣量減少。肥胖也會改變上呼吸道的幾何形狀，與病態(tài)肥胖患者頸部和舌頭周圍常見的脂肪沉積一起，可能是睡眠呼吸暫停患者氣道間歇性阻塞的一個因素。呼吸系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的發(fā)病率和死亡率非常高，而且與肥胖的相關(guān)性也非常顯著。

內(nèi)臟肥胖會增加游離脂肪酸的產(chǎn)生，從而減少外周組織對葡萄糖的攝取。肝臟中游離脂肪酸水平的升高導(dǎo)致葡萄糖的產(chǎn)生增加，減少葡萄糖的利用，增加葡萄糖的產(chǎn)生，導(dǎo)致循環(huán)的葡萄糖增加，刺激胰腺分泌更多的胰島素。肥胖會改變內(nèi)分泌功能，導(dǎo)致葡萄糖分泌增加、對胰島素的敏感性降低，導(dǎo)致非胰島素依賴型糖尿病發(fā)病率和死亡率增加[17]。

3 中性粒細(xì)胞與肥胖的關(guān)系

3.1 肥胖影響馬外周血中性粒細(xì)胞功能

肥胖馬外周血中性粒細(xì)胞中活性氧的產(chǎn)生增加，而沒有胰島素失調(diào)，吞噬或凋亡能力沒有變化。Salinas等[18]將肥胖對中性粒細(xì)胞功能的影響作為一種孤立的異常進(jìn)行深入研究。同時，這項研究的氧化結(jié)果與健康肥胖人群的描述一致。NEU是哺乳動物中ROS的主要產(chǎn)生者之一，其過量產(chǎn)生與內(nèi)皮功能障礙有關(guān)[19]。肥胖動物經(jīng)常進(jìn)展為胰島素失調(diào)，在肥胖動物中發(fā)現(xiàn)的活性氧中性粒細(xì)胞生成增加，表明中性粒細(xì)胞在內(nèi)分泌疾病復(fù)合物的進(jìn)展中可能起作用。魯米諾在獸醫(yī)學(xué)研究中被用作檢測活性氧產(chǎn)生的探針[20]。然而，有許多方法可用于檢測活性氧的產(chǎn)生，具有廣泛的特異性和敏感性[21]。盡管魯米諾依賴性測定法不具有特異性，可以與許多自由基(即超氧陰離子、羥基自由基和過氧化氫)反應(yīng)，但它能夠穿過細(xì)胞膜，從而檢測細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的活性氧[22]。另一方面，有研究表明，瘦馬和肥胖的非胰島素失調(diào)馬之間的中性粒細(xì)胞吞噬和凋亡無差異，代謝綜合征的馬脂肪和肝組織中凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)量增加，表明胰島素失調(diào)馬的細(xì)胞穩(wěn)態(tài)改變會觸發(fā)細(xì)胞凋亡[23]。

3.2 胰島素抵抗與中性粒細(xì)胞的關(guān)系

中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶在胰島素抵抗的發(fā)展中具有突出的作用。在高脂肪飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗小鼠中，用中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶抑制劑-1抗胰蛋白酶治療可顯著減少肝臟中的脂滴，改善空腹血糖水平，并減少脂肪組織炎癥。Erik等[23]研究表明，中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶參與了胰島素抵抗的發(fā)展。據(jù)報道，缺乏中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶的小鼠對胰島素有抵抗力[24]。除了中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶，內(nèi)源性蛋白酶3對高脂肪飲食誘導(dǎo)的肥胖、胰島素抵抗的發(fā)展也很重要。除了細(xì)胞因子加工，中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶也調(diào)節(jié)參與炎癥的其他分子機制。中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶能夠蛋白水解修飾趨化因子，如CXC趨化因子8(CXCL8)。中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶還在受體激活中發(fā)揮作用，并已被證明可切割細(xì)胞表面黏附分子，從而潛在地參與中性粒細(xì)胞遷移。以上結(jié)果表明，除了參與白介素-1β的加工外，中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶還調(diào)節(jié)許多其他可能參與代謝并發(fā)癥誘導(dǎo)的炎癥途徑。

4 結(jié)論

肥胖會顯著改變免疫細(xì)胞向脂肪組織的招募，產(chǎn)生脂肪組織的慢性炎癥，從而導(dǎo)致代謝紊亂。中性粒細(xì)胞在先天免疫中起著至關(guān)重要的作用，特別是在微生物感染期間，通過產(chǎn)生溶菌酶、中性粒細(xì)胞彈性酶、髓過氧化物酶和防御素、各種細(xì)胞因子和趨化因子，參與招募其他免疫細(xì)胞和增加組織炎癥，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞滲入脂肪組織對肥胖相關(guān)疾病具有預(yù)防和治療意義。