防御素在制备治疗代谢综合征药物方面的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医药技术领域，具体而言，涉及一种防御素在制备治疗代谢综合 征药物方面的应用。
【背景技术】
[0002] 1.代谢综合征的发病率和发病的机理
[0003] 代谢综合症（metabolic syndrome, X-syndrome)，表现为高血脂，高胆固醇，高血 压，脂肪肝，肥胖及糖尿病，已经在全世界广泛流行。随着社会经济的发展，饮食结构及生活 方式的改变，代谢综合症在中国急剧增加。在美国，三分之一的成年人口肥胖或者超重，呈 现为前糖尿病状态，在世界范围内也有这个趋势[1]。2004年，大概有一亿七千八百万人患 有糖尿病，预计在2030年达三亿六千六百万人。据报道，我国成人群中代谢综合症的患病 率大约为14-18% [5]。因肥胖，2型糖尿病降低生产力，对社会发展构成巨大的威胁。虽然 代谢综合症本身不会致命，但它可以诱发心血管疾病，脑中风，2型糖尿病，减短寿命。代谢 综合征主要是由于摄入热量过多，而运动过少造成的[2]。它包括一系列亚健康及病理状， 例如肥胖，低度持续炎症，高血压，血脂异常，脂肪肝。代谢综合征还包括血糖调节异常，比 如葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗[3] [4]。代谢综合征被认为是心血管疾病以及动脉粥样硬化 的主要诱发因素，与此同时，也增加了癌症，关节炎，糖尿病发生的风险。
[0004] 除少数由于遗传的原因，大多数的患者是由于不平衡的饮食习惯以及不健康的生 活方式所致。虽然高脂肪/高糖饮食是代谢综合症的主要原因，但并非所有高脂/高糖饮 食的人都罹患代谢综合症，表明还需要其他额外的致病因素与高脂肪饮食协同作用才能产 生代谢综合症。
[0005] 2.代谢综合征的诊断
[0006] 代谢综合征的诊断标准尚未在全球完全统一。1999年世界卫生组织（WHO)首 次对代谢综合征进行工作定义[9]，美国国家胆固醇教育计划成人治疗指南（NCEP ATP)
[9]、欧洲胰岛素抵抗工作组（EGIR)和美国临床内分泌医师学会（AACE)等基于不同的出 发点和适用目的，对代谢综合症的定义各有不同。各诊断标准在许多方面是一致的，但组 成成分的项目、各成分排列次序及代谢异常成分的切割点并不一致。大多认为，诊断标准 为具备以下5项组成成分中的3项或全部者，即定义为代谢综合症：（1)超重和（或）肥 胖BMI彡25kG/M2 ; (2)高空腹血糖FPG彡6. lmmol/L(110mg/dl)和（或）进食后（2h)血 糖，2hPG彡7.8mm〇l/L(140mg/dl)，和（或）已确诊糖尿病并治疗者；（3)高血压，收缩压 彡140mmHg和（或）舒张压彡90mmHg，和（或）已确诊高血压并治疗者；(4)空腹血浆甘油 三脂，TG 彡 I. 7mmol/L(110mg/dl) : (5)高密度脂蛋白胆固醇降低，HDL-C〈0. 9mmol/L(35mg/ dl)(男），HDL-CXl. 0mmol/L(39mg/dl)(女）。
[0007] 3.代谢综合征的治疗
[0008] 由于代谢综合征中的每一种成分都是心血管病的危险因素，它们的联合作用更 强。其表现为向心性肥胖、高血糖、高甘油三酯血症和高血压。因此代谢综合征是一组高风 险因素，可以导致2型糖尿病及并发症。因此为避免及缓减代谢综合症，要求进行生活方式 的干预（如减轻体重、增加体育锻炼和精神协调），降血糖、调脂和抗高血压治疗。对于生活 方式干预效果不佳或有发生心血管疾病的高危人群，必须加用药物治疗进行二级预防。目 前对脂肪肝，代谢综合症的治疗大多是治标不治本，对症下药。治疗药物主要包括胰岛素增 敏剂（如二甲双胍和格列酮类药物等）、降低脂、降低血糖、降低血压、减肥药物等。目的是 纠正各种代谢异常症状（治标），降低心血管疾病及糖尿病的发病风险。所有的治疗都应围 绕降低各种危险因素。包括有效减轻体重，减轻胰岛素抵抗，良好控制血糖，改善脂代谢紊 乱，控制血压等。
[0009] 4.脂肪肝在代谢综合症生物发生中的关键作用
[0010] 肝脏作为机体主要的代谢器官，在代谢综合症的生物发生中起关键作用。代 谢综合症中的主要指标，高血糖（hyperglycemia)，高血脂（hyperlipidemia)，高血压 (hypertension)，都与肝脏损伤及肝功能的失调有关。而高血糖产生的主要原因是胰岛素 抵抗（insulin resistance)。大量的研宄表明，胰岛素抵抗在很大程度上是由于系统炎 症（systemic inflammation)所致[6]。在正常生理状态，进食后上升的血糖，促进胰岛素 分泌，而后者再通过一系列的生物化学通路使血糖快速进入胰岛素的靶器官。例如，胰岛 素促进血糖进入肌肉及肝脏，合成糖原，进入皮下脂肪组织以合成甘油三酯。肝脏在保持 空腹血糖的稳定性方面发挥重要作用。例如，胰岛素可以抑制糖异生（gluconeogenesis)， 以降低血糖。与之相反，当血糖低下时，胰腺的alpha细胞分泌胰高血糖素（glucagon)，后 者促进肝糖原的分解，促进肝脏的糖异生，以升高血糖。肝脏也是各种脂肪合成及分解，以 及溶血/凝血因子合成的主要器官。多种原因，例如感染/毒物，可以导致胰岛素的功能 失效，即胰岛素抵抗（insulin resistance)。胰岛素抵抗的实质是胰岛素的革E器官（包 括肝脏，脂肪组织，及肌肉组织），对胰岛素的刺激不反应，因而导致血糖升高。这时，肝 脏作为解毒代偿（compensation)，将过高的血糖转化为脂肪酸及甘油三酯，加以存储。而 大量的甘油三醋在肝脏内的存储将产生脂肪肝（hepatic steatosis)以及脂肪变性（fat degeneration)。同时，更多的甘油三酯以LDL的形式外输至外周脂肪组织，造成内脏脂肪 组织的增加。另一方面，在持续高血糖的刺激下胰腺分泌更多的胰岛素，产生高胰岛素血症 (hyerinsulinmeia)。而持续的高胰岛素可以促进外周纤维细胞转化为脂肪细胞。在肝脏 输出的以及原位脂肪细胞产生的甘油三醋的大量积累会产生中央肥胖（central obese)。 而腹内脂肪组织不同于皮下脂肪组织，前者包含有大量巨噬细胞（macrophages)，会产生更 多的炎症因子，可进一步扩大胰岛素抵抗及糖不耐受（glucose intolerance)。肝损伤也降 低高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C)，升高低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C)，造成心血管疾病。而 肝损伤产生的凝血系统的紊乱将导致血栓及脑溢血（stroke)，直接威胁生命。
[0011] "普通脂肪肝"（simple steatosis)在很大程度上是良性的。但在经受"第 二次打击"（second hits)后，可能会转化为"非酒精脂肪性肝炎"（non-alcoholic steatohepatitis，NASH) [7]。其重要的差别在于后者表现为肝脏炎症（inflammation)，而 普通脂肪肝没有明显的炎症。在持续炎症的作用下星状细胞（hepatic stellate cells) 可能被激活，产生肝脏纤维化。而所谓的"第二次打击"可来自肝脏感染。例如，丙型肝炎 病毒感染经常伴随有NASH出现。近来，我们的研宄证明"维生素D缺乏"作为一种新型的 "第二次打击"能够促进"普通脂肪肝"转化为"非酒精脂肪性肝炎" [8]。如上所述，非酒精 脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver diseases，NAFLD)，包括"普通脂肪肝"及"非酒 精脂肪性肝炎"，在代谢综合症的生物发生中扮演重要角色。有鉴于此，我们的工作从NASH 扩大到代谢综合症发生的系统生物学。
[0012] 5.维生素D缺乏与代谢综合症的相关性
[0013] 随着城市化进程及户外活动时间日趋减少，维生素D缺乏（VDD)已经成为各国普 遍面临的全球性健康问题。美国营养研宄所的调查表明大约30-60%的人口处于维生素D 缺乏（血液250H-VD 3低于25ng/ml)或者维生素D低下（血液250H-VD 3在25 - 35ng/ml)， 而缺乏的程度随着皮肤颜色的增深而增加[10]。中国在过去几十年间，因空气污染及雾霾 的加剧，能见度的下降，大多数中国人处于维生素D缺乏或者不足的状态[11] [12]。与传统 的维生素不同，维生素D在很大程度上类似于其它留体激素：
[0014] 第一，它能够在体内合成，并需要身体的三个器官（皮肤一肝脏一肾脏）联合完 成；
[0015] 第二，它在体内经过血液循环调控生理功能；
[0016] 第三，它通过细胞核受体（VDR)及靶基因启动子（promoter)中的结合位点（VDRE) 来调控很多靶基因的表达，包括肠道的防御素的表达。
[0017] 除了传统的钙磷调节功能以外，近年来大量的工作发现了维生素D在免疫生理调 控中起重要作用。例如，维生素D通过VDR上调FoxP3以维持调节性T细胞（Regulatory T cells，Tregs)并抑制 Thl7 炎症[13, 14]。反之，维生素D缺失（vitamin D deficiency, VDD) 与多种慢性疾病的发生及持续有关[15]。
[0018] 大量的流行病调查（包括 National Health and Nutrition Examination Survey)表明维生素D缺失与代谢综合症有密切关系[16-19]。有研宄表明病人血液中维 生素D含量高低程度与代谢综合症的指标有半定量的相关性[20]。但是，能否应用补充维 生素〇 3来治疗代谢综合症还不清楚。
[0019] 6.肠道微生物菌群与代谢综合症的关系
[0020] 人体共生微生物的数量是我们人体细胞数目的10倍（IOOtrillion)，大多为厌氧 菌，不能在体外培养[21]。近年来通过细菌16SrRNA测序以及宏基因组（metagenomics)分 析方法，能够对肠道微生物的生态进行定量测定及描述。肠道微生物对我们的健康极为重 要，表现为以下：
[0021] 第一，肠道菌群，如双歧杆菌，乳酸杆菌等能合成多种人体生长发育必须的维生 素，如B族维生素、维生素K、烟酸、泛酸等，还能利用蛋白质残渣合成必须氨基酸。
[0022] 第二，肠道菌群对机体的免疫系统的建立，激活及成熟至为重要。而肠道是重要的 免疫组织，大约60%的淋巴细胞聚集在小肠，它们直接接触食物抗原（food antigen)，产生 免疫耐受（immune tolerance)，免疫记忆及免疫应答。
[0023] 近年来有关肠道菌群的生态与健康的关系已成为科学研宄的热点。有报道表明肠 道菌群的生态失调与2型糖尿病和肥胖的关系[22, 23]。在肥胖及2型糖尿病患者的肠道 菌群表现为厚壁菌门（phylum Firmicutes)增加，而拟杆菌门（phylum Bacteroidetes)降 低。通过无菌小鼠（gnotobiotic mice)及其奠便移植（fecal transplant)等方法进一步 证明了肠道菌群在代谢综合症生物发生中的关键作用[24] [25]。据此暗示，肥胖是可以通 过肠道细菌传染的疾病。另一方面，肠道菌群的组成也依赖于宿主基因型，机体免疫系统， 营养状态，以及生活方式[26-28]。
[0024] 肠道菌群结构的失调可以导致宿主循环系统血浆中内毒素（endotoxin)增加，诱 发持续低度炎症，阻断胰岛素的细胞内的信号传递系统，导致胰岛素抵抗[21] [25]。而胰岛 素抵抗是产生脂肪肝，肥胖，代谢综合症的重要原因。此外，肠道共生菌群通过多种机制参 与宿主的生长发育，包括在肠道水平对病原体的防御作用、通过分子机制以及代谢产物进 行免疫调节，促进肠道微绒毛的生长。肠道微生物，也能够进一步转化膳食纤维，肽类或蛋 白质，以及结合胆汁酸的生物转化，草酸盐复合物的降解。因此，肠道菌群参与宿主的能量 平衡，能量的采收。研宄表明，高脂高糖饮食诱导代谢综合征的产生很可能就是通过改变肠 道内的菌群（dysbiosis)，打破其平衡结构来实现的[29]。
[0025] 通过动物模型，研宄表明，高脂饮食可以改变肠道菌群生态结构。瘦型的模型动 物比较肥胖模型动物而言，有更高丰度的拟杆菌（Bacteroidetes)含量，而肥胖型小鼠肠 道所含的厚壁菌门（Firmicutes)的丰度增加[30]。宏基因组分析发现肥胖小鼠肠道菌中 编码分解多糖的基因包括糖原水解酶的基因增加，导致肠道能量吸收的增加。另外，通过 将肥胖小鼠与无菌正常小鼠之间，以及瘦老鼠与无菌正常老鼠之间的菌群移植实验（fecal transplant)表明了肠道菌群可以调节肥胖。同时，大量的临床研宄也表明，肥胖病人肠道 发生类似的变化，即拟杆菌门（Bacteroidetes)的丰度降低，而厚壁菌门（Firmicutes)的 丰度增加[21]。同时肥胖也会引起肠道菌群多样性的降低。
[0026] Akkermansia muciniphila属于统微杆菌门（Verrucomicrobia)，是肠道中的共生 菌（synbiotics)，它在肠道菌中的含量十分丰富，在正常小鼠中它占大便总菌的3-4%左 右[31]。有报道称Akkermansia muciniphila的含量与小鼠的体重呈负相关关系。而在肥 胖小鼠和2型糖尿病小鼠中，Akkermansia muciniphiIa的含量降低的[32] [33]。在高脂 诱导的肥胖小鼠中，喂食Akkermansia muciniphila(作为益生菌）可以缓解这些小鼠的病 症，降低小鼠体重，减少脂肪重量，降低内毒素入血症，减少中心脂肪炎症反应，减轻胰岛素 耐受。
[0027] 相反，肝脏螺旋杆菌（Helicobacter Hepaticus，H. hepaticus)作为一种已知的肝 脏致病菌，位于消化道下段，它在易感动物中可以引起慢性炎症和肿瘤的形成[34]。例如， 在小鼠模型中已经发现，H. hepaticus可以引起慢性肝炎，炎症性肠病（inflammatory bowl diseases, IBD)，结肠炎，结直肠癌[35]。H. hepaticus现在也在胆囊疾病的病人胆汁中检 测到，而且也与肝癌有一定相关性[36-38]。在一些免疫缺陷的小鼠，如IL-IO基因敲除小 鼠，重症联合免疫缺陷（Scid)小鼠，Rag基因缺陷小鼠中可以检测到H.h印aticus的大量 增生。表明宿主的免疫系统的缺乏对于感染H. hepaticus是一个先决条件[38-41]。虽然 H. hepaticus在代谢综合症中的作用还不知道，而同一属中的H. pylori与代谢综合症的关 系已有报道[42] [43]。
[0028] 一个未解决的