代謝性脂肪酶在肝病發(fā)病和治療中的作用

楊菁 范建高

代謝相關(guān)性脂肪性肝病(MAFLD)舊稱非酒精性脂肪性肝病，是與遺傳易感和代謝功能障礙相關(guān)的全球第一大慢性肝病[1-2]。重油、重糖等不合理膳食結(jié)構(gòu)以及久坐少動(dòng)等不健康生活方式，通過(guò)肝臟脂肪合成/輸入過(guò)多、脂質(zhì)氧化代謝障礙等機(jī)制，導(dǎo)致肝細(xì)胞甘油三酯過(guò)度聚集，從而發(fā)生肝臟脂肪變性及其相關(guān)脂肪性肝炎和肝硬化，其中脂肪酶扮演重要角色。在脂質(zhì)正常代謝過(guò)程中，甘油三酯分解成為游離脂肪酸(FFA)是進(jìn)行脂肪氧化分解以及合成內(nèi)源性脂肪酸的必需步驟。通過(guò)脂肪酶的一系列有序調(diào)控,胞內(nèi)脂肪酶水解切割引起胞漿甘油三酯降解，釋放FFA。隨后，脂質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被重新合成，并由主要含甘油三酯、膽固醇和磷脂的乳糜微粒分泌。其中，F(xiàn)FA可作為能量底物、脂質(zhì)合成的前體和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的介質(zhì)，具有重要的生理意義，但過(guò)度供應(yīng)可觸發(fā)脂毒性，進(jìn)而引起細(xì)胞膜功能受損、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體功能障礙、細(xì)胞死亡和炎癥等。與此同時(shí)，F(xiàn)FA和其他脂質(zhì)介質(zhì)釋放受損也可破壞調(diào)節(jié)代謝和炎癥過(guò)程的關(guān)鍵細(xì)胞信號(hào)功能[3]。本文從脂質(zhì)代謝及脂肪酶功能角度闡述代謝性脂肪酶在MAFLD等慢性肝病發(fā)生、發(fā)展中的作用及其治療對(duì)策。

一、脂肪組織甘油三酯脂肪酶(ATGL)

ATGL是執(zhí)行甘油三酯水解的第一步和限速步驟，主要參與甘油三酯水解為甘油二酯的過(guò)程。ATGL在大多數(shù)組織中表達(dá)，在ATGL缺乏小鼠心臟中發(fā)現(xiàn)甘油三酯大量積累，引起心功能不全和死亡[4]。同時(shí)，ATGL缺乏導(dǎo)致能量底物FFA不足也進(jìn)而影響胰島素敏感性和葡萄糖耐量。

為了達(dá)到最大的脂解活性，ATGL需要CGI-58作為共激活因子，使脂滴的甘油三酯核心暴露于脂肪酶，從而增強(qiáng)其活性[5]。即使在ATGL基因缺失的情況下，CGI-58本身也能調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)儲(chǔ)存和炎癥。同時(shí)脂肪細(xì)胞分化相關(guān)蛋白G0/G1開(kāi)關(guān)基因2(G0S2)等其他蛋白被證實(shí)，即使在CGI-58激活后也可調(diào)節(jié)ATGL活性。

肝臟ATGL為刺激PPARα活性所必需的FFA提供燃料，參與調(diào)節(jié)線粒體β-氧化。ATGL缺乏導(dǎo)致小鼠肝臟脂肪變性，高脂飲食喂養(yǎng)下ATGL的shRNA腺病毒轉(zhuǎn)染小鼠肝臟線粒體氧化下調(diào)[6-7]。

二、PNPLA3 含patatin樣磷脂酶結(jié)構(gòu)域蛋白 3

PNPLA3(又稱脂聯(lián)素)屬于含patatin樣磷脂酶結(jié)構(gòu)域的蛋白家族，定位于細(xì)胞膜及胞質(zhì)內(nèi)脂滴上，具有非特異性水解酰基活性，與ATGL(即PNPLA2)屬同一組脂質(zhì)代謝酶[8]。PNPLA3可通過(guò)與CGI-58相互作用并隔離，顯示出對(duì)脂質(zhì)代謝的間接影響，從而限制ATGL或其他脂肪酶進(jìn)入脂滴。盡管從2001年起已收集大量關(guān)于其臨床意義的證據(jù)，PNPLA3的酶作用仍未知。

肝細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)表明， 葡萄糖和胰島素通過(guò)SREBP-1c促進(jìn)PNPLA3表達(dá)，SREBP-1c隨后控制參與新生脂肪生成的關(guān)鍵酶表達(dá)[9-10]。SREBP-1c結(jié)合在PNPLA3的啟動(dòng)子上，肝細(xì)胞SREBP-1c過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致PNPLA3基因表達(dá)增加。此外，新生脂肪代謝產(chǎn)物(如FFA)可增強(qiáng)PNPLA3蛋白半衰期，保護(hù)其免受蛋白酶降解。然而，體內(nèi)基因敲除致PNPLA3缺乏的小鼠沒(méi)有表現(xiàn)出相關(guān)表型或代謝改變， Pnpla3-/-小鼠也沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)ATGL或脂肪生成酶的代償作用，顯示了該蛋白在體內(nèi)甘油三酯代謝中的非排他作用。

PNPLA3 I148M基因變異與脂肪性肝炎、肝纖維化/肝硬化和肝癌的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)[11]。該遺傳變異體中胞嘧啶(C)被鳥(niǎo)嘌呤(G)取代，導(dǎo)致翻譯蛋白氨基酸序列不同。來(lái)自歐洲白種人的橫斷面研究顯示[12]，與CC基因型相比，CG和GG基因型患者患HCC的風(fēng)險(xiǎn)分別增加2倍和5倍。此外，I148M多態(tài)性可促進(jìn)慢性丙型肝炎患者發(fā)生肝纖維化和HCC，并且是HCV和HIV混合感染個(gè)體肝硬化高發(fā)的危險(xiǎn)因素[13]。PNPLA3 I148M與HBV感染、肥胖和飲酒患者重度肝脂肪變顯著相關(guān)，與肝豆?fàn)詈俗冃院脱装Y性腸病患者肝脂肪變患病率增高有關(guān)，與原發(fā)性硬化性膽管炎患者生存率降低相關(guān)。攜帶I148M的原發(fā)性膽汁性膽管炎患者膽汁淤積性瘙癢則更少見(jiàn)[14]。

PNPLA3 I148M也與人肝細(xì)胞釋放極低密度脂蛋白減少相關(guān)，可能是由于它能誘導(dǎo)肝脂肪變性。PNPLA3 I148M患者肝臟脂肪變性程度與飽和脂肪酸和神經(jīng)酰胺等毒性脂質(zhì)增加無(wú)關(guān)，并且PNPLA3 I148M攜帶者對(duì)心血管疾病有保護(hù)作用[15]。提示PNPLA3重塑甘油三酯和甘油二酯中的多不飽和脂肪酸含量，而其基因變異導(dǎo)致肝臟多不飽和脂肪酸滯留增多，可能有助于防止胰島素抵抗和心血管疾病。

無(wú)論肝病歸因于MAFLD、丙型肝炎抑或是酒精性肝病，PNPLA3變異都與發(fā)生重度肝纖維化的風(fēng)險(xiǎn)較高相關(guān)。PNPLA3 I148M突變使肝星狀細(xì)胞脂質(zhì)蓄積增加、FFA組成異常和視黃醇含量減少，從而上調(diào)JNK信號(hào)，使PPARγ磷酸化降低其轉(zhuǎn)錄活性。較低的PPARγ信號(hào)一方面促進(jìn)AP-1驅(qū)動(dòng)的促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生，伴免疫細(xì)胞募集；另一方面，PPARγ信號(hào)減少引起LXR下調(diào)，游離膽固醇積聚，加重肝星狀細(xì)胞誘發(fā)纖維化[15]。

盡管其酶活性仍是未解之謎，PNPLA3 I148M代表了一個(gè)重要的、新的危險(xiǎn)分層的預(yù)后標(biāo)記和潛在治療靶點(diǎn)，靶向肝星狀細(xì)胞和核受體信號(hào)可能代表了限制攜帶I148M變異患者纖維化發(fā)生和發(fā)展的潛在干預(yù)靶點(diǎn)。

三、激素敏感性脂肪酶(HSL)

HSL能水解甘油三酯、甘油二酯、甘油一酯等酰基酯，環(huán)磷酸腺苷依賴性蛋白激酶的磷酸化可使HSL不再對(duì)激素敏感，使其從細(xì)胞質(zhì)重新分布到脂滴。調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞中的HSL是脂解劑(如兒茶酚胺、胰島素)刺激FFA釋放和調(diào)控血脂水平的主要手段。除脂肪細(xì)胞外，HSL還存在于骨骼肌、心臟、腦、腎上腺、睪丸和巨噬細(xì)胞中，通過(guò)影響巨噬細(xì)胞膽固醇酯的代謝調(diào)節(jié)泡沫細(xì)胞的形成[16]。此外，腎上腺和生殖組織中HSL通過(guò)調(diào)節(jié)游離膽固醇的可用性，在類(lèi)固醇生成和精子發(fā)育中發(fā)揮作用，在缺乏HSL的小鼠中表現(xiàn)出少精。小鼠系統(tǒng)性HSL缺乏導(dǎo)致脂肪肝呈年齡依賴性，而在肝臟中缺乏HSL并不影響肝臟脂肪含量。相反的是，HSL敲除小鼠表現(xiàn)為脂肪肝伴炎性浸潤(rùn)、脂肪因子分泌異常和系統(tǒng)性胰島素抵抗。此外，HSL的腺病毒過(guò)表達(dá)對(duì)高脂飲食小鼠和對(duì)照小鼠都有減少肝臟甘油三酯水平的作用， 提示肝臟HSL/ATGL可能促進(jìn)FFA氧化及釋放，并改善肝臟脂肪變性?？傊?，HSL涵蓋了對(duì)不同脂質(zhì)分子的多效性活性譜。

HSL中的單核苷酸多態(tài)性啟動(dòng)子變體-60 C > G能顯著降低空腹血液非酯化脂肪酸、低密度脂蛋白、膽固醇水平。編碼HSL的脂肪酶E基因的移碼缺失會(huì)增加胰島素抵抗和2型糖尿病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[17]。HSL的破壞下調(diào)了PPARγ應(yīng)答信號(hào)通路，因?yàn)橄鄳?yīng)核受體的內(nèi)源性配體產(chǎn)生減少。

四、單酰甘油脂肪酶(MGL)

MGL可高效地將甘油一酯裂解為甘油和FFA，是FFA降解途徑的限速酶。MGL將內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)內(nèi)的強(qiáng)效配體2-花生四烯酸甘油酯水解為花生四烯酸，它是前列腺素合成的前體及PPARα、PPARγ和RXR的配體。 MGL在腦、腎臟、卵巢、睪丸、腎上腺、脂肪組織和心臟等組織中均有表達(dá)。高脂飲食喂養(yǎng)MGL敲除小鼠的肝臟甘油一酯水平增加，伴體質(zhì)量增加減少、胰島素敏感性增加和葡萄糖耐量改善[18]。MGL缺失可以抑制結(jié)直腸癌生長(zhǎng)，并導(dǎo)致腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞脂質(zhì)超負(fù)荷[19]。這可能是由于MGL缺陷促進(jìn)大麻素受體2/toll樣受體4依賴的巨噬細(xì)胞活化，進(jìn)而抑制腫瘤相關(guān)CD8 + T細(xì)胞的募集。

在肝臟， MGL抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥,可減輕缺血再灌注肝損傷。MGL在HCC中的表達(dá)高于其他組織，可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和侵襲。由于巨噬細(xì)胞自噬介導(dǎo)的抗炎特性，缺乏MGL可促進(jìn)纖維化消退。MGL敲除能夠挽救肝臟線粒體呼吸作用，從而改善膽汁淤積性肝損傷[20]。MGL破壞引起腸道中花生四烯酸的積累，可通過(guò)結(jié)合維甲酸X受體，激活PPARs和FXR競(jìng)爭(zhēng)來(lái)減輕炎癥。

五、羧酸酯酶基因家族

盡管ATGL和HSL是水解甘油三酯和膽固醇酯的主要脂肪酶，羧酸酯酶仍參與肝臟脂質(zhì)代謝和能量平衡，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔脂滴脂解中發(fā)揮作用。管腔甘油三酯水解是極低密度脂蛋白-甘油三酯產(chǎn)生的底物，并通過(guò)微粒體甘油三酯轉(zhuǎn)移蛋白進(jìn)行脂質(zhì)轉(zhuǎn)移。臨床研究聚焦在羧酸酯酶的兩種主要亞型(CES1和CES2)的藥物和毒物代謝。肥胖患者肝活檢組織CES2活性降低，脂肪性肝炎患者肝臟CES2表達(dá)減少。小鼠Ces2c基因位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔， 在肝臟和十二指腸中高表達(dá)[21]；肝臟Ces2c表達(dá)減少與脂肪變和胰島素抵抗有關(guān)。Ces2c過(guò)表達(dá)導(dǎo)致脂肪酸氧化增加，從而改善HFD誘導(dǎo)的MAFLD。相反，敲除肝臟Ces2c通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的脂肪生成誘導(dǎo)肝臟脂肪變性[21]。

總之，ATGL、HSL和MGL的生理活性受到不同蛋白和共激活因子相互作用的調(diào)節(jié)，從而保證脂解速率對(duì)代謝需求的按需分配。正常的脂解活性對(duì)不同組織的能量穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，它提供了關(guān)鍵的FFA介質(zhì)，后者作為信號(hào)因子參與復(fù)雜的代謝途徑。盡管已采取多種方法理解脂質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)傳導(dǎo)的復(fù)雜調(diào)節(jié)，但許多問(wèn)題仍亟待解答。加強(qiáng)脂質(zhì)代謝機(jī)制的研究可望為代謝紊亂的治療提供新策略。