BMP9與非酒精性脂肪性肝病關(guān)系的研究進(jìn)展

牛夢(mèng)璠，劉睿宸 綜述 李麗 審校

哈爾濱體育學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150008

非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)是慢性肝病和肝臟酶學(xué)指標(biāo)異常的首要原因，疾病譜包含單純肝脂肪變性、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)，隨著病程進(jìn)展，NASH有發(fā)展為肝硬化甚至肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)的風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。NAFLD的發(fā)病和演變機(jī)制較復(fù)雜，但廣為接受的多重打擊學(xué)說表明，NAFLD 的發(fā)生和發(fā)展是胰島素抵抗(insulin resistance，IR)、脂肪細(xì)胞因子、腸道菌群、遺傳易感性、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡等多種潛在途徑、多種損傷之間的相互作用的結(jié)果[4]。為此，進(jìn)一步探索NAFLD的發(fā)生機(jī)制，尋找新的分子標(biāo)志物，是降低NAFLD發(fā)病率的關(guān)鍵。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphorgenetic proteins，BMPs)在體外誘導(dǎo)骨形成、骨折修復(fù)以及在調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化方面發(fā)揮著信號(hào)配體的作用，骨形態(tài)發(fā)生蛋白9 (bone morphogenetic proteins 9，BMP9)作為BMPs 成員之一，其調(diào)控能力可能強(qiáng)于其他BMP[5-8]。近年來，多數(shù)學(xué)者證實(shí)BMP9在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝過程、維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)、改善IR 等方面發(fā)揮著重要作用[9-11]，逐漸成為一種潛在的代謝調(diào)節(jié)分子。因此，本文就BMP9與NAFLD相關(guān)聯(lián)的最新研究進(jìn)展，深入探討二者之間的作用機(jī)制，以期為NAFLD的治療提供理論依據(jù)和治療方案，延緩NAFLD 發(fā)展進(jìn)程，提高NAFLD患者的生活質(zhì)量。

1 BMP9概述

BMP9 又稱生長(zhǎng)分化因子-2 (growth differentiation factor-2，GDF-2)，從胎鼠肝臟cDNA 文庫(kù)克隆而來，其在肝臟組織中的表達(dá)顯著高于在其他組織中的表達(dá)，分泌入血后作用于組織器官，進(jìn)而發(fā)揮生物學(xué)功能[12]。BMP9是一種大前體蛋白，由429個(gè)氨基酸構(gòu)成，包含22個(gè)氨基酸的N端信號(hào)肽區(qū)、33 kD前結(jié)構(gòu)域區(qū)和12.5 kD的C端成熟肽區(qū)，成熟肽區(qū)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體內(nèi)絲氨酸蛋白內(nèi)切酶作用下，經(jīng)剪切、重構(gòu)形成具有生物活性的短二聚體成熟形式，前結(jié)構(gòu)域區(qū)與成熟肽區(qū)以非共價(jià)鍵結(jié)合，形成約100 kD 的成熟BMP9形式，起到保護(hù)和穩(wěn)定BMP9結(jié)構(gòu)的作用[13]。

當(dāng)BMP9 與Ⅰ型受體(typeⅠbone morphogenetic protein receptor，BMPR Ⅰ)和Ⅱ型 受 體(type Ⅱbone morphogenetic protein receptor，BMPR Ⅱ)結(jié)合為異四聚體受體復(fù)合物時(shí)能夠激活下游信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生、分化、增殖和凋亡[14]。在BMPRⅠ中，BMP9能與活化素受體樣激酶1(activinreceptor-likekinase1，ALK1)和活化素受體樣激酶2(activinreceptor-likekinase2，ALK2)結(jié)合，且BMP9與前者的親和力較強(qiáng)。在BMPR Ⅱ中，BMP9 與活化素ⅡA 型受體(ActRⅡA)、活化素ⅡB 型受體(ActRⅡB)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白Ⅱ型受體(BMPR2)3個(gè)亞型結(jié)合。BMP9與受體結(jié)合構(gòu)成異四聚體受體復(fù)合物后，激活Smad 依賴(經(jīng)典)信號(hào)通路和非Smad 依賴(非經(jīng)典)信號(hào)通路，前者信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制為：BMP9 與受體結(jié)合，隨之BMPRⅠ激活SMAD1/5/8磷酸化，并與SMAD4結(jié)合，形成SMAD1/5/8-SMAD4 復(fù)合物，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核內(nèi)，調(diào)控下游信號(hào)傳導(dǎo)[15-16]；后者則涉及MAPK、Wnt/β-catenin、Notch 等信號(hào)通路[7，17-18]。綜上所述，BMP9對(duì)機(jī)體具有多種生物學(xué)功能，但其分子信號(hào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。BMP9 在NAFLD 的過程中如何通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑作用于靶分子，目前尚有許多未闡明之處，有待進(jìn)一步研究。

2 BMP9對(duì)肝臟脂肪過量沉積的作用

2.1 增加褐色脂肪細(xì)胞的生成 脂肪組織由兩部分組成：白色脂肪細(xì)胞(white adipose tissue，WAT)和褐色脂肪細(xì)胞(brown adipose tissue，BAT)。其中，WAT可以分泌脂肪因子，是肥胖和2型糖尿病相關(guān)代謝失調(diào)性疾病的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素[19-20]。BAT 又稱為米色或淡褐色脂肪細(xì)胞，是一種專門用于體溫調(diào)節(jié)的脂肪細(xì)胞[21]，因其對(duì)葡萄糖和脂質(zhì)的代謝吸收及適應(yīng)性產(chǎn)熱的作用，逐漸成為治療肥胖等代謝性疾病的潛在靶點(diǎn)。

解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1)作為線粒體載體蛋白，在BAT中高度表達(dá)，同時(shí)也是WAT棕色化激活的表現(xiàn)，通過非顫抖性產(chǎn)熱方式將能量轉(zhuǎn)化為熱量，從而誘導(dǎo)線粒體呼吸，提高BAT 代謝活性，在維持糖代謝穩(wěn)態(tài)中起重要作用。KUO 等[22]對(duì)高脂飲食(HFD)小鼠注射MB109(BMP9 的重組衍生物)，發(fā)現(xiàn)MB109 可使WAT 變小、誘導(dǎo)皮下WAT 的褐變，提高BAT 標(biāo)記基因UCP1 和DNA 斷裂因子45 樣效應(yīng)因子α(cell death-inducing DNA fragmentation factor 45-like effector-α，Cidea)基因的表達(dá)量，進(jìn)而增加BAT 生成。KIM 等[23]對(duì)HFD 小鼠注射MB109，發(fā)現(xiàn)MB109 能增加WAT 向棕色分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-21(fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21)的基因表達(dá)，調(diào)控UCP1 的表達(dá)量，促進(jìn)產(chǎn)熱，參與糖脂代謝的調(diào)控。以上研究表明BMP9作為誘導(dǎo)干細(xì)胞從脂肪組織中分化為BAT的有效因子，可以有效增強(qiáng)UCP1 的表達(dá)。瘦素主要在WAT 中表達(dá)，有助于改善葡萄糖和脂質(zhì)的穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)3T3-L1 前脂肪細(xì)胞的增殖，減少攝食，增加能量消耗，而BMP9 可以正向調(diào)節(jié)3T3-L1 的增殖[24]，類似于瘦素抑制極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)的生成和脂肪沉積的作用。綜上所述，BMP9能夠促進(jìn)BAT產(chǎn)熱，調(diào)控產(chǎn)熱基因UCP1 的表達(dá)，增加FGF21 的基因表達(dá)，促進(jìn)3T3-L1增殖，為BMP9在脂質(zhì)代謝領(lǐng)域的研究提供更多理論依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步研究和探討B(tài)MP9 的作用通路及機(jī)制等問題提供更多思路。

2.2 改善糖耐量和胰島素敏感性 持續(xù)的游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)濃度增高會(huì)影響胰島素作用和葡萄糖代謝，當(dāng)外周脂肪組織動(dòng)員增加，F(xiàn)FA大量轉(zhuǎn)運(yùn)入肝，削弱了肝細(xì)胞的胰島素敏感性并超過肝臟的代償能力，使肝細(xì)胞的線粒體中脂肪酸氧化代謝能力下降，引起肝臟脂肪變性，隨之脂毒性代謝產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)堆積，誘導(dǎo)IR，增加糖異生[25]，而BMP9 可作為調(diào)節(jié)葡萄糖代謝的藥理學(xué)和生理學(xué)靶點(diǎn)。

為解釋BMP9 與糖代謝和IR 的關(guān)系，XU 等[11]在控制年齡和性別的差異因素下，通過分析MetS受試者BMP9 水平與代謝參數(shù)的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，MetS 受試者BMP9水平與肥胖標(biāo)記物(WHR)、IR指數(shù)(HOMA-IR)、葡萄糖代謝參數(shù)(FBG、2 hPBG 和HbA1c)和血脂參數(shù)(TG)呈負(fù)相關(guān)。CAPERUTO 等[9]研究長(zhǎng)期禁食、地塞米松治療以及松果體切除術(shù)三種經(jīng)典IR 模型對(duì)BMP9 表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)三種不同IR 模型的肝臟中，BMP9 的轉(zhuǎn)錄和加工顯著減少，為進(jìn)一步研究糖穩(wěn)態(tài)生理調(diào)節(jié)中BMP9 的作用以及二者的相關(guān)性，又用BMP9 抗體中和了禁食12 h 大鼠血清中的BMP9，觀察到大鼠出現(xiàn)葡萄糖不耐受和胰島素敏感性降低的現(xiàn)象。BMP9 在血液中循環(huán)可激活Smad5，使胰島素信號(hào)分子絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶2 (serine-threonine kinase，Akt2)的表達(dá)量增加，從而增加骨骼肌肌肉細(xì)胞的葡萄糖吸收[26]。SUN等[27]對(duì)比BMP9治療組與HFD小鼠發(fā)現(xiàn)，前者FBG 水平顯著降低，同時(shí)，磷酸化的絲/蘇氨酸激酶(phosphorylated serine-threonine kinase，p-Akt)水平升高，進(jìn)而p-Akt可調(diào)控包含胰島素敏感性在內(nèi)的多種細(xì)胞生物功能。上述研究表明，BMP9 作為肝臟胰島素增敏劑的候選物，可促進(jìn)胰島素分泌，提高胰島素敏感性，改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)，因此BMP9在控制血糖穩(wěn)定和調(diào)控生理性胰島素敏感性方面為NAFLD治療提供新途徑。

2.3 調(diào)節(jié)肝臟中脂質(zhì)代謝相關(guān)蛋白 YANG 等[10]發(fā)現(xiàn)HFD小鼠與正常飲食小鼠相比，BMP9 mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)減少，同時(shí)BMP9 基因敲除小鼠的肝臟增大，并伴有明顯的肝臟脂肪變性和乳糜微粒，深入研究發(fā)現(xiàn)，由于BMP9缺乏使Smad通路對(duì)過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptorα，PPARα)的啟動(dòng)子活性以及PPARα表達(dá)產(chǎn)生抑制作用，使脂肪酸氧化基因表達(dá)減少，引起TG功能障礙，因此BMP9-smad-PPARα軸可能在肝臟脂質(zhì)代謝中發(fā)揮重要作用。對(duì)HFD誘導(dǎo)的C57BL/6J小鼠尾靜脈注射腺病毒(Ad-BMP9)后，發(fā)現(xiàn)Ad 治療組BMP9的蛋白質(zhì)水平顯著增加，TG含量降低，固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c (sterol regulatory element binding protein1c，SREBP1c)、硬脂酰輔酶A 去飽和酶1 (stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，F(xiàn)AS)等脂肪生成中樞調(diào)節(jié)因子的mRNA 和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著下降，而腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)和乙酰輔酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)的磷酸化水平顯著增加[28]。但KUO 等[22]對(duì)HFD 誘導(dǎo)的C57BL/6 小鼠注射MB109發(fā)現(xiàn)MB109可以增強(qiáng)葡萄糖異化脂肪酸的能力，提高FAS mRNA 的表達(dá)水平，進(jìn)而間接降低血糖水平；兩者有關(guān)FAS 水平的分歧，有研究認(rèn)為主要由于高脂喂養(yǎng)方式和干預(yù)方式的不同[8]。另外，SUN 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，BMP9 治療組的其他脂類和葡萄糖代謝基因，如神經(jīng)酰胺合成酶6 (ceramide synthase 6，CerS6)、Cidea 和脂肪酸結(jié)合蛋白4 (fatty acid binding protein 4，F(xiàn)abp4)的下調(diào)顯著。因而BMP9 在調(diào)控肝臟脂質(zhì)代謝中尚無統(tǒng)一機(jī)制，未來研究仍需進(jìn)一步關(guān)注BMP9 與脂質(zhì)代謝相關(guān)蛋白之間的相互作用，以及BMP9調(diào)控的具體分子機(jī)制。

3 BMP9在肝纖維化的作用

肝纖維化是一復(fù)雜、多因素參與的過程，以細(xì)胞外基質(zhì)(extracelluar matrix，ECM)堆積為主要病理現(xiàn)象，是NASH與單純脂肪變性相區(qū)別的關(guān)鍵。肝星狀細(xì)胞(hepatie stellate cells，HSC)的激活與分化調(diào)控引起ECM 沉積，進(jìn)而肝臟的正常生理結(jié)構(gòu)遭到破壞，該過程是肝纖維化發(fā)生的關(guān)鍵病理特征，而轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)是激活HSC 的關(guān)鍵細(xì)胞因子[29-30]。在病理性纖維化過程中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白7 (bone morphogenetic proteins7，BMP7)作為一種纖維化負(fù)性調(diào)節(jié)因素，可抑制TGF-β1的表達(dá)和Smad2/3的核轉(zhuǎn)錄，并且與TGF-β1存在互逆作用，可抵消TGF-β1參與的促纖維化過程[31-32]。

相比于BMP7，BMP9 參與到肝纖維化的過程最近被提出，其過度表達(dá)可能會(huì)引起巨噬細(xì)胞募集和極化，進(jìn)而影響肝損傷和纖維化的進(jìn)程?？估w維化酶基質(zhì)金屬蛋白酶2 (matrix metalloproteinase 2，MMP2)是降解ECM的級(jí)聯(lián)蛋白水解過程中的關(guān)鍵酶，LI等[33]在蛋氨酸膽堿缺乏飲食(MCD)誘導(dǎo)的NASH模型中發(fā)現(xiàn)，BMP9 過度表達(dá)可以顯著抑制MMP2，導(dǎo)致其降解ECM的能力下降，進(jìn)而加劇肝纖維化的發(fā)展。BREITKOPF等[34]通過急慢性肝損傷模型發(fā)現(xiàn)，肝臟持續(xù)低水平表達(dá)BMP9，可以穩(wěn)定健康肝臟的肝細(xì)胞功能，而一旦內(nèi)源性BMP9水平過度升高，使纖維化調(diào)節(jié)因子分化抑制蛋白1 (inhibitor of differeniiation1，ID1)表達(dá)量顯著上調(diào)，而阻斷BMP9/ALK1 通路后可減輕肝臟纖維化，表明在肝臟損傷時(shí)BMP9下調(diào)可緩解肝臟損傷。

4 結(jié)語

綜上所述，越來越多的研究證實(shí)BMP9 影響肝臟脂肪沉積的機(jī)制可能與誘導(dǎo)WAT的褐變、增強(qiáng)胰島素信號(hào)分子的表達(dá)、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝相關(guān)蛋白等作用有關(guān)，因而BMP9及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中產(chǎn)生一定影響，為NAFLD 治療提供了新的思路。此外，BMP9 在脂肪變性和纖維化中表現(xiàn)出雙重甚至矛盾的功能，其可能與BMP9 作用于不同的靶細(xì)胞和生物過程有關(guān)，因此BMP9對(duì)NAFLD病理過程的作用機(jī)制仍有許多問題還未明確，今后需要進(jìn)一步研究，以期BMP9可以為NAFLD的治療提供有效的干預(yù)措施，成為新的治療靶點(diǎn)。