空氣污染物PM2.5與非酒精性脂肪性肝病發(fā)病研究進(jìn)展*

吳偉杰 綜述，丁雯瑾，范建高 審校

隨著我國(guó)近些年來工業(yè)化的高速發(fā)展，在物質(zhì)財(cái)富的不斷積累中，同時(shí)也伴隨生態(tài)環(huán)境的破壞，如大氣、水、土壤的問題。而各類燃料焚燒后產(chǎn)生的PM2.5(空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5μm的顆粒物)一直以來是科學(xué)人員的重點(diǎn)研究對(duì)象。因?yàn)槠潴w積小，比表面積大，在空中懸浮時(shí)間長(zhǎng)的物理特性和富集多種重金屬及有機(jī)物的化學(xué)特性，使之更容易進(jìn)入機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重不良后果。已有研究暗示大氣中的PM2.5污染是肝臟疾病發(fā)生的一個(gè)危險(xiǎn)因素，PM2.5會(huì)造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的氧化應(yīng)激及肝臟的脂質(zhì)代謝紊亂，肝轉(zhuǎn)氨酶升高[1-4]。目前NAFLD對(duì)于我國(guó)的疾病負(fù)擔(dān)也在日益加重，但是其發(fā)病機(jī)制尚未明確,多次打擊學(xué)說是如今解釋NAFLD發(fā)病機(jī)制最為認(rèn)可的一種理論，第一次打擊是主要是肥胖、IR引起體內(nèi)出現(xiàn)大量游離脂肪酸(free fatty acids,FFAs)進(jìn)一步導(dǎo)致肝內(nèi)的脂質(zhì)異常積累，此種狀態(tài)可逆，但是出現(xiàn)脂質(zhì)以脂滴呈現(xiàn)的肝脂肪變性的狀態(tài)便更加容易遭受第二次打擊，過量FFAs氧化后可導(dǎo)致自由基生成，線粒體功能障礙進(jìn)而出現(xiàn)氧化應(yīng)激，肝臟炎癥通路的激活，促炎癥因子的大量產(chǎn)生，同時(shí)細(xì)胞凋亡和內(nèi)臟來源的細(xì)菌內(nèi)毒素也參與其中，上述過程聯(lián)合推動(dòng)NFALD進(jìn)一步發(fā)展為肝硬化甚至肝癌，第三次打擊是關(guān)于NAFLD的遺傳易感性，而且其疾病發(fā)展相較于沒有遺傳因素的患者更加嚴(yán)重[5-8]?？梢钥闯鯪FALD與IR，脂代謝紊亂，肥胖等關(guān)系密切，因此我們可以通過對(duì)PM2.5與上述疾病之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)一步探索NAFLD的可能發(fā)病機(jī)制和診治靶點(diǎn)的所在之處。

1 PM2.5在胰島素抵抗發(fā)生中的作用

IR普遍被認(rèn)為是肝臟，白色脂肪組織及骨骼肌等儲(chǔ)存或利用能量的組織對(duì)胰島素的敏感度降低所造成的。IR作為NAFLD發(fā)病的一個(gè)主要危險(xiǎn)因素，同時(shí)多篇文獻(xiàn)也均表示在PM2.5的暴露下會(huì)通過炎癥反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體功能障礙等導(dǎo)致IR、糖耐量降低等一系列的損傷，通過這些可以提示PM2.5與NFALD發(fā)病之間具有一定程度的相關(guān)性[9，10]。

1.1 PM2.5與炎癥因子 通過對(duì)暴露在PM2.5的小鼠的附睪脂肪組織進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)F4/80+巨噬細(xì)胞數(shù)目增加，并對(duì)其脂肪組織巨噬細(xì)胞富集部位的特異性基因的進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)PM2.5會(huì)引起巨噬細(xì)胞內(nèi)促炎癥基因的表達(dá)上升，進(jìn)而腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、NO合成酶2、白細(xì)胞介素-6(IL-6)等合成增多，而TNF-α，IL-6均可使人體胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生異常導(dǎo)致IR，但是在p47phox—的小鼠中并不會(huì)出現(xiàn)巨噬細(xì)胞增多的情況，p47phox是活化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶的一個(gè)重要調(diào)節(jié)分子，所以我們有理由相信NADPH氧化酶在PM2.5誘導(dǎo)IR發(fā)展中扮演了一個(gè)關(guān)鍵角色[11-15]。

1.2 PM2.5與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)引起未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response, UPR)來維持細(xì)胞生存的穩(wěn)態(tài)。UPR的激活降低了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的未折疊蛋白負(fù)荷，改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)，是解決內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的一種適應(yīng)性反應(yīng)。目前認(rèn)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起IR主要是與UPR相關(guān)的兩個(gè)分支通路引起的，第一種是激活了c-Jun氨基末端激酶(JNK)而引起胰島素受體底物-1的絲氨酸磷酸化從而減弱了胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的能力。第二種是通過激活蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶/真核生物翻譯起始因子2 /激活轉(zhuǎn)錄因子4 (PERK/eIF2/ATF4)信號(hào)通路導(dǎo)致蛋白激酶B的抑制物Tribbles同源蛋白3(TRB3)表達(dá)增加，損傷了胰島素信號(hào)通路促進(jìn)了IR的發(fā)生[16，17]。Li et al表示吸入PM2.5后產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以激活分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)進(jìn)而與ATF6結(jié)合并促進(jìn)其釋放，之后ATF6被高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)，經(jīng)由位點(diǎn)1和位點(diǎn)2的蛋白酶被剪切成活性片段后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核當(dāng)中激活增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(CHOP)等應(yīng)激性轉(zhuǎn)錄因子，這是細(xì)胞對(duì)外源性刺激的一種防御性措施，但是在PM2.5持續(xù)作用下會(huì)導(dǎo)致GRP78/ATF6/CHOP信號(hào)通路的過度激活，CHOP可以激活下游基因TRB3和caspase12，進(jìn)而激活了caspase級(jí)聯(lián)凋亡通路,信號(hào)通路反而從保護(hù)作用變成了促凋亡的應(yīng)激反應(yīng)，同時(shí)伴隨著肝臟炎癥反應(yīng)和纖維化的出現(xiàn)。

1.3 PM2.5與線粒體應(yīng)激 PM2.5可以造成線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷而對(duì)線粒體呼吸功能產(chǎn)生不良影響，線粒體功能障礙能夠引起減少ATP生成，進(jìn)一步導(dǎo)致活性氧簇(ROS)在細(xì)胞內(nèi)的堆積過多，適量ROS對(duì)于維持體內(nèi)平衡氧化還原環(huán)境至關(guān)重要，但是當(dāng)ROS過多時(shí)會(huì)損傷線粒體呼吸鏈功能，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致線粒體能力不足而引起脂質(zhì)大量的沉積，繼而血漿中會(huì)出現(xiàn)大量FFAs[18，19]。大量FFAs會(huì)激活絲氨酸激酶來抑制胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路進(jìn)而降低靶器官對(duì)胰島素的敏感程度參與胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)。Nrf2基因在長(zhǎng)期暴露于PM2.5中的小鼠表達(dá)上調(diào)，研究通過對(duì)Nrf2傳導(dǎo)通路的激活發(fā)現(xiàn)其可以通過抑制線粒體的凋亡使機(jī)體免受PM2.5產(chǎn)生的氧化損傷，因此Nrf2的進(jìn)一步研究對(duì)于會(huì)產(chǎn)生線粒體應(yīng)激的疾病治療可能會(huì)提供幫助[20-22]。

2 PM2.5與肥胖

肥胖與NAFLD流行的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，目前研究表示肥胖不僅與單純性脂肪變有關(guān)，而且對(duì)于非酒精性脂肪肝疾病進(jìn)一步的發(fā)展也存在著緊密聯(lián)系。甚至有研究表示在親代小鼠在遭受到PM2.5不僅僅對(duì)自身產(chǎn)生影響也會(huì)對(duì)后代產(chǎn)生影響，導(dǎo)致后代脂肪堆積使肥胖發(fā)生的概率提高[23-28]。

2.1 瘦素 在墨西哥城市兒童中的一項(xiàng)調(diào)查中顯示在不同濃度PM2.5暴露下的體質(zhì)指數(shù)(BMI)和瘦素之間存在著明顯差異，而且瘦素與PM2.5的長(zhǎng)期暴露呈現(xiàn)出強(qiáng)正相關(guān)。瘦素是一種胰島素增敏劑，而且瘦素在體內(nèi)的循環(huán)水平對(duì)于NAFLD發(fā)展也發(fā)揮著一定作用。肥胖人員體內(nèi)瘦素水平和可溶性瘦素受體均會(huì)升高，說明了肥胖與瘦素抵抗之間存在著一定關(guān)聯(lián)[29，30]。 胰島素和瘦素兩者相輔相成，胰島素可以誘導(dǎo)瘦素的產(chǎn)生，反過來瘦素可以增加組織對(duì)胰島素的敏感性加速對(duì)葡萄糖的攝取，利用和存儲(chǔ)，但是在肥胖的背景下，通過瘦素對(duì)胰島素的負(fù)反饋機(jī)制反而導(dǎo)致IR的發(fā)生。研究表示可以通過減少瘦素的水平可以有效提高胰島素的敏感程度，循環(huán)中大量瘦素的持續(xù)存在會(huì)對(duì)下丘腦弓狀核形成一個(gè)強(qiáng)有力的反饋機(jī)制，該機(jī)制主要依賴于產(chǎn)生細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3 (SOCS3)和蛋白酪氨酸磷酸酶1B，SOCS3的表達(dá)依賴于瘦素，瘦素水平越高會(huì)使得SOCS3的表達(dá)越多，而大量SOCS3則通過對(duì)Janus家族酪氨酸激酶/信號(hào)傳導(dǎo)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子3(STAT3)信號(hào)通路的抑制實(shí)現(xiàn)對(duì)瘦素的調(diào)節(jié)[31，32]。瘦素一開始被認(rèn)為是通過中樞進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，后面有實(shí)驗(yàn)表示瘦素對(duì)周圍組織存在直接作用，瘦素與細(xì)胞表面受體結(jié)合激活Ca2+/鈣調(diào)素依賴蛋白激酶β信號(hào)級(jí)聯(lián)從而使得含有鉀離子通道的囊泡被大量轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上使得細(xì)胞膜超極化而降低了胰島B細(xì)胞的興奮性抑制胰島素的分泌[20]。

2.2 FTO基因 FTO基因編碼的是一種核酸去甲基酶，與體重和脂肪含量密切相關(guān)，在調(diào)節(jié)肝細(xì)胞脂質(zhì)積累中起關(guān)鍵作用，F(xiàn)TO基因會(huì)在高PM2.5暴露組中出現(xiàn)過表達(dá)，而且在NAFLD患者的血清和肝臟FTO的表達(dá)水平也高于正常人群。FTO基因的表達(dá)上調(diào)被認(rèn)為是導(dǎo)致肥胖產(chǎn)生的重要危險(xiǎn)因素，目前已證實(shí)FTO基因多態(tài)性可以導(dǎo)致BMI指數(shù)上升，與重度肥胖高度相關(guān)，而且FTO基因多態(tài)性配合高脂飲食則會(huì)更加容易導(dǎo)致人們肥胖的產(chǎn)生。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP1c)是啟動(dòng)脂肪酸合成相關(guān)基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的DFF45樣效應(yīng)因子C(CIDEC)可以通過改變脂滴大小來提高脂質(zhì)的存儲(chǔ)，F(xiàn)TO可以促進(jìn)SREBP1c的轉(zhuǎn)錄，SREBP1c過度表達(dá)可以顯著上調(diào)CIDEC在細(xì)胞內(nèi)mRNA和蛋白的水平，這提示CIDEC可能是參與SREBP1c調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)積累的下游分子，所以FTO可能通過一種FTO/SREBP1c/CIDEC信號(hào)通路在肝細(xì)胞中促進(jìn)脂質(zhì)積累，F(xiàn)TO極有可能通過這一通路部分參與了NAFLD的發(fā)病機(jī)制。

3 PM2.5與脂代謝

脂代謝是NAFLD發(fā)生的重要一環(huán)，吸入PM2.5會(huì)上調(diào)TNF-α的表達(dá)而引起肝臟氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)而導(dǎo)致肝功能異常，破壞脂質(zhì)代謝的功能平衡，對(duì)PM2.5暴露下的小鼠肝組織染色后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了不同程度的炎癥、肝臟脂肪變性和氣球樣變，說明了通過吸入PM2.5可以導(dǎo)致肝臟內(nèi)脂質(zhì)異常沉積。值得注意的是，通過電鏡可以觀察到PM2.5處理組的肝細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)了斷裂，導(dǎo)致脂滴在細(xì)胞中聚集，提示PM2.5對(duì)肝臟脂質(zhì)積累存在一定程度的促進(jìn)作用，并與肝臟血脂異常存在濃度依賴性。Chen et al實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露下不活躍菱形蛋白2(iRhom2)在肝臟組織中的表達(dá)上調(diào)，而且iRhom2與葡萄糖耐量、脂代謝紊亂、炎癥反應(yīng)之間都存在一定程度的關(guān)聯(lián)，iRhom2能夠使 TNF-α轉(zhuǎn)化酶(TACE)順利從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排出轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面發(fā)揮作用，TACE可以促進(jìn)TNF-α的合成從而誘導(dǎo)炎癥的發(fā)生，使循環(huán)代謝之中出現(xiàn)了TNF-α相關(guān)性浸潤(rùn)，加快機(jī)體代謝性紊亂的發(fā)生，那么長(zhǎng)期暴露PM2.5引起的肝臟脂肪變性、代謝綜合征和血脂異常的發(fā)生至少部分是依賴于iRhom2/TACE/TNF-a通路來進(jìn)行調(diào)控[33-35]。報(bào)道稱親代小鼠接觸PM2.5后對(duì)自身的空腹胰島素含量、低密度脂蛋白膽固醇、總膽固醇、IL-17A、IL-6、IL-10都會(huì)產(chǎn)生的影響，而此結(jié)果可能是通過免疫微環(huán)境的變化使后代更易產(chǎn)生糖尿病、IR、脂代謝異常、肥胖等不良結(jié)果,但是此發(fā)病機(jī)制仍需進(jìn)一步探索。Notch信號(hào)通路是調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡和炎癥反應(yīng)等的復(fù)雜通路，在后續(xù)的研究還發(fā)現(xiàn)Notch信號(hào)通路還具有脂質(zhì)特異性調(diào)控作用。另外Zhang通過對(duì)Notch信號(hào)通路進(jìn)行抑制，將PM2.5暴露組與對(duì)照組的血脂比較后并無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，表明暴露于PM2.5的大鼠有可能是通過Notch信號(hào)通路來影響血脂水平。有趣的是，有研究表示在PM2.5暴露下的高脂飲食組的小鼠有關(guān)脂代謝的調(diào)控物過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)下調(diào)，而PPAR-α出現(xiàn)相反的情況，這可能與Myd88基因被誘導(dǎo)而導(dǎo)致肝臟自噬能力增強(qiáng)使得肝脂肪變性減輕而出現(xiàn)的結(jié)果，但是這一結(jié)論還需進(jìn)一步的探究。

4 PM2.5與NAFLD相關(guān)性肝病

NAFLD是一個(gè)包括單純性脂肪肝病、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，NASH后肝硬化以及導(dǎo)致肝相關(guān)性死亡的肝病,病理上以炎癥、細(xì)胞凋亡、氣球樣變、Mallory玻璃樣變、纖維化等為特征的肝病。氧化應(yīng)激和炎癥因子(IL-6、TNF-α等)過表達(dá)通常被認(rèn)為是空氣污染持續(xù)對(duì)肝造成損傷的病因。Xu在實(shí)驗(yàn)中將小鼠暴露于不同濃度的PM2.5中發(fā)現(xiàn)小鼠的全身炎癥和氧化應(yīng)激顯著增加，與脂質(zhì)積累相關(guān)的基因表達(dá)如膽固醇從頭合成的關(guān)鍵酶3-羥基3-甲基戊二酰輔酶A還原酶、SREBP-1c、PPAR-γ等發(fā)生了上調(diào)；而對(duì)于減輕脂質(zhì)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累的基因表達(dá)如膽固醇分解的限速酶膽固醇7α-羥化酶、PPAR-α等出現(xiàn)下調(diào)[36，37]。并從處理組的肝臟組織病理中觀察到肝細(xì)胞的炎性浸潤(rùn)、脂肪變性、氣球樣變均有增加，并且隨著暴露時(shí)間的推移，上述病理變化也變的愈加嚴(yán)重，說明長(zhǎng)期吸入PM2.5會(huì)加重與NAFLD相關(guān)的脂質(zhì)代謝異常和肝臟內(nèi)脂質(zhì)的異常積累。轉(zhuǎn)氨酶升高在臨床上常常作為肝臟損傷的生化指標(biāo)，通過PM2.5處理后的小鼠發(fā)現(xiàn)ALT、AST和AKT的表達(dá)都會(huì)高于未經(jīng)處理的組別，而且隨著暴露濃度的增加，ALT、AST、AKT水平也會(huì)達(dá)到一個(gè)新的高度，并且在人群PM2.5暴露下的調(diào)查也出現(xiàn)了同樣的結(jié)果，尤其是ALT和GGT的上升，但是機(jī)制未明確，是由PM2.5直接或者間接引起這一過程需要進(jìn)一步的探索。PM2.5可以激活肝星狀細(xì)胞，同時(shí)誘導(dǎo)肝星狀細(xì)胞向成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)變使得細(xì)胞外基質(zhì)增多從而進(jìn)一步加重了肝纖維化的進(jìn)程，肝相關(guān)性死亡的風(fēng)險(xiǎn)也往往伴隨肝纖維化程度的加重而迅速增加，這一系列的炎癥、氧化應(yīng)激、脂質(zhì)異常積累均提高了NAFLD的風(fēng)險(xiǎn)值就此方面來看PM2.5在推動(dòng)NAFLD進(jìn)展的關(guān)系是難以忽視的。

5 結(jié)語

PM2.5無疑會(huì)對(duì)肝臟造成不良影響，但是這是一個(gè)長(zhǎng)期慢性的結(jié)局，此過程還需要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究以明確機(jī)制，為以后的治療提供幫助。目前可以確定PM2.5通過IR、肥胖、脂代謝異常來間接影響肝功能，或者直接通過肝內(nèi)的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)破壞肝臟正常的生理變化并可以加快肝臟疾病進(jìn)程。可是大部分的研究都是對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行的，而直接研究人群對(duì)PM2.5暴露，會(huì)涉及到暴露時(shí)間、醫(yī)療條件、經(jīng)濟(jì)狀況、地理因素等方面約束，毫無疑問這是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。因此具體PM2.5在人體上是否會(huì)和實(shí)驗(yàn)小鼠產(chǎn)生類似或者更加嚴(yán)重的結(jié)果還需進(jìn)一步的探索。但是以上結(jié)果都提醒我們?cè)缙趯?duì)PM2.5污染的治理，對(duì)于NAFLD的治療及預(yù)防會(huì)有很大的幫助。