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撰文 | 刘爽 曹玉香 高逸宁 刘秀玉 李国强
编辑 | 孟美瑶
校对 | 李国强
随着生活水平的提高,肥胖现已成为影响全球的慢性代谢性疾病。遗传因素与环境因素共同作用诱发肥胖。一方面,瘦素(leptin)、解偶联蛋白(UCP1)、神经肽Y(NPY)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等肥胖相关基因的突变会引发遗传性肥胖;另一方面,高脂膳食、运动缺乏等目前常见生活方式也加剧肥胖的发生。研究发现,随着肥胖的发生发展,机体胰岛素分泌减少,肝脏、脂肪等组织对葡萄糖和胰岛素的敏感性下降(即产生胰岛素抵抗),进而发展为2型糖尿病等代谢性疾病。
人体淋巴系统对于体液平衡和免疫防护起着至关重要的作用;淋巴系统结构和功能的紊乱常是导致或加重癌症、自身免疫和炎症性疾病,心脑血管疾病以及神经退行性疾病重要因素之一。淋巴系统与脂肪代谢也有紧密联系,例如在淋巴水肿(由淋巴管回流功能受阻导致)患者和具有异常淋巴系统的转基因小鼠中,脂肪组织会在淋巴管的薄弱部位(淋巴渗漏部位)聚集,显示肥胖与淋巴系统功能受损有关。比如,在遗传性糖尿病(db/db)小鼠和喂食高果糖饮食的肥胖大鼠体内,肠系膜脂肪组织过度堆积,肠系膜淋巴管功能障碍,淋巴管通透性和收缩性发生了改变。肠系膜脂肪组织的过度堆积会导致其脂肪酸和脂肪因子过度释放,进而促进机体产生胰岛素抵抗。在人体腹腔内,肠系膜脂肪组织包裹着肠系膜淋巴管和淋巴结,淋巴通过这些淋巴管和淋巴结往来于肠和肠系膜。此前Kuan等人研究发现,肠系膜和周围淋巴管的固有通透性使淋巴成分能够分布到肠系膜脂肪组织。那么淋巴功能障碍与肠系膜脂肪组织的堆积,肥胖、胰岛素抵抗有什么关系呢?
小编注:1、淋巴管功能障碍和脂肪组织聚集:
(1)常见的是手臂和腿部淋巴液排出受损而引起的水肿,对于晚期淋巴水肿为了减轻手臂和腿部肿胀一般进行抽脂治疗,下图左侧是右肢抽脂,中间是抽脂6个月,右图抽脂12个月。
(2)有文献研究表明Apelin通过增强淋巴和血管完整性抑制饮食诱导的肥胖,而Apelin敲除小鼠在HFD条件下其腹股沟脂肪脂质堆积,脂滴变大如下图所示。
2、淋巴管通透性和伸缩性如何观察?
(1)db/db小鼠淋巴管通透性改变的实验:首先,将显微镜下定位收集的肠系膜淋巴管转移到一个隔离的容器中,并将其连接到玻璃微量移液管上,此移液管两侧含有相同的溶液,但其中一侧含有绿色荧光标记的白蛋白BSA。随着时间的推移,荧光BSA穿过淋巴管壁进入溶液,导致光度计电压逐渐呈双线性增加,将灌流液改为未标记的BSA会清除所有荧光,光度计电压恢复至基线,根据菲克第一定律计算BSA的通量,以此检测淋巴管的通透性大小。
(2)淋巴管收缩性改变的实验:首先,禁食16小时,然后麻醉动物,剖开腹腔,外置6~7cm长的肠系膜床环。将肠系膜床展平,从周围组织中仔细分离出2条肠系膜淋巴管(MLV),清除所有脂肪组织然后用于淋巴管收缩性实验。淋巴管收缩性实验容器连接到单独的白蛋白补充生理盐水溶液压力容器中,然后将每个淋巴管分别安装在充满APSS缓冲液的仪器中,调节到其大约的原位长度,并允许在1cmH2O的跨壁压力下在APSS中保持平衡,直到观察到相性收缩。血管暴露在1、3和5cmH2O的跨壁压力下,记录收缩活动各5分钟。最后,通过将浴槽切换到无钙APSS,记录每个跨壁压力下的被动淋巴管直径。
最近的Nature Metabolism上线了Enyuan Cao等人关于HFD饮食诱导肠系膜淋巴管功能障碍(主要是肠系膜淋巴漏入肠系膜脂肪组织),进而促使胰岛素抵抗的相关研究:“Mesenteric lymphatic dysfunction promotesinsulin resistance and represents a potential treatment target in obesity”。本篇研究表明,淋巴中淋巴细胞的COX-2和VEGF-C-VEGFR3信号通路可以通过促进肥胖相关的肠系膜淋巴功能障碍,导致机体产生胰岛素抵抗;使用塞来昔布前药(Cele-Pro)靶向抑制淋巴中的COX-2表达,可有效逆转肠系膜淋巴功能障碍,改善肥胖并控制机体血糖。该研究结果揭示了针对肥胖相关肠系膜淋巴功能障碍是治疗代谢性疾病的一种潜在治疗选择。(小编注:在本篇文章中,内脏脂肪组织(VAT)特指包裹着肠系膜淋巴管和淋巴结的脂肪组织,淋巴通过它们在肠和肠系膜运输。)
1.HFD饮食诱导肠系膜淋巴管功能障碍。
2.COX-2和VEGF-C含量升高,导致异常淋巴管增生和淋巴液渗漏。
3.抑制VEGF-C可有效恢复淋巴管功能。
4.塞来昔布前药(Cele-Pro)有效逆转HFD饮食诱导肠系膜淋巴管功能障碍、改善小鼠肥胖并控制血糖。
研究结果
1. HFD诱发肥胖时,肠系膜淋巴管发生重构
研究人员首先对小鼠喂食HFD或对照饮食(CFD,即正常饮食)6、15、23和32周,并对这些小鼠的淋巴管、肠绒毛和脂肪相关淋巴簇(FALCs)的结构进行了比较。结果显示小鼠HFD喂养15周后,十二指肠中的绒毛和乳糜管明显变宽,绒毛变短,乳糜管长度基本不变(扩展数据图1a-e);随着HFD喂养时间的增加,VAT中肠系膜淋巴管逐渐出现分支。在HFD喂养的第6周,淋巴管分支的增加不显著,在HFD喂养的第15周,淋巴管分支显著增加,在HFD喂养的第32周,淋巴管分支增加地更为显著,且淋巴管形态较为紊乱弯曲,并非沿着淋巴流方向生长(图1a,b)。同时,研究人员也对正常人和肥胖患者VAT中的淋巴管进行了检测,发现肥胖患者的淋巴管分支增加,VAT中直淋巴管减少约35%,迂曲淋巴管增加约50%,淋巴管形状紊乱(图1c、d和扩展数据图1h),说明在肥胖的发生过程中,淋巴管的形状和结构发生重塑。
之前并未有过肥胖情况下FALCs的研究报道。在本研究中,研究人员发现小鼠经过HFD喂养15周和32周后,FALCs的数量显著增加。相邻的FALC,FLAC与VAT的分支淋巴管相互连接,形成复杂的淋巴网络(图1e-g,扩展数据图1i–m),进一步说明HFD诱导肥胖时,VAT中淋巴管会发生重构。
拓展阅读
本文利用了多种方法来对淋巴管进行了研究。
免疫荧光染色标记LYVE1(淋巴内皮细胞透明质酸受体1)来观测淋巴管的形态;利用YFP荧光纳米球腹腔注射观察FLACs的形态。
伊文思蓝染料活体注射对淋巴渗漏情况进行研究。具体方法为:腹部切口,将小肠翻出体外并用温PBS润湿。分离出4-5厘米的十二指肠或空肠段,其中包含Peyer's淋巴结。将5ul 10%伊文思蓝染料注入Peyer's淋巴结的上层。在注射后第2,5,10,20和30分钟记录伊文思蓝染料通过肠系膜淋巴管引流并渗入周围V肠系膜脂肪组织。使用相机捕获图像。从淋巴管中心向外测量染料强度至脂肪组织。提取并转换染料强度数据以针对最大信号强度进行标准化。
图1. HFD诱发的肥胖与进行性肠系膜淋巴管重塑有关
扩展数据图1.在肠系膜脂肪组织中,HFD相关的肠绒毛和乳糜管、脂肪细胞和FALC的变化
为了评估肠系膜淋巴管的引流和转运功能,研究人员接下来对喂食CFD和HFD的小鼠进行了伊文思蓝染料淋巴管造影实验(小编注:伊文思蓝染料淋的作用是为了可视化肠系膜淋巴管渗漏情况。它是一种可以活体注射的染料,伊文思蓝与血液中的血浆蛋白有很高的亲和力,一般在神经学科研究中被用作示踪剂观察血脑屏障的完整性。此外,伊文思蓝还能够在体外显微镜下区分死细胞与活细胞,此时作用类似于台盼蓝)。研究人员将染料注射到肠粘膜中,发现随着喂食HFD时间的推移,染料从肠粘膜中通过初始淋巴管排出,经集合淋巴管转运,随后渗漏至周围的VAT。其中,在HFD喂养6周的小鼠体内,淋巴引流有效,淋巴管的染料未发生显著渗漏;在HFD喂养15周的小鼠体内,淋巴渗漏显著增加;在HFD喂养32周的小鼠体内,淋巴管渗漏变得更为严重,淋巴液几乎完全定向渗漏至VAT,且淋巴液漏主要发生在淋巴管沿线高度分支和排列紊乱的区域周围(图2a,b,c)(小编注:图中红色的是静脉血管,静脉血管和淋巴管平行存在)。
为进一步确定肠系膜淋巴功能障碍是由HFD饮食导致的还是由肥胖所引起的,研究人员检测了CFD喂养了15-17周的db/db小鼠肠系膜淋巴结构和功能(小编注:db/db小鼠为leptin受体敲除小鼠,食欲抑制受损,进食量高,无需进行HFD喂养,在普通饮食下即可因进食量高引发肥胖,因此可以用来区分本文观察到的现象是由进食HFD引起的,还是由肥胖引起的),发现与正常CFD喂食的C57BL/6小鼠相比,CFD喂养的db/db小鼠体内并未出现淋巴管分支和淋巴漏液现象;淋巴中的免疫细胞计数结果也无显著性差异(扩展数据图2a-f)。此外,db/db小鼠的皮下脂肪组织(SAT)体积显著增加(超过正常HFD小鼠的两倍),表明db/db小鼠更容易发生外周脂肪沉积(扩展数据图2g)。重要的是,db/db小鼠的VAT重量与喂食HFD的小鼠相当,这些结果表明肠系膜淋巴管重构依赖于HFD的摄入,而与肥胖无关。
图2. HFD诱发肥胖的肠系膜淋巴管重塑导致淋巴“渗漏”到肠系膜脂肪组织
扩展数据图2.对15-17周龄CFD喂养的db/db小鼠与6-7周龄喂养CFD或HFD 6、15、23或32周的C57BL/6小鼠进行肠系膜淋巴功能障碍检查
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既然肠系膜淋巴管重构依赖于小鼠对HFD的摄入,而非依赖于肥胖,那么HFD诱导的肠系膜淋巴管重构是否可以促进VAT积聚并导致胰岛素抵抗呢?为了模拟肠系淋巴渗漏到肠系膜脂肪,研究人员使用CFD和HFD的大鼠的淋巴液(加入培养基体积的2%)对成熟的3T3-L1脂肪细胞进行孵育(小编注:本文动物是用的大鼠和C57小鼠, CFD和 HFD 饲喂小鼠饲喂6–32周,大鼠饲喂6–9 周。大鼠的淋巴液量相对于小鼠较多,便于提取用于体外实验),发现与普通培养基培养的3T3-L1细胞相比,HFD大鼠淋巴液孵育的3T3-L1细胞中脂滴和甘油三酯堆积显著增加,而与CFD大鼠淋巴液孵育的3T3-L1细胞相比则只有细胞内脂滴显著增加(图3a-c,扩展数据图3a-f)(小编注:尽管CFD处理的淋巴液本身可能会引起脂肪细胞内TG的轻微升高,但是在CFD饮食情况下,体内淋巴不会渗漏到周围脂肪组织中,因此相对于HFD 对脂肪的影响可忽略);与普通培养基培养的3T3-L1细胞相比,HFD大鼠淋巴液孵育的3T3-L1细胞脂肪生成相关基因Pparg、Lep和Gapdh(不包括Cebpa)的表达显著增加(图3d),Pnpla2(编码脂解酶ATGL的基因)的mRNA表达升高(图3d)(小编注:GAPDH,3-磷酸甘油醛脱氢酶,是参与糖酵解的一种关键酶。3-磷酸甘油醛在GAPDH的催化下变为1,3-二磷酸甘油,这是糖酵解途径唯一的一步可逆氧化还原反应。该反应属于底物水平磷酸化的放能反应,在脂肪酸生成过程中每增加一个二碳单位都需要一定的能量,故GAPDH也可以用来作为脂肪酸生成的关键基因。GAPDH作为管家基因,几乎在所有组织中都高水平表达且表达量相对恒定,被广泛用作Western blot蛋白质标准化的内参。但GAPDH在在分化过程中,其表达量也是变化的,并非一直适用)。此外,使用Forskolin(小编注:腺苷酸环化酶激活剂,可刺激脂解)与淋巴液分别或共同刺激3T3-L1细胞,发现HFD大鼠淋巴液可以显著促进基础和Forsklin刺激下的脂解过程;而CFD淋巴液对基础脂质水解水平没有显著影响(图3e),说明HFD大鼠淋巴液可以显著促进脂肪脂解(小编注:前文主要说明淋巴泄露至周围脂肪组织而引起脂质堆积;此处发现HFD淋巴液还可以促进脂解进而引起胰岛素抵抗。这两者应该是同时发生,但是促进堆积速度大于脂解,所以还是会引起堆积)。之后,研究人员使用淋巴中的乳糜微粒(CM)、VLDL(极低密度脂蛋白)或无脂质的蛋白对3T3-L1细胞进行孵育,发现刺激脂解的主要淋巴成分是富含脂质的乳糜微粒和VLDL组分(扩展数据图3g)。
由于脂肪组织脂解过度增加和随后释放的游离脂肪酸(FFA)会在体内促进胰岛素抵抗,而胰岛素作用于外周组织是血糖控制的重要决定因素,因此研究人员评估了淋巴漏入VAT是否会损害机体的胰岛素敏感性。在含有CFD淋巴液、HFD淋巴液培养基和普通培养基的条件下,检测基础和胰岛素刺激后的3T3-L1脂肪细胞、SPF3人类脂肪细胞以及从渗漏/非渗漏淋巴管周围分离的离体VAT对14C-2-脱氧葡萄糖(14C-2DG)的摄取。结果显示,与对照培养基和CFD淋巴液处理的3T3-L1脂肪细胞相比,使用HFD淋巴液处理后,胰岛素刺激的3T3-L1脂肪细胞的14C-2DG摄取能力显著受损(图3f),该结果也在SPF3人类脂肪细胞中得到验证(扩展数据图3h)。与喂食CFD的小鼠相比,从喂食HFD的小鼠分离的VAT胰岛素刺激后的14C-2DG摄取也显著受损;且与HFD中分离的非渗漏淋巴管周围分离的VAT相比,从渗漏淋巴管周围分离的VAT胰岛素刺激后的14C-2DG摄取受损最严重(图3g,h)。表明HFD淋巴液漏入VAT会促进局部肠系膜脂肪组织的胰岛素抵抗,这可能导致全身胰岛素抵抗。
图3. 肠系膜淋巴漏入肠系膜脂肪组织促进脂肪细胞分化、脂质积聚和胰岛素抵抗
扩展数据图3.喂食CFD或HFD 6-9周的Sprague-Dawley大鼠的体重、肠系膜淋巴成分和作用
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上述结果证明,HFD大鼠的淋巴液中含有促进VAT累积和胰岛素抵抗的因子。接下来,研究人员评估了HFD饮食小鼠的淋巴液是否也包含促进肠系膜淋巴管分支和渗漏的因子。首先,研究人员利用细胞划痕实验证实,与对照培养基(加入CFD小鼠淋巴液)相比,使用2%(vol/vol)的淋巴液(来自HFD喂养的小鼠或肥胖人群)孵育后,淋巴管内皮细胞(LEC)划痕闭合增加(图4a-d),表明来自HFD小鼠和肥胖人群的淋巴液能够促淋巴管生成。
在发育和疾病过程中,淋巴管生成的最重要介质是VEGF-C。例如,在肺腺癌细胞中过表达COX-2,发现COX-2酶合成的前列腺素E2(PGE2)可以通过招募并刺激巨噬细胞释放VEGF-C,VEGF-C可以与淋巴管内皮细胞中的VEGFR-3相结合,促进淋巴管内皮细胞的增殖,进而促进淋巴管的生成。此前,有研究报道,在皮下脂肪组织和3T3-L1细胞中,COX-2抑制剂和VEGF-C-VEGFR3抑制剂通过抗炎作用缓解肥胖和胰岛素抵抗的发生。在这里,研究人员假设COX-2–PGE2和VEGF-C–VEGFR3信号通路调控HFD相关肠系膜淋巴功能障碍,从而导致胰岛素抵抗。为验证这个假设,研究人员通过细胞实验在体外证实COX-2抑制剂塞来昔布、VEGFR3激酶抑制剂MAZ51(图4b)和前列腺素EP4受体拮抗剂LY3127760(扩展数据图4a)能够抑制HFD淋巴诱导的LEC迁移。之后研究人员又通过体内实验来验证这个假设。研究人员给HFD喂养小鼠服用COX-2抑制剂塞来昔布(29 mg/kg/天,塞来昔布混在HFD饲料中一起饲喂小鼠,称为预防研究)15周,发现肠系膜淋巴中的VEGF-C浓度随着HFD喂养而增加(图4f),塞来昔布治疗导致淋巴中PGE2水平显著降低,但VEGF-C的水平没有显著降低(P=0.15)(图4f,g)(小编注:此处将肠系膜脂肪组织在含有2-3mg/mL胶原酶 II的消化培养基中切碎,在 37°C 下孵育35分钟。之后用100 μm细胞过滤器过滤脂肪组织消化物,使用流式细胞仪分选巨噬细胞(CD45+CD11b+F4/80+),将分选出来的巨噬细胞进行ELISA分析,得到VEGF-C浓度)。塞来昔布治疗有效地防止了肠系膜淋巴管分支和渗漏的增加(图4h-k)。在喂食HFD的小鼠中,肠系膜淋巴和淋巴结中免疫细胞积聚增加,塞来昔布治疗能够抑制在免疫细胞在肠系膜淋巴液中的聚集,而在淋巴结中无作用(扩展数据图5a-f)。重要的是,塞来昔布的这些治疗效果虽然未改善小鼠的空腹血糖(p=0.06)和体重,但改善了机体的葡萄糖耐量(OGTT实验)(图4l-n)。这些结果说明,抑制COX-2–PGE2和VEGF-C–VEGFR3的信号可能会缓解与HFD相关的肠系膜淋巴分支增加、淋巴渗漏和葡萄糖不耐受。
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在小鼠胚胎中的血管系统建立后(约在胚胎发育过程的第10天),颈静脉区域开始出现淋巴管内皮细胞 (LEC)。大多数 LEC 是由静脉内皮细胞的转分化产生。LEC最初形成毛细血管样初级丛,后进一步重组形成毛细血管和淋巴管。在此过程中,有研究人员发现,Prox1 -/-小鼠不发育任何淋巴血管结构;在LEC中抑制转录因子Prox1的表达会损害淋巴管的完整性,导致淋巴液成分(如游离脂肪酸)发生泄漏,进而促进前脂肪细胞分化为脂肪细胞,随后研究人员通过在LEC中过表达Prox1,发现淋巴管完整性得到修复。因此转录因子PROX1也被看作是LEC的早期标志物和LEC的关键调节因子。生长因子 VEGFC 及其酪氨酸激酶受体 VEGFR3 的信号传导是胚胎发生过程和各种病理条件下LEC扩增的主要驱动因素。VEGFC经蛋白酶水解加工后(在蛋白酶ADAMTS3和细胞外衔接蛋白CCBE1的帮助下)激活VEGFR3,进而促进淋巴内皮细胞的增殖和淋巴管的生成。除此之外,VEGFC-DLL4信号通路也在淋巴管的生成过程中起着非常重要的作用,抑制VEGFC或VEGFR3表达,可以有效抑制乳糜管(淋巴管的一种)中DLL4的表达,进而导致乳糜管损伤,乳糜管长度缩短,丝状伪足数目减少,因此成人乳糜微粒运输的维持依赖于 VEGFC-DLL4 信号。此外,有研究表明,结肠癌、肺癌、咽喉癌、胰腺癌、乳腺癌等侵袭性癌症的发生发展过程中,癌细胞中表达显著升高的COX-2促进淋巴管生成。在小鼠乳腺癌模型中,癌细胞中的COX-2高表达,可以导致PGE2水平升高。PGE2与EP4等PGE受体结合后,通过上调VEGF-C/D来刺激淋巴管内皮细胞增生,进而促进淋巴管生成或淋巴转移。
参考文献:
[1]Bernier-Latmani J, , et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017;14(9):510-526.
[2]Lala PK, et al. CancerMetastasis Rev. 2018;37(2-3):369-384.
图4. CoX-2–PGE2和VEGF-C–VEGFR3信号调节HFD相关的肠系膜淋巴功能障碍和葡萄糖不耐受
扩展数据图4. EP4抑制对HFD淋巴诱导的LEC迁移、脂肪细胞脂解和脂肪细胞胰岛素敏感性的影响
扩展数据图5.预防和治疗组肠系膜淋巴液和淋巴结中的免疫细胞积聚
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基于以上实验结果,科研人员猜测通过靶向恢复肠系膜淋巴功能可以逆转内脏肥胖和胰岛素抵抗。为了验证这一假设,研究人员给小鼠喂食HFD 15周以诱导中度淋巴分支、淋巴渗漏、肥胖和胰岛素抵抗,然后在HFD饲料中混合塞来昔布或靶向淋巴的塞来昔布前药(Cele-Pro)治疗7-8周(称为治疗研究,图5a),以检测是否可以通过使用Cele-pro靶向进入淋巴的功能来放大塞来昔布的药效,进而在较低剂量的给药浓度下获得类似或更好的药物作用效果,在与塞来昔布发挥相同药效下可减少用药量。当用同等给药剂量时,Cele-Pro治疗塞来昔布进入肠系膜淋巴的总量增加了10倍以上(图5c)。在治疗研究中,以Cele-Pro形式给予小鼠的塞来昔布前体剂量比塞来昔布低3.5倍,塞来昔布的剂量与之前的预防研究中给予的剂量相同(29 mg/kg/d)(图4e-n)。相较于使用塞来昔布治疗后血浆中高浓度的塞来昔布水平,Cele-pro在给药后不仅血浆中塞来昔布浓度很低,而且在5h后就基本没有(扩展数据图6),因此推测Cele-Pro的治疗效果可能是归因于淋巴特异性效应。
与预防研究不同,塞来昔布在治疗研究中没有逆转肠系膜淋巴分支和淋巴渗漏,这可能与疾病进展后才开始治疗有关。相比之下,低剂量的靶向淋巴Cele-Pro治疗可有效逆转HFD诱导的肠系膜淋巴分支和淋巴渗漏入VAT,治疗后其水平与喂食CFD的小鼠相似(图5d–g)。尽管塞来昔布和Cele-Pro均能降低淋巴PGE2水平,但只有Cele-Pro能完全消除淋巴VEGF-C(图5h,i)。这进一步支持了COX-2和VEGF-C信号传导促进肥胖小鼠肠系膜淋巴管分支和淋巴渗漏的假说。此外,除PGE2之外的其他前列腺素(如PCI2、 6-酮-PGF1a)在淋巴中的丰度极低,并且在饲喂HFD或治疗后浓度没有改变(扩展数据图7a,b),表明PGE2是参与调节COX-2和VEGF-C信号通路的主要前列腺素。
接下来,研究人员分析了促进肠系膜淋巴分支和淋巴漏入VAT的VEGF-C的来源。肠系膜淋巴中VEGF-C的来源可能有两种:一是通过肠道直接引流获得,二是通过从血液中获得。然而,相较于HFD喂养小鼠淋巴中的VEGF-C水平较CFD小鼠高了几十至100倍(图5i),喂食HFD的小鼠血浆中的VEGF-C水平仅比喂食CFD的小鼠高出三倍,表明血液中的VEGF-C不太可能通过进入肠系膜促进淋巴管生长 (扩展数据图4d)。而检测VAT和肠道中的VEGF-C水平发现HFD喂养的小鼠VAT中VEGF-C浓度显著增加,但肠道中没有增加(图5i-k)。此外,使用靶向淋巴的Cele-Pro治疗后,VAT和淋巴中的VEGF-C浓度降低至与喂食CFD小鼠相似的水平,表明是VAT和淋巴中的VEGF-C促进肠系膜淋巴功能障碍,并且Cele-Pro能够通过降低局部VEGF-C水平来恢复淋巴功能。在HFD小鼠的VAT和肠道内,巨噬细胞中的VEGF-C浓度显著高于淋巴管内皮细胞(LECs)(图5l),表明巨噬细胞是喂食HFD小鼠VAT中升高的VEGF-C的主要来源。科研人员进一步研究淋巴功能的恢复是否为局部巨噬细胞减少的结果,研究结果表明塞来昔布和Cele-Pro均未降低HFD诱导的VAT中的巨噬细胞(CD45+ F4/80+)的增加(图5m),这表明Cele-Pro减少淋巴分支和漏出是通过减少VAT中局部VEGF-C释放而非通过减少VAT中的巨噬细胞数目。
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塞来昔布可特异性地抑制环氧化酶-2(COX-2)。炎症刺激下可诱导COX-2生成,进而导致炎性前列腺素类物质的合成和积聚,尤其是前列腺素E2(PGE2),引起炎症、水肿和疼痛。塞来昔布可通过抑制COX-2阻止炎性前列腺素类物质的产生,达到抗炎、镇痛及退热作用。塞来昔布前药通过由塞来昔布连接到甘油酯主链的sn-2位置(图5b)。在肠道中,大部分的甘油三脂通过与细胞中生成的载脂蛋白结合成乳糜微粒,进入淋巴。先前研究表明,与Cele-pro结构相似的药物能够作为甘油三酯类似物,与肠道的甘油三酯一起通过肠道进入淋巴,增强药物向肠系膜淋巴的转运,其机制是药物特异地从肠道通过淋巴系统而不是门静脉转运,绕过了肝脏首过效应,从而显著提高了口服药物的生物利用度。
参考文献:
[1]Hu L, etal. Angew Chem Int Ed Engl. 2016;55(44):13700-13705.
图5. 淋巴靶向CoX-2抑制通过减少局部VEGF-C释放逆转HFD诱导的肠系膜淋巴分支和漏出
扩展数据图6.塞来昔布或塞来昔布前体药物(Cele-Pro)给药的小鼠体内塞来昔布的全身暴露情况
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接下来,研究人员进一步探索了靶向抑制淋巴的COX-2是否会改变肠系膜淋巴或淋巴结中调节炎症、代谢和胰岛素抵抗的免疫细胞和脂质代谢产物。研究结果显示塞来昔布和Cele-Pro治疗均减少肠系膜淋巴中的免疫细胞数量,但只有Cele-Pro能将肠系膜淋巴结中的免疫细胞数量减少到与CFD小鼠相似的水平(图6a、b和扩展数据图5g、h)。Cele-Pro治疗显著增加肠系膜淋巴的总FFA并降低胆固醇水平(扩展数据图7c,d),而淋巴中TG(图6c)、磷脂和葡萄糖的浓度(扩展数据图7e,f)在不同组间没有显著差异,这表明TG在淋巴中的转运无明显变化,乳糜管功能得到保留(小编注:乳糜管是可以吸收脂肪的淋巴管。在肠道中,脂肪分解成单酰甘油和脂肪酸,被吸收到小肠细胞中,重新合成为脂肪,并形成乳糜颗粒排出肠道。排出肠道的乳糜颗粒可以被乳糜管吸收,因此乳糜管中的淋巴液呈浑浊的乳白色(富含乳糜颗粒的)。另外,此前有文章报道,与Cele-pro结构相似的药物可以作为TG类似物,与肠道中的TG一起进入淋巴,因此本文检测了淋巴中的FFA和TG的含量。结果显示,Cele-Pro不影响TG在淋巴中的转运)。塞来昔布和Cele-Pro均降低HFD喂养小鼠淋巴的PGE2水平,在Cele-Pro治疗后(图6d和扩展数据图7g,h),肠系膜淋巴脂质组学分析显示代谢物从HFD特性向CFD特性变化,而使用塞来昔布治疗和预防治疗后,HFD饮食小鼠肠系膜淋巴脂质谱没有变化(图6d,e)。总的来说,HFD饮食小鼠淋巴中一系列与肥胖和胰岛素抵抗相关的鞘脂(包括神经酰胺)、甾醇和磷脂(扩展数据图7g,h)与CFD饮食小鼠淋巴相比显著增加。因此,这些脂质从淋巴渗漏到脂肪组织可能是局部代谢变化的一个驱动因素。另一个因素可能是淋巴中PGE2水平增加(图5h),然而,EP4(PEG2的受体)拮抗剂并没有显著改善HFD淋巴处理的脂肪细胞对14C-2DG的摄取(扩展数据图4b,c)。
Cele-Pro治疗后恢复了HFD喂养小鼠的VAT淋巴功能,使促淋巴管生成的VEGF-C水平正常化,减少了HFD诱导的免疫细胞积聚,并介导淋巴脂质代谢产物重编程。靶向淋巴的Cele-Pro改善了口服葡萄糖激后的全身血糖控制能力,降低空腹胰岛素水平和葡萄糖刺激后的胰岛素水平至CFD喂养的水平(图6f–i)。相比之下,塞来昔布改善了口服葡萄糖耐受性,但并未显著改善HFD诱导的高胰岛素血症(图6f-i)。研究人员在HFD喂养的第15周至第23周,给予小鼠不同剂量的塞来昔布和Cele-Pro后,检查口服葡萄糖耐量和空腹水平发现,Cele-Pro可使HFD喂养的小鼠恢复至正常血糖和正常血胰岛素水平(图6f–i),且剂量大约比塞来昔布低10倍(扩展数据图8),这也支持了Cele-Pro局部调节肠系膜淋巴功能可改善系统血糖控制的假设。
尽管塞来昔布和Cele-Pro均能减少HFD引起的体重和VAT重量增加,而不改变总体重或脂肪/瘦肉质量(图6j-n),但只有Cele-Pro可将HFD喂养小鼠的肠系膜脂肪组织质量降低到与CFD喂养小鼠相似的水平(图6l)。与塞来昔布全身性抑制COX-2相比,Cele-Pro靶向抑制淋巴的COX-2在淋巴功能、体重、内脏肥胖和血糖控制方面具有总体上更优越的效果。为进一步确定Cele-Pro改善血糖控制是仅依靠肠系膜淋巴功能恢复的结果,而非对全身代谢的影响,研究人员使用塞来昔布和Cele-Pro治疗喂食HFD的小鼠,然后检测了食物摄入、粪便能量排泄、能量消耗和呼吸交换率等指标,结果显示所有指标都未发生变化,表明Cele-Pro的治疗益处是通过靶向局部淋巴管而不是通过改变全身代谢实现的(图6o-r)。
图6. 淋巴靶向CoX-2抑制通过恢复肠系膜淋巴功能而不是改变全身代谢功能来逆转胰岛素抵抗
扩展数据图7.从喂食CFD、HFD、HFD加塞来昔布或塞来昔布前药(Cele-Pro)的小鼠获得的肠系膜淋巴液中的脂质代谢产物
本文研究结果表明肠系膜淋巴功能障碍是肥胖和胰岛素抵抗的原因和潜在治疗靶标。研究人员证明了在喂食HFD的小鼠中,HFD诱发肥胖时导致肠系膜淋巴管发生重构,肠系膜淋巴管高度分支,淋巴渗漏至肠系膜脂肪组织,促进局部肠系膜脂肪组织积累及全身的胰岛素抵抗。肠系膜淋巴功能障碍是由COX-2–PGE2和VEGF-C–VEGFR3信号调控的,塞来昔布前体药物Cele-Pro通过靶向抑制淋巴COX-2减少局部VEGF-C释放并逆转淋巴功能障碍,阻止体重增加,恢复血糖控制,降低肥胖小鼠的高胰岛素血症。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s42255-021-00457-w
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