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文献翻译分享｜哮喘中脂肪酸代谢的改变

泰然健康网
2025-09-08 11:48

最后编辑于 2019-01-14 · IP 广东广东

SOURCE: Rodriguez-Perez N, Schiavi E, Frei R, Ferstl R, Wawrzyniak P, Smolinska S, et al. Altered fatty acid metabolism and reduced stearoyl-coenzyme a desaturase activity in asthma. Allergy. 2017 Nov;72(11):1744-1752

前言

脂肪酸水平及其代谢可对免疫细胞极化和炎症反应产生显著影响。在肥胖个体中，某些脂肪酸如n-3多不饱和脂肪酸（PUFA）或单不饱和脂肪酸（MUFA）可以通过几种机制潜在地减少炎症，而饱和脂肪酸（SFA）可能有助于促炎反应的程度。在许多慢性炎症性疾病中，越来越多地认为促炎性和抗炎性脂肪酸之间的平衡是重要的。除了脂肪酸水平，其内源代谢，如通过伸长和去饱和，也会影响它们在体内的作用。血浆脂肪酸去饱和指数（MUFA / SFA比）间接评估硬脂酰-CoA去饱和酶（SCD）活性。SCD在全身能量平衡中起重要作用，皮肤特异性SCD缺失导致全身能量消耗增加，且对饮食诱导的肥胖、肝脂肪变性和葡萄糖不耐受起到保护作用，从而将皮肤脂质代谢与全身能量平衡联系起来。SCD还涉及脂肪细胞炎症，巨噬细胞炎症，肌细胞和内皮细胞功能的调节。

先前已提出脂肪酸代谢受损将促进哮喘的发生及发展，而临床上常见的皮质类固醇耐药的哮喘表型也与肥胖有关。肥胖哮喘患者的体重减轻可显著影响哮喘症状和气道高反应性。代谢因子可能在肥胖和非肥胖个体的哮喘发展中起作用。在本研究中，我们量化了肥胖和非肥胖哮喘患者的游离脂肪酸水平。而动物模型和原代人支气管上皮细胞的后续研究为SCD在肺内的保护作用提供了额外的功能支持。

方法

患者分组
这是一项观察性研究，共招募161名志愿者：肥胖哮喘（n = 40），肥胖非哮喘（n = 40），非肥胖哮喘（n = 41）和健康对照组（n = 40）。只有在医生诊断出哮喘（根据ERS/ATS指南）的情况下才会招募哮喘患者。若患者满足1-2项主要和两项以上轻微的ATS 2000标准，则将其纳入严重哮喘组。其他的患者被纳入轻度至中度哮喘组。肥胖定义为BMI大于30kg/m2。非肥胖个体的BMI为20-25kg/m2。

通过LC/MS测定血清中的中链和长链脂肪酸
通过提取，衍生化和通过液相色谱分析，使用相应的氘代脂肪酸作为内标，通过液相色谱分析进行血清中脂肪酸的分析。

动物模型
用6-8周龄雌性BALB/c小鼠做OVA哮喘模型：第0、14、21天腹腔注射OVA，第26、27、28雾化OVA激发，第29天处死并提取肺组织和血清；用6-8周龄雌性C57Bl/6小鼠做屋尘螨致敏模型：第0、7、11天鼻内滴注屋尘螨提取物，第14天处死并提取肺组织和血清；用200μL含/不含0.06mg SCD1抑制剂MF-438的生理盐水对BALB/c小鼠进行连续15天灌胃，第16天麻醉小鼠并进行茶馆，用FlexiVent系统评估气道阻力，测量气道阻力以响应增加的乙酰甲胆碱浓度。

基因表达分析
使用RNeasy Mini Kit分离来自小鼠肺组织或支气管上皮细胞培养物的RNA，并进行逆转录及荧光定量PCR。

支气管上皮细胞培养
原代人支气管上皮细胞购自Lonza或由哮喘患者和对照受试者的支气管刷。在37℃，潮湿气氛中，5％CO2中培养，每隔一天更换一次培养基。使用Millicell-ERS Volt-Ohm Meter监测跨上皮抗性。使用ELISA的裂解物在细胞中定量SCD1水平。对于基底外侧隔室中的每种细胞因子，用细胞因子Th2混合物IL-4和IL-13以10ng/mL的剂量刺激气—液界面（ALI）培养细胞。另外，用10nmol/L的SCD抑制剂MF-438处理ALI培养物，与MF-438温育4小时后，将细胞暴露于MOI为10的鼻病毒2小时。用PBS洗涤顶端表面两次并除去所有剩余的液体。使用针对HRV16的PCRmax qPCR试剂盒定量上皮细胞病毒滴度，使用Bio-Plex试剂盒定量上清液IP-10水平。

统计分析
使用Prism 5进行图形化和统计学分析。使用单因素方差分析两组以上的差异的统计学显著性。使用Mann-Whitney U检验分析两组之间的差异。 P值<0.05被认为具有统计学意义。

结果

肥胖与脂肪酸循环水平升高有关
患者人口统计学和临床细节如表1所示。肥胖非哮喘患者与非肥胖非哮喘患者相比，脂肪酸肉豆蔻酸（十四烷酸，C14:0），十五烷酸（C15:0）和硬脂酸（十八烷酸，C18:0）的血清水平显著升高，肥胖哮喘患者与非肥胖哮喘患者相比，观察到类似的非统计学显著趋势（图1）。

与肥胖的非哮喘和肥胖哮喘患者相比，棕榈酸（十六烷酸，C16:0），棕榈油酸（C16:1），α-亚麻酸（C18:3）和二十二碳六烯酸（C22:6）显著升高。他们各自的非肥胖对照（图1）。与非肥胖哮喘患者相比，肥胖哮喘患者血清花生四烯酸（C20:4）水平显著升高，而肥胖和非肥胖非哮喘患者之间未观察到差异（图1）。所有组的血清癸酸（癸酸C10:0），十一烷酸（C11:0）和月桂酸（十二烷酸，C12:0）的水平相似。

肥胖与脂肪酸循环水平升高有关
我们接下来确定血清脂肪酸水平是否与任何患者临床参数相关。有趣的是，在患有严重疾病的非肥胖哮喘患者中，棕榈油酸，花生四烯酸和二十二碳六烯酸的血清水平显着降低（图2A），这在肥胖哮喘患者中未观察到。此外，非肥胖严重哮喘患者的血清去饱和指数（棕榈油酸钠：棕榈酸比率）显着受到抑制，轻度/中度非肥胖哮喘患者的水平降低，这在肥胖哮喘患者中未观察到（图2B）。血清去饱和指数与类固醇或LABAs的使用或剂量无关。

在过敏性气道炎症的小鼠模型中抑制SCD活性
为更好地理解在非肥胖哮喘患者中观察到的抑制的去饱和指数的相关性，我们量化了用OVA致敏和激发的小鼠的去饱和指数。与人类观察相似，小鼠模型中C16:1到C16:0的比例显著降低（图3A）。我们还计算了使用C18:1到C18:0比率的去饱和指数，结果与之一致（图3B），表明在诱导过敏性气道炎症后脂肪酸的代谢发生变化。

去饱和指数反映了SCD酶的表达和活性。因此，我们对小鼠肺和肝中两种主要的鼠SCD亚型SCD1和SCD2的基因表达进行定量。OVA激发的动物的肺中SCD1和SCD2基因表达均显着降低（图3C，D），而在肝脏中保持不变。此外，在用屋尘螨提取物激发后，肺中SCD1和SCD2基因表达进一步降低（图3C，D）。这些数据表明，反映抑制的SCD活性的去饱和指数的系统性抑制可能至少部分是由于过敏性炎症诱导的肺内SCD活性降低。

为进一步确定在抑制SCD活性后对肺的功能的影响，我们给小鼠用SCD1抑制剂MF-438，持续15天，然后评估响应乙酰甲胆碱激发的气道高反应性。随着乙酰甲胆碱剂量的增加，MF-438处理的动物显示出组织弹性的显著缺陷（图3E，F）。

来自哮喘患者的支气管上皮细胞中SCD表达发生改变
在来自健康受试者（n = 4）和哮喘患者（n = 9）的原代支气管上皮细胞中定量SCD基因表达。与健康志愿者相比，来自哮喘患者的上皮细胞中两种人SCD亚型SCD1和SCD5的表达显着降低（图4A，B）。除了SCD表达外，我们对参与脂肪酸代谢的其他酶的基因表达进行定量。乙酰辅酶A羧化酶（ACC）催化乙酰辅酶A羧化成丙二酰辅酶A，而脂肪酸合成酶（FAS）催化丙二酰辅酶A合成棕榈酸（C16:0）。

ACC alpha基因表达没有差异，但ACC beta显著上调，并且FAS在哮喘患者的支气管上皮细胞中显著下调。这些数据表明，哮喘患者的上皮细胞中脂肪酸代谢受到显着干扰。

为了模拟哮喘肺的细胞因子环境，将来自健康受试者的支气管上皮细胞与IL-4和IL-13一起温育24小时。该细胞因子混合物抑制SCD1基因表达并降低细胞裂解物中的SCD1蛋白水平（图4C）。

此外，来自健康受试者的支气管上皮细胞与SCD1抑制剂MF-438共温育， SCD1抑制不改变TEER或上皮细胞活力。然而，MF-438显着降低表面活性蛋白C基因表达，对表面活性蛋白D表达没有影响（图4D）。最后，用鼻病毒（RV16）感染支气管上皮细胞后再用MF-438处理，SCD1的抑制显著降低鼻病毒感染的上皮细胞的IP-10分泌，这与病毒滴度的增加相关（图4E，F）。

讨论

哮喘的特征为复发和可逆的气流阻塞，气道炎症是其发病机制的核心。然而，哮喘患者的成功管理仍然存在问题，因为疾病的异质性具有不同的表型和内表型。

在本研究中，我们描述了肥胖和非肥胖哮喘患者循环脂肪酸水平的显着差异。特别是患有严重疾病的非肥胖患者的血清脂肪酸水平显着降低。此外，抑制的MUFA：SFA比率表明减少了去饱和酶活性。与人类相似，呼吸道过敏性炎症的小鼠模型也表现出减少的去饱和酶活性，这与肺中SCD表达减少相关。SCD的抑制对小鼠的肺生理学和体外原代人支气管上皮细胞应答具有负面影响。

我们的结果显示肥胖个体中许多不同脂肪酸的血清水平升高。类似地，与非肥胖哮喘患者相比，肥胖哮喘患者的血清脂肪酸水平升高。然而，仅在患有严重疾病的非肥胖哮喘患者中观察到MUFA和PUFA血清水平的降低，而在患有严重疾病的肥胖哮喘患者中未观察到。这可能表明肥胖与非肥胖哮喘患者的肺内不同的炎症过程，与这些脂肪酸的代谢改变有关。或者，与肥胖相关的饮食差异可以补偿肥胖严重哮喘患者循环中这些脂肪酸的损失。补充MUFAs或PUFA的非肥胖严重哮喘患者可能有助于恢复这些重要脂肪酸的可用性。临床研究显示脂肪酸补充后哮喘症状有适度改善，但仍缺乏真正有效的治疗方案。

非肥胖患者的去饱和指数降低表明非肥胖与肥胖哮喘患者脂肪酸代谢改变的进一步证据。确定去饱和指数的SCD酶先前已被证明对维持健康的皮肤屏障很重要。在培养的上皮细胞中改变表面活性蛋白C的表达表明SCD可以支持肺表面活性剂的产生，其通过降低表面张力来增加肺的顺应性。SCD对上皮对鼻病毒的反应的影响与证明脂质介质产生和抗病毒反应之间的关联的其他报道一致。然而，需要进一步研究以充分解决SCD在哮喘患者肺部表面活性物质生成和抗病毒防御中的体内作用。

我们的数据表明，SCD基因表达和去饱和指数可能受肺内炎症反应的调节。我们观察到两种不同的呼吸道炎症小鼠模型（OVA和HDM模型）中肺SCD基因表达降低，细胞因子如IL-4和IL-13抑制培养的人支气管上皮细胞中的SCD表达。在人体中观察到的抑制的去饱和指数似乎与使用皮质类固醇无关，因为类固醇剂量与指数值之间没有关系。此外，小鼠模型中未使用皮质类固醇。最后，我们不能排除SCD基因变异可能导致遗传易感性发展为更严重的气道炎症反应的可能性。目前没有关于哮喘SCD多态性的信息。

总结

总之，非肥胖哮喘患者的脂肪酸去饱和酶活性降低，这种酶活性变化的功能重要性需要在未来的研究中得到证实和进一步扩展。我们的观察结果表明，脂肪酸去饱和酶活性应被视为一种有助于肺部炎症和免疫反应的重要生物学过程。与非肥胖哮喘患者相比，肥胖哮喘患者的显着差异仍在继续描述，进一步支持这些哮喘内型的鉴别诊断和治疗