脂滴包被蛋白perilipin 5在非酒精性脂肪性肝病中的研究進(jìn)展

孫祥云 劉天會(huì)

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是一種與胰島素抵抗及遺傳易感密切相關(guān)的代謝應(yīng)激性肝損傷。隨著肥胖和代謝綜合征發(fā)病率的不斷增加，NAFLD已成為全球及我國(guó)的第一大慢性肝病[1]。彌漫性的肝細(xì)胞脂肪變是NAFLD主要的病理表現(xiàn)，其特點(diǎn)是過(guò)多的脂質(zhì)以脂滴(lipid droplets，LDs)的形式存在于肝細(xì)胞中。perilipin 5(Plin5)是一種位于LDs外膜上的蛋白，被稱(chēng)為脂滴包被蛋白或圍脂滴蛋白。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)Plin5在脂毒性、胰島素抵抗、肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells，HSCs)活化等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。本文將對(duì)Plin5在NAFLD中的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、Perilipin 5概述

LDs外膜上存在多種與LDs功能相關(guān)的蛋白，其中Perilipin家族是肝臟中最主要的LDs蛋白之一，目前有五個(gè)成員 (Perilipin 1～5，Plin 1～5)，在脂滴的生物合成、穩(wěn)定性及降解過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[2]。Plin5，早期又被稱(chēng)為心肌脂滴蛋白(myocardial lipid droplet protein，MLDP)或脂質(zhì)儲(chǔ)存液滴蛋白(lipid storage droplet protein 5，LSPD5)等，是Perilipin家族中最新發(fā)現(xiàn)的成員[3]。

小鼠Plin5的基因位于17號(hào)染色體上；人Plin5的基因位于19號(hào)染色體上，編碼由463個(gè)氨基酸組成的分子量約51400的蛋白[4]。Plin5是過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferators-activated receptor alpha，PPAR-α)的靶基因，在禁食及胰島素缺乏的情況下，肝臟中的Plin5通過(guò)PPAR-α依賴(lài)的方式表達(dá)[4, 5]。較早期的研究認(rèn)為，Plin5主要富集在氧化水平高的組織中，如肝臟、心臟、骨骼肌、棕色脂肪組織等[4, 6]。然而，最近有研究發(fā)現(xiàn)Plin5在人體中廣泛表達(dá)，以骨骼肌中含量最高，其次是皮膚、肝臟和唾液腺[7]。

二、Plin5在LDs形成及脂代謝調(diào)控中的作用

根據(jù)細(xì)胞代謝狀態(tài)的不同，Plin5在細(xì)胞中的分布會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。在基礎(chǔ)代謝水平，甘油三酯(triglyceride，TG)合成不活躍，Plin5主要存在于胞質(zhì)中；而在TG合成活躍時(shí)，Plin5則以與LDs外膜結(jié)合的狀態(tài)存在[8]，提示Plin5可能影響TG的合成及LDs的形成。進(jìn)一步的研究顯示，Plin5可以促進(jìn)LDs與線粒體相互接觸，與脂滴結(jié)合的線粒體具有較強(qiáng)的ATP合成功能，為T(mén)G的合成提供能量[9]。如果特異性過(guò)表達(dá)小鼠肝臟中的Plin5，肝臟中TG的含量及LDs的數(shù)量顯著增加[10]。電鏡結(jié)果顯示，在野生型小鼠心臟中，LDs較大且靠近線粒體；而在Plin5-/-基因敲除小鼠的心臟中，LDs明顯變小，且與線粒體接觸減少。這些現(xiàn)象表明Plin5可以調(diào)控LDs與線粒體的接觸，促進(jìn)TG合成并儲(chǔ)存在脂滴中[11]。

超分辨率顯微鏡顯示Plin5以點(diǎn)狀分布的方式定位于LDs表面[12]。在基礎(chǔ)代謝及正常進(jìn)食狀態(tài)下，位于LDs外膜上的Plin5可以分別與ATGL(adipose triglyceride lipase)脂肪酶及ATGL脂肪酶激活劑CGI-58(comparative gene identification-58)結(jié)合，阻斷ATGL與CGI-58的相互作用，從而抑制TG過(guò)度脂解。在禁食和cAMP升高的情況下，蛋白激酶A磷酸化Plin5蛋白155位絲氨酸位點(diǎn)(Plin5-S155A)，導(dǎo)致Plin5與CGI-58解離，CGI-58激活A(yù)TGL催化TG分解為甘油二酯，甘油二酯依次被激素敏感脂肪酶和單酰基甘油脂肪酶降解。最后產(chǎn)生的脂肪酸直接進(jìn)入鄰近的線粒體進(jìn)行β-氧化[13-15]。上述研究表明，Plin5可以根據(jù)細(xì)胞代謝的需要，在低能量狀態(tài)下保護(hù)線粒體免受過(guò)多的脂肪酸負(fù)荷，在高能量需求狀態(tài)下促進(jìn)脂肪酸動(dòng)員和氧化，維持細(xì)胞功能的穩(wěn)定。

三、Plin5在NAFLD發(fā)生過(guò)程中可能的作用及機(jī)制

(一)Plin5在NAFLD中的表達(dá)變化 Hashani等的臨床研究結(jié)果顯示，與正常對(duì)照組相比，NAFLD患者肝組織中Plin5表達(dá)增加，但個(gè)體差異較大，其表達(dá)量與脂肪變性程度不是線性相關(guān)的[7]。在NASH患者肝組織氣球樣變的肝細(xì)胞中，Plin5從胞質(zhì)中被募集至LDs周?chē)?，但表達(dá)水平無(wú)明顯改變。Pawella等建立了急性脂變和慢性脂變的肝細(xì)胞模型，觀察了LDs成熟過(guò)程中Plin5的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，在LDs形成早期，LDs上的Plin5含量較低；隨著LDs的逐漸增大，Plin5含量逐漸增加；而在LDs成熟的后期，Plin5含量逐漸減少。上述結(jié)果提示，Plin5的表達(dá)水平在NAFLD發(fā)展的不同階段可能呈動(dòng)態(tài)改變[16]。在高脂飲食誘導(dǎo)24周的NAFLD小鼠模型中，肝組織Plin5的表達(dá)增加；與Plin5蛋白水平相比，mRNA水平增加并不明顯，這表明Plin5表達(dá)存在轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)[17]。在未來(lái)的研究中，需要對(duì)NAFLD患者根據(jù)嚴(yán)重程度進(jìn)行分層，或者在NAFLD動(dòng)物模型中動(dòng)態(tài)觀察Plin5表達(dá)的變化，進(jìn)一步明確Plin5與NAFLD發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性。

(二)Plin5通過(guò)調(diào)控線粒體與LDs相互作用增強(qiáng)線粒體功能 線粒體功能異常被認(rèn)為是NAFLD發(fā)病過(guò)程，特別是在NAFL發(fā)展至NASH過(guò)程中的關(guān)鍵事件之一[18]。與正常組相比，單純肥胖人群、肥胖伴NAFL人群肝組織線粒體呼吸鏈功能上調(diào)4.3～5.0倍，而肥胖伴NASH患者的線粒體呼吸鏈功能則下降至31%～40%，呼吸鏈復(fù)合體I-V的表達(dá)均明顯降低[19]。

Benador等的研究發(fā)現(xiàn)，Plin5可以通過(guò)羧基末端20個(gè)高度保守的氨基酸序列促進(jìn)線粒體和LDs相互接觸，形成脂周線粒體(peridroplet mitochondria，PDM)[9]。Keenan等特異性敲除肝細(xì)胞中的Plin5，結(jié)果顯示，LDs與線粒體之間的接觸顯著減少[20]。與細(xì)胞中獨(dú)立存在的胞質(zhì)線粒體(cytoplasmic mitochondria，CM)相比，PDM具有較強(qiáng)的丙酮酸氧化、呼吸鏈電子傳遞及ATP合成能力，而脂肪酸氧化能力相對(duì)較低[9]。PDM有助于將過(guò)多的脂肪酸合成TG，儲(chǔ)存在LDs中，減少肝細(xì)胞脂毒性。Shum等提出，調(diào)控PDM的形成有可能成為NAFLD新的治療策略[21]。

(三)Plin5可以對(duì)抗NAFLD脂毒性 脂毒性是指非脂肪組織中脂質(zhì)的異常累積所產(chǎn)生的有害作用。在NAFLD發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，高熱量飲食、脂肪分解及肝臟中脂肪酸從頭合成增加，導(dǎo)致肝細(xì)胞中脂質(zhì)含量升高；當(dāng)脂肪酸的儲(chǔ)存、利用及輸出能力不能代償時(shí)，導(dǎo)致包括線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器功能障礙引起的細(xì)胞損傷和死亡[22, 23]。游離脂肪酸是引起脂毒性的主要分子，是導(dǎo)致NAFL向NASH及其相關(guān)纖維化、肝硬化進(jìn)展的關(guān)鍵因素[24]。

作為脂滴包被蛋白，Plin5可以促進(jìn)TG的合成，將脂肪酸以TG的形式儲(chǔ)存于LDs中，緩沖肝細(xì)胞中多余的游離脂肪酸，保護(hù)細(xì)胞免于脂毒性；另一方面，Plin5還可以抑制TG的脂解，減少游離脂肪酸的生成[25]。如果將Plin5敲除，肝臟脂變減輕，但脂肪分解產(chǎn)生的游離脂肪酸增加，引起脂毒性損傷[26]。當(dāng)細(xì)胞中脂肪酸含量增加時(shí)，線粒體與LDs接觸面Plin5增加，介導(dǎo)脂肪酸直接從LDs流向線粒體[12, 27]，有助于脂肪酸的氧化利用。脂肪酸直接從LDs而不是從游離的胞質(zhì)池到達(dá)線粒體，可能是減少胞質(zhì)中高濃度脂肪酸毒性的有效方法[28]。盡管大多數(shù)的研究均顯示Plin5對(duì)NAFLD脂毒性有一定的保護(hù)作用，但Asimakopoulou等的研究顯示，在高脂飲食喂養(yǎng)的Plin5敲除小鼠中脂變程度、肝細(xì)胞的氣球樣變、炎癥以及ALT等肝損傷標(biāo)志物均有一定程度的改善[29]。

(四)Plin5可以降低細(xì)胞氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是脂毒性的主要表現(xiàn)之一，在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。在Plin5敲除或敲低小鼠中，線粒體數(shù)量增加和脂肪酸β氧化水平增加，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)活躍，引起氧化應(yīng)激[25, 26]。外源性的Plin5可以提高HSCs中GSH和GSH/GSSG比值，降低細(xì)胞內(nèi)活性氧ROS和脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物，減輕HSCs的氧化應(yīng)激[30]。Tan等的研究表明，Plin5可以通過(guò)促進(jìn)肝細(xì)胞LDs和線粒體接觸，上調(diào)線粒體功能相關(guān)基因，從而降低細(xì)胞ROS水平，保護(hù)肝細(xì)胞免受氧化應(yīng)激[31]。Zhu等研究發(fā)現(xiàn)，Plin5可以通過(guò)調(diào)控PI3K/ERK介導(dǎo)的Nrf2-ARE信號(hào)通路減輕胰腺β細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷[32]。

(五)Plin5對(duì)胰島素抵抗的調(diào)節(jié)作用 NAFLD患者常伴有胰島素抵抗[33]，胰島素抵抗可使脂肪細(xì)胞中的胰島素敏感性脂解酶保持活性，增加脂肪的降解，導(dǎo)致血漿中游離脂肪酸增加，促使肝細(xì)胞攝取游離脂肪酸[34]。肝細(xì)胞內(nèi)大量的游離脂肪酸在線粒體氧化，產(chǎn)生大量活性氧，引起氧化應(yīng)激和線粒體功能損傷，造成NAFLD的“二次打擊”，最終引起NASH及肝纖維化的發(fā)生。

在脂質(zhì)負(fù)荷增加的情況下，Plin5參與胰島素敏感性的維持。肝臟靶向過(guò)表達(dá)Plin5，肝脂肪變性增加，但并未影響葡萄糖穩(wěn)態(tài)；相反，血清胰島素水平降低，胰島素敏感性增強(qiáng)[10]。Keenan等構(gòu)建了Plin5基因肝細(xì)胞特異性敲除小鼠，結(jié)果顯示肝臟胰島素抵抗加重，提示Plin5可能具有抗胰島素抵抗的作用[20]。在Plin5基因全身敲除小鼠中，高脂飲食引起的肝臟胰島素抵抗得到改善，而骨骼肌中的胰島素抵抗加重，提示Plin5對(duì)胰島素抵抗的調(diào)節(jié)作用可能具有組織特異性[35]。禁食可以引起LDs表面Plin5蛋白含量增加，有助于減輕脂質(zhì)誘導(dǎo)的胰島素抵抗。甘油二酯等水平的升高與胰島素敏感性的減低相關(guān)，Plin5過(guò)表達(dá)的LDs中甘油三酯和膽固醇酯的含量增加，而甘油二酯含量降低，這可能是Plin5改善脂質(zhì)誘導(dǎo)胰島素抵抗的原因之一[36]。然而，另一項(xiàng)研究表明Plin5包被的LDs并不會(huì)影響胰島素的敏感性[37]。

(六)Plin5可以抑制HSCs活化 HSCs活化增殖是各種病因肝纖維化發(fā)生的中心環(huán)節(jié)[38]，抑制HSCs活化對(duì)肝纖維化的逆轉(zhuǎn)至關(guān)重要。細(xì)胞核周?chē)嬖诘拇驦Ds是靜息狀態(tài)HSCs的標(biāo)志，在損傷應(yīng)答時(shí)，靜息狀態(tài)的HSCs中LDs消失或者變成小LDs，從原有的細(xì)胞核周?chē)莆恢良?xì)胞遠(yuǎn)端，成為激活狀態(tài)的HSCs?；罨腍SCs分泌Ⅰ型、III型膠原等細(xì)胞外基質(zhì)，促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生[39]。

研究發(fā)現(xiàn)，Plin5在靜息狀態(tài)的HSCs中高表達(dá)，在活化的HSCs中表達(dá)降低。在已經(jīng)活化的HSCs中，過(guò)表達(dá)Plin5可以激活A(yù)MPK/L-Fabp信號(hào)通路，促進(jìn)脂質(zhì)合成相關(guān)基因SREBP-1、ACC、PPAR-γ等的表達(dá)，LDs形成增加，HSCs恢復(fù)靜息狀態(tài)[30, 40]。Cierpka等的研究發(fā)現(xiàn)，Plin5可以抑制TGF-β1激活的SMAD2/3、SNAIL及STAT3信號(hào)通路，進(jìn)而減少Ⅰ型膠原、纖連蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生[41]。上述研究顯示，Plin5有助于維持HSCs的靜息狀態(tài)，并可使已經(jīng)活化的HSCs恢復(fù)靜息狀態(tài)。靶向調(diào)控HSCs中Plin5的表達(dá)有可能成為抗NAFLD相關(guān)肝纖維化的新治療策略。

四、總結(jié)與展望

在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中，脂滴包被蛋白Plin5發(fā)揮著重要的作用。Plin5可以促進(jìn)TG合成及LDs形成，抑制脂解，對(duì)抗肝細(xì)胞中游離脂肪酸的脂毒性；促進(jìn)PDM的形成以增強(qiáng)線粒體的功能，減少氧化應(yīng)激損傷；還可以抑制HSCs的活化。目前，Plin5在NAFLD中的作用還存在一些矛盾之處，這可能與Plin5功能的組織特異性、細(xì)胞特異性有關(guān)。在NAFLD發(fā)展的不同階段，由于代謝需求的不同，Plin5也可能發(fā)揮不同的功能。深入闡明Plin5在NAFLD不同階段的作用及調(diào)控機(jī)制，將為Plin5作為NAFLD治療靶點(diǎn)提供更加充分的理論依據(jù)。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。