自噬與脂質(zhì)代謝的研究新進展

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(1.深圳市龍華區(qū)中心醫(yī)院，廣東 深圳 518110；2.湖南省中醫(yī)藥大學(xué)干細(xì)胞中藥調(diào)控與應(yīng)用研究室；3.湖南省第二人民醫(yī)院)

·小專論·

自噬與脂質(zhì)代謝的研究新進展

寧潔1,2,3，劉嬌1，廖端芳2*

(1.深圳市龍華區(qū)中心醫(yī)院，廣東 深圳 518110；2.湖南省中醫(yī)藥大學(xué)干細(xì)胞中藥調(diào)控與應(yīng)用研究室；3.湖南省第二人民醫(yī)院)

自噬是細(xì)胞內(nèi)分解、清除聚合大分子及老損細(xì)胞器的一系列重要的代謝過程。肝臟和脂肪組織是脂質(zhì)代謝的主要部位?！笆芍笔浅税麧{脂肪酶途徑外，脂肪分解的另一重要途徑。脂質(zhì)急需期、短期內(nèi)脂質(zhì)增加，肝臟自噬水平增強，長期高脂飲食和肥胖者，肝臟自噬水平減弱。同時，自噬干預(yù)脂肪細(xì)胞分化方向。調(diào)控自噬可作為治療非酒精性脂肪性肝病、肥胖等慢性代謝性疾病的一個新靶點。

自噬； 脂質(zhì)代謝； 藥物

自噬是細(xì)胞在自噬相關(guān)基因(autophagy related gene,Atg)的調(diào)控下降解胞內(nèi)大分子物質(zhì)及老化或損壞的細(xì)胞器，如高爾基體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、過氧化物酶體等的一系列重要的代謝過程。自噬是唯一能夠轉(zhuǎn)運大分子到溶酶體的途徑，該途徑參與細(xì)胞自主清除胞內(nèi)物質(zhì)，降解產(chǎn)物氨基酸、脂肪酸被運送到細(xì)胞漿去，供細(xì)胞重新利用，生成ATP提供能量，殘渣被排出細(xì)胞外，最終實現(xiàn)細(xì)胞的物質(zhì)代謝、能量代謝、細(xì)胞更新。但如果該功能受損，細(xì)胞只能通過其他途徑導(dǎo)致細(xì)胞死亡，然后被巨噬細(xì)胞吞噬。

細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)成分以甘油三酯(triglyceride,TG)和膽固醇酯(cholesteryl ester,CE)為主，以脂滴(lipid drop,LD)的形式存在，LD并非脂肪細(xì)胞特有，還可存在于肝細(xì)胞和肌肉細(xì)胞等組織細(xì)胞中。LD在脂類代謝、存儲、膜轉(zhuǎn)運、蛋白降解中起著重要的作用。除胞漿脂肪酶途徑外，LD發(fā)生自噬是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)平衡的另一個重要途徑。脂質(zhì)進入自噬體后被運送到溶酶體，降解為脂肪酸，稱為脂肪耗失，又稱“噬脂”，是自噬調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的主要途徑[1]。自噬主要作用于機體肝臟和脂肪組織，對于調(diào)節(jié)機體脂質(zhì)代謝的平衡至關(guān)重要。

細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)自噬水平隨營養(yǎng)狀況不同而有所改變。脂質(zhì)急需期、短期內(nèi)脂質(zhì)增加如高脂飲食初期，自噬水平增強，從而使過多脂質(zhì)分解，為β-氧化或其他途徑提供脂肪酸，大部分細(xì)胞激活巨自噬以防止胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積；而長期高脂飲食和肥胖者，肝臟自噬水平減弱。脂肪酸可促進LD生長并修復(fù)損壞的LD，這是脂質(zhì)分解釋放的游離脂肪酸產(chǎn)生的反饋抑制所致，但是長期高脂飲食和肥胖者的體內(nèi)這種反饋抑制卻起相反的作用[2]。

1 自噬在肝臟脂質(zhì)代謝中的作用

1.1自噬與肝臟脂質(zhì)代謝紊亂的相互影響既往研究表明，在高脂飲食、慢性肥胖和胰島素抵抗的小鼠模型中，持續(xù)性脂質(zhì)上升，胞內(nèi)LD長期蓄積導(dǎo)致肝細(xì)胞自噬水平降低，自噬體與溶酶體融合效率降低，抑制TG的β氧化，TG與CE一起形成的LD數(shù)目和體積增加，導(dǎo)致非酒精性脂肪性肝病(Nonalcoholic Fatty Liver Disease,NAFLD)等疾病。體外實驗發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞自噬功能被抑制時不影響脂質(zhì)的生成和分泌，但可導(dǎo)致脂質(zhì)β氧化速率降低，從而導(dǎo)致胞漿LD蓄積。

極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)是肝輸出的主要脂質(zhì)，運輸內(nèi)源性TG及部分CE。載脂蛋白B100(apolipoprotein B100,apoB100)是VLDL的載脂蛋白，主要由肝細(xì)胞合成，是VLDL組裝及分泌所必需的，因此肝臟輸出VLDL-TG的量由脂蛋白顆粒中TG的量及apoB100的量決定。而肝內(nèi)apoB100總量并非由apoB100合成水平調(diào)控，而由apoB100降解水平?jīng)Q定，Apo B100的降解主要是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性降解，但自噬同樣可以分解apoB100。NAFLD肝組織脂質(zhì)貯存增加，且存在輸出VLDL顆粒障礙導(dǎo)致TG肝內(nèi)蓄積，誘導(dǎo)自噬可減少脂質(zhì)蓄積。

1.2肝細(xì)胞的自噬調(diào)節(jié)機制以往研究表明，自噬的調(diào)節(jié)途徑有3種，其中Ⅰ型PI3K/Akt/mTOR信號途徑和Ⅲ型PI3K/Beclin1通路被認(rèn)為是自噬的經(jīng)典信號通路。第3種調(diào)節(jié)途徑是由自噬基因Atg3和Atg7調(diào)節(jié)的LC3-Ⅰ與膜脂質(zhì)磷脂酰乙醇胺結(jié)合形成LC3-Ⅱ的過程。最近研究表明，在NAFLD的肝細(xì)胞中還存在調(diào)控自噬的其他信號調(diào)節(jié)通路。①ATGL-SIRT1途徑：既往認(rèn)為肝臟LD由脂肪酶催化分解，如甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)，或者通過“噬脂”途徑分解，Aishwarya Sathyanarayan等發(fā)現(xiàn)此兩種途徑均需要ATGL參與，ATGL活化去乙?；?(sirtuin1,SIRT1)，SIRT1可去乙?；鄠€自噬重要蛋白如ATG5、ATG7、ATG8等，同時還可調(diào)控PGC-1α、PPARα從轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控自噬[3]。②TAK1、JNK信號通路：TAK1、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)通路均隸屬于MAPK通路。Tu[4]觀察到對JNK2進行干擾后，自噬活性降低，JNK2基因可能參與自噬的非經(jīng)典途徑的調(diào)節(jié)。Sayaka Inokuchi-Shimizu等[5]發(fā)現(xiàn)TAK1激活下游IKK-NF-κB、JNK，啟動自噬，改善NAFLD。③AMPK/ULK1信號途徑：Jiang等[6]用H2O2和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)處理脂肪酸培養(yǎng)的小鼠和人HepG2細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)H2O2和TNF-α能夠激活自噬，細(xì)胞中磷酸化ULK1(一種與酵母Atg1蛋白同源的哺乳動物自噬調(diào)控蛋白)、磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶(Adenosine Monophosphate Activated Protein Kinase,pAMPK)顯著升高，證明AMPK參與由氧化氫和腫瘤壞死因子-α激活ULK1的過程，引發(fā)HepG2細(xì)胞自噬啟動。④PKCα途徑：Cai等[7]用軟脂酸鈉(palmitic acid sodium,PA)培養(yǎng)肝細(xì)胞發(fā)現(xiàn)PA可激活自噬。PKCα是蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)家族中的一員，通過檢測肝細(xì)胞中的PKCα后發(fā)現(xiàn)存在磷酸化的PKCα，證明其被激活，因此認(rèn)為PA可能是通過激活PKCα途徑[7]。⑤p53-PUMA-Bax信號通路：此通路是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生的經(jīng)典信號通路。自噬也被認(rèn)為是一種促細(xì)胞凋亡機制，引起Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡[8]。⑥SREBP-2/PNPLA8軸：Kim等[9]發(fā)現(xiàn)洛伐他汀聯(lián)合伊澤替米貝通過SREBP-2/PNPLA8軸調(diào)控自噬改善NAFLD。⑦MAPK1/3信號通路：Yuzhong Xiao等[10]激活MAPK1/3可改善瘦素受體缺乏小鼠(db/db小鼠)肝脂肪變性，同時發(fā)現(xiàn)MAPK1/3可激活自噬，而采用氯喹或者ATG7敲除處理db/db小鼠后，可阻斷MAPK1/3對肝脂肪變性的改善作用。此外，成纖維細(xì)胞生長因子21(fibroblast growth factor-21,Fgf21)、磷酸化熱休克蛋白27、轉(zhuǎn)錄因子E3、GTP酶發(fā)動蛋白-2(dynamin-2,DNM2)心磷脂?；D(zhuǎn)移酶1(lysocardiolipin acyltransferase 1，ALCAT1)等[11]多個因子均可參與調(diào)控自噬改善NAFLD。而Lin YC等[11]研究表明免疫相關(guān)GTP酶家族M(immunity-related GTPase family M,IRGM)基因變異可改變?nèi)梭w“噬脂”能力從而使人體易感NAFLD。

2 自噬在脂肪細(xì)胞中的作用

2.1自噬調(diào)控成脂細(xì)胞分化脂肪細(xì)胞主要有兩類，白色脂肪細(xì)胞和棕色脂肪細(xì)胞。白色脂肪組織是可導(dǎo)致肥胖的脂肪儲存組織，而富含線粒體的棕色脂肪組織分解葡萄糖和脂類產(chǎn)生熱量而非ATP。自噬調(diào)控前脂肪細(xì)胞的分化，抑制自噬可阻止白色脂肪組織的分化。Hahm等[12]觀察到在小鼠3T3-L1前脂肪細(xì)胞和鼠胚胎成纖維細(xì)胞(Mouse Embryonic Fibroblasts,MEFs)的分化過程中，細(xì)胞內(nèi)均發(fā)現(xiàn)LC3-Ⅱ的表達、AMPK的活性及酸性囊泡的形成，而抑制細(xì)胞自噬水平，則前脂肪細(xì)胞內(nèi)LD的聚集受阻，使得前脂肪細(xì)胞分化為成熟脂肪細(xì)胞的過程受到抑制。特異性敲除自噬基因Atg7、沉默自噬基因Atg5或使用自噬抑制劑(如氯喹、α-硫辛酸、3-MA)的小鼠白色脂肪組織均表現(xiàn)出明顯棕色脂肪組織的典型特征[2,12]。這些結(jié)果表明自噬是正常白色脂肪細(xì)胞生成所必需的。

2.2自噬調(diào)控脂肪細(xì)胞分化的機制研究自噬調(diào)控脂肪細(xì)胞分化的機制目前尚不明確，自噬缺陷能改變前脂肪細(xì)胞分化方向，可檢測到脂肪細(xì)胞分化標(biāo)記物和脂肪形成相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子水平發(fā)生變化Atg5基因敲除的MEFs細(xì)胞內(nèi)的TG含量及與成脂分化有關(guān)的一系列蛋白的基因表達量均低于野生型MEFs[13-14]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)是調(diào)控脂肪細(xì)胞分化的主要轉(zhuǎn)錄因子，采用自噬抑制劑氯喹和RNA干擾Atg5后，發(fā)現(xiàn)3T3-L1前脂肪細(xì)胞PPAR-γ2蛋白水平減少，阻止成脂的分化，而解偶聯(lián)蛋白1和PPAR-γ1這些棕色脂肪細(xì)胞的標(biāo)志物升高。Zhao等[14]發(fā)現(xiàn)在Atg7-/-小鼠白色脂肪組織中，過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(peroxlsome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α,PGC-1α)的表達增加。Kim KH等發(fā)現(xiàn)自噬缺陷促進Fgf21的表達，PGC-1α、Fgf21均能使白色脂肪組織具有棕色脂肪組織的特征[13]。此外，促炎癥消退介質(zhì)maresin-1可抑制3T3-L1前脂肪細(xì)胞腫瘤壞死因子TNF-α引起的脂質(zhì)分解和自噬[15]。內(nèi)吞蛋白1(Bax-Interacting factory 1,Bif1)也是維持脂質(zhì)代謝平衡的一個重要影響因子，而高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖或下調(diào)Bif1表達，可抑制脂肪組織自噬[16]。

3 自噬與肝臟及脂肪組織脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)疾病

NAFLD以肝臟TG積聚和脂類代謝紊亂為特征。持續(xù)的饑餓或長期營養(yǎng)過剩可導(dǎo)致肝臟發(fā)生自噬以調(diào)控LD的生長，若在此條件下無法上調(diào)自噬水平，將會導(dǎo)致良性脂質(zhì)積累，表現(xiàn)為NAFLD，并不斷加劇進展至非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)和肝硬化的過程。目前認(rèn)為NAFLD是在整個機體代謝紊亂狀態(tài)下的肝臟病變，常見的代謝綜合征危險因素如肥胖、胰島素抵抗、血脂異常和高血壓等對其進展有影響?？紤]NAFLD與胰島素抵抗相關(guān)，研究表明運動鍛煉、GLP-1類似物、胃空腸Roux-en-Y吻合術(shù)均能改善NAFLD，此外大量的中藥成分，如蕓香苷、蜂膠多糖、木通皂苷D、白藜蘆醇、蝦青素、佛手柑多酚、咖啡因、咖啡、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、枸杞多糖等均可通過自噬改善NAFLD。此外，活性維生素D3、亞硝酸鈉、脂聯(lián)素類似物、伊澤替米貝、鈣離子通道阻滯劑均可改善NAFLD。

肥胖是一種脂質(zhì)代謝異常、體內(nèi)脂質(zhì)尤其是TG蓄積過多使人體超重的病理狀態(tài)。白色脂肪組織的過度沉積與肥胖癥、2型糖尿病、高血脂、心血管疾病以及乳腺癌等疾病的發(fā)生密切相關(guān)。早期研究認(rèn)為成人體內(nèi)脂肪細(xì)胞數(shù)量是恒定的，肥胖個體病理主要表現(xiàn)為脂肪細(xì)胞體積增大。近年來研究表明成人體內(nèi)脂肪細(xì)胞每年存在約10%的更新，這提示成人脂肪組織中也存在前體細(xì)胞向成熟脂肪細(xì)胞的分化。肥胖人群脂肪組織的自噬活性是增強的。肥胖小鼠脂肪組織自噬小體蓄積，但自噬清除能力下降[17]。3T3-L1細(xì)胞線粒體解偶聯(lián)誘導(dǎo)的脂肪酶如HSL/ATGL分解脂肪，自噬為其調(diào)控機制之一[18]。

4 小結(jié)與展望

肝臟與脂肪組織脂質(zhì)代謝受自噬調(diào)控的方向截然相反，同一種藥物是否對肝臟及脂肪組織自噬的干預(yù)方向相反，需要進一步驗證。如Slutsky N等[19]發(fā)現(xiàn)肥胖患者脂肪組織自噬活性增加，內(nèi)分泌功能紊亂，這可能與脂聯(lián)素分泌減少有關(guān)。而Guo R等[20]發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素缺乏可改善高脂飲食引起的自噬障礙及肝臟損傷。自噬主要對脂肪細(xì)胞分化方向產(chǎn)生影響，目前藥物研究較少。藥物干預(yù)脂質(zhì)代謝研究多集中在藥物干預(yù)自噬對血脂、肝臟脂質(zhì)代謝或NAFLD的影響，研究藥物臨床應(yīng)用少，其人群有效性及安全性研究數(shù)據(jù)缺乏。需注意的是，目前細(xì)胞自噬對代謝的研究只在動物模型中進行，自噬作用的調(diào)控作用也只在一定生理范圍內(nèi)進行分析。目前脂肪組織與肝組織對于脂肪代謝紊亂治療自噬調(diào)控的方向不一致，因此這為治療藥物的選擇帶來難度，且未來自噬調(diào)控治療方案的選擇需考慮組織特異性。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2017.05.027

2016-11-29；

2017-07-30

*通訊作者，E-mail：dfliao@hotmail.com.

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