酒精性肝病致糖尿病相關(guān)作用機(jī)制的研究進(jìn)展

張紫薇 張金山 劉艷 權(quán)海燕

(延邊大學(xué)附屬醫(yī)院，吉林 延吉 133000)

隨著全球酒精消費(fèi)的激增和酒文化的盛行，酒精性肝病(ALD)的發(fā)病趨勢(shì)日益增長(zhǎng)〔1〕。ALD是指酒精引起肝臟的急慢性損傷，慢性ALD起病隱匿，疾病進(jìn)展緩慢，多數(shù)患者確診時(shí)已進(jìn)展到肝硬化，極大地增加了醫(yī)療負(fù)擔(dān)，縮短了患者壽命〔2〕。研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)ALD晚期的患者合并糖尿病(DM)，目前此類患者仍缺乏特異性強(qiáng)、效果明顯的治療方法〔3〕。肝臟是糖類代謝的主要場(chǎng)所，酒精引起的肝臟損傷影響了糖類的正常代謝，進(jìn)而增加了DM患病風(fēng)險(xiǎn)。本文概括了ALD致DM的相關(guān)作用機(jī)制和信號(hào)傳導(dǎo)通路，探討了二者相互作用、促進(jìn)疾病的發(fā)展，為繼續(xù)深入研究ALD繼發(fā)DM的發(fā)病機(jī)制及尋找更為有效的診斷治療方法提供理論依據(jù)。

1 ALD與DM

1.1ALD DM以早期單純的脂肪變性為特征性病理改變，隨著氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、腸道微生物紊亂等作用，使肝臟逐步損傷進(jìn)而引起酒精性肝炎、酒精性肝硬化。ALD已經(jīng)成為全球主要的疾病負(fù)擔(dān)之一，是等待肝移植患者中第二大常見病因，美國(guó)10年間新增了45%等待肝移植的ALD患者〔4〕。在中國(guó)，ALD的患病率也日趨上升，為4%～6%，Chang等〔5〕一項(xiàng)回顧性分析顯示北京302醫(yī)院11年間ALD患者住院率從1.7%上升至4.6%(上升170%，趨勢(shì)0.05)；中國(guó)西北部地區(qū)由于文化環(huán)境因素導(dǎo)致ALD患病率達(dá)8.7%〔6〕。ALD起病與生活方式相關(guān)，長(zhǎng)期飲酒或狂飲為條件因素，慢性者起病隱匿，患者就診時(shí)多已出現(xiàn)肝臟酶學(xué)的異常、脂肪變性，甚至纖維化。因其與飲酒量和飲酒時(shí)間有明顯相關(guān)性，治療上戒酒尤為重要，常規(guī)應(yīng)用抗氧化類藥物、促進(jìn)乙醇代謝等藥物治療和營(yíng)養(yǎng)支持治療，晚期肝硬化患者則需要肝臟移植治療〔6,7〕。

1.2DM DM是最為常見的慢性代謝性疾病之一，在過去的30年間DM全球患病率已經(jīng)增加了兩倍，國(guó)際DM聯(lián)盟估計(jì)2019年DM患者約4.63億，全球衛(wèi)生支出10%用于DM〔8,9〕。DM病因繁多，不同病因?qū)е碌腄M發(fā)病機(jī)制有明顯差異，但大部分機(jī)制又有相同之處，胰島素抵抗、β細(xì)胞功能缺陷是起病的兩個(gè)基本環(huán)節(jié)，炎癥免疫應(yīng)答、腸道微生物紊亂、中樞胰島素抵抗等也參與了疾病的進(jìn)展。DM及其并發(fā)癥增加了全球范圍內(nèi)的死亡率和致殘負(fù)擔(dān)，是縮短人類預(yù)期壽命的第九大原因，衛(wèi)生費(fèi)用支出占全球衛(wèi)生費(fèi)用總支出的12%〔8,9〕。由ALD導(dǎo)致DM早期研究可以追溯至20世紀(jì)60年代〔10〕。也有部分學(xué)者用“肝源性DM”來概括慢性肝病與DM之間的臨床關(guān)系，并把ALD導(dǎo)致的DM劃分為其中的一類，但目前還未得到廣泛認(rèn)可〔11〕。

2 ALD繼發(fā)DM的機(jī)制

2.1酒精介導(dǎo)的胰島素傳導(dǎo)通路 胰島素主要通過磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)途徑和絲裂原活化蛋白激酶/腎素-血管緊張素系統(tǒng)(MAPK/Ras)途徑進(jìn)行肝內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)。目前關(guān)于PI3K/Akt途徑的研究表明慢性酒精喂養(yǎng)可減少肝細(xì)胞表面的胰島素受體數(shù)量，使胰島素-胰島素受體復(fù)合物內(nèi)化受損，也可以降低胰島素受體底物(IRS)水平并抑制IRS磷酸化〔12〕。磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(PIP3)作為PI3K/Akt途徑中關(guān)鍵的第二信使，酒精處理可使PIP3轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸，減少PIP3水平，抑制Akt磷酸化，從而阻斷Akt膜易位和活化〔13〕。酒精能夠影響Akt靶蛋白，如叉頭框轉(zhuǎn)錄因子(FOXO)1、糖原合成酶激酶(GSK)、甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)-1，進(jìn)而抑制糖原合成，使葡萄糖水平升高，引起胰島素抵抗〔14,15〕。在MAPK/Ras途徑中，MAPK包括4個(gè)傳統(tǒng)的亞家族，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2、p38亞基、c-Jun N端激酶(JNK)和ERK5〔16〕。Guo等〔17〕通過實(shí)驗(yàn)表明慢性乙醇暴露導(dǎo)致ERK、JNK和p38磷酸化水平降低，表皮生長(zhǎng)因子為MAPK的激動(dòng)劑，可激活MAPK從而改善慢性乙醇誘導(dǎo)的肝脂肪變性。酒精暴露使ERK和p38磷酸化顯著降低，肝細(xì)胞中ERK1/2的活性異常，可擾亂葡萄糖穩(wěn)態(tài)，降低能量消耗，誘導(dǎo)胰島素抵抗〔18〕。酒精介導(dǎo)的PI3K/Akt途徑和MAPK/Ras途徑，引起肝細(xì)胞損傷，降低肝細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性，破壞葡萄糖穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致胰島素抵抗，隨病情進(jìn)展胰島素抵抗逐漸加重，當(dāng)β細(xì)胞功能失代償時(shí)可發(fā)展為DM。

2.2免疫炎癥反應(yīng)ALD可通過酒精引起的直接或間接免疫炎癥反應(yīng)，影響肝內(nèi)胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)而對(duì)DM的發(fā)生發(fā)展起促進(jìn)作用。免疫炎癥機(jī)制主要涉及促炎細(xì)胞因子、Toll樣受體(TLRs)和腸道微生物。

核因子(NF)-κB是一個(gè)可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子家族，被認(rèn)為是炎癥反應(yīng)的主要調(diào)控因子，其能夠調(diào)控免疫和炎癥反應(yīng)建立過程中的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，典型的激活途徑是由腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-1β等細(xì)胞因子及TLRs激動(dòng)劑觸發(fā)〔19〕。實(shí)驗(yàn)性ALD進(jìn)化過程與Kupffer細(xì)胞中鐵介導(dǎo)的NF-κB活化和TNF-α誘導(dǎo)之間存在因果關(guān)系，在Kupffer細(xì)胞中激活鐵依賴的核因子κB抑制蛋白激酶(IKK)/NF-κB途徑，可以引起慢性ALD的炎癥損傷〔20〕。同樣MAPK也參與了Kupffer細(xì)胞的炎癥應(yīng)答，乙醇喂養(yǎng)的大鼠模型中，乙醇的代謝產(chǎn)物4-羥基壬烯醛抑制MAPK家族中的ERK，乙醇誘導(dǎo)使細(xì)胞色素P450 2E1激活，導(dǎo)致4-羥基壬烯醛的作用增強(qiáng)，與Akt形成加合物，使Akt磷酸化減少〔17〕。Akt磷酸化減少影響了肝臟中脂質(zhì)和葡萄糖代謝，干擾了組織對(duì)胰島素的敏感性，引起胰島素抵抗，可增加進(jìn)展為DM的風(fēng)險(xiǎn)。

TLRs是一組跨膜蛋白，介導(dǎo)多種病原體天然免疫應(yīng)答，其家族中TLR4在觸發(fā)ALD致DM的炎癥反應(yīng)中起著重要作用。乙醇可引起消化道黏膜損傷，使黏膜通透性增加，腸道細(xì)菌進(jìn)入體循環(huán)或通過肝腸循環(huán)，釋放脂多糖(LPS)〔21,22〕。LPS又稱內(nèi)毒素，是G-菌細(xì)胞壁的成分之一，可被TLR4識(shí)別，通過髓系分化因子(MyD)88依賴途徑激活炎癥反應(yīng)。白介素-1受體相關(guān)激酶(IRAK)和含Toll/白介素1受體結(jié)構(gòu)域受體蛋白(TIRAP)是TLR4/MyD88通路的重要成員，LPS受體識(shí)別LPS后與TLR4形成復(fù)合物，啟動(dòng)信號(hào)通路，TIRAP為底物使MyD88與TLR4結(jié)合，將IRAK復(fù)合物整合到此復(fù)合物中，IRAK被分離出來，TNF受體相關(guān)因子被整合進(jìn)復(fù)合物中，從而激活NF-κB和絲裂原活化蛋白，釋放炎癥因子〔23〕。Cai等〔24〕通過實(shí)驗(yàn)證明減少或阻斷PI3K/NF-κB通路介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)可以減輕肝損傷。因此，炎癥反應(yīng)直接或間接影響了胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)NF-κB的促炎性因子或TNF-α等炎癥因子，有助于調(diào)節(jié)肝臟組織對(duì)胰島素的敏感性，從而減慢ALD的進(jìn)程和DM的發(fā)生發(fā)展。

2.3氧化應(yīng)激 酒精在肝臟中通過乙醇脫氫酶(ADH)系統(tǒng)進(jìn)行代謝，引起肝臟氧化應(yīng)激反應(yīng)。ADH在胞質(zhì)中，將乙醇氧化為乙醛，產(chǎn)生的乙醛進(jìn)入線粒體，被乙醛脫氫酶代謝為乙酸/乙酰輔酶A，并產(chǎn)生能量〔25〕。乙醇的另一個(gè)代謝途徑由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的微粒體將乙醇氧化成乙醛，即微粒體乙醇氧化系統(tǒng)，位于滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細(xì)胞色素P450(CYP)是微粒體乙醇氧化系統(tǒng)的主要組成部分。CYP家族是混合功能氧化酶系統(tǒng)中的末端氧化酶，能代謝各種內(nèi)源性底物和外源性物質(zhì)，如藥物、毒素、致癌物、脂肪酸等〔26〕。有3種CYP同工酶可以氧化乙醇，分別是CYP2E1、CYP1A2、CYP3A4〔25〕。CYP2E1激活O2,消耗還原型輔酶Ⅱ-細(xì)胞色素P450還原酶，提供還原型輔酶Ⅱ，從而產(chǎn)生活性氧(ROS)，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，耗盡線粒體中主要的抗氧化物質(zhì)谷胱甘肽和S-腺苷甲硫氨酸〔27〕。酒精通過CYP2E1誘導(dǎo)肝細(xì)胞出現(xiàn)氧化應(yīng)激，初期可通過抗氧化酶上調(diào)抵抗細(xì)胞毒性，但慢性酒精消耗的動(dòng)物模型中，抗氧化酶水平不能進(jìn)一步升高防止氧化損傷〔28〕。酒精代謝所產(chǎn)生的ROS會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)、膜、蛋白質(zhì)、DNA的損傷，引起胰島素信號(hào)傳導(dǎo)異常，目前幾種公認(rèn)的機(jī)制包括，誘導(dǎo)IRS絲氨酸/蘇氨酸磷酸化、干擾胰島素信號(hào)成分再分布、降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4的基因轉(zhuǎn)錄、改變線粒體活性〔29〕。酒精介導(dǎo)的肝臟氧化應(yīng)激反應(yīng)通過破壞胰島素傳導(dǎo)途徑，可引起胰島素抵抗，刺激β細(xì)胞增加胰島素分泌水平，使β細(xì)胞耗竭，導(dǎo)致DM。

2.4內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是ALD主要致病機(jī)制之一。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊能力及未折疊肽的流動(dòng)間具有穩(wěn)態(tài)平衡關(guān)系，酒精導(dǎo)致這種穩(wěn)態(tài)被打破，表現(xiàn)為未折疊蛋白分子的異常積聚，即未折疊蛋白反應(yīng)，引起脂肪生成、炎癥、凋亡等通路的異常激活，這種細(xì)胞的病理反應(yīng)即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激〔30〕。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過激活SREBP-1c影響從頭脂肪合成，引起肝細(xì)胞脂肪變；表現(xiàn)出LPS攻擊后的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志物；通過上調(diào)凋亡蛋白的表達(dá)，如葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94、應(yīng)激性凋亡蛋白C/EBP同源蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12，促進(jìn)細(xì)胞凋亡〔31,32〕。Tribbles同源蛋白(TRB)3不僅參與胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，同時(shí)也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的產(chǎn)物蛋白。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過應(yīng)激性凋亡蛋白C/EBP同源蛋白誘導(dǎo)TRB3，從而抑制Akt活性，干擾肝細(xì)胞胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；也可以通過激活JNK，抑制IRS-1，導(dǎo)致胰島素抵抗〔33,34〕。此外，乙醇介導(dǎo)的胰島素信號(hào)通過蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶、IRE-1α、活化轉(zhuǎn)錄因子6三個(gè)主要的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激級(jí)聯(lián)傳感器促進(jìn)肝細(xì)胞的損傷和壞死〔35,36〕。因此，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可加劇胰島素抵抗的發(fā)生，胰島素抵抗同時(shí)可促進(jìn)肝細(xì)胞的損傷，使ALD和DM共同進(jìn)展。

2.5脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié) ALD通過影響脂質(zhì)代謝進(jìn)而影響糖代謝。酒精暴露使多種脂質(zhì)調(diào)節(jié)因子或脂肪生成酶信號(hào)傳導(dǎo)異常，使三酰甘油在肝細(xì)胞內(nèi)蓄積。碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(ChREBP)介導(dǎo)ALD脂肪從頭生成途徑，其可以調(diào)節(jié)脂肪酸合成酶、甘油磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶等脂肪生成所需的關(guān)鍵酶〔37〕。慢性酒精喂養(yǎng)的小鼠通過抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)和蛋白磷酸酶2A使ChREBP去磷酸化而激活從頭脂肪生成途徑；短期乙醇狂飲的小鼠可通過沉默信息調(diào)節(jié)因子(SIRT)1乙?；せ畲送緩?，從而促進(jìn)肝臟脂肪變性〔38,39〕。Zhang等〔37〕研究表明，腦肌類芳烴受體核轉(zhuǎn)位樣基因1缺陷的小鼠，通過Akt/ChREBP途徑可抑制從頭脂肪合成，從而調(diào)節(jié)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，具有保護(hù)ALD的作用。ALD導(dǎo)致的DM除影響三酰甘油、膽固醇等中性脂質(zhì)的蓄積外，也影響生物活性脂質(zhì)的蓄積。生物活性脂質(zhì)是具有維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和影響免疫傳導(dǎo)的一類脂質(zhì)介質(zhì)，如神經(jīng)酰胺，其在ALD繼發(fā)DM的脂質(zhì)代謝機(jī)制中具有代表性。神經(jīng)酰胺屬于鞘磷脂類，是細(xì)胞膜的主要成分之一，是細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的第二信使，具有誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和脂肪氧化等生物學(xué)功能。通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ALD與神經(jīng)酰胺水平升高有關(guān)，鞘磷脂酶系中的中性鞘磷脂酶和酸性鞘磷脂酶活性增強(qiáng)，神經(jīng)酰胺合酶1、5、6表達(dá)增加及編碼相關(guān)酶系基因SMPD1和SMPD3 mRNA水平增加，表明了神經(jīng)酰胺參與乙醇介導(dǎo)的ALD〔40〕。也有研究表明神經(jīng)酰胺刺激蛋白磷酸酶2A使Akt去磷酸化，從而破壞IRS1下游胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，而神經(jīng)酰胺對(duì)蛋白磷酸酶2A活性的影響可能依賴AMPK的調(diào)節(jié)〔41,42〕。此外，脂肪因子也參與肝臟脂質(zhì)調(diào)節(jié)，其中瘦素具有提高胰島素敏感性的生物學(xué)作用。瘦素在IRS/PI3K途徑中，作用于SH2B1的SH2結(jié)構(gòu)域蛋白與JAK2、胰島素受體蛋白結(jié)合，介導(dǎo)PI3K途徑的激活，引起FOXO1信號(hào)傳導(dǎo)，F(xiàn)OXO1參與糖異生過程，瘦素影響葡萄糖代謝〔43〕。酒精可通過影響脂肪代謝相關(guān)基因和蛋白、生物活性脂質(zhì)、脂肪因子等脂質(zhì)調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)促進(jìn)或保護(hù)ALD的進(jìn)展，進(jìn)而影響胰島素信號(hào)的傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)胰島素敏感性，對(duì)DM的發(fā)展起到促進(jìn)或緩解作用。

綜上，ALD可稱作生活方式代謝性疾病，由于長(zhǎng)期酒精消費(fèi)或狂飲導(dǎo)致的肝細(xì)胞脂肪蓄積，引起肝臟乃至全身的物質(zhì)代謝紊亂，其中脂質(zhì)和葡萄糖穩(wěn)態(tài)失衡可導(dǎo)致DM的發(fā)生，其作用機(jī)制都包含氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、免疫反應(yīng)、脂毒性代謝損傷等。上述機(jī)制交互作用，形成復(fù)雜而緊密相關(guān)的機(jī)制網(wǎng)絡(luò)，影響肝臟內(nèi)胰島素信號(hào)的正常傳導(dǎo)，使胰島素對(duì)組織的敏感性降低，出現(xiàn)胰島素抵抗。胰島素的攝取減少，引起高胰島素血癥，升糖激素的分泌進(jìn)一步刺激外周胰島素水平升高，致病因素長(zhǎng)期存在使β細(xì)胞功能失代償，無法滿足正常糖代謝的需求，引起機(jī)體脂質(zhì)、能量代謝紊亂，最終發(fā)展為DM〔44,45〕。胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的異常使肝臟糖脂代謝紊亂促進(jìn)了肝臟的損傷，兩種疾病相互影響不斷進(jìn)展。

隨著人口老齡化趨勢(shì)的加重，慢性疾病的發(fā)病率逐漸升高，ALD導(dǎo)致的DM逐漸受到關(guān)注，雖然可通過戒酒等生活方式的干預(yù)減輕肝臟的損傷，但由于作用機(jī)制復(fù)雜、確診時(shí)間延后、缺乏特異性藥物治療，仍需要深入的基礎(chǔ)研究，為疾病診斷、治療提供更多的選擇。