胰脂肪酶家族在急性胰腺炎和肥胖疾病中的研究进展

喻冰君 李年双 何丛 万剑华 吕农华

南昌大学第一附属医院消化内科，南昌 330006

胰脂肪酶家族水解脂类的高效性、独特性和多样性一直是研究的热点，其脂解后的代谢产物为机体提供了大量的激素前体和生长发育所必需的成分。胰脂肪酶不仅在脂类的水解过程中占据重要地位，也在高脂诱导的相关疾病中扮演重要角色。近20年来，因国民经济实力增强，人民生活水平提高，高脂饮食引起的肥胖和AP发病率大幅上升，肥胖伴随而来的心血管疾病和代谢性疾病以及高三酰甘油血症性胰腺炎极大增加了国民的致残率和死亡率。本文主要阐述胰脂肪酶家族在脂类代谢中的作用及其与肥胖和AP的相关性研究，为进一步研发胰脂肪酶相关产品提供新思路。

一、胰脂肪酶家族的成员组成和水解环境

1．胰脂肪酶家族的主要成员：胰脂肪酶主要由胰腺腺泡细胞分泌，并在十二指肠中起消化脂肪的作用。胰脂肪酶家族成员众多，包括胰腺三酰甘油脂肪酶(pancreatic triglyceride lipase, PNLIP)、胰腺三酰甘油相关蛋白1(pancreatic lipase-related proteins 1, PNLIPRP 1)、胰腺三酰甘油相关蛋白2(pancreatic lipase-related proteins 2, PNLIPRP 2)、羧基酯脂肪酶(carboxyl ester lipase, CEL)和磷脂酶A2(pancreatic phospholipase A2, PLA2 )等。因PLA2几乎存在于机体所有细胞中，故本文只将PNLIP、PNLIPRP 1、PNLIPRP 2和CEL认定为胰脂肪酶家族的主要成员，其中PNLIP在体内含量最多，且为大众熟知。而PNLIPRP1和 PNLIPRP2与PNLIP来源于同一祖先，PNLIPRP1和 PNLIPRP2的cDNA与PNLIP有68%和65%的氨基酸序列同源性[1]。CEL有别于上述脂肪酶，是胰脂肪酶家族主要成员中单独存在的一类脂肪酶，且目前未发现CEL的同源脂肪酶。

2．胰脂肪酶家族发挥作用的水解环境：胰脂肪酶发挥作用需要特殊的环境——水油界面。作为胰脂肪酶发挥作用的桥梁，水油界面目前得到了较为深入的研究。其中关于水油界面的形成过程，大致可描述为脂类水解后的乳剂颗粒形成复杂的油相，油相与胰脂肪酶偏爱的水性环境形成水油界面。水解过程中，脂类水解产物进入乳剂颗粒的核心部位，后核心部位表面被磷脂和胆固醇等覆盖，继而被寡糖和胆盐等覆盖。因此，随着脂肪的不断分解，水油界面的成分和物理性质不断变化。大量研究证实，水油界面与胰脂肪酶的脂解效率密切相关[2]。

除水油界面外，胆盐在脂质的消化吸收中也十分重要，文献报道，胆瘘患者肠道脂质吸收率仅为正常人的50%～75%[3]。尽管胆盐并非脂质吸收所必需，但它对脂质的完全吸收必不可少。不同胰脂肪酶对胆盐需求不同，CEL是胰脂肪酶家族中被明确证实高度依赖胆盐发挥作用的脂肪酶，其依赖程度远远高于胰脂肪酶家族其他成员[2]。因此，水油界面和胆盐可认为是胰脂肪酶发挥作用的基石。

二、胰脂肪酶家族成员的脂代谢作用

胰脂肪酶参与脂质的分解代谢，在脂质的消化吸收过程中相辅相成，但在年龄、物种和底物差异的背景下，胰脂肪酶的脂解特性各不相同。

1．PNLIP：长期以来，PNLIP在脂质的消化吸收过程中占据主导地位，其相关研究可追溯到数百年前[4-5]。PNLIP不仅能高效水解三酰甘油，也能水解磷脂、胆固醇酯、半乳糖脂和视黄醇酯等[5]。新生儿期和成年期体内PNLIP的表达量差异明显。多项研究证实，PNLIP在成年人体内更能发挥作用，当成年人机体缺乏PNLIP时，会出现严重腹痛、腹泻和脂肪吸收不良等症状，而新生儿不受影响[5]。PNLIP的脂解过程高度依赖辅酶的参与，而胆盐可抑制PNLIP的脂解活性。当缺乏辅酶的小鼠分别进食正常和低脂饮食后，正常饮食的小鼠出现脂肪泻，而低脂饮食小鼠无异常[6]。另一动物研究发现高浓度胆盐抑制PNLIP脂解活力，加入辅酶后脂解活力恢复，证实辅酶和胆盐在PNLIP的脂解过程中相互作用。有学者推测其机制与胆盐改变水油界面的表面结构，而辅酶可适当恢复胆盐的抑制作用有关[7]。尽管目前未能将PNLIP的生物学特性研究透彻，但也一定程度揭示了PNLIP表达的时间和生物特异性，因此，探讨该差异表达背后的分子机制可加速对PNLIP的进一步了解。

2．PNLIPRP1：不同物种PNLIPRP1的表达差异明显，猫和狗表达量多，人和小鼠表达量少甚至不表达。尽管PNLIPRP1和PNLIP有68%的cDNA同源性，但与PNLIP不同，PNLIPRP1主要在胚胎期少量表达且对三酰甘油、磷脂和胆固醇酯等均无脂解活性。研究者推测这可能与PNLIPRP1的蛋白晶体结构相关。在PNLIPRP1的蛋白晶体结构中引入PNLIP的氨基酸位点(氨基酸V178A和A180P)，PNLIPRP1脂解活性恢复[2]。此外，PNLIPRP1亦可与PNLIP和PNLIPRP2竞争性结合辅酶而影响脂质代谢[8]。目前关于PNLIPRP1的研究较少，其结构和功能仍待进一步挖掘。

3．PNLIPRP2：PNLIPRP2是唯一在体外具有脂解活性的胰脂肪酶，该酶还具有免疫防御、介导酶原颗粒等特殊活性。除能水解三酰甘油、磷脂和半乳糖脂，长链三酰甘油更是PNLIPRP2唯一的甘油酯酰类底物。尽管PNLIPRP2具有广泛的底物特异性，但不同物种PNLIPRP2的底物亲和性不同。研究发现，PNLIPRP2亦能脂解植物脂质[9]。

PNLIPRP2对新生儿的脂质水解意义重大。PNLIPRP2基因缺陷的新生小鼠脂质吸收明显减少，有脂肪泻和体重增长不良等现象[10]。在另一模拟新生儿生理环境的实验中也证实PNLIPRP是新生儿期主要的脂肪酶，对新生儿的生长发育极其重要[11]。辅酶和胆盐对不同物种的PNLIPRP2发挥脂解作用存在差异，人和鼠体内二者能增加PNLIPRP2的脂解活性，马和河狸鼠等动物体内二者抑制PNLIPRP2的脂解活性[2]。上述差异是否与该酶的蛋白结构相关仍未可知，未来需要更多种类的生物进一步研究PNLIPRP2的脂解过程。

4．CEL：CEL是高度依赖胆盐发挥水解作用的胰脂肪酶，因此也将其称为胆汁依赖性脂肪酶或胆汁刺激性脂肪酶。CEL是迄今为止所有脊椎动物中都存在的一种胰脂肪酶[12-14]。该酶具有广泛的底物特异性，在胆盐刺激下，CEL可水解三酰甘油、胆固醇酯、磷脂、溶血磷脂等多种脂质。而胆固醇酯是CEL的特有底物[10,15-16]，这在CEL基因敲除的小鼠中已被证实[17]。CEL不仅在胰腺中表达，也在哺乳动物乳汁中分泌，因此CEL亦是新生儿期脂质脂解的主要脂肪酶[18]。此外，CEL可补偿成年人PNLIP对脂肪消化吸收的不足，从而达到对三酰甘油、磷脂等脂质的最优吸收[14,18]。当胆盐浓度低或消失时，上述脂解过程明显受限。

三、胰脂肪酶家族成员与AP的关系

AP是多种病因引起的胰腺内胰酶激活从而水解自身的急性炎症反应，同时伴或不伴有其他器官功能改变。近10年来，全球AP发病率逐年升高，其中SAP占比增高达20%～30%，其病死率高达36%～50%，给患者及其家属带来了极大的精神和经济负担[19]。目前已知AP的重症化与年龄、遗传、肥胖、高三酰甘油血症和肠道菌群等多种因素有关。而胰脂肪酶家族主要成员作为胰腺分泌的主要酶，在AP发生发展过程中的作用一直未有定论，故探讨胰脂肪酶家族成员在AP重症化中的作用及其相关机制十分必要。

2020年，de Oliveira等[20]研究发现PNLIP是导致AP重症化的关键胰脂肪酶。该研究通过PNLIP敲除基因肥胖小鼠和正常肥胖小鼠比较，发现PNLIP敲除基因肥胖小鼠诱发AP后胰腺病理改变程度明显减轻，血液中炎症因子明显减少，而CEL、PNLIPRP1和PNLIPRP2不能诱导此种改变，因此证明PNLIP是AP发生发展过程中的关键胰脂肪酶。同时，作者还推测 PNLIP水解腹部脂肪产生的游离脂肪酸、油酸、亚油酸进一步加重AP严重程度是疾病进展的另一重要机制。

过去，因为胰脂肪酶CEL在成年时期表达最为丰富，一直被推测是AP重症化过程中的关键胰脂肪酶。但Khatua等[21]结合动物和细胞实验充分证明了CEL在AP的发生发展过程中作用甚微 。因CEL的水解高度依赖胆盐，而在AP发生发展过程中，胆盐水平难以达到CEL发挥作用的水解浓度。

PNLIPRP1和PNLIPRP2在AP重症化中的作用研究甚少，尤其是关于PNLIPRP1与AP的研究目前仍未出现，仅有部分学者推测因其在体内低表达，故并非是影响AP的关键胰脂肪酶。相比PNLIPRP1，PNLIPRP2与AP的研究已有些许报道，证实PNLIPRP2在AP重症化中不发挥作用。研究者利用PNLIPRP2水解胰腺或胰周脂肪，结果发现代谢产物并不增加，更不增加胰周脂肪坏死、器官功能衰竭和死亡的发生率。因此，目前的研究结果认为PNLIPRP1和PNLIPRP2在AP重症化过程中均不发挥作用[20,22]。

尽管随着AP研究的增多，胰脂肪酶与AP关系的研究也相继出现，但胰脂肪酶在AP进展中发挥作用的具体机制仍未明确，未来希望能有更多研究探讨胰脂肪酶在AP重症化中的作用及其发生的机制，为今后临床医师治疗重症AP提供新靶点和新思路。

四、胰脂肪酶家族成员与肥胖的关系

改革开放后，国民生活水平显著提高，高脂饮食引起的肥胖伴随高血脂、高血糖等代谢性疾病发病率明显增高，而肥胖又显著增加心血管系统相关疾病的发生，严重损害国民的身体健康，胰脂肪酶作为脂解脂质的主要酶，在肥胖中的作用至关重要。

研究表明，高脂饮食可增加胰脂肪酶的表达和酶活性，加速脂肪的吸收，造成体重增加和血清中三酰甘油水平上升[23]。有研究发现，PNLIP或CEL的缺失在一定程度上可减少脂肪的吸收，共同抑制PNLIP和CEL可有效减少肥胖的发生[24]。由于PNLIPRP1可竞争抑制PNLIP与辅酶的结合，当缺乏PNLIPRP1时脂肪水解增多，导致脂肪代谢产物吸收增多从而促进肥胖发生[25]。目前关于PNLIPRP2影响脂质代谢的报道较少，可能与PNLIPRP2分泌量少且其主要在婴儿期发挥脂解作用相关[22,26]，推测PNLIPRP2可能影响新生儿脂质代谢。

因胰脂肪酶影响肥胖的发生，故国内外研发出胰脂肪酶抑制剂奥利司他改善肥胖，但其明显不良反应如腹痛、腹泻和营养不良等症状限制了该药物的广泛应用[27]。因此，研发出不良反应小的胰脂肪酶抑制剂的需求显得格外迫切。若能基于胰脂肪酶家族成员的蛋白结构模拟出天然胰脂肪酶抑制剂，或能将减肥药物的不利影响最小化。

综上所述，胰腺脂肪酶家族主要成员在脂类的消化吸收中起到了关键作用，同时在AP和肥胖的疾病进展中占据重要地位。胰脂肪酶家族成员发挥作用受物种、年龄和底物的影响，但始终贯穿于机体生长发育全程，其重要性不言而喻。深入研究胰脂肪酶在脂类代谢和相关疾病中发挥作用的各个环节，有可能成为改善AP预后和预防肥胖的重要途径之一。此外，发现和挖掘胰脂肪酶家族其他成员可进一步为了解脂类代谢及其相关疾病提供依据。

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