自噬與非酒精性脂肪性肝病脂質(zhì)代謝關(guān)系的研究進展

鄧穎勛，蔣卓勤，王宇琦(綜述)，紀(jì)桂元(審校)

(1.中山大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，廣州 510080； 2.廣東省疾病預(yù)防控制中心 廣東省公共衛(wèi)生研究院，廣州 511430)

自噬與非酒精性脂肪性肝病脂質(zhì)代謝關(guān)系的研究進展

鄧穎勛1△，蔣卓勤1，王宇琦1△(綜述)，紀(jì)桂元2※(審校)

(1.中山大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，廣州 510080； 2.廣東省疾病預(yù)防控制中心 廣東省公共衛(wèi)生研究院，廣州 511430)

非酒精性脂肪性肝病以脂質(zhì)代謝紊亂和三酰甘油過度蓄積為主要特征，單純性脂肪肝如不及時進行干預(yù)，可發(fā)展為脂肪性肝炎，甚至進展為肝纖維化、肝硬化和肝細胞癌。因此，減輕肝組織的脂質(zhì)堆積在防治非酒精性脂肪性肝病中發(fā)揮基礎(chǔ)性作用。自噬是真核細胞中普遍存在的一種物質(zhì)降解途徑，Debeer等[1]早在1979年就曾提出自噬可能與脂質(zhì)代謝有緊密聯(lián)系，Singh等[2]在2009年首次證實脂滴也是自噬降解的底物之一，認(rèn)為自噬是一種新的選擇性降解脂質(zhì)的途徑，并且稱之為“噬脂”。但是Shibata等[3]表示自噬對于脂滴的合成而非降解有更重要的作用。自噬對脂質(zhì)代謝的作用還需進一步明確?，F(xiàn)對自噬在脂質(zhì)代謝過程中的不同作用進行綜述。

1自噬與脂質(zhì)代謝關(guān)系的共同點

首先，脂滴與微管相關(guān)蛋白輕鏈3(microtubule-associated protein light chain 3,LC3)相關(guān)。免疫熒光顯微鏡發(fā)現(xiàn)，肝組織和細胞中的LC3與脂滴共定位[3]。同時，免疫組織化學(xué)發(fā)現(xiàn)LC3B陽性的點聚集在脂滴表面[4]。免疫金染色進一步證實了自噬調(diào)控著脂滴[2-3,5]。當(dāng)抑制自噬體-溶酶體融合或敲除自噬時，這種共定位不受影響，說明LC3的活性形式(LC3-Ⅱ)的結(jié)合不僅存在于自噬體上，也可以發(fā)生在脂滴的表面[2]。其次，肝細胞脂肪變性大部分出現(xiàn)在腺泡3區(qū)[6]，類似的，免疫組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)LC3染色也多集中在中央靜脈附近[7]。于是有學(xué)者提出了自噬的帶狀分布假設(shè)，基礎(chǔ)水平的自噬分布于門靜脈周圍，而能量充足時高水平的自噬發(fā)生于中心靜脈周圍，這個假設(shè)可能可以解釋肝臟脂肪變的模式。再次，脂滴與溶酶體相關(guān)。免疫熒光顯微鏡發(fā)現(xiàn)在脂質(zhì)超載的細胞中，脂滴與溶酶體標(biāo)志物-溶酶體相關(guān)膜蛋白1[2]或lysotracker[8]的共定位增加，而抑制自噬時，這種共定位減少[2]。

2自噬作為脂質(zhì)分解的機制

自噬作為一種大分子物質(zhì)降解機制，可以吞噬細胞器和蛋白質(zhì)等多種細胞成分。最近研究發(fā)現(xiàn)，脂滴也是自噬降解的底物之一[2]。自噬泡捕獲部分或整個脂滴，將其運送到溶酶體，脂滴在溶酶體內(nèi)被降解為脂肪酸[2]。與脂肪細胞比較，肝細胞內(nèi)脂肪酶水平較低，然而可以快速處理大量脂類物質(zhì)，應(yīng)該與上述旁路的作用有關(guān)[9]。

噬脂最早在肝細胞中發(fā)現(xiàn)，肝細胞是除脂肪細胞外全身最大的脂質(zhì)儲存地。當(dāng)受到外源性(油酸刺激)或內(nèi)源性(蛋氨酸-膽堿缺乏培養(yǎng)基中培養(yǎng))脂質(zhì)刺激時，通過使用3-甲基腺嘌呤或敲除重要的自噬相關(guān)基因Atg5來抑制自噬都明顯增加了肝細胞內(nèi)三酰甘油和膽固醇的水平。這是由于脂解作用減弱、脂肪酸β氧化的速率減慢，而三酰甘油的合成不受影響。并且，當(dāng)使用藥物誘導(dǎo)自噬時，肝細胞內(nèi)的脂質(zhì)蓄積減少[2]。

自噬對于肝細胞脂滴的降解作用在動物實驗中也得到了證實。Atg7特異性敲除的小鼠中三酰甘油和膽固醇水平均顯著高于對照組小鼠。饑餓24 h后，正常小鼠和特異性敲除Atg7的小鼠肝臟中三酰甘油水平均升高，但正常小鼠這種升高并不明顯。電鏡下發(fā)現(xiàn)含自噬小體的溶酶體和脂滴的數(shù)量增多。這些都支持了自噬的降脂作用[2]。Ding等[10]認(rèn)為過量酒精攝入的大鼠氧化應(yīng)激加強，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號減弱，激活自噬，可逆轉(zhuǎn)脂肪肝的形成，這是自噬選擇性降解線粒體和脂滴，發(fā)揮保護作用的體現(xiàn)；而用藥物抑制自噬活性后，肝細胞脂肪變性，凋亡增加，甚至形成脂肪肝；且抑制自噬后，脂滴大量聚集，可激發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，活化炎癥信號，形成胰島素抵抗，誘導(dǎo)2型糖尿病和代謝綜合征?？梢娮允杉せ钔ㄟ^抑制非脂肪組織脂質(zhì)沉積，促進脂代謝平衡，對機體發(fā)揮保護性作用；抑制自噬則可能誘發(fā)脂質(zhì)沉積相關(guān)代謝疾病的發(fā)生、發(fā)展。

一項關(guān)于肥胖小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，Atg7蛋白的表達及自噬水平均下降，當(dāng)肝臟特異性過表達Atg7時，ob/ob小鼠(一種研究肥胖和2型糖尿病的小鼠)的代謝狀態(tài)得到明顯改善，并且脂肪變也明顯減輕[11]。進一步證實了自噬的降脂作用。但是，誘導(dǎo)的自噬對于脂質(zhì)代謝的作用只在ob/ob小鼠中得到證實，而高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠還少有報道。

除肝臟細胞，自噬缺陷還能導(dǎo)致胚胎纖維母細胞、內(nèi)皮細胞、淋巴母細胞、樹突狀細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞甚至神經(jīng)元細胞中脂質(zhì)蓄積，暗示自噬普遍存在于脂質(zhì)代謝中[2]。

研究表明，F(xiàn)ox轉(zhuǎn)錄因子的O亞家族(subfamily O of forkhead transcription factors,FOXO)缺陷與脂肪變和高脂血癥關(guān)系密切[12]。特異性敲除肝臟FOXO1/3/4會導(dǎo)致脂肪肝和高三酰甘油血癥，同時自噬水平降低，說明FOXO調(diào)控著主要的自噬相關(guān)基因[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)，Atg14受FOXO的調(diào)控。當(dāng)敲除Atg14時，肝組織和血清三酰甘油增多；在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中過表達Atg14可以減輕脂肪變性；在敲除FOXO的小鼠中過表達Atg14，可以改善脂質(zhì)代謝紊亂[13]。但是也有相反的結(jié)果，Valenti等[15]的一項人群研究顯示，非酒精性脂肪性肝炎患者的FOXO是升高的。

對于自噬調(diào)控的一項最新研究是轉(zhuǎn)錄因子EB(transcription factor EB，TFEB)的發(fā)現(xiàn)，TFEB 被認(rèn)為是調(diào)節(jié)自噬的一個主要調(diào)節(jié)器[16]。TFEB 也參與脂質(zhì)代謝，當(dāng)TFEB過表達時抑制脂肪變性，而抑制TFEB則可以誘導(dǎo)脂肪變性[17]。它對于脂質(zhì)代謝的作用受過氧化物酶體增殖物激活受體α和自噬的調(diào)控。TFEB過表達不能抵消自噬功能異常引起的脂肪變性，說明TFEB的功能依賴于自噬[17]。

研究已經(jīng)證實抗逆轉(zhuǎn)錄病毒的治療方法可以誘導(dǎo)脂肪變性[18]，在一項體外研究中，胸苷類似物齊多夫定和司他夫定均會抑制肝細胞自噬，從而導(dǎo)致脂質(zhì)蓄積和線粒體功能紊亂[19]。體內(nèi)外實驗證明了胰高血糖素樣肽1類似物可以通過激活自噬減少肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和脂質(zhì)蓄積[20]?？R西平、雷帕霉素因其誘導(dǎo)自噬從而在非酒精性脂肪性肝病模型中發(fā)揮了減少脂肪變的作用[21]。最新研究發(fā)現(xiàn)，咖啡因也可以誘導(dǎo)自噬，從而減輕脂質(zhì)蓄積[8]。但是也可能存在其他機制可以解釋這些現(xiàn)象。

對于自噬的脂解作用人群研究較少，主要是由于研究方法的限制，如不能在人群使用藥物干預(yù)或者進行連續(xù)的活體檢查，免疫組織化學(xué)也只能反映自噬一個瞬間的狀態(tài)，很難區(qū)分自噬的增加與自噬小體降解的減少等[4]。盡管如此，還是有一項針對死亡患者肝組織的免疫組織化學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LC3水平降低，p62升高，脂質(zhì)蓄積嚴(yán)重，說明嚴(yán)重脂肪肝時自噬水平是下降的[7]。同樣，確診的非酒精性脂肪性肝病患者肝組織活檢發(fā)現(xiàn)，自噬泡和p62的數(shù)量均增加[22]。

3自噬作為脂質(zhì)合成的機制

饑餓會誘導(dǎo)脂肪變性，這是因為在饑餓時，機體啟動代償性機制，胰島素水平下降，脂肪組織的脂解作用不再受到抑制，非酯化脂肪酸釋放入血。這些非酯化脂肪酸被肝臟捕獲，或形成酮體或暫時以三酰甘油形式儲存于脂滴中，導(dǎo)致肝內(nèi)三酰甘油大量蓄積[3,23]。人饑餓36 h后磁共振成像也會顯示肝臟脂質(zhì)水平升高[24]。但是自噬缺陷的小鼠不會表現(xiàn)出饑餓誘導(dǎo)的脂肪變。僅有的脂滴形態(tài)更小，數(shù)量更少，肝臟總?cè)８视退揭彩墙档偷腫3]，說明自噬對于脂滴的形成和成熟有重要作用。電鏡下LC3和脂滴的共定位進一步支持了這一發(fā)現(xiàn)[3]。緊接著在不同種類的細胞實驗中進一步證實了該結(jié)論。在LC3形成受阻的細胞內(nèi)脂滴和三酰甘油水平均降低，但是非酯化脂肪酸的攝取、三酰甘油的合成和降解均不受影響，說明這些細胞儲存已合成三酰甘油的功能受損[5]。

Singh等[2]的研究顯示，自噬對于脂肪細胞內(nèi)脂滴的調(diào)節(jié)作用與肝細胞內(nèi)的作用完全相反。在3T3-L1前脂肪細胞中敲除自噬相關(guān)基因Atg5或Atg7抑制自噬時，脂滴形成減少。脂肪組織脂質(zhì)沉積以白色脂肪為主，而棕色脂肪主要通過β氧化降解脂肪酸供能。自噬激活，誘導(dǎo)脂肪祖細胞向白色脂肪分化，而抑制自噬，脂質(zhì)沉積減少，而棕色脂肪生成增加。這一結(jié)論也在動物實驗中得到證實[25-26]。在小鼠脂肪組織中特異性敲除Atg7可使小鼠體質(zhì)量減輕，胰島素敏感性增加，白脂肪組織明顯減少，而解偶聯(lián)蛋白1和過氧化物酶體增殖物激活受體γ激活物1這些棕色脂肪細胞的標(biāo)志物升高，說明抑制自噬有利于棕色脂肪細胞的形成。Kovsan等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，肥胖人群脂肪組織的自噬活性是增強的，所以通過調(diào)節(jié)自噬作用介導(dǎo)脂肪細胞的分化，可以為肥胖及肥胖相關(guān)疾病的治療提供一個新的思路。

4與脂質(zhì)代謝相關(guān)的自噬水平的改變

動物實驗發(fā)現(xiàn)，高脂飼料喂養(yǎng)小鼠16周，自噬水平在兩周時開始升高，到10周時開始下降[28]，電子顯微鏡下脂滴不能進入自噬囊泡中，表明高脂誘導(dǎo)下自噬的功能受到損傷。支持細胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積會損害自噬功能的另外一個證據(jù)來自肥胖基因模型ob/ob小鼠的一項早期發(fā)現(xiàn)，ob/ob小鼠中自噬功能受到抑制[29]，但其機制尚不清楚。可能的機制是高脂飲食引起脂滴膜組成的改變[30]，自噬體與溶酶體融合受阻，同時胰高血糖素發(fā)揮協(xié)同作用，通過下調(diào)自噬相關(guān)基因的水平來降低自噬活性[14]。但是也有學(xué)者在ob/ob小鼠中沒有發(fā)現(xiàn)融合功能的下降，反而是因為溶酶體酸性環(huán)境的紊亂[29]或組織蛋白酶表達減少[21,29]引起自噬小體清除功能降低。過多的脂質(zhì)蓄積通過抑制自噬使脂滴增多，這反過來又加重了脂質(zhì)蓄積，形成一個惡性循環(huán)。

對于自噬在脂質(zhì)代謝中的不同作用至今還沒有明確的解釋，但是很多學(xué)者提出了各種假設(shè)，如年齡的不同[31]、動物實驗小鼠品系的差異[32]、誘導(dǎo)脂肪變和評價自噬水平及脂質(zhì)蓄積的實驗方法不同[33]等。到目前為止，自噬的脂解作用比較明確并且有比較多的數(shù)據(jù)支持，但是脂質(zhì)合成的作用仍不可小覷。將來還需進一步明確這兩個作用是共存的還是只有一個起主導(dǎo)作用，以及它們是如何調(diào)控的。

5小結(jié)

自噬與細胞脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，可能參與脂質(zhì)沉積的調(diào)節(jié)，但是它對脂質(zhì)代謝的具體作用還未完全闡明，存在一定的爭議，可能會因環(huán)境、組織不同而作用不同。但可以明確的是，自噬功能的病理性改變可以改變細胞內(nèi)的脂質(zhì)代謝途徑，并且促進疾病的發(fā)生、發(fā)展。因此，自噬功能的修飾可以成為治療非酒精性脂肪性肝病等以脂質(zhì)代謝和沉積異常為特點的相關(guān)代謝性疾病的新靶點。

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摘要：自噬是一種重要的溶酶體介導(dǎo)的物質(zhì)降解途徑，通過凈化自身多余或受損的細胞器，維持細胞內(nèi)物質(zhì)的再循環(huán)和調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，對機體生長、發(fā)育和衰老均起重要作用。近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，自噬在肝臟脂質(zhì)代謝方面有重要作用，自噬功能異?？赡苁欠蔷凭灾拘愿尾〉囊粋€潛在病因。但是，自噬在脂質(zhì)代謝過程中的確切作用還不十分清楚，甚至有相反的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：非酒精性脂肪性肝??；自噬；脂質(zhì)代謝

Research Progress in Autophagy and Lipid Metabolism of Nonalcoholic Fatty Liver DiseasesDENGYing-xun1,JIANGZhuo-qin1,WANGYu-qi1,JIGui-yuan2.(1.SchoolofPublicHealth,SunYat-senUniversity,Guangzhou510080,China; 2.GuangdongProvincialInstituteofPublicHealth,GuangdongProvincialCenterforDiseaseControlandPrevention,Guangzhou511430,China)

Abstract:Autophagy is a lysosomal pathway by which intracellular organelles and proteins are degraded to supply the cell with energy and to maintain cellular homeostasis.A growing body of evidence indicates that autophagy and lipid metabolism are correlated.Dysfunctional autophagy may therefore contribute to the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver diseases.However,controversies still exist and the exact role of autophagy in the hepatic lipid metabolism is not entirely elucidated yet.

Key words:Non-alcoholic fatty liver disease; Autophagy; Lipid metabolism

收稿日期：2014-11-03修回日期：2015-01-19編輯：相丹峰

基金項目：國家自然科學(xué)基金(81200295)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.16.007

中圖分類號：R575.5

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)16-2898-04