氧化應(yīng)激及炎癥因子在代謝相關(guān)脂肪性肝病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展▲

蘇會(huì)吉 顏耿杰 彭子明 毛德文 龍富立

(1 廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院,廣西南寧市 530200;2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝病科,廣西南寧市 530022)

【提要】 代謝相關(guān)脂肪性肝病(MAFLD)是全球慢性肝臟疾病的主要類型,我國(guó)成人MAFLD的患病率呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì),現(xiàn)已成為僅次于病毒性肝炎的第二大肝病?！岸未驌簟崩碚撌荕AFLD從肝細(xì)胞單純性脂肪變性發(fā)展為脂肪性肝炎進(jìn)而形成肝硬化的主要原因,這個(gè)過程包含多種與氧化應(yīng)激及炎癥因子相關(guān)的因素,如線粒體功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、鐵積聚、菌群失調(diào)等。本文對(duì)氧化應(yīng)激及炎癥因子在MAFLD中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述,旨在為MAFLD的診療尋找新靶點(diǎn)。

代謝相關(guān)脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD) 是以代謝功能障礙為特征,與代謝紊亂、炎癥相關(guān)的應(yīng)激性肝損傷,隨著病情的進(jìn)展可導(dǎo)致肝硬化甚至肝癌[1]。2018年該病的全球患病率高達(dá)25%,而在我國(guó)的患病率已升至28.7%,且逐漸表現(xiàn)為低齡化,嚴(yán)重威脅人們的健康,加重社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。目前,MAFLD被認(rèn)為是由多次打擊引起的系統(tǒng)性穩(wěn)態(tài)失調(diào)的結(jié)果。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),MAFLD主要與胰島素抵抗、線粒體功能障礙、應(yīng)激損傷、代謝紊亂和炎癥等因素相關(guān)[3]。隨著人們生活方式、飲食習(xí)慣的變化,MAFLD發(fā)病率日趨升高,但目前尚未見有關(guān)根治MAFLD的藥物研究報(bào)告,MAFLD的發(fā)病機(jī)制與防治已成為代謝領(lǐng)域一個(gè)備受關(guān)注的研究方向。本文對(duì)氧化應(yīng)激及炎癥因子在MAFLD中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述,旨在為MAFLD的診療尋找新靶點(diǎn)。

1 MAFLD概述

1.1 MAFLD的特點(diǎn) MAFLD是一種代謝性疾病,其特征是肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)堆積而導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷、凋亡,造成肝臟炎癥及肝纖維化[4]。MAFLD發(fā)病與長(zhǎng)期飲酒、肥胖、營(yíng)養(yǎng)失調(diào)有關(guān)[5]。研究發(fā)現(xiàn),MAFLD與腦卒中、心血管疾病、多囊卵巢綜合征、高尿酸血癥、骨質(zhì)疏松、糖尿病等慢性疾病密切相關(guān)[6]。該病早期無明顯特異性,發(fā)病過程比較隱匿,當(dāng)肝臟出現(xiàn)炎癥時(shí),表現(xiàn)為肝酶升高,若不加以控制,病情持續(xù)發(fā)展,將會(huì)進(jìn)展為肝纖維化進(jìn)而形成肝硬化。

1.2 MAFLD的發(fā)病機(jī)制 MAFLD是遺傳因素和外部環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。“二次打擊”理論中,第一次打擊指胰島素抵抗,第二次打擊指氧化應(yīng)激和脂質(zhì)氧化。該理論認(rèn)為,胰島素抵抗及久坐的生活方式、不健康的飲食模式是肝臟脂質(zhì)過度積累的原因;三酰甘油的積聚促進(jìn)脂肪酸氧化和氧化應(yīng)激增加;氧化應(yīng)激會(huì)引發(fā)脂質(zhì)過氧化、線粒體損傷和促炎因子的釋放,從而促進(jìn)脂肪變性進(jìn)展為脂肪性肝炎和肝纖維化?！岸嘀卮驌簟崩碚撝卸喾N協(xié)同作用的因子參與了MAFLD的發(fā)生和發(fā)展,這些因子包括胰島素抵抗、氧化損傷,誘發(fā)遺傳變異和其他環(huán)境因素等[7]。胰島素抵抗時(shí),肝內(nèi)脂肪過度積聚,誘導(dǎo)內(nèi)源性損害因子的敏感性增加,而活性氧自由基可誘導(dǎo)肝臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞毒素事件,導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)炎癥反應(yīng)[8],加劇肝損傷,出現(xiàn)肝纖維化、壞死。肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell,HSC)被激活后可轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞,同時(shí)活化的HSC可分泌大量的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM),從而導(dǎo)致活性氧自由基蓄積并損害肝臟的結(jié)構(gòu)和功能。如果肝臟中脂質(zhì)儲(chǔ)存過多會(huì)引發(fā)肝臟炎癥或MAFLD,這些肝臟病變進(jìn)一步激活HSC,導(dǎo)致ECM沉積增加和基質(zhì)降解減少,最終導(dǎo)致肝纖維化。除上述因素外,線粒體障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、腸道菌群改變及鐵積聚等也是引起MAFLD發(fā)病的重要因素,而與纖維化相關(guān)的脂肪性肝炎進(jìn)展為肝硬化和肝細(xì)胞癌等不良結(jié)局的風(fēng)險(xiǎn)更大。

2 氧化應(yīng)激與MAFLD

氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡,即體內(nèi)游離原子團(tuán)的產(chǎn)生與清除處于失衡狀態(tài),導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤(rùn),蛋白酶分泌增加,產(chǎn)生大量的氧化產(chǎn)物并造成氧化損害[9]。氧化損害是指由氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧自由基、活性氮自由基對(duì)細(xì)胞造成的損害[10]。肝細(xì)胞出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)的過程是MAFLD發(fā)生和發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。

2.1 線粒體功能障礙 線粒體是有氧真核生物中的一種膜性細(xì)胞器[11]。線粒體功能障礙及煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、黃嘌呤氧化酶、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的活性增加,可使機(jī)體產(chǎn)生活性氧自由基和活性氮自由基,從而引起氧化損傷。線粒體功能發(fā)生障礙后,腺苷三磷酸合成減少,活性氧自由基的消耗量減少但生成量增加,可引起肝臟內(nèi)脂質(zhì)沉積,從而加劇肝臟的氧化應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡。同時(shí),多種因素促發(fā)氧化應(yīng)激產(chǎn)生過量活性氧自由基,消耗還原型谷胱甘肽,導(dǎo)致線粒體功能障礙,而過量的活性氧自由基又可引起氧化應(yīng)激反應(yīng)和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[12],導(dǎo)致線粒體呼吸鏈損傷、能量代謝障礙[13],加速M(fèi)AFLD的進(jìn)展?；钚匝踝杂苫€可以通過激活相關(guān)通路促進(jìn)炎癥因子的表達(dá),如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α等的釋放,引起腺苷三磷酸枯竭、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和線粒體DNA損傷,最終導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡[14]。此外,線粒體內(nèi)膜上的解偶聯(lián)蛋白2具有抑制腺苷三磷酸合成和促進(jìn)活性氧自由基產(chǎn)生、介導(dǎo)脂肪酸β細(xì)胞氧化及促進(jìn)受損細(xì)胞壞死的作用[14]。線粒體功能障礙可使解偶聯(lián)蛋白2表達(dá)升高,導(dǎo)致肝細(xì)胞短暫或持續(xù)性損傷而加重MAFLD。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 在多種內(nèi)外環(huán)境因素刺激下,細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激而產(chǎn)生活性氧自由基,間接誘導(dǎo)細(xì)胞消耗超氧化物歧化酶,進(jìn)而激活未折疊蛋白反應(yīng),導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[15]。未折疊蛋白反應(yīng)可激活蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶、活化轉(zhuǎn)錄因子6α及肌醇酶1α 3種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白感受器,在脂肪變性初期可以在一定程度上維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白合成的穩(wěn)定性,但在脂質(zhì)及活性氧自由基等持續(xù)刺激下,上述3種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白介導(dǎo)的信號(hào)通路可激活肝細(xì)胞炎癥,促進(jìn)凋亡發(fā)生,增加脂肪酸的合成及細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的積累,加速肝臟脂肪變性的進(jìn)程[16]。活化的肌醇酶1α還可以催化白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β表達(dá),同時(shí)催化具有活性的轉(zhuǎn)錄因子X盒結(jié)合蛋白1誘導(dǎo)下游TNF-α表達(dá)[17-18],而TNF-α和IL-1β是重要的促炎性細(xì)胞因子,在脂肪肝炎癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。炎癥發(fā)生后肝細(xì)胞出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,導(dǎo)致Caspase過度活化,促進(jìn)細(xì)胞凋亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激還可激活固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c,促進(jìn)乙酰CoA羧化酶、脂肪酸合成酶等酶基因轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致三酰甘油及膽固醇增多,肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)累積,加重MAFLD[19]。

2.3 鐵積聚 循環(huán)中的鐵離子作為氧氣的載體,在機(jī)體內(nèi)參與氧化反應(yīng)。溶酶體中不穩(wěn)定的鐵池、鐵蛋白等代謝產(chǎn)物可與花生四烯酸發(fā)生協(xié)同反應(yīng),產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化。存在多種細(xì)胞膜中的多不飽和脂肪酸是氧化過程中最易消耗的脂質(zhì),可催化活性氧自由基發(fā)揮毒性作用,其中毒性最大的是羥基自由基,其可損傷溶酶體、線粒體膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核,從而引起肝細(xì)胞損傷。鐵依賴產(chǎn)生的活性氧自由基發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)后,可誘導(dǎo)肝內(nèi)細(xì)胞鐵積聚,進(jìn)而影響血脂代謝異常。研究發(fā)現(xiàn),脂肪性肝病患者血清鐵水平升高,存在高鐵蛋白血癥、鐵超載現(xiàn)象[20-21]。Tsurusaki等[22]在膽堿缺乏的乙硫氨酸補(bǔ)充飲食小鼠模型中發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞鐵積聚死亡先于細(xì)胞凋亡,可導(dǎo)致肝臟損害、免疫細(xì)胞浸潤(rùn)及炎癥反應(yīng),表明鐵死亡可能誘發(fā)單純脂肪肝變性的炎癥反應(yīng)。該研究還發(fā)現(xiàn),使用鐵螯合劑和抗氧化劑可逆轉(zhuǎn)脂肪肝初期該模型小鼠的肝細(xì)胞死亡,抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[22]。而氧化應(yīng)激和炎性因子會(huì)導(dǎo)致或加重鐵積聚,進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)、脂質(zhì)過氧化和胰島素抵抗,從而加重MAFLD的病情[23]。

2.4 菌群失調(diào) 近年來,腸道微生態(tài)研究在MAFLD的發(fā)病及診療中頗受關(guān)注[24]。腸道微生物群的病理改變可以影響肝臟脂質(zhì)代謝,促進(jìn)肝臟脂肪沉積、加重肝臟炎癥。腸道與肝臟可通過膽道、門靜脈、循環(huán)系統(tǒng)建立雙向聯(lián)系[25]。當(dāng)腸道菌群紊亂或腸道屏障受損時(shí),大量的細(xì)菌和內(nèi)毒素通過膽道、門靜脈進(jìn)入肝臟,激活肝細(xì)胞表面受體并釋放炎癥因子,進(jìn)而損傷肝細(xì)胞,最終造成肝臟炎癥、肝纖維化。菌群失調(diào)是一種腸道慢性炎癥性反應(yīng)[26],其可改變腸道內(nèi)皮功能,使腸道通透性增加,促進(jìn)宿主釋放脂多糖。脂多糖是炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的始發(fā)因子,通過激活肝細(xì)胞表面特定的Toll樣受體信號(hào)通路促進(jìn)促炎細(xì)胞因子和炎癥通路的表達(dá)[27],如釋放IL-6和TNF-α并激活核因子κB通路而產(chǎn)生大量促炎因子,使巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等浸潤(rùn)肝細(xì)胞,進(jìn)而引發(fā)一系列的炎性反應(yīng),促進(jìn)MAFLD的發(fā)生。有學(xué)者通過觀察肥胖人群的腸道細(xì)菌豐度發(fā)現(xiàn),低細(xì)菌富集的特征是總脂肪增多、胰島素抵抗和血脂異常及嚴(yán)重的炎癥,表明腸道菌群多樣性的下降可能在MAFLD的發(fā)病中起一定作用。此外,調(diào)節(jié)腸道通透性的Zonulin蛋白表達(dá)水平被證實(shí)與代謝相關(guān)脂肪病變的嚴(yán)重程度呈顯著正相關(guān)[28]。

3 炎癥因子與MAFLD

炎癥因子是由免疫細(xì)胞及某些非免疫細(xì)胞(如成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞)分泌產(chǎn)生的高活性小分子蛋白質(zhì),如TNF、IL、干擾素、生長(zhǎng)因子等,其主要來源于異常聚集的巨噬細(xì)胞。在MAFLD發(fā)展過程中,氧化應(yīng)激、脂質(zhì)代謝異常、肝臟脂質(zhì)沉積和胰島素抵抗等均會(huì)導(dǎo)致肝臟產(chǎn)生炎癥反應(yīng),促進(jìn)Kupffer細(xì)胞合成并釋放TNF-α、IL-6、IL-8、細(xì)胞角蛋白18(cytokeratin 18,CK18)及Chemerin等炎癥因子[29],導(dǎo)致出現(xiàn)全身炎癥反應(yīng),且炎癥反應(yīng)經(jīng)常與氧化應(yīng)激并存,加重對(duì)肝細(xì)胞的損害。

3.1 TNF TNF-α是脂肪組織釋放的促炎細(xì)胞因子,主要表達(dá)于單核巨噬細(xì)胞。TNF-α不僅使肝臟內(nèi)脂質(zhì)的合成增多,還可增加激素敏感性脂肪酶的活性,從而促進(jìn)脂肪分解及胰島素抵抗,使血漿中游離脂肪酸水平升高,導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能改變,引發(fā)氧化應(yīng)激。研究表明,TNF-α引起的炎癥能使小鼠乙酰CoA羧化酶的活性增強(qiáng),促進(jìn)脂質(zhì)合成并堆積,導(dǎo)致肝內(nèi)脂肪變性及血脂升高[30]。

3.2 IL IL-6是組織損傷、感染時(shí)機(jī)體產(chǎn)生的促炎性因子。在肝臟炎癥初期,肝損傷因子通過血流轉(zhuǎn)移到肝臟,誘導(dǎo)細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3表達(dá),促進(jìn)全身和局部組織胰島素抵抗,引起肝細(xì)胞脂肪沉積和變性,誘導(dǎo)活性氧自由基生成,加速M(fèi)AFLD。IL-8是脂肪組織中單核/巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的炎性因子,參與炎癥反應(yīng)及能量代謝,與肥胖水平呈正相關(guān)。研究表明,脂肪肝相關(guān)肝纖維化或肝癌患者的IL-8水平增高,提示炎癥因子在脂肪肝發(fā)展過程中起到一定的調(diào)控作用[31]。

3.3 生長(zhǎng)因子 CK18是表達(dá)于肝臟上皮細(xì)胞內(nèi)的炎性中間絲蛋白的重要組分之一,其水平變化可以反映肝臟上皮細(xì)胞情況,肝細(xì)胞損傷時(shí)CK18被促細(xì)胞凋亡因子Caspase-3裂解為具有高度凋亡特異性的片段并釋放入血,臨床上常將其作為脂肪肝和肝損傷疾病進(jìn)展的標(biāo)志物。由于CK18容易被Caspase裂解,血清CK18水平可隨著肝脂肪變性的加重而顯著增加,因此血清CK18水平升高可作為肝損傷的典型特征[32]。

3.4 脂肪因子 Chemerin是在機(jī)體炎癥反應(yīng)和組織代謝中起重要作用的新型促炎脂肪因子。在體循環(huán)中,Chemerin水平與代謝綜合征的多個(gè)組分密切相關(guān),而其直接作用于肝臟免疫細(xì)胞可能是其調(diào)控肝代謝的潛在機(jī)制。Chemerin受體在肝臟組織中呈高表達(dá)[33],具有抗炎及促炎雙向特性。研究表明,病態(tài)肥胖患者的Chemerin水平與脂肪肝生化標(biāo)志物密切相關(guān),經(jīng)手術(shù)減肥后患者的Chemerin水平明顯降低[34]。目前有關(guān)Chemerin在代謝相關(guān)性疾病中的作用尚存在爭(zhēng)議。

3.5 脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物 丙二醛是氧化反應(yīng)過程中不飽和脂肪酸氧化分解后釋放出的反應(yīng)性醛,可嚴(yán)重破壞生物膜、蛋白質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì),導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、壞死。丙二醛含量可反映機(jī)體脂質(zhì)過氧化程度,從而反映肝損傷的嚴(yán)重程度[35]。丙二醛可間接激活氧化還原敏感性轉(zhuǎn)錄因子如核因子κB或活化蛋白1,從而促進(jìn)Kupffer細(xì)胞和其他非實(shí)質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞毒性,使機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng),促進(jìn)肝脂肪變性、肝纖維化甚至肝硬化。

3.6 Toll樣受體9 Toll樣受體9(Toll-like receptor 9,TLR9)是一種模式識(shí)別受體,在免疫細(xì)胞中表達(dá),可增強(qiáng)核因子κB的促炎作用,使單核細(xì)胞/單核細(xì)胞來源的樹突狀細(xì)胞增加。研究發(fā)現(xiàn),處于炎癥狀態(tài)的脂肪組織和肝臟組織中的TLR9被激活后可導(dǎo)致代謝相關(guān)基因下調(diào),引起代謝紊亂[36]。此外,由結(jié)腸上皮細(xì)胞誘導(dǎo)和分泌的趨化因子C-C基元配體5可引起結(jié)腸菌群依賴性亞臨床炎癥,該炎癥與TLR9激動(dòng)劑流入門脈循環(huán)顯著相關(guān)[37]。

4 小 結(jié)

MAFLD是全球高發(fā)的全身系統(tǒng)性疾病,被視為代謝功能障礙的敏感條件和重要因素。前期研究證實(shí),較高的飲食炎癥指數(shù)與肥胖者的高度肝損害、血清學(xué)肝臟標(biāo)志物(ALT、AST、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶)和脂肪肝指數(shù)有關(guān),氧化應(yīng)激及炎癥因子與患者肝內(nèi)脂肪含量顯著相關(guān)。因此,氧化應(yīng)激和炎癥因子可能參與了MAFLD的發(fā)生和發(fā)展。但有關(guān)針對(duì)MAFLD患者的靶向性抗炎和抗氧化治療策略尚缺乏充分的臨床證據(jù)支持,以機(jī)體氧化代謝過程為切入點(diǎn),探究氧化應(yīng)激及炎癥因子如何誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷及代謝障礙或可為尋找新的MAFLD診療靶點(diǎn)提供有力的科學(xué)依據(jù)。