糖尿病致肝損傷機(jī)制的研究進(jìn)展

葉圣瑩 秦燕

2020年,世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)發(fā)布:2000年到2019年,全球糖尿病死亡人數(shù)增加了70%。糖尿病正在成為一種慢性流行病。糖尿病以高血糖為主引起的并發(fā)癥使患者生活質(zhì)量嚴(yán)重受損,肝損傷作為糖尿病的并發(fā)癥,近年來受到重視。隨著研究的不斷深入,本文就近年來高血糖對(duì)肝損傷的作用及其機(jī)制做一綜述。

一、慢性高血糖與肝損傷

(一)高血糖與非酒精性脂肪性肝炎 調(diào)查顯示,55.5%的糖尿病患者可發(fā)展為非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)[1],糖尿病與NAFLD發(fā)生有強(qiáng)相關(guān)性。Robin等[2]通過高糖干預(yù)HepG2細(xì)胞和飼養(yǎng)Leprdb/J小鼠構(gòu)建體外和體內(nèi)非酒精性脂肪性肝炎模型,發(fā)現(xiàn)二者都表現(xiàn)為谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine transaminase,ALT)、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)升高和脂肪酸轉(zhuǎn)位酶CD36基因表達(dá)增加,葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體-2(GLUT2)和CEACAM1基因表達(dá)下降。除了基因表達(dá)趨勢(shì)相似,二者還有著相似的表型。通過透射電鏡觀察高糖培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞和對(duì)Leprdb/J小鼠肝臟切片進(jìn)行油紅O染色均可見細(xì)胞內(nèi)有大量的甘油三酯聚集。除了肝損傷、脂質(zhì)相關(guān)基因表達(dá)趨勢(shì)和表型相似,胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)蛋白的表達(dá)也表現(xiàn)為一致性。徐源等[3]通過一次性注射大量鏈脲佐菌素誘導(dǎo)大鼠糖尿病模型后,發(fā)現(xiàn)該模型肝臟組織的胰島素受體底物-2(IRS2)蛋白表達(dá)下降?？苄∧莸萚4]使用高脂飼料喂養(yǎng)大鼠建立非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)模型,發(fā)現(xiàn)IRS2及p-IRS2的蛋白表達(dá)量均有所下降。此外,Pijian等[5]在高脂喂養(yǎng)的糖尿病非酒精性脂肪肝病C57BL/6J小鼠模型中發(fā)現(xiàn)IRS2的mRNA水平下降?？梢娞悄虿∨c非酒精性脂肪性肝炎的發(fā)生有著密切的關(guān)系,長期慢性高血糖可能促進(jìn)了非酒精性脂肪性肝炎的發(fā)生和發(fā)展。

(二)高血糖與化學(xué)性肝損傷 有研究顯示高血糖環(huán)境可加重多種化學(xué)藥物對(duì)肝臟的損傷。Wang等[6]發(fā)現(xiàn)經(jīng)硫代乙酰胺(TAA)干預(yù)的糖尿病小鼠模型其血清ALT和AST水平升高,此外還可見肝臟中庫普弗細(xì)胞(Kupffer cells, KCs)的凋亡及炎癥相關(guān)因子NLRP3、IL-1β的mRNA表達(dá)水平升高。對(duì)比單純的TAA對(duì)肝臟的損傷,糖尿病小鼠可通過介導(dǎo)凋亡加重肝損傷。Wang等[7]在對(duì)乙酰氨基酚(acetaminophen,APAP)干預(yù)糖尿病小鼠模型上發(fā)現(xiàn),與APAP干預(yù)正常小鼠的模型相比,前者KCs細(xì)胞的ROS產(chǎn)生增加,促進(jìn)炎癥發(fā)生,進(jìn)而加重肝損傷。

(三)高血糖與免疫性肝損傷 高血糖環(huán)境下肝臟免疫功能紊亂。Yue等[8]通過構(gòu)建小鼠糖尿病模型,設(shè)置肝缺血再灌注做干預(yù)。結(jié)果表明在糖尿病合并肝缺血再灌注組,肝臟的KCs細(xì)胞表達(dá)更高水平的晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(the receptor of advanced glycation endproducts, RAGE),介導(dǎo)后期的超炎癥反應(yīng),釋放大量促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-6。糖尿病小鼠除了因?yàn)楦闻K免疫功能受損發(fā)生炎癥反應(yīng)以外,吳霞等[9]發(fā)現(xiàn)糖尿病患者有40%的可能出現(xiàn)細(xì)菌性肝膿腫。糖尿病使小鼠肝臟炎癥的發(fā)生率及臨床患者患感染性疾病的患病率提高,由此推測(cè)糖尿病可加重免疫性肝損傷。

(四)高血糖與肝纖維化 外界因素的干擾可以引起細(xì)胞外基質(zhì) (extracellular matrix,ECM) 過量沉積形成肝纖維化。Wang[10]等在糖尿病大鼠模型中發(fā)現(xiàn),糖尿病中可見嚴(yán)重的肝纖維化。Manaras等[11]在糖尿病大鼠模型中,見肝臟竇周間隙周圍膠原纖維沉積增加,形成纖維化。此外劉莎[12]等在高糖培養(yǎng)的肝星狀細(xì)胞株HSC-T6模型中發(fā)現(xiàn)α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)陽性率表達(dá)升高。

二、慢性高血糖致肝損傷機(jī)制

(一)高血糖與炎癥 在T2DM中,晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end-products,AGEs)作為表面受體與RAGE結(jié)合激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB,引發(fā)炎癥反應(yīng)[13]。在正常狀態(tài)下,AGEs可以抑制糖尿病中產(chǎn)生的炎癥反應(yīng),改善胰島素抵抗[14]。濾泡輔助性T細(xì)胞(follicular helper T cells,TFH)是T細(xì)胞家族的一員,有助于B細(xì)胞生發(fā)中心形成[15]。在Tfh細(xì)胞分化過程中,IL-6作為TFH激動(dòng)劑通過激活CH4+T細(xì)胞,促進(jìn)趨化因子受體CXCR5表達(dá),導(dǎo)致TFH細(xì)胞遷移到B細(xì)胞濾泡的邊緣進(jìn)一步分化。高血糖狀態(tài)下,作為TFH細(xì)胞上表達(dá)的典型CXCR5配體,CXCL13在多個(gè)器官(例如視網(wǎng)膜、關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞)中表達(dá)升高,促進(jìn)TFH細(xì)胞向糖尿病相關(guān)器官遷移,通過促進(jìn)其他免疫細(xì)胞募集或維持異位卵泡結(jié)構(gòu)和功能來形成組織中炎癥反應(yīng)的性質(zhì)和程度[16]。

(二)高血糖與氧化應(yīng)激 糖尿病常常伴隨氧化應(yīng)激的發(fā)生,ROS作為氧化應(yīng)激的產(chǎn)物,在糖尿病中可以通過多種方式產(chǎn)生:胰島素抵抗抑制尿素合成,NO合成受到抑制,使NOS解偶聯(lián)產(chǎn)生超氧化物;過量葡萄糖生成二元醇,形成超氧自由基轉(zhuǎn)化為過氧化氫[17];葡萄糖自身氧化產(chǎn)生活性氧[18]。糖尿病中慢性高血糖是ROS產(chǎn)生的關(guān)鍵因素[19]。

在糖尿病中,慢性高血糖通過增加肝臟中GLUT2的mRNA和蛋白表達(dá),導(dǎo)致葡萄糖、脂肪酸迅速進(jìn)入肝臟,線粒體氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)過度激活[20]。Miriayi等[21]在糖尿病小鼠模型中觀察到OXPHOS功能增強(qiáng)。在T2DM早期,肝臟中主要表現(xiàn)為線粒體復(fù)合體I和II依賴的OXPHOS激活,以復(fù)合體I依賴的OXPHOS變化最明顯,在疾病晚期減低接近正常。肝臟線粒體作為能量代謝的主要場(chǎng)所,對(duì)能量穩(wěn)態(tài)高度敏感,在應(yīng)激狀態(tài)下通過合成大量ATP促進(jìn)糖異生,惡化高血糖。

(三)高血糖與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS),通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中產(chǎn)生NADPH依賴的細(xì)胞色素P450E1導(dǎo)致活性氧(active oxygen,ROS)積累和脂質(zhì)過氧化引起細(xì)胞死亡。李軍漢等[22]采用T2DM大鼠模型觀察發(fā)現(xiàn)肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白GRP78蛋白水平表達(dá)明顯升高。羅梓人等[23]在T2DM大鼠模型中發(fā)現(xiàn)肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白PERK和GRP78的mRNA水平出現(xiàn)高表達(dá)狀態(tài)。除了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)糖尿病會(huì)導(dǎo)致肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生外,Jamalat等[24]采用葡萄糖活性代謝產(chǎn)物丙酮醛對(duì)HepG2細(xì)胞進(jìn)行干預(yù),見內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白CHOP、ATF4、IRS的蛋白水平表達(dá)量在體外實(shí)驗(yàn)中也有所升高。推測(cè)高血糖可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來加重肝損傷。

(四)高血糖與自噬 自噬通過細(xì)胞自我消化,分解大型細(xì)胞器和蛋白質(zhì)維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài),保障細(xì)胞功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。田亞麗等[25]在T2DM小鼠模型中發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)蛋白P26表達(dá)量升高,表明糖尿病小鼠肝臟自噬能力下降。譚淋勵(lì)等[26]通過建立T2DM大鼠模型,證明肝臟自噬相關(guān)蛋白雷帕霉素耙蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)表達(dá)量升高,Beclin1、微管相關(guān)蛋白-1輕鏈-3(microtubule associated protein 1 light chain 3, LC3)以LC3I激活的形式LC3II參與到自噬中,Lc3I/II蛋白表達(dá)量下降,表明糖尿病大鼠肝臟自噬減少。FOXO3a是Forkhead box(Fox)轉(zhuǎn)錄因子家族O亞家族成員,可誘導(dǎo)包括自噬基因等多種功能基因表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn),磷酸化Akt/總Akt和磷酸化FOXO3a/總FOXO3a蛋白的比例在DM組小鼠和HG組HepG2細(xì)胞中增加[27]。磷酸化的FOXO3a導(dǎo)致肝臟自我保護(hù)機(jī)制自噬減少,加重糖尿病肝損傷。

三、展望

近年來,糖尿病所致肝損傷被高度重視。高血糖可通過多種信號(hào)通路引起肝細(xì)胞死亡和炎癥發(fā)生,加速疾病進(jìn)展,但其具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。