脂肪组织异常增殖在甲状腺相关眼病中的作用

刘 薇，马 超，李昊宇，陈 兰，袁善思，李凯军

0引言

甲状腺相关性眼病(thyroid-associated ophthalmopathy，TAO)，也称为Graves眼病，是一种影响眼眶脂肪组织和眼外肌的自身免疫性疾病[1]。其主要的临床表现为眼球突出、暴露性角膜炎、特征性眼睑征及压迫性视神经损害等。近年来，由于导致自身免疫性疾病的遗传和环境因素的影响，TAO的发病率逐年增加[2]。TAO可分为两种类型：Ⅰ型TAO通常与眼眶脂肪组织的异常增殖有关，而Ⅱ型TAO的特征在于眼外肌肿胀和纤维化[1]。TAO的发病机制极为复杂，目前多认为是自身免疫紊乱导致的器官特异性自身免疫性疾病，是体液免疫和细胞免疫在环境因素、遗传因素影响下共同作用的结果[3]。研究表明[4]，脂肪组织增殖导致的眼眶组织体积增加是TAO的关键病理特征之一。此外，脂肪组织可作为一种新的内分泌器官，分泌多种脂肪细胞因子及生长因子，其中部分因子可能参与了TAO的发病过程。本文旨在从脂肪分化关键蛋白的表达、自噬、眼眶压力、缺氧等方面介绍脂肪组织异常增殖分化在TAO发病过程中所起的作用。

1甲状腺相关眼病中脂肪组织的异常增殖与分化

Nishida等[5]用核磁共振成像(MRI)检测了10例TAO患者和13例正常人的眼眶，发现TAO患者的眼眶组织体积较正常人显著增加，且眼眶脂肪组织的增加量明显大于眼外肌的增加量。其后，Kumar等[6]研究发现，与非TAO患者相比，TAO患者眼眶组织中瘦素、脂联素等呈高表达，作为脂肪细胞分泌的两种具有功能性的代表因子，其含量的增加说明脂肪细胞在该过程中存在异常增殖。上述研究结果表明眼眶脂肪组织含量的增加可能会增加眼眶压力，导致眼球突出，并在一定程度上决定眼球的突出程度。因此，眼眶脂肪组织的异常增殖在TAO的发生发展中发挥着十分重要的作用。

脂肪细胞是由起源于中胚层的多能干细胞逐步分化、发育而来的，大致分为以下几个阶段：多能干细胞—间质前体细胞—前脂肪细胞—成熟脂肪细胞[7]。眼眶前脂肪细胞被认为是眼眶成纤维细胞(orbital fibroblast，OF)的一个亚型，是一群CD90阴性的成纤维细胞[8]。OF依据CD90表达的不同，从功能方面分为两个细胞亚型，其中CD90阳性成纤维细胞用转化生长因子-β(TGF-β)处理可以分化成具有收缩性能的肌纤维母细胞，CD90阴性成纤维细胞在过氧化物酶体增殖物激活剂-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPARγ)激动剂作用下可分化为成熟脂肪细胞[9-10]。因此，与间充质干细胞同样性质的OF是脂肪形成的主要效应细胞[1]。

眼眶脂肪组织不仅能作为结缔组织起到填充眼眶间隙、缓冲外力、保护眼球的作用，还能作为一种内分泌器官调节自身和其他组织的功能[11]。脂肪细胞通过自分泌或旁分泌可分泌多种细胞因子和生物活性物质，如脂联素、瘦素、胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)、抵抗素、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-8(IL-8)等，这些因子不仅在脂肪组织与其他组织之间的信息传递以及控制自身体积等方面发挥作用，而且IL-6、IL-8等可参与机体炎症和免疫反应等多个过程[12]。因此，脂肪组织的异常增殖可导致此类因子的异常增多以及自身免疫紊乱，进而加重TAO患者的病情。在TAO的发生发展过程中，很多因素可以促进脂肪形成，如PPARγ、促甲状腺激素受体(thyroid stimulating hormone receptor，TSHR)、自噬、眼眶压力及缺氧等[13-17]，或可通过控制上述因素的方式调节眼眶脂肪的分化。

1.1 PPARγ与TAO患者眼眶脂肪的增殖与分化研究发现[18]，相较于正常人，活动期TAO患者眼眶脂肪组织中PPARγ呈高表达，而静止期TAO患者眼眶脂肪组织中PPARγ水平无显著差异，所以PPARγ的增高很可能与TAO患者眼眶脂肪组织的异常增殖呈正相关关系，PPARγ的水平可作为评估TAO患者病情活动程度的指标之一。罗格列酮属于噻唑烷二酮类药物，是一种PPARγ激动剂，能够与PPARγ结合，增加葡萄糖转运子-4从而增加组织对胰岛素的敏感性，用于胰岛素抵抗的2型糖尿病患者[19]。有研究表明[11]，合并2型糖尿病的静止期TAO患者在服用罗格列酮3mo后，TAO病情复发；而少数无TAO病史的2型糖尿病患者在长期服用罗格列酮后出现了眼球突出的情况，停药后眼眶压力减小、疼痛减轻。Valyasevi等[20]将罗格列酮作用于TAO患者的眼眶成纤维细胞，发现该化合物是TSHR表达的有效刺激物，TSHR的激活可以促进脂肪的生成。Levin[13]在体外培养前脂肪细胞的培养基中加入罗格列酮和环磷酸腺苷增强剂，结果有约1/2的前脂肪细胞分化为成熟的脂肪细胞。上述实验结果表明激活PPARγ能够促进脂肪细胞的成熟。相反，抑制PPARγ可减少人体前脂肪细胞分化和细胞内脂质积累，如前列腺素(prostaglandin，PG)类似物比马前列素可通过抑制PPARγ途径减少人体前脂肪细胞分化和细胞内的脂质积累[21]。另有学者提出利用PG类似物对脂肪形成途径的影响来诱导Ⅰ型TAO患者眼眶脂肪的萎缩[22]，从而减缓TAO的进展。此外，研究发现，壳聚糖可显著降低3T3-L1细胞中PPARγ和增强子结合蛋白(C/EBPα)表达，进而抑制脂肪细胞中脂质的产生[23]。

1.2 TSHR与TAO患者眼眶脂肪的增殖与分化TSHR是公认的致TAO的交叉性抗原[24]。Kriss等[25]首先提出，甲状腺和眼眶受累组织之间存在着共同抗原。其后，Heufelder等[26]在TAO患者眼眶组织中发现了TSHR的转录子，初步认为TSHR在TAO患者眼眶组织中呈高表达。随后，Crisp等[14]发现，成熟的眼眶脂肪细胞和分化中的前脂肪细胞有功能性的TSHR蛋白表达，体外培养的眼眶前脂肪细胞分化时，TSHR的表达增加，成熟脂肪细胞的TSHR mRNA水平是未分化前脂肪细胞的数倍。Wakelkamp等进一步研究发现，TAO患者眶减压术的离体脂肪中TSHR mRNA呈高表达，且与TAO患者的临床活动度呈正比[27-28]。同样，在TAO小鼠模型中白色至棕色的脂肪分化与高水平的TSHR呈现相同的变化趋势[29-30]。在TAO的发生过程中，TSHR与其它因子和信号分子之间的相互作用导致眼眶自身免疫反应，眼眶成纤维细胞增殖，前脂肪细胞分化为脂肪细胞，自身抗体产生，细胞因子分泌和眼外肌浸润[31]。

1.3自噬与TAO患者眼眶脂肪的增殖与分化自噬是一种细胞内自我消化途径，其功能是通过溶酶体消化去除异常细胞器和蛋白质，以及任何残留或不必要的细胞质成分[32]。研究表明[15]，与非TAO患者相比，TAO患者的眼眶组织表现出高水平的自噬活性，在TAO组织中，白细胞介素-1β(IL-1β)等炎性细胞因子可激活自噬，使得脂肪细胞分化增多，衔接蛋白积聚脂滴。该研究还表明，沉默自噬相关蛋白Atg5可抑制脂滴的积累和脂肪形成标记物的表达。大量研究[33-35]也表明，自噬是脂肪形成所必需的，特异性沉默自噬蛋白Atg5或Atg7在白色脂肪组织中的表达可导致突变小鼠脂肪沉积减少和脂肪细胞形态异常。Li等[36]研究表明抑制自噬可显著减少体外脂肪积聚，并减弱炎症因子分泌、胶原沉积和巨噬细胞浸润。因此，从遗传学和药理学层面抑制自噬可在一定程度下阻断脂肪细胞的分化，如淫羊藿苷可通过调节AMPK/mTOR通路的激活抑制自噬，从而抑制前脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化[37]。合理调节TAO患者眼眶组织中的自噬活性是一种很有前景的治疗策略。

1.4眼眶压力与TAO患者眼眶脂肪的增殖与分化在TAO的发病过程中，眼眶组织的炎症和肿胀可导致眼眶内压力增高，从而诱导成纤维细胞向脂肪细胞转化，导致眶内脂肪细胞异常增殖。Li等[38]将成纤维细胞包埋在Mattek培养皿的3D胶原凝胶里，使细胞处于类组织样环境中，实现张力动态平衡，然后在顶部盖上盖玻片并于其上放置重物，相当于将TAO发病过程中病理水平眶内压(约28mmHg)的压力施加到凝胶上，并维持48h，结果发现大多数TAO成纤维细胞自发分化成脂肪细胞，至少60%的细胞呈现脂滴并表达PPARγ。健康的眼眶成纤维细胞通常不会自发分化成脂肪细胞，但通过单独的压力刺激诱导可显示完整的脂肪细胞表型，这表明TAO的病理性眶内压可能驱动脂肪形成[16]，这可能解释了为什么临床上眼眶减压可以缓解疾病进展。

1.5缺氧与TAO患者眼眶脂肪的增殖与分化在TAO发病过程中，骨性眼眶等封闭腔内组织扩张引起的炎症和吸烟可能导致组织缺氧。在人体中，不同组织中氧浓度随灌注的不同而变化，约2%～14%，脂肪组织中的氧浓度通常为5%或者更低[39]。当眼眶脂肪增殖速度超过血管生成速度，氧气无法有效扩散，将会导致脂肪细胞缺氧。体外研究表明[17]，严重缺氧时，粘多糖的产量增加，刺激脂肪细胞形成。Görtz等[40]研究表明，缺氧强烈刺激缺氧诱导因子-1(HIF-1)依赖性脂肪生成和脂联素释放并增强TSHR介导的脂肪生成。因此，改善组织缺氧或可减少脂肪细胞的异常增殖，而开眶减压术可从一定程度减少眼眶内脂肪的体积，缓解眼眶组织缺氧，从而缓解疾病的发展。

2总结与展望

综上所述，眼眶脂肪细胞的异常增殖是TAO的重要病理改变，不仅可以加剧患者的眼球突出，还可以分泌细胞因子参与TAO的发展。而PPARγ的激活、TSHR表达增加、自噬增强、眼眶压力增高、缺氧等因素均可使脂肪分化增多，从而导致病情进展，对上述因素进行调节可有效地减少眼眶脂肪的异常增殖，延缓TAO患者病情进展。

目前对眼眶脂肪细胞的研究存在一定的局限，使用单一前脂肪细胞或者成纤维细胞体外模型的主要限制之一是细胞培养系统缺乏免疫组分，不能完全模拟真实的TAO炎性环境和发病过程中涉及的免疫应答。而且，眼眶接受放射治疗的时间和皮质类固醇、免疫调节剂的使用时间也需要进一步讨论[1]。此外，PPARγ和增强子结合蛋白(C/EBPα)是脂肪分化的关键物质，抑制这两种物质可减少脂肪细胞的形成，从而在一定程度上减缓TAO的发展。TAO脂肪组织作为一种内分泌器官，其分泌的物质在TAO发病过程中的作用也是不容忽视的。我们期望对脂肪细胞的深入研究能够为TAO发病机制的研究开辟新的思路，为TAO的临床治疗提供新的方案。