PPARa參與脂代謝通路與非酒精性脂肪性肝病

徐文靜

非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是非常普遍的慢性肝臟疾病,是指除外乙醇和其他明確的肝損傷因素所致的肝細(xì)胞脂質(zhì)蓄積(甘油三酯在肝臟蓄積超過肝臟重量的5%)，以彌漫性肝大泡性脂肪變?yōu)橹饕±硖卣?。普通成人NAFLD 患病率在25%左右[1]。在肥胖、患有糖尿病或代謝綜合征的成年人中，NAFLD患病率超過70%。通過鍛煉和注意飲食，部分脂肪肝患者可自行緩解，但仍有約12%～40%患者可進(jìn)展為脂肪性肝炎，經(jīng)10～15年，15%的脂肪性肝炎患者進(jìn)展為肝硬化、肝癌[2]。另外，NAFLD發(fā)病與肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病等代謝綜合征密切相關(guān)。NAFLD涉及的代謝異常，涉及復(fù)雜的多層次、多條通路的基因表達(dá)變化，過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)在NAFLD的發(fā)病過程起重要的調(diào)節(jié)作用。

一、PPARα的結(jié)構(gòu)

PPARα核受體按結(jié)構(gòu)及功能不同，分為PPARα (NR1C1)、PPARβ/δ (NR1C2) 和 PPARγ (NR1C3)三種亞型。PPARa在肝臟中高表達(dá)，PPARβ/δ主要在骨骼肌中表達(dá)，二者主要控制能量分解代謝，PPARγ主要在脂肪組織表達(dá)，調(diào)控脂質(zhì)合成[3]。PPAR與視黃酸類受體(retinoid X receptors,RXRs) 結(jié)合為異二聚體，靜息狀態(tài)，異二聚體與含有組蛋白去乙?；?histone deacetylase, HDAC)的蛋白結(jié)合為復(fù)合物，雖然PPARα/RXR異二聚體能結(jié)合至靶基因，但由于 HDAC作用不能啟動轉(zhuǎn)錄。當(dāng)PPARα被激活后，PPARα/RXR異二聚體可募集并結(jié)合含組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶的蛋白，隨后PPARα結(jié)合至靶基因的PPRE區(qū)域特定序列(AGGTCANAGGTCA)，啟動目的基因的轉(zhuǎn)錄。在肝臟中加速脂肪酸氧化、糖異生和糖酵解、甘油三酯清除，抑制肝臟SREBP通路的脂肪酸從頭合成，抑制炎癥及凋亡等相關(guān)基因的表達(dá)[4]。

二、PPARα的表達(dá)

不同物種PPARα表達(dá)不同，小鼠PPARα基因在肝臟的表達(dá)水平遠(yuǎn)高于人類。是由于人PPARα mRNA缺失第6外顯子，導(dǎo)致過早引入了終止密碼子，形成了截短的功能失調(diào)的PPARα蛋白，導(dǎo)致PPARα蛋白缺失配體結(jié)合區(qū)和部分鉸鏈區(qū)，影響肝臟細(xì)胞周期相關(guān)基因和炎癥相關(guān)基因的表達(dá)[5]。

PPARα在肝臟脂肪酸代謝、脂蛋白代謝方面的功能研究，近年來主要包括利用PPARα基因敲除小鼠、PPARα轉(zhuǎn)基因小鼠及PPARα激動劑。全基因組表達(dá)譜分析表明，HepG2細(xì)胞和人肝原代細(xì)胞對PPARα激動劑的反應(yīng)存在較大差異，許多基因僅在HepG2細(xì)胞中受PPARα激活的調(diào)控，在兩種細(xì)胞系種均受調(diào)控的基因包括FABP1、CPT1A、CPT2、ACOX1、KLF10、ANGPTL8、VLDLR、ETFDH、FADS1、PEX11A、LPCAT3、CREB3L3、SLC25A20和PLIN2[6]。HepG2細(xì)胞對于研究內(nèi)源性PPAR作用的重要局限性在于PPARα的表達(dá)水平較低， HepG2細(xì)胞比人原代肝細(xì)胞低約四倍。NAFLD患者PPARα mRNA與正常人相比差別不大，而NASH患者PPARα表達(dá)與正常人群相比降低，從氣球樣變、出現(xiàn)纖維化至肝細(xì)胞壞死過程，PPARα mRNA水平均降低[7]。

三、PPARα的功能

PPARα在肝臟中控制多種代謝過程，主要包括線粒體的脂肪酸氧化、脂肪酸的結(jié)合和活化、脂肪酸的延伸和降解、甘油三酸酯和脂質(zhì)的合成和分解、脂蛋白代謝、糖異生和膽汁酸代謝等。

其中包括啟動子報(bào)告研究，染色質(zhì)免疫沉淀和電泳遷移率變動分析，鑒定了基因組PPAR結(jié)合位點(diǎn)。已知PPARα能啟動的靶基因包括過氧化物酶體酶ACOX1、內(nèi)分泌因子FGF21、載脂蛋白APOA2和APOA5，藥物代謝酶CYP2C8和CYP3A4、膽磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCB4/MDR3、甘露糖結(jié)合凝集素MBL、膽汁酸葡糖苷酸化酶UGT2B4和UGT1A1/A3/ A4/A6，以及與解毒陽離子和膽汁酸有關(guān)的磺化酶SULT2A1[8]。

與WT小鼠對照相比，飼喂高脂飲食的PPARα-/-小鼠積聚了更多的肝甘油三酸酯，其氧化應(yīng)激、炎癥和細(xì)胞死亡的標(biāo)志物增多[9]。PPARα-/-小鼠蛋氨酸缺乏飲食(MCD)5周，與野生型小鼠相比，PPARα-/-小鼠發(fā)展為更嚴(yán)重的脂肪性肝炎。此外，最有效的PPARα激動劑之一的Wy-14643，可緩解野生型小鼠MCD飲食誘導(dǎo)的肝內(nèi)甘油三酸酯蓄積和肝損傷，但對PPARα-/-小鼠沒有影響[10]。PPARα在肝臟中的功能較復(fù)雜，涉及細(xì)胞的多種功能，但在本文中我們重點(diǎn)關(guān)注PPARα對肝臟脂代謝方面的影響。

(一) PPARα與脂肪酸代謝 PPARα活化后可通過增加脂肪酸分解代謝防止甘油三酯的積累，有三種細(xì)胞器參與脂肪酸的代謝，過氧化物酶體和線粒體均參與脂肪酸的β氧化，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與脂肪酸的μ-氧化。短、中、長鏈飽和脂肪酸主要被線粒體降解，而長鏈脂肪酸僅在過氧化物酶體中被氧化[11]。PPARα活化緩解肝臟脂質(zhì)蓄積的主要機(jī)制如下：PPARα可通過調(diào)控SREBP-1c及LXRα的表達(dá)，通過抑制ACC、FAS、SCD等脂肪酸從頭合成基因的表達(dá)，抑制肝臟甘油三酯合成[12]；(2)PPARα通過誘導(dǎo)脂肪酸結(jié)合蛋白1(fatty acid-binding protein，F(xiàn)ABP)基因的編碼，促進(jìn)脂肪酸從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，進(jìn)而參與細(xì)胞器氧化[13]；(3)PPARα促線粒體中脂肪酸氧化，PPARα活化后，CD36表達(dá)增加，一方面，增加長鏈脂肪酸的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，另一方面，增強(qiáng)靶酶，如肉毒堿脂酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1，CPT-1)和CPT-2的表達(dá)，可促使脂酰輔酶A入線粒體，進(jìn)入三羧酸循環(huán)[14]；(4)PPARα活化后，過氧化物酶體中促進(jìn)長鏈(> C22)、支鏈脂肪酸氧化，脂肪?；?CoA氧化酶1(acyl-coenzyme A oxidase 1,ACOX1)表達(dá)增加，ACOX1 為過氧化物酶體β氧化體系中催化首步反應(yīng)的酶，也是過氧化物酶體β氧化的限速酶，其高表達(dá)后可加速脂肪酸氧化[15]；(5)PPARα活化后，可調(diào)節(jié)脂聯(lián)素增加胰島素敏感性，改善胰島素抵抗，增強(qiáng)肝臟中編碼脂肪酸氧化酶mRNA的表達(dá)水平，促進(jìn)脂質(zhì)分解代謝[16]；(6)PPARα活化后，通過調(diào)節(jié)脂蛋白脂酶(LPL)介導(dǎo)VLDL的脂質(zhì)分解，促進(jìn)甘油三酯微粒降解，減少VLDL的量[17]。

(二) PPARα與膽固醇代謝 PPARα激動劑通過對脂蛋白轉(zhuǎn)錄激活基因的活化，增加脂質(zhì)分解，促進(jìn)HDL的代謝及膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，發(fā)揮脂代謝調(diào)節(jié)作用。膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)是將肝外組織細(xì)胞內(nèi)的膽固醇, 主要以HDL形式通過血液循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)到肝, 在肝細(xì)胞中用于合成脂蛋白、膽汁酸及類固醇激素等的過程。PPARα激動劑能促進(jìn)腺苷三磷酸結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1(ABCA1)及清道夫受體SR-BI在肝臟的表達(dá)，SR-BⅠ選擇性攝取HDL中的游離膽固醇及膽固醇酯，從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞中的膽固醇逆向肝轉(zhuǎn)運(yùn)[18]。PPARα激動劑還能激活HDL主要載脂蛋白apoAI和apoAⅡ的表達(dá)，促進(jìn)膽固醇從外周組織巨噬細(xì)胞中外流。PPARα活化后，上調(diào)ABCB4基因，其編碼的蛋白是一種磷脂酰膽堿易位酶，可以將磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)移入膽汁，乳化膽汁中的膽鹽，促進(jìn)膽固醇排泄，間接調(diào)節(jié)膽汁酸的合成。另外，在小鼠體內(nèi)PPARα活化后可上調(diào)膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)，此酶催化膽固醇在肝臟分解為膽汁酸，是該反應(yīng)的限速酶，空腹情況下此作用更顯著[19]。

四、PPARa代謝中的關(guān)鍵分子

(一)FGF21 成纖維細(xì)胞生長因子21(Fibroblast growth factors 21，F(xiàn)GF21)是PPARα的靶基因，在PPARα激動劑的治療中發(fā)揮重要作用，協(xié)調(diào)肝臟從進(jìn)食狀態(tài)到禁食狀態(tài)的代謝轉(zhuǎn)變。FGF21是具有核心結(jié)構(gòu)域的信號蛋白，是PPARα的靶基因，有較高的組織特異性，主要在肝臟、白脂肪組織中產(chǎn)生然后分泌入血。FGF21發(fā)揮生物學(xué)作用需要結(jié)合FGFR/β-Klotho受體復(fù)合物，即FGF21的N端結(jié)合FGFR，C端結(jié)合β-Klotho，調(diào)節(jié)肝臟的生酮作用、糖異生和脂肪分解作用及調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝，維持肝臟葡萄糖穩(wěn)態(tài)，增加脂肪酸氧化[20]。PPARα激活后，F(xiàn)GF21表達(dá)增高，除肝臟能量消耗增加，還可抑制白色脂肪分解，抑制甘油三酯在肝臟蓄積。血漿FGF21濃度和肥胖及胰島素抵抗呈正相關(guān)，F(xiàn)GF21通過上調(diào)GLUT1的表達(dá)促進(jìn)脂肪細(xì)胞中葡萄糖的攝取，但不刺激其他類型細(xì)胞攝糖。肝臟缺乏FGF21的小鼠在高脂飲食下容易出現(xiàn)葡萄糖耐受不良[21]。FGF21轉(zhuǎn)基因小鼠葡萄糖耐受性增強(qiáng)，外源性FGF21可通過增加細(xì)胞能量消耗，活化棕色脂肪組織，減輕小鼠高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗[22]，這是由于FGF21是棕色脂肪線粒體解偶鏈蛋白1(UCP1)的有效誘導(dǎo)劑，UCP1活性增加，故而能量消耗增加。

(二) ACOX1 ACOX1是PPARα的另一個重要靶基因，PPARα激動劑Wy-14643誘導(dǎo)后，ACOX1表達(dá)增高，脂肪酸β氧化增加[23]。過氧化物酶體β氧化循環(huán)中，第一部反應(yīng)由ACOX1催化，也是控制β氧化的限速酶。ACOX1基因敲除小鼠的研究顯示ACOX1缺乏，過氧化物酶體β氧化缺陷，并且小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的炎性脂肪性肝炎和肝細(xì)胞再生；小鼠肝臟IL-6、IL-8和TNFα等炎癥因子表達(dá)增加，其機(jī)制可能涉及肝臟氧化應(yīng)激觸發(fā)庫普弗細(xì)胞功能過度活化，引起肝臟損傷[24]。已知的過氧化物酶體ACOX酶都是含F(xiàn)AD的二聚體蛋白，與線粒體?；o酶A脫氫酶屬于同一超家族，ACOX1酶中FAD的電子直接轉(zhuǎn)移到氧生成H2O2。如果ACOX1持續(xù)激活會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)以H2O2為代表的活性氧簇大量增加，氧化/還原比率失調(diào)，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，長期慢性的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激則可能引起DNA氧化損傷，導(dǎo)致肝癌的發(fā)生[25]。這也是以PPARα為單一靶標(biāo)的激動劑在臨床難以開展的原因，目前PPARs聯(lián)合激動劑更受關(guān)注。PPARα代謝通路中 ACOX1在維持細(xì)胞或組織體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、過氧化物酶體的生物合成及與其他細(xì)胞器(如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體)協(xié)同作用中發(fā)揮重要作用。

(三) ATF6 激活轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6，ATF6)是近年來較受關(guān)注的可能與PPARα共同作用的轉(zhuǎn)錄因子。肝臟是重要的蛋白質(zhì)合成器官，新合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊成天然構(gòu)象，NAFLD時錯誤折疊或未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蓄積，引發(fā)未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)，而長期慢性的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激則加重NAFLD脂質(zhì)蓄積[26]。ATF6參與維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，包括參與UPR途徑的蛋白穩(wěn)定作用和通過SREBP途徑調(diào)節(jié)脂質(zhì)的代謝，ATF6是脂肪酸代謝上游的調(diào)節(jié)因子。

在肝細(xì)胞中敲低ATF6基因，能抑制PPARα在靶基因啟動子區(qū)域的結(jié)合能力，降低PPARα/RXR復(fù)合體活性，細(xì)胞耗氧率降低；而過表達(dá)ATF6，則能促進(jìn)PPARα的轉(zhuǎn)錄活性，增加肝細(xì)胞中PPARα的下游基因CPT1α、FGF21和MCAD的表達(dá)水平，加速脂肪酸氧化，緩解肝臟脂質(zhì)蓄積。提示ATF6與PPARα相互作用，促進(jìn)肝臟脂肪酸氧化，調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝[27]。此外，肝臟ATF6過表達(dá)促進(jìn)飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗小鼠的肝脂肪酸氧化，減輕肝脂肪變性。但也有研究顯示，過表達(dá)ATF6下調(diào)PPARα活性[28]。在NAFLD中，尤其是肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下ATF6的PPARα相互作用及通路中的信號交叉還存在爭議，還需更深入的研究。

五、展望

在我國，NAFLD患者基數(shù)大，且缺少有效的臨床用藥，但NAFLD攀升的發(fā)病率及未來可能會引起的醫(yī)療負(fù)擔(dān)并未引起足夠重視，NAFLD已成為亟待解決的公共衛(wèi)生問題。PPARα激活后加速脂肪酸氧化，參與脂蛋白和甘油三酯代謝，參與細(xì)胞脂肪酸的攝取和輸出，涉及多條復(fù)雜的代謝通路。臨床PPARα激動劑有非諾貝特、氯貝丁酯、苯扎貝特、PPARα/γ雙重激動劑阿格列扎、PPARα/β雙重激動劑GFT505。雖然單一PPARα靶標(biāo)的激動劑在臨床實(shí)驗(yàn)中未收到預(yù)期效果，但PPARα在肝臟脂質(zhì)代謝通路中的作用不容忽視，PPAR雙激動劑或PPARα代謝通路中的其他轉(zhuǎn)錄因子的共激活可能是未來的研究重點(diǎn)。PPARα在脂肪酸氧化過程中的重要地位，使PPARα成為開發(fā)治療代謝綜合征、2型糖尿病、NAFLD和相關(guān)心血管并發(fā)癥的靶標(biāo)，PPARα激活后參與代謝相關(guān)疾病的機(jī)制及重要通路需要進(jìn)一步深入研究和證實(shí)。