尿酸參與代謝相關(guān)性脂肪性肝病發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制研究進(jìn)展

侯淑惠 鄧曉玲 次白 徐可樹

代謝相關(guān)性脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease, MAFLD)是常見的慢性肝損傷,近年來MAFLD患病率呈上升趨勢[1]。MAFLD疾病譜包括多個(gè)階段的病理變化,其發(fā)生、發(fā)展機(jī)制與遺傳易感和胰島素抵抗等密切相關(guān)[2]。此外,也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)MAFLD涉及個(gè)體生物鐘紊亂和腸道微生物因素等多方面[3, 4]。然而,MAFLD發(fā)生、發(fā)展的具體分子機(jī)制目前仍不完全清楚。

有研究表明血清尿酸的改變與MAFLD的進(jìn)展密切相關(guān)[5]。尿酸是嘌呤代謝的最終氧化產(chǎn)物。高尿酸血癥由嘌呤代謝紊亂和尿酸排泄異常所導(dǎo)致。高尿酸血癥被認(rèn)為是代謝綜合征、慢性腎病和心血管疾病發(fā)展的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[6]。MAFLD患者普遍存在高尿酸血癥,高尿酸血癥與MAFLD相互影響,互為因果,形成不良循環(huán)[7, 8]。目前雖有文章闡述高尿酸血癥與MAFLD的相互關(guān)系,但報(bào)道高尿酸能促進(jìn)MAFLD發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制的相關(guān)綜述較少。因此,本文著重歸納高尿酸影響MAFLD發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制,以期為阻止MAFLD發(fā)生、發(fā)展提供理論依據(jù)。

尿酸是嘌呤代謝的終產(chǎn)物,主要通過腎臟和腸道排泄,正常值<420 μmol/L。正常情況下,尿酸具有維持血壓、清除自由基抗氧化、保護(hù)DNA等作用[9]。當(dāng)嘌呤攝入過多、嘌呤代謝障礙或腎臟尿酸排泄減少時(shí),均可誘發(fā)高尿酸血癥,尿酸升高常見的后果是尿酸鹽結(jié)晶沉積于骨關(guān)節(jié)、腎臟、皮下軟組織等部位,引起痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎、尿酸性腎結(jié)石、痛風(fēng)性腎病甚至慢性腎功能衰竭。此外,長期尿酸高水平會(huì)使心血管疾病、肥胖等發(fā)病率升高[10]。有研究將高尿酸人群依據(jù)尿酸水平進(jìn)行分級:<420 μmol/L 為正常;420～480 μmol/L為輕度高尿酸血癥;480～540 μmol/L為中度高尿酸血癥;>540 μmol/L為重度高尿酸血癥。隨訪觀察不同水平高尿酸人群的MAFLD患病率,尿酸水平由低到高M(jìn)AFLD患病率依次為:輕度MAFLD患病率10.33%、18.39%、23.11%和25.93%;重度MAFLD患病率1.06%、2.82%、5.05%和7.27%[11]。得出結(jié)論認(rèn)為:MAFLD患病率會(huì)隨著尿酸水平的升高而升高,高尿酸血癥是MAFLD的危險(xiǎn)因素。一項(xiàng)韓國的關(guān)于2058名患者的橫斷面研究也支持這一結(jié)論[12]。MAFLD的病理特征是肝細(xì)胞脂肪變性,伴有肝細(xì)胞壞死和炎癥,非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)是MAFLD的一種嚴(yán)重類型,胰島素抵抗和脂質(zhì)蓄積是其發(fā)病基礎(chǔ),氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)疾病進(jìn)展乃至纖維化,其中,氧化應(yīng)激起重要作用[13]。氧化應(yīng)激反應(yīng)通常指反應(yīng)性氧化物(reactive oxygen species, ROS)的產(chǎn)生超過對其清除或防御能力,線粒體是產(chǎn)生ROS的主要場所[14]。多項(xiàng)研究表明,高尿酸參與MAFLD的發(fā)生、發(fā)展與上述過程相關(guān)。

一、尿酸與胰島素抵抗

胰島素抵抗(insulin resistance, IR)是MAFLD發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)[15]。正常情況下,胰島素與胰島素受體結(jié)合,通過激活其受體酪氨酸激酶啟動(dòng)級聯(lián)信號,參與葡萄糖代謝及促進(jìn)脂肪合成、抑制脂肪分解。當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)IR時(shí),胰島素作用不足,糖代謝受阻,脂肪代謝相應(yīng)增加,大量游離脂肪酸入血,最終在肝臟中聚積,大量堆積的甘油三酯誘導(dǎo)脂肪肝的形成[15]。

有文獻(xiàn)報(bào)道高尿酸血癥能促進(jìn)MAFLD進(jìn)展與IR相關(guān),通過降低尿酸水平可改善IR。一項(xiàng)關(guān)于110例糖尿病前期受試者的橫斷面研究為該觀點(diǎn)提供了依據(jù),該研究分為非MAFLD組(n=62)和MAFLD組(n=48),比較HOMA-IR和尿酸之間的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果顯示尿酸水平升高與MAFLD發(fā)病顯著相關(guān),這種相關(guān)性可能由糖尿病前期受試者的IR介導(dǎo)[16]。較多動(dòng)物研究探討高尿酸血癥小鼠表現(xiàn)出糖耐量受損和IR,認(rèn)為高水平尿酸可以誘導(dǎo)氧化應(yīng)激,使胰島素信號傳導(dǎo)通路受損,引發(fā)IR。有多項(xiàng)研究顯示高濃度尿酸可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激,ROS增加,激活胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1, IRS-1)的絲氨酸(Ser307)磷酸化,進(jìn)一步抑制下游胰島素信號蛋白激酶B(Akt)Ser473位點(diǎn)磷酸化,引起小鼠胰島素抵抗,參與MAFLD的形成[17, 18]。

黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XO)是尿酸生成的關(guān)鍵酶,有研究提示XO抑制劑(非布索坦)顯著降低了NASH模型小鼠的肝臟XO活性和尿酸水平, 伴隨著胰島素抵抗、脂質(zhì)過氧化和肝臟中激活的M1樣巨噬細(xì)胞積聚的減少,認(rèn)為XO抑制劑可能具有改善IR的作用[19]。尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1(uric acid transporter1, URAT1)是一種參與尿酸重吸收的主要蛋白質(zhì)(約90%),URAT1抑制劑被認(rèn)為可以有效降低尿酸水平[20]。URAT1抑制劑通過激活解偶聯(lián)蛋白-1減少ROS,顯著改善高脂飲食(high-fat diet, HFD)誘導(dǎo)肥胖小鼠的糖耐量和胰島素敏感性,減輕HFD小鼠的肝脂肪變性[21]。這從側(cè)面證明,尿酸通過影響IR促進(jìn)了MAFLD的進(jìn)展。

二、尿酸與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)折疊和分泌、Ca2+儲存和脂質(zhì)合成的場所。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress, ERS)表現(xiàn)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白質(zhì)累積,ERS發(fā)生時(shí),未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(unfolded protein response, URP)激活以恢復(fù)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài),常通過激活肌醇需要酶1(inositol-requiring enzyme 1, IRE1)、蛋白激酶RNA樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase RNA-like ER kinase, PERK) 和激活轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6, ATF6)三種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白啟動(dòng)整合轉(zhuǎn)錄程序緩解ERS[22]。研究者將人肝癌細(xì)胞株(human hepatoellular carcinomas, HepG2)細(xì)胞置于高尿酸環(huán)境下,可見其誘導(dǎo)的ERS導(dǎo)致PERK和真核細(xì)胞起始因子-2a(eukaryotic initiation factor-2a, eIF-2a)的磷酸化和ATF6的表達(dá)增加,肝細(xì)胞脂肪生成增加,相反阻斷ERS, 尿酸誘導(dǎo)的HepG2細(xì)胞甘油三酯累積減少,認(rèn)為尿酸通過誘導(dǎo)ERS誘導(dǎo)肝臟發(fā)生脂肪變[23]。該研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),尿酸可刺激膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c(SREBP-1c)裂解和核易位,SREBP可以調(diào)控產(chǎn)脂基因表達(dá)[24]。因此,有研究者認(rèn)為尿酸進(jìn)入肝細(xì)胞,刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)URP,增強(qiáng)的URP誘導(dǎo)SREBP-1c裂解為成熟形式,其成熟形式易位到細(xì)胞核激活產(chǎn)脂基因的轉(zhuǎn)錄,促使肝細(xì)胞脂質(zhì)積累[23]。ERS阻滯劑和SREBP-1c抑制劑均可阻止肝臟脂肪的積聚[23]。

三、尿酸與氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激反應(yīng)是ROS的產(chǎn)生和抗氧化系統(tǒng)的清除能力之間出現(xiàn)了不平衡,與MAFLD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。一般認(rèn)為尿酸具體抗氧化和促氧化雙重作用[25]。一項(xiàng)關(guān)于尿酸對于過氧化氫誘導(dǎo)的雞胚心肌細(xì)胞氧化損傷的作用研究顯示,正常濃度尿酸可抑制ROS的形成,高濃度尿酸通過抑制核因子-紅系2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2, Nrf2)抗氧化通路加重氧化應(yīng)激,促進(jìn)心肌細(xì)胞氧化損傷[26]。有學(xué)者通過小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)敲除Nrf2會(huì)加劇NASH[27]。由此我們推斷,高濃度尿酸可能通過抑制Nrf2抗氧化通路加重肝臟氧化應(yīng)激,促進(jìn)NASH進(jìn)展。

ROS的產(chǎn)生有多種來源,如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和還原煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase, NADPH氧化酶)[28]。尿酸促進(jìn)ROS產(chǎn)生主要通過NADPH氧化酶介導(dǎo)[29],為闡明尿酸誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生后促進(jìn)MAFLD進(jìn)展的作用機(jī)制,國外學(xué)者設(shè)計(jì)了尿酸氧化酶敲除小鼠模型[30]。研究發(fā)現(xiàn)尿酸通過產(chǎn)生ROS誘導(dǎo)c-Jun N末端激酶(c-jun n-terminal kinase, JNK)激活,JNK是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)的組成成分,在肝臟中參與葡萄糖和脂質(zhì)代謝[31]?；罨腏NK可以使脂質(zhì)基因激活蛋白-1(activator protein-1, AP-1)轉(zhuǎn)錄因子的亞單位c-Jun磷酸化,從而提高其轉(zhuǎn)錄活性,引起脂肪酸合成酶和乙酰輔酶A羧化酶1的過度表達(dá),誘導(dǎo)脂質(zhì)代謝變化[30]。研究者進(jìn)一步使用JNK特異性抑制劑SP600125和抗氧化劑處理實(shí)驗(yàn)小鼠,發(fā)現(xiàn)二者均可抑制JNK激活和肝脂肪變性[30]。由此得出結(jié)論:尿酸可能通過ROS/JNK/AP-1信號通路誘導(dǎo)肝脂肪聚集。

除尿酸本身外,尿酸代謝相關(guān)酶也參與氧化應(yīng)激過程。黃嘌呤氧化還原酶(xanthine oxidoreductase, XOR)在人體主要定位于肝臟和腸道,病理?xiàng)l件下或釋放入循環(huán)中轉(zhuǎn)化為黃嘌呤脫氫酶(xanthine dehydrogenase, XDH)[32]。研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食喂養(yǎng)家兔誘導(dǎo)MAFLD模型,其肝組織中顯示XOR向XDH亞型轉(zhuǎn)化增加,ROS濃度增加,認(rèn)為尿酸代謝相關(guān)酶通過刺激氧化應(yīng)激參與MAFLD的發(fā)生和進(jìn)展[33]。

四、尿酸與線粒體功能障礙

肝細(xì)胞的能量代謝主要由線粒體介導(dǎo),尿酸可以誘發(fā)線粒體形態(tài)改變和氧化應(yīng)激,促進(jìn)MAFLD發(fā)展。在高濃度尿酸環(huán)境下,肝細(xì)胞線粒體形態(tài)發(fā)生改變:顯微鏡下HepG2細(xì)胞顯示出更短更小的線粒體,高倍顯微鏡下細(xì)胞線粒體中嵴數(shù)量顯著減少,線粒體雙膜破壞[34]。長時(shí)間暴露于高濃度尿酸,可以激活NADPH氧化酶亞基NOX4, 促使NOX4轉(zhuǎn)移到線粒體內(nèi),NOX4的線粒體易位增強(qiáng)增加了線粒體產(chǎn)生的超氧化物,誘導(dǎo)線粒體氧化應(yīng)激。 Krebs循環(huán)中烏頭酸酶催化活性被氧化劑抑制[35],導(dǎo)致檸檬酸鹽積累,刺激ATP檸檬酸酶裂解酶和脂肪酸合酶,導(dǎo)致脂肪酸從頭合成增加[34]。由此認(rèn)為尿酸通過影響線粒體形態(tài)及功能促使線粒體氧化應(yīng)激增加,進(jìn)而影響Krebs循環(huán),增加脂肪合成,加速M(fèi)AFLD疾病進(jìn)展。

五、尿酸與NLRP3炎癥小體

NOD樣受體家族含pyrin結(jié)構(gòu)域3(the nod like receptor family contains pyrin domain 3, NLRP3)炎癥小體是天然免疫的重要組成部分,由NOD樣受體(NOD-like receptor, NLR)家族蛋白、銜接蛋白凋亡相關(guān)微粒蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD, ASC)和半胱天冬酶-1組成,其中半胱天冬酶是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵蛋白酶[36]。NLRP3炎癥小體參與的炎癥反應(yīng)可由多種因素觸發(fā),如感染、代謝失調(diào)、細(xì)胞損傷和尿酸晶體等[36, 37]。國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),高尿酸血癥可激活NLRP3炎癥小體,而該小體的激活與NASH的進(jìn)展呈正相關(guān)[38]。在高濃度尿酸環(huán)境下,NLRP3炎癥小體一方面能觸發(fā)促炎細(xì)胞因子前體(如Pro-白介素-1β)成熟和分泌,參與天然免疫防御,另一方面通過激活NOD樣受體招募ASC和前半胱天冬酶-1,誘導(dǎo)前半胱天冬酶-1自身切割并活化,活化的半胱天冬酶-1可以切割并促使炎癥細(xì)胞因子(如白介素-1β和前體白介素-18)成熟和釋放,誘導(dǎo)細(xì)胞炎癥反應(yīng)和凋亡[36, 39, 40]。進(jìn)一步通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)尿酸可通過激活NLRP3炎癥小體誘導(dǎo)肝臟脂肪積累、促進(jìn)炎癥反應(yīng)。在高尿酸血癥誘導(dǎo)飲食喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)小鼠體內(nèi)NLPR3炎癥小體表達(dá)顯著上調(diào),血清IL-1β和IL-18升高;敲除NLRP3后,血清IL-1β和IL-18下降,脂肪累積顯著降低。在體外人肝癌細(xì)胞株(HepG2細(xì)胞)和人正常肝細(xì)胞(L02細(xì)胞)中也觀察到相同現(xiàn)象[40]。然而尿酸如何激活NLRP3小體的分子機(jī)制尚不十分明確,是否通過AMPK/ROS信號通路尚有爭議[40], 推測與參與尿酸形成的黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XO)激活有關(guān)[41]?；诖?有研究發(fā)現(xiàn)芹菜素可以逆轉(zhuǎn)HFD飲食誘導(dǎo)的MAFLD小鼠體內(nèi)NLRP3炎性體激活,減少炎性細(xì)胞因子IL-1β和IL-18的釋放,同時(shí)抑制XO活性,減少尿酸和ROS的產(chǎn)生,使肝脂肪變性恢復(fù)[42]。

六、其他

既往研究表明,微小RNA(microRNA, miRNA)的異常表達(dá)參與MAFLD的發(fā)病,miRNA在MAFLD發(fā)病機(jī)制中的潛在作用包括脂肪毒性、氧化應(yīng)激、代謝炎癥和纖維形成[43]。尿酸對肝細(xì)胞脂質(zhì)積聚的影響可能與miRNA有關(guān)。研究者發(fā)現(xiàn)尿酸可以刺激肝細(xì)胞MiR-149-5p表達(dá)上調(diào),促進(jìn)甘油三酯累積,而抑制miR-149-5p則減少甘油三酯沉積[44]。成纖維細(xì)胞生長因子21(fibroblast growth factor-21, FGF21)被認(rèn)為是miR-149-5p的下游靶點(diǎn),在脂質(zhì)代謝中起關(guān)鍵作用,可改善脂毒性,減少纖維化和炎癥,改善脂肪肝[44]。尿酸刺激抑制 FGF21的蛋白質(zhì)水平,而miR-149-5p抑制劑可以恢復(fù)被抑制的FGF21水平,改善脂質(zhì)累積。因此,研究者認(rèn)為,尿酸通過調(diào)節(jié)MiR-149-5p/FGF21軸誘導(dǎo)甘油三酯聚集[44]。

除上述觀點(diǎn)外,還有研究發(fā)現(xiàn)尿酸通過加速果糖代謝誘導(dǎo)脂質(zhì)積聚。葡萄糖可以通過多元醇(AR-SDH)途徑轉(zhuǎn)化為果糖,醛糖還原酶(aldose reductase, AR)是AR-SDH途徑關(guān)鍵酶[45]。HepG2細(xì)胞暴露于尿酸環(huán)境,一方面AR及AR-SDH途徑中間產(chǎn)物隨時(shí)間推移顯著上調(diào);另一方面,活化T細(xì)胞核因子5(nuclear factor of activated T cells 5, NFAT5)增加。NFAT5是調(diào)節(jié)AR表達(dá)和合成的轉(zhuǎn)錄因子[46],而放線菌素D則阻斷所有轉(zhuǎn)錄活性,可以顯著減弱尿酸對HepG2細(xì)胞AR的上調(diào)。因此認(rèn)為尿酸通過NFAT5激活了體內(nèi)AR和多元醇通路使內(nèi)源性果糖產(chǎn)生增加[47]。既往研究認(rèn)為內(nèi)源性果糖生產(chǎn)和代謝的增加是脂肪肝發(fā)展過程中的重要步驟[48],實(shí)驗(yàn)HepG2細(xì)胞內(nèi)甘油三酯顯著升高,AR敲除細(xì)胞則沒有甘油三酯升高,因此認(rèn)為尿酸通過加速果糖代謝加速了MAFLD進(jìn)展[47]。

綜上所述,大量研究闡明尿酸升高參與了MAFLD的發(fā)生和發(fā)展:尿酸可以誘導(dǎo)胰島素抵抗和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激加重肝細(xì)胞脂肪酸堆積,還可以刺激氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、激活NLRP3小體誘發(fā)肝細(xì)胞炎癥等誘導(dǎo)肝細(xì)胞壞死;此外,尿酸還可間接通過加速果糖代謝間接誘導(dǎo)肝細(xì)胞甘油三酯聚集。其發(fā)揮促M(fèi)AFLD作用與ROS/JNK/AP-1、MiR-149-5p/FGF21、Nrf2等多種信號通路相關(guān)。尿酸作用于MAFLD的分子機(jī)制為MAFLD的防治提供了新靶點(diǎn)和新思路,但高尿酸血癥參與MAFLD發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制尚有許多不明之處,仍有待進(jìn)一步研究闡明。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。