線粒體功能障礙與非酒精性脂肪肝發(fā)病關系的研究進展

朱瀟旭，段小花，李瑞霞，陳園園，張超

(云南中醫(yī)學院民族醫(yī)藥學院，云南昆明650000)

線粒體作為一種重要的膜性細胞器不僅為細胞和機體提供能量，還調(diào)節(jié)多種細胞過程，是連接多信號通路的綜合平臺。完整的線粒體呼吸鏈可以保證線粒體能量代謝。非酒精性脂肪肝(NAFLD)臨床高發(fā)，且出現(xiàn)低齡化趨勢。但該病機制尚不明確，無特效療法。諸多研究表明，線粒體功能障礙與NAFLD密切相關，本文就線粒體與NAFLD發(fā)生的關系進行了綜述，為NAFLD發(fā)病機制的研究及臨床治療提供理論支持。

1 線粒體功能

線粒體是有氧真核生物中最重要的一種膜性細胞器[1]。從生物進化起源來說，線粒體來源于“內(nèi)共生”的好氧型古細胞，是細胞的能源中心和胞質(zhì)遺傳中心[2]。一方面，通過生物氧化作用，線粒體利用其遺傳基因(mtDNA)編碼氧化磷酸化酶復合體的關鍵亞基，控制合成高能磷酸化合物三磷酸腺苷(ATP)，為細胞和機體提供能量，且ATP參與絕大多數(shù)重要的細胞過程[3]；另一方面，線粒體還產(chǎn)生作為細胞氧還原電勢和Redox信號的原發(fā)因子活性氧(ROS)。因此研究認為，線粒體是調(diào)節(jié)多種細胞過程，連接多信號通路的綜合平臺[4]。

1.1 線粒體呼吸鏈 線粒體呼吸鏈是指在生物氧化過程中，從代謝物上脫下來的氫經(jīng)過一系列傳遞體傳遞后與氧結合生成水，同時釋放能量的過程。最早在20世紀初期，科學家發(fā)現(xiàn)的一些參與呼吸作用的酶類，隨著研究的深入逐漸認識到呼吸作用是一系列酶共同作用的結果，之后形成了呼吸鏈或電子傳遞鏈的概念[5]。上世紀中葉，線粒體呼吸鏈上所有進行電子傳遞的輔基大多數(shù)都被科學家們鑒定出來了，包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、核黃素-5-磷酸、黃素腺嘌呤二核苷酸、泛醌、Fe-S中心、Cu中心和細胞色素(Cyt)a、a3、bH、bL、c、c1，并且確定了這些輔基在呼吸鏈上的排列順序[6]。格林(D.E.Green)實驗室發(fā)現(xiàn)，相應的酶類與輔基結合可以形成4種功能互不影響的呼吸鏈蛋白復合物——呼吸鏈復合物Ⅰ～Ⅳ，又稱為NADH-泛醌氧化還原酶、琥珀酸-泛醌氧化還原酶、CytC還原酶和CytC氧化酶，它們的縮寫為CⅠ、CⅡ、CⅢ和CⅣ。

據(jù)研究報道，呼吸鏈復合物(CⅠ～CⅣ)使呼吸作用過程中有害分子ROS產(chǎn)量下降的途徑是形成呼吸體，使暴露的氧化還原反應位點數(shù)量下降，又因為單獨的呼吸復合物對輔酶Q(CoQ)和CytC的利用率遠低于呼吸體對其的利用率，所以呼吸作用過程中的能量轉換也更高[7]。

1.2 線粒體能量代謝 線粒體氧化磷酸化過程就是能量代謝過程：氧化供能的主要代謝產(chǎn)物即底物通過脫下的成對H+進入位于線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈，通過三條呼吸途徑(NADH氧化呼吸鏈途徑、琥珀酸氧化呼吸鏈途徑和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸氧化呼吸鏈途徑)中的任意一條，與氧結合形成水，并在三磷酸腺苷合成酶的作用下合成ATP,為機體提供所需能量。

1.3 線粒體的損傷 ROS是機體新陳代謝的產(chǎn)物，包括自由基和過氧化氫，其化學性質(zhì)非常活躍，在各類細胞中不斷產(chǎn)生和被清除。高濃度的ROS可打破促氧化物和抗氧化物的動態(tài)平衡,通過氧化應激反應誘導細胞發(fā)生線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導的凋亡；同時化合形成脂質(zhì)過氧化物丙二醛等，導致內(nèi)源性ROS增加，毒性上升并抑制抗氧化。當氧化應激增強發(fā)生，ROS氧化生物膜時稱為脂質(zhì)過氧化，該過程會嚴重影響細胞膜的通透性和流動性。

2 NAFLD

2.1 NAFLD的由來 Falchak等[8]在上個世紀90年代末首次提出了與肥胖相關的脂肪肝病概念。1980年3月,Ludwig等[9]第一次定義了NAFLD。同年7月，梅奧診所對20例不明原因的NAFLD患者的肝活檢標本進行了描述，同時指出肝臟腫大和功能異常是該病最常見的臨床表現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)許多患者同時患有與肥胖相關的疾病[10]，此后，隨著代謝綜合征的出現(xiàn)，除乙醇等明確的肝損傷因素外，由肝臟脂肪沉積所引起的一系列疾病譜被統(tǒng)稱為“NAFLD”。近年，隨著人們生活習慣和飲食習慣的改變，導致全球范圍內(nèi)的NAFLD流行程度越來越大，故該病的機制研究與防治已成為代謝領域的一個研究熱點。

2.2 NAFLD的定義及流行病學特征 NAFLD是指除乙醇和其他明確的肝損害因素外，所引起的以彌漫性肝細胞大泡性脂肪變?yōu)橹饕R床特征的病理綜合征。NAFLD在臨床上主要是指一系列造成肝臟損害的疾病譜，包括單純性脂肪變以及由其演變的脂肪性肝炎(NASH)、進展性肝纖維化和肝硬化等[11]。在世界范圍內(nèi),成年人NAFLD患病率可達30%,在糖尿病患者和肥胖群體中,NAFLD患病率高達80%[12],在我國一線城市NAFLD的發(fā)病率為15%[13]，近年還呈現(xiàn)出低齡化趨勢[14]。

2.3 NAFLD的病程進展及危險因素 NAFLD的病程進展最初可由單純性脂肪變發(fā)展為NASH，又過渡為肝纖維化，之后進入脂肪性肝硬化期，甚則繼續(xù)發(fā)展為原發(fā)性肝癌(HCC)。臨床上，超重、腹型肥胖、高血壓、糖代謝紊亂、血脂異常、高尿酸血癥、胰島素抵抗等單個或多個代謝綜合征總是伴隨NAFLD發(fā)生[15],蘇劍鋒等[16]甚至提出把脂肪肝也界定為代謝綜合征的組成成分。

2.4 發(fā)病機制 雖然NAFLD已成為最常見的危害人類健康的慢性肝臟疾病之一，但是對該病的機制研究仍停留在假說階段，尚無明確論斷。目前被廣泛接受的經(jīng)典發(fā)生機制是1998年Day和James提出的“二次打擊”學說。該學說認為，第一次打擊是胰島素抵抗為主導的引起大量甘油三酯和脂肪酸堆積于肝細胞細胞質(zhì)內(nèi)的反應，誘導機體對內(nèi)源性損害因子的敏感性增加。氧化應激反應和脂質(zhì)過氧化反應是一系列由ROS誘導的發(fā)生在肝臟實質(zhì)細胞內(nèi)的細胞毒素事件，可引起細胞炎癥反應[17]，被稱為第二次打擊。它使肝損傷加劇，甚至出現(xiàn)纖維化和壞死。

3 線粒體損傷與NAFLD的關系

線粒體結構的完整性和功能的完備性才能保證肝細胞的正常生理功能。一般來說，線粒體消耗ROS而產(chǎn)生ATP。NAFLD時，線粒體功能降低，ATP合成減少，ROS的消耗量減少但含量仍在增加，可能會引起肝臟脂質(zhì)沉積,從而加劇肝臟的氧化應激反應，導致肝細胞凋亡?！岸未驌簟睂W說中，第二次打擊以線粒體為主要靶點，通過一條或多條途徑促發(fā)氧化應激反應產(chǎn)生過量ROS，耗竭還原型谷胱甘肽，線粒體Hsp70表達增加，致線粒體功能障礙和細胞毒性。而過量的ROS又能再次引起氧化應激反應和脂質(zhì)過氧化反應[18]，導致線粒體呼吸鏈損傷，能量代謝障礙、線粒體損傷[23]，從而形成惡性循環(huán)，加劇NAFLD發(fā)展。NAFLD/NASH嚙齒類動物模型和人類患者均表現(xiàn)出線粒體氧化通量的不適應，這是肝臟單純性脂肪變的一個主要特征[19]。

3.1 線粒體脂肪酸氧化異常 線粒體脂肪酸氧化是經(jīng)過細胞攝取脂肪酸后進行活化、轉脂化作用,通過線粒體膜的再脂化,在線粒體內(nèi)氧化、產(chǎn)生電子H+并轉運，又與乙酰輔酶A在肝臟內(nèi)形成酮體等約20個步驟,為機體提供能量。游離脂肪酸進入肝臟的量增加可以誘導氧化應激反應，損傷線粒體功能，加劇NAFLD。

3.2 線粒體呼吸鏈受損、能量代謝障礙 線粒體呼吸鏈功能紊亂直接導致ROS大量堆積，引起氧化應激和脂質(zhì)過氧化反應。ROS主要在線粒體合成，也主要打擊線粒體。超過正常水平的氧化應激反應會引發(fā)線粒體呼吸鏈功能異常，發(fā)生能量代謝障礙。有研究表明，NASH患者肝細胞中線粒體呼吸鏈的酶類有異常改變[20]。當線粒體呼吸鏈受損時，線粒體生成的ATP不足，同時產(chǎn)生大量的ROS。此時，線粒體既無法為機體提供充足能量，又會導致新生成的ROS進一步損害線粒體，造成肝組織氧化損傷。已證明線粒體能量產(chǎn)生障礙會導致單純性脂肪變向NASH發(fā)展[21]。

3.3 線粒體損傷 具有完整結構和功能的線粒體是肝細胞正常生理活動的基礎保障。線粒體損傷時會出現(xiàn)形態(tài)結構上和功能上的雙重損傷。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)有一種亞晶體的內(nèi)涵體出現(xiàn)在NAFLD患者的線粒體內(nèi)，與此同時線粒體出現(xiàn)反復腫脹，發(fā)生形態(tài)學改變。在對NASH患者進行研究后發(fā)現(xiàn)，當肝臟線粒體的超微結構發(fā)生異常改變時，線粒體呼吸鏈活性及線粒體脂肪酸氧化能力均降低[22]。Kaser等[23]研究發(fā)現(xiàn)，線粒體轉錄因子A是主要的mtDNA包裝和轉錄因子，其消融后引發(fā)的mtDNA丟失還可以導致小鼠高血糖。

3.4 氧化應激加劇肝細胞損傷、凋亡 合成游離原子團與清除游離原子團的動態(tài)平衡被打破，這種狀態(tài)稱為氧化應激反應，其后果是導致大量氧化產(chǎn)物聚集，使機體內(nèi)的氧化作用明顯強于抗氧化作用[24]。對氧化應激動態(tài)失衡狀態(tài)進行研究，發(fā)現(xiàn)NASH患者體內(nèi)促氧化物(CytP450中CYP1A1、CYP2E1，H2O2和過量的游離鐵等)高表達[25]。CYP家族蛋白中CYP1A1和CYP2E1是肝臟脂肪酸ω氧化的關鍵酶，與脂質(zhì)代謝關系密切。大量聚集的氧化產(chǎn)物又會導致肝細胞損傷、凋亡。肝細胞損傷的一種形式是肝細胞膨脹，它是只有少量細胞質(zhì)的腫脹肝細胞，通常在3區(qū)最明顯，即在脂肪肝細胞附近。經(jīng)北京協(xié)和醫(yī)學院研究發(fā)現(xiàn)，氧化應激作為重要病理因素，是啟動和維持NAFLD的關鍵[26]。

由單純性脂肪變發(fā)展為NASH的重要標志是肝細胞凋亡。NASH的肝細胞凋亡通路有兩條，第一條為外通路——死亡受體通路，第二條是內(nèi)通路——線粒體通路[27]。經(jīng)體外實驗線粒體通路研究發(fā)現(xiàn)，不論是多種肝細胞系，還是原代肝細胞，用游離脂肪酸處理后均出現(xiàn)脂肪性變，肝細胞內(nèi)線粒體膜產(chǎn)生去極化并釋放CysC，最終導致Caspase通路介導的凋亡。

3.5 線粒體靶向治療 NAFLD的諸多發(fā)病因素都不是孤立存在的，而是相互協(xié)調(diào)、彼此互為因果，共同作用導致疾病病的加劇。線粒體靶向治療是指藥物在機體作用時，只與特定組織部位的線粒體相結合，從而發(fā)揮藥效的一種治療方法，具有減毒增效的優(yōu)點。NAFLD是由于線粒體脂肪酸氧化異常、呼吸鏈受損、能量代謝障礙致線粒體損傷，氧化應激加劇,肝細胞損傷、凋亡。所以靶向治療NAFLD的目的主要是改善能量供應，減少氧化應激，具有極大的臨床意義和研究價值。

總之，諸多研究證明線粒體功能障礙與NAFLD發(fā)病密切相關，但其具體機制和途徑尚待進一步研究。