肝病肌肉減少癥發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展*

藺 寧，孔 明 綜述，段鐘平 審校

全世界每年約有200萬(wàn)人死于肝病，其中一半死于肝病相關(guān)并發(fā)癥[1]。由于肝臟是人體重要的代謝器官，肝臟疾病時(shí)可出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)素代謝改變，引起一系列營(yíng)養(yǎng)相關(guān)并發(fā)癥，如營(yíng)養(yǎng)不良，肌肉減少癥和骨質(zhì)疏松等。其中肌肉減少癥是指全身性肌肉質(zhì)量降低和力量減退，機(jī)體生理功能障礙，并導(dǎo)致生活質(zhì)量下降，甚至死亡的綜合征，簡(jiǎn)稱(chēng)肌少癥(sarcopenia)[2]。肌少癥可影響高達(dá)70%的晚期肝病患者，使患者生活質(zhì)量和生存率降低，肝病并發(fā)癥和感染發(fā)生率增加，以及肝移植術(shù)后預(yù)后不良[2, 3]。研究表明，肌肉減少癥是肝病預(yù)后的重要預(yù)測(cè)因素[4]。但其發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，并且目前大多數(shù)治療以營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)等干預(yù)為主，尚缺乏療效肯定的針對(duì)發(fā)病機(jī)制的治療藥物。因此，本文將肝病肌少癥的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行總結(jié)，以便確定干預(yù)治療的靶點(diǎn)，改善臨床預(yù)后。

1 肝病患者肌肉減少癥的發(fā)病機(jī)制

1.1 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏和代謝改變 骨骼肌質(zhì)量是通過(guò)蛋白質(zhì)合成和分解以及骨骼肌再生能力之間的平衡來(lái)維持的，該過(guò)程需要多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)參與。在肝病患者中，腹脹、食欲降低等消化道癥狀導(dǎo)致進(jìn)食減少，肝病相關(guān)并發(fā)癥如胃腸道瘀血、腸道菌群紊亂等引起腸道吸收功能減弱，以及肝臟合成功能減退導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成障礙等，均可影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝入和吸收。另外，肝臟的高分解代謝狀態(tài)也使骨骼肌消耗增加，導(dǎo)致肝病患者出現(xiàn)肌肉減少[3]。研究發(fā)現(xiàn)，晚期肝病患者常出現(xiàn)蛋白質(zhì)和氨基酸代謝異常，表現(xiàn)為芳香族氨基酸(aromatic amino acids，AAA)水平升高，支鏈氨基酸(branched chain amino acid，BCAA)水平下降，導(dǎo)致血清支鏈氨基酸/芳香族氨基酸比值(BCAA/AAA)降低。芳香族氨基酸的增加是因?yàn)楦闻K合成功能減退和門(mén)體分流，肝臟和肌肉中蛋白質(zhì)降解釋放增加所致。而支鏈氨基酸的減少是因?yàn)樗鼌⑴c了骨骼肌中氨的處理，消耗增加[5]。低BCAA/AAA已證實(shí)與肝硬化相關(guān)并發(fā)癥肝性腦病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[6]。肌肉質(zhì)量的降低不僅受蛋白質(zhì)代謝異常的影響，還與碳水化合物和脂肪代謝異常有關(guān)。研究表明，肝病患者可出現(xiàn)糖異生增加、胰島素抵抗增加、脂解增加和酮體生成等營(yíng)養(yǎng)素代謝異常[2]，促使肌肉萎縮的發(fā)生。

1.2 激素水平異常 骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育受多種激素調(diào)節(jié)，其中最重要的是肌生成抑制素。肌生成抑制素是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)超家族成員，是一種強(qiáng)效自分泌生長(zhǎng)抑制劑，通過(guò)損傷哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1(mammalian target of rapamycin complex1，mTORC1)及其在Akt/mTORC1通路的下游信號(hào)反應(yīng)，抑制骨骼肌生長(zhǎng)，從而降低肌肉質(zhì)量。肌生成抑制素還可通過(guò)減少肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖和分化抑制肌肉生成[7]。

在對(duì)肝硬化患者的研究中發(fā)現(xiàn)，肝硬化是一種獲得性生長(zhǎng)激素抵抗?fàn)顟B(tài)，可導(dǎo)致胰島素樣生長(zhǎng)因子1(insulin like growth factor-1，IGF-1)、睪酮等促進(jìn)生長(zhǎng)的激素生成減少。并且其減少的程度與肝病嚴(yán)重程度相關(guān)[8]。IGF-1可通過(guò)激活A(yù)kt/mTORC1途徑，促進(jìn)骨骼肌蛋白質(zhì)合成。體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1還可以抑制肌生成抑制素mRNA表達(dá)，促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)。因此低水平IGF-1可導(dǎo)致骨骼肌肌肉萎縮。睪酮水平的降低也與肌少癥的發(fā)生相關(guān)，睪酮能夠通過(guò)抑制肌生成抑制素的產(chǎn)生，增加骨骼肌肌肉質(zhì)量[9]。一項(xiàng)體外研究中觀察到睪酮可以刺激肌細(xì)胞培養(yǎng)皿中衛(wèi)星細(xì)胞的有絲分裂，增加肌衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量，提高骨骼肌細(xì)胞內(nèi)氨基酸的利用率，增加蛋白質(zhì)合成。此外，睪酮還可通過(guò)增加骨骼肌內(nèi)Ca2+濃度促進(jìn)G蛋白相關(guān)受體的激活，有利于骨骼肌細(xì)胞生長(zhǎng)。在一項(xiàng)隨機(jī)試驗(yàn)研究中，對(duì)101例肝硬化、血清睪酮低的男性進(jìn)行12個(gè)月雙盲、安慰劑對(duì)照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示肌注睪酮后肌肉和骨骼質(zhì)量增加、脂肪減少，但沒(méi)有觀察到患者生存率增加[10]。

1.3 高氨血癥 氨在肝臟中代謝生成尿素。除了肝臟外，骨骼肌也是處理氨的主要場(chǎng)所。肝硬化患者出現(xiàn)肝細(xì)胞功能障礙和門(mén)體分流導(dǎo)致血氨升高，此時(shí)骨骼肌處理氨的作用尤其重要。因此肌肉質(zhì)量的降低會(huì)影響氨的解毒作用，反之亦然。高氨血癥通過(guò)激活p65核因子kB(NF-kB)介導(dǎo)的經(jīng)典途徑，誘導(dǎo)肌生成抑制素轉(zhuǎn)錄，上調(diào)其表達(dá)[11]，引起肌肉質(zhì)量降低。

高氨血癥還可通過(guò)肝-骨骼肌軸導(dǎo)致肌肉萎縮。骨骼肌中氨的積累，阻止α-酮戊二酸(α-Ketoglutaric acid，AKG)的生成。AKG是三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)的底物。AKG 生成減少，TCA循環(huán)受損，ATP合成減少。由于蛋白質(zhì)合成是一個(gè)消耗能量較大的過(guò)程，低濃度ATP導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少[12]。此外，骨骼肌中氨濃度增加會(huì)抑制脫氫酶，例如丙酮酸脫氫酶和AKG脫氫酶，使乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A生成減少，導(dǎo)致持續(xù)的線(xiàn)粒體功能障礙和蛋白質(zhì)合成受損。從而引起肌肉萎縮。

此外，高氨血癥還導(dǎo)致來(lái)自線(xiàn)粒體內(nèi)膜中電子傳遞鏈的復(fù)合物Ⅲ的電子泄露，使活性氧產(chǎn)生增加引起細(xì)胞損傷并誘導(dǎo)肌肉自噬[13]以及肌肉收縮性受損[14]。

1.4 泛素蛋白酶體途徑和自噬的激活 泛素蛋白酶體途徑(ubiquitin proteasome pathway，UPP)是肌肉蛋白質(zhì)水解的主要途徑，用來(lái)降解錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白。蛋白質(zhì)與泛素結(jié)合標(biāo)記后，在26S蛋白酶體降解。過(guò)度激活的UPP促使骨骼肌蛋白質(zhì)分解，導(dǎo)致肌肉萎縮。其特征是肌肉特異性E3型泛素-蛋白連接酶增加，調(diào)控骨骼肌中蛋白質(zhì)分解。Atrogin-1/MAFbx(muscle atrophy F-box protein)和MuRF-1(muscle-specific RING finger protein 1)是兩種常見(jiàn)的肌肉特異性E3型泛素-蛋白連接酶，可作為骨骼肌萎縮的早期標(biāo)志物[15]。Atrogin-1通過(guò)降解真核翻譯起始因子3(eIF3)，從而抑制蛋白質(zhì)合成，導(dǎo)致肌肉萎縮。MuRF-1通過(guò)降解肌球蛋白重鏈(MHC)、肌動(dòng)蛋白等肌肉結(jié)構(gòu)蛋白，導(dǎo)致肌肉質(zhì)量下降。此外，在肌少癥中主要降解的骨骼肌蛋白質(zhì)是肌原纖維蛋白，例如MHC，它是肌肉收縮過(guò)程中的關(guān)鍵組成部分，從而引起肌肉功能減退。肌肉自噬是通過(guò)UPP的激活介導(dǎo)的，慢性肝病中的炎癥、循環(huán)中的促炎細(xì)胞因子(如TNF-α和IL-6)增加均可上調(diào)UPP，激活自噬[7, 15]。

1.5 氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激也存在于骨骼肌萎縮過(guò)程中，其主要類(lèi)型是活性氧(reactive oxygen species , ROS)，ROS的增加可導(dǎo)致骨骼肌蛋白質(zhì)合成和降解失衡。ROS通過(guò)激活A(yù)trogin-1和MuRF-1的表達(dá)蛋白酶體依賴(lài)的蛋白質(zhì)降解，也可激活鈣蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶(caspase-3)，從而增加蛋白質(zhì)分解。研究報(bào)道在二氫三甲吡啶處理的慢性肝病小鼠模型中，小鼠出現(xiàn)肌肉質(zhì)量降低和力量減退，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)除ROS增加外，依賴(lài)于氧化應(yīng)激的蛋白質(zhì)修飾也增加，如4-羥基壬烯醛(4-HNE)和羰基化[15]。氧化損傷的收縮蛋白會(huì)堆積在骨骼肌中進(jìn)而損傷肌肉功能?？寡趸攀衬芊窀纳坡愿尾⌒∈蟮募∪鉁p少癥還有待研究。

1.6 身體活動(dòng)減少 研究報(bào)道，肝硬化患者和動(dòng)物模型身體活動(dòng)增加后，肌肉質(zhì)量得到改善[3, 15]，提示身體活動(dòng)是導(dǎo)致肌少癥的重要因素。研究表明，身體活動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的釋放，抑制炎癥反應(yīng)[16]。因此，身體活動(dòng)減少可引起炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致肌肉質(zhì)量降低和力量減弱。另外一項(xiàng)研究中，肝硬化患者接受抵抗力訓(xùn)練后， IGF-1上調(diào)，抑制肌生成抑制素生成，從而防止肌肉衰竭并維持身體功能[7]，但還需要更多證據(jù)證實(shí)。最近的研究顯示，慢性適度運(yùn)動(dòng)可減少小鼠肝臟、心臟和骨骼肌組織中的自噬通量，增加組織功能適應(yīng)[17]。但抑制肝病小鼠骨骼肌自噬機(jī)制的最佳運(yùn)動(dòng)類(lèi)型及運(yùn)動(dòng)頻率仍需探討。研究訓(xùn)練計(jì)劃時(shí)還應(yīng)考慮蛋白質(zhì)和碳水化合物的攝入情況。

1.7 腸道菌群失調(diào) 研究報(bào)道，肝硬化患者可出現(xiàn)腸道菌群改變和上皮細(xì)胞緊密連接喪失，從而引起腸道通透性增加，導(dǎo)致細(xì)菌代謝產(chǎn)物如內(nèi)毒素及脂多糖，被淋巴組織中的模型識(shí)別受體Toll4識(shí)別，介導(dǎo)炎性細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和白細(xì)胞介素6(interleukin 6，IL-6)，激活TNF-α和IL-6受體。此時(shí)機(jī)體處于慢性炎癥狀態(tài)，UPP活性增加，導(dǎo)致肌肉蛋白質(zhì)分解[18]。此外，肝細(xì)胞癌、免疫功能紊亂和門(mén)體分流均可導(dǎo)致腸道屏障功能受損，腸內(nèi)細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，從而使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)吸收障礙。此外，還可干擾機(jī)體代謝和影響腸道運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致細(xì)菌移位和感染相關(guān)并發(fā)癥，如自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎，進(jìn)而引起全身炎癥，導(dǎo)致肌肉質(zhì)量減少。但目前尚未獲得相關(guān)證據(jù)，腸道菌群改變對(duì)肌少癥的影響有待進(jìn)一步研究[3, 16]。

腸道內(nèi)的微生物代謝產(chǎn)物，如短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)已被證實(shí)是骨骼肌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝調(diào)節(jié)劑。目前研究表明，SCFA能夠促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞ATP生成，抑制骨骼肌蛋白質(zhì)分解和凋亡，增加蛋白質(zhì)合成、葡萄糖攝取及肌肉脂質(zhì)周轉(zhuǎn)，降低胰島素抵抗，從而維持骨骼肌質(zhì)量[19]。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠的抗生素治療可降低血清IGF-1并抑制骨骼肌生成，補(bǔ)充微生物代謝產(chǎn)物SCFA可使抗生素治療小鼠的IGF-1和骨骼肌質(zhì)量恢復(fù)到非抗生素治療的小鼠水平，表明腸道微生物代謝產(chǎn)物SCFA可能是增加血清IGF-1的一種重要機(jī)制[20]。

2 不同肝病引起肌肉減少的發(fā)病機(jī)制

2.1 酒精性肝病 與非酒精性肝病患者相比，酒精性肝病患者更易出現(xiàn)骨骼肌肌肉質(zhì)量減少[2]。酒精性肝硬化患者的全身蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝研究顯示，即使攝入足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，蛋白質(zhì)合成仍不足。具體機(jī)制為乙醇及其代謝產(chǎn)物乙醛可抑制mTORC1及其信號(hào)靶標(biāo)，使蛋白質(zhì)合成減少。乙醇還可損傷骨骼肌線(xiàn)粒體功能，線(xiàn)粒體功能受損導(dǎo)致ATP生成減少，從而損害蛋白質(zhì)合成[21]。肌肉量減少不僅因?yàn)榈鞍踪|(zhì)合成減少，同時(shí)也出現(xiàn)蛋白質(zhì)水解增加。研究報(bào)道酒精性肝病患者的肌肉自噬增加[22]。酒精性肝病患者的肌肉自噬并非通過(guò)UPP介導(dǎo)，因?yàn)橐掖技捌浯x產(chǎn)物可損害線(xiàn)粒體功能，從而抑制UPP。此時(shí)肌肉自噬的激活是由于線(xiàn)粒體功能受損導(dǎo)致的活性氧產(chǎn)生增加和細(xì)胞應(yīng)激。如前所述，乙醇及其代謝產(chǎn)物乙醛可抑制mTORC1使蛋白質(zhì)合成減少，與此同時(shí)還可以激活自噬。Akt/PKB1和AMPK是mTORC1上游調(diào)控因子，也是乙醇抑制mTORC1的潛在靶點(diǎn)。目前研究中AMPK的激活機(jī)制尚不清楚，在肝細(xì)胞和成肌細(xì)胞中的研究發(fā)現(xiàn)，乙醇磷酸化可激活肝細(xì)胞中的AMPK[23, 24]，而在另外一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，喂食乙醇的小鼠肌管和肌肉組織中AMPK的激活減少，說(shuō)明mTORC1和AMPK通過(guò)蛋白磷酸酶介導(dǎo)的機(jī)制去磷酸化[21]。

但目前酒精性肝病的體外和動(dòng)物模型研究?jī)H為短期酒精處理，不能等同于長(zhǎng)期存在的酒精性肝病。人體內(nèi)乙醇代謝產(chǎn)物乙醛具有細(xì)胞毒性，會(huì)損害尿素生成過(guò)程中的關(guān)鍵限速酶，鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)氨酶。因此在酒精性肝病患者中，即使沒(méi)有嚴(yán)重的肝功能障礙和門(mén)體分流，也會(huì)出現(xiàn)高氨血癥。乙醇攝入增加和高氨血癥在內(nèi)的其他代謝產(chǎn)物刺激增加共同導(dǎo)致酒精性肝病患者肌肉自噬。具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

2.2 膽汁淤積性肝病 膽汁淤積是指膽汁分泌及排泄障礙，有毒的膽汁酸和其他肝內(nèi)代謝物累積以及全身循環(huán)膽汁酸增加[25]。膽汁淤積性肝病，如原發(fā)性膽汁性膽管炎(primary biliary cirrhosisPBC)和原發(fā)性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis，PSC)引起膽汁酸代謝和分泌功能障礙，膽管腔內(nèi)膽汁鹽濃度降低，導(dǎo)致脂肪和脂溶性維生素吸收不良，例如A、D、E和K。膽汁淤積性肝病患者血漿中膽酸和脫氧膽酸增加。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，膽汁淤積小鼠較正常小鼠膽酸和脫氧膽酸升高、肌肉直徑減小和肌球蛋白重鏈(MHC)水平降低，當(dāng)小鼠的TGR5基因敲除后，膽汁淤積小鼠肌肉直徑和MHC水平與正常小鼠相似。這表明膽酸和脫氧膽酸引起骨骼肌萎縮的機(jī)制可能與膽汁酸受體TGR5有關(guān)[26]。

2.3 非酒精性脂肪性肝病 研究表明，骨骼肌肌肉質(zhì)量降低與非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)患病率增加獨(dú)立相關(guān)[27]，并且可使NAFLD患者胰島素抵抗增加[28]。骨骼肌是胰島素介導(dǎo)的葡萄糖代謝的重要器官，骨骼肌代謝功能異常會(huì)引起胰島素抵抗，使骨骼肌脂質(zhì)沉積、脂肪細(xì)胞功能紊亂和細(xì)胞分泌模式改變，從而導(dǎo)致肌肉萎縮[29]。此時(shí)NAFLD患者可同時(shí)出現(xiàn)骨骼肌質(zhì)量減少、脂肪組織增加和體脂百分比增高，稱(chēng)為少肌性肥胖。

2.4 肝移植術(shù)后 終末期肝病患者經(jīng)肝移植治療后出現(xiàn)體重和體重指數(shù)增加，然而增加的大部分是脂肪質(zhì)量，肌肉質(zhì)量仍減少。因此，肝移植術(shù)后出現(xiàn)少肌性肥胖的患者越來(lái)越多見(jiàn)[2, 30, 31]。但發(fā)病機(jī)制尚不清楚，有研究報(bào)道皮質(zhì)類(lèi)固醇和mTOR抑制劑對(duì)骨骼肌有負(fù)性作用，可導(dǎo)致肝移植術(shù)后肌肉減少的發(fā)生[1]，仍需要更多證據(jù)證實(shí)。

3 總結(jié)

肌肉減少癥是肝臟疾病的常見(jiàn)營(yíng)養(yǎng)相關(guān)并發(fā)癥，且預(yù)后不良。肝病肌肉減少的主要機(jī)制包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏和代謝改變、激素水平異常、高氨血癥、泛素蛋白酶體途徑和自噬的激活等。不同病因的肝病涉及機(jī)制不甚相同。但目前臨床上肌少癥的治療以營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)等干預(yù)為主，研發(fā)針對(duì)肝病患者肌少癥相關(guān)信號(hào)通路關(guān)鍵蛋白的治療藥物刻不容緩。PIK3/AKT信號(hào)通路的激活劑、外源性IGF-1、mTOR調(diào)節(jié)劑和AMPK激活劑等都是較有潛力的肌少癥治療藥物，但其療效及能否改善肝病患者預(yù)后有待大規(guī)模臨床試驗(yàn)研究。