非酒精性脂肪性肝病的病理生理機制研究進展

吳鐘英 綜述 李鵬 審校(貴州省貴陽市公共衛(wèi)生救治中心，貴州 貴陽 550000)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是上世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的一種代謝綜合征，其主要特征是脂質(zhì)在肝臟中蓄積，且脂質(zhì)蓄積的量大于肝總重量的5%，并排除長期大量飲酒[1]。該病不僅已成為世界上大部分地區(qū)最常見的慢性肝病，而且在西方發(fā)達國家發(fā)病率是第一位[2]。近20年來，NAFLD在慢性肝病中的比例由47%上升到75%，預(yù)計將在未來10年內(nèi)成為肝硬化、原發(fā)性肝癌(HCC )的主要原因[3]。該病發(fā)病率較高與肥胖密切相關(guān)。肥胖的主要病因是由于高熱量飲食和低體力活動，其直接后果為胰島素抵抗(IR)和血脂異常，上述危險因素得不到緩解，誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體功能異常、星狀細胞活化促進NAFLD的發(fā)生、發(fā)展。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)是真核細胞中膜狀細胞器，是蛋白質(zhì)合成、折疊、修飾、轉(zhuǎn)運的場所，參與脂質(zhì)和類固醇合成，以及鈣離子(Ca2+)儲存，在維持細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要的作用。當(dāng)缺氧、缺血、炎性因子釋放等應(yīng)激導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)堆積過量的未折疊、錯誤折疊蛋白質(zhì)，誘發(fā)一系列反應(yīng)叫做內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)[4]。

1.1ERS通路 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不僅是蛋白質(zhì)折疊加工與質(zhì)量控制的場所，也是細胞內(nèi)調(diào)控鈣離子穩(wěn)態(tài)及多種脂類合成的重要細胞器，其內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定對于細胞的正常生理功能至關(guān)重要。正常情況下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)將合成、加工修飾后的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到高爾基復(fù)合體，并作為膜蛋白或分泌蛋白發(fā)揮生理作用。當(dāng)ER腔內(nèi)積累過多錯誤折疊或未折疊蛋白時，ER平衡遭到破壞，細胞將啟動未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)[5]，通過增強ER內(nèi)蛋白折疊、促進自噬和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解 (ERAD) 等方式增強ER對錯誤折疊或未折疊蛋白的清除能力。當(dāng)前認(rèn)為主要由3種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜跨膜蛋白介導(dǎo)UPR，分別是：肌醇依賴酶l ( IRE1)、蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶 (PERK)和活化轉(zhuǎn)錄因子6 (ATF6 )[6]這三條信號通路在維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)及緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)揮重要作用。(1)IRE1通路：IREl位于真核細胞ER膜上的I型跨膜蛋白上，具有激酶和內(nèi)切酶活性的蛋白質(zhì)[7]。正常情況下，IRE1在ER腔內(nèi)與分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78 ( GRP78 )結(jié)合，處于失活狀態(tài)。當(dāng)ERS條件下，IRE1與GRP78解離，活化的IREl剪切并編碼x盒結(jié)合蛋白1(XBP1)，XBP1激活下游UPR的基因表達，可促進蛋白質(zhì)的折疊、ER相關(guān)蛋白降解( ERAD )、蛋白質(zhì)易位[8]。(2)PERK通路：PERK位于ER膜上的I型跨膜激酶，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時與結(jié)合免疫球蛋白蛋白(BIP)解離并發(fā)生二聚化和反式自身磷酸化激活，PERK活化后能夠磷酸化起始因子2α(EIF-2α)，使其阻斷多肽鏈合成的起始階段, 阻止啟動蛋白質(zhì)翻譯的功能, 促進胞內(nèi)蛋白整體合成水平下調(diào)[9]。(3)ATF6通路：ATF6是一種II型ER跨膜蛋白，與ER膜共價結(jié)合，當(dāng)其胞內(nèi)錯誤/未折疊蛋白聚集激活A(yù)TF6，ATF6先轉(zhuǎn)入高爾基體，由高爾基體蛋白酶S1P和S2P對該分子進行切割，產(chǎn)生較短的ATF6片段，ATF6片段進入細胞核內(nèi)，促進錯誤/未折疊蛋白反應(yīng)靶分子等基因轉(zhuǎn)錄激活編碼XBP-1、CHOP等基因[10]，上調(diào)ERAD途徑的組分蛋白[11]。

1.2ERS與肝臟代謝紊亂 高脂飲食或IR引起機體游離脂肪酸升高，升高的脂肪酸促進肝細胞對脂質(zhì)的攝取及合成增加，當(dāng)脂質(zhì)在肝臟內(nèi)積累超出肝細胞的代償能力時，UPR通路被異常激活，IRE1的激活通過上調(diào)NF-κB的表達，引發(fā)肝細胞炎癥因子如IL-1β、TNF-α的分泌增加，巨噬細胞向肝臟遷移增多，同時TNF-α也會誘導(dǎo)肝細胞凋亡，導(dǎo)致肝細胞損傷，加重NASH[12]。PERK通過增加NF-κB的活性促進炎癥因子的分泌并引發(fā)炎癥，而ATF6可以通過磷酸化AKT來激活NF-κB。最近的研究表明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的脂質(zhì)飽和可以獨立于未折疊蛋白激活UPR，支持脂質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)中的直接作用。研究已證實，從肝細胞脂肪樣變到肝細胞炎癥的發(fā)生，ERS貫穿整個過程，可見內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在NAFLD中發(fā)揮重要作用。

2 線粒體功能異常

線粒體的主要功能是氧化磷酸化為機體提供充足的供能[13]，并參與細胞多種功能：如脂肪酸的β氧化、細胞內(nèi)Ca2+平衡調(diào)節(jié)、活性氧簇( ROS )的產(chǎn)生、膽固醇及激素的合成等[14]。能引起的線粒體數(shù)目、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、功能的變化的各種因素均可導(dǎo)致其功能障礙[15]。研究[16]表明，線粒體功能障礙與代謝性疾病等多種疾病關(guān)系密切，對肝臟細胞存活產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致肝細胞代謝紊亂，引發(fā)慢性肝損傷。

2.1線粒體氧化應(yīng)激 研究[17]發(fā)現(xiàn)，長期高脂、高糖飲食，肝細胞中游離脂肪酸升高超過細胞代謝負(fù)荷時，會誘導(dǎo)大量的ROS產(chǎn)生損傷線粒體，受損的線粒體產(chǎn)生更多的ROS，最終導(dǎo)致NASH的發(fā)生，該過程涉及JNK和AMPK等信號通路異常表達。研究[18]證明，通過上調(diào)抗氧化反應(yīng)基因的表達，增加線粒體ATP的生成，減少ROS生成，線粒體氧化應(yīng)激反應(yīng)減弱，進一步降低 NASH 炎癥反應(yīng)程度。此外，肝細胞抗氧化因子如：谷胱甘肽、輔酶泛醌、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等分泌減少與肝脂肪性病變的嚴(yán)重程度關(guān)系密切[19]。研究[20-21]顯示，NAFLD患者中谷胱甘肽在線粒體中水平明顯下降，這與膽固醇水平在線粒體內(nèi)膜的上升，阻礙谷胱甘肽向線粒體轉(zhuǎn)移有關(guān)。各種因素導(dǎo)致ROS生成過多，線粒體呼吸鏈功能紊亂，進一步加重ATP生成不足、氧化應(yīng)激異常等，而呼吸鏈功能紊亂、ATP生成不足以及脂肪酸代謝紊亂再進一步促進ROS的大量產(chǎn)生，最終加劇線粒體功能障礙，促進NAFLD的進展。

2.2線粒體脂質(zhì)代謝異常 線粒體是脂肪酸氧化和ATP合成的重要場所，當(dāng)線粒體內(nèi)脂肪酸堆積或脂肪酸氧化異常時，ATP合成能力降低，可導(dǎo)致肝細胞損傷和肝細胞死亡，引發(fā)NASH。研究發(fā)現(xiàn)，在NAFLD患者和小鼠模型中均存在脂肪酸β氧化和ATP合成降低的異?，F(xiàn)象，這充分說明線粒體在能量代謝和NAFLD中扮演重要角色。腺苷單磷酸活化蛋白激酶(AMPK)和過氧化物酶體增殖物激活受體a(PPARa)是將線粒體和細胞代謝串聯(lián)起來的重要信號通路。AMPK是細胞能量代謝變化的感受器，激活后提高脂質(zhì)代謝相關(guān)酶類活性，加快脂質(zhì)分解代謝氧化供能，改善細胞對胰島素的敏感性，加強細胞對葡萄糖的攝取。AMPK也可以通過抑制脂肪酸合成酶、乙酰輔酶A羧化酶活性減少脂質(zhì)的合成，抑制過多的脂質(zhì)在肝細胞中沉積沉積[22]。而PPARa主要是通過調(diào)控脂質(zhì)代謝相關(guān)基因來實現(xiàn)對能量代謝的影響。當(dāng)細胞中PPARa表達水平下降時，脂肪酸氧化酶基因水平也隨之降低，影響細胞對脂肪酸的氧化利用，最終出現(xiàn)細胞能量代謝異常。PPARa作為脂質(zhì)能量代謝通路上關(guān)鍵基因，還與法尼醇X受體通路進行交匯，協(xié)同調(diào)控葡萄糖、脂肪酸、膽汁酸的代謝，從而影響能量代謝，在NAFLD的發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。線粒體損傷會引起ATP生成不足、ROS過度生成，而這些功能異常會導(dǎo)致線粒體的二次損傷，加劇肝細胞損傷，形成惡性循環(huán)促進NAFLD的進展。

3 星狀細胞的活化

在肝纖維化生成過程中，需要多種不同類型細胞協(xié)同作用，其中HSC是主要的膠原生成效應(yīng)細胞，而庫普弗細胞和肝細胞參與纖維生成的輔助調(diào)節(jié)。在正常肝臟中，HSC處于靜止?fàn)顟B(tài)，但在肝細胞受到刺激時被激活，HSC由靜止表型向活化表型轉(zhuǎn)變，成為主要產(chǎn)生細胞外基質(zhì)的細胞類型[23]。而Kupfer細胞通過分泌如轉(zhuǎn)化生長因子β/Smad3(TGF-β /SMAd3)啟動肝纖維化，同時也促進星狀細胞增殖，維持肌成纖維細胞表型，并通過TGF-β/SMAd3信號通路促進膠原合成[24]。TGF-β/SMAd3下游有許多促纖維化介質(zhì)，最重要的是NOX4[25]和結(jié)締組織生長因子(CTGF)[26]?；罨腍SC的遷移和增殖是纖維化的兩個基本特征，而這兩個特征的維持是依賴TGF-β刺激來實現(xiàn)的，當(dāng)然也受三磷酸鳥苷(Rho GTPase)信號和血小板源性生長因子(PDGF)受體β表達的刺激[27]。與炎癥反應(yīng)類似，LPS誘導(dǎo)TLR4介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是纖維化的重要調(diào)節(jié)因子。而TLR4是通過激活NF-κB并表達NF-κB依賴的基因觸發(fā)炎癥樣反應(yīng)。雖然這種炎癥通路不能直接促進HSC的活化，但它能增強HSC對TGF-β的促成纖維反應(yīng)能力。肝纖維化的發(fā)展過程涉及細胞因子和趨化因子介導(dǎo)的HSC表型變化，這些變化也有利于細胞外基質(zhì)的重塑及沉積[28]。此過程包括：HSC的增殖受生長因子的刺激，如PDGF，通過Ras/Erk和Ras/PI3K信號通路，促進有絲分裂信號傳導(dǎo)。HSC的趨化，Kupfer細胞和脂肪細胞釋放的PDGF和MCP-1是HSC最重要的趨化因子。內(nèi)皮細胞外基質(zhì)被活化的HSC釋放的金屬蛋白酶(MMP)-2和-3降解，并被膠原纖維取代[29]，是肝纖維化初始重構(gòu)的重要部分。釋放細胞因子(如TGF-β1、PDGF等)的放大效應(yīng)[30]，從而通過自分泌機制維持星狀細胞的激活狀態(tài)。

4 結(jié)論與展望

NAFLD的發(fā)病率正快速增長，使其成為最常見的疾病，其發(fā)病機制特別復(fù)雜，涉及到遺傳和環(huán)境因素的相互作用。目前普遍認(rèn)為，當(dāng)大量FFa聚集在肝細胞中，引起ROS過度生成、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)激、線粒體損傷，促進NAFLD進展。最終由此產(chǎn)生的細胞損傷，觸發(fā)免疫介導(dǎo)的肝細胞損傷和凋亡機制，誘發(fā)星狀細胞激活和纖維組織的生成，最終發(fā)展為肝硬化、肝癌。在過去的幾年里，關(guān)于NAFLD發(fā)病機制的研究積累了大量的數(shù)據(jù)，但目前還沒有針對該病公認(rèn)可行的療法。因此，去除病因、積極治療原發(fā)病、堅持合理飲食、加強運動，改變不良的生活方式是治療的根本。由于肝活檢通常不能被廣泛推薦，因此需要能夠預(yù)測病情變化或監(jiān)測治療反應(yīng)的敏感生物標(biāo)志物。隨著廣大科研工作者對NAFLD發(fā)病機制的關(guān)鍵問題進行深入研究，在細胞、動物和人類肝臟疾病模型中進行廣泛的驗證，將會建立新的公認(rèn)可行的診斷及生物預(yù)測指標(biāo)，使NAFLD能夠得到更有效地防治。