氧化應(yīng)激與核因子E2相關(guān)因子2在非酒精性脂肪性肝病中的作用

陸孝良， 蔣元燁， 曹 勤

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬普陀醫(yī)院， 上海 200062

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過度沉積為主要特征的臨床病理綜合征，是與胰島素抵抗和遺傳易感性密切相關(guān)的獲得性代謝應(yīng)激性肝損傷[1]。由于甘油三酯的異常積累，非酒精性脂肪肝可以發(fā)展成非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，最后進(jìn)展為肝硬化乃至肝癌[2]。隨著肥胖及其相關(guān)代謝綜合征全球化的流行趨勢(shì)，NAFLD現(xiàn)已成為歐美等發(fā)達(dá)國家和我國富裕地區(qū)慢性肝病的重要病因。在全球，約有25%的普通成年人患有NAFLD[3]。在亞洲人群中NAFLD患病率相對(duì)較高，為27.37%[4]，在我國發(fā)達(dá)城市的患病率也有20%左右[5]。NAFLD的病因及機(jī)制復(fù)雜，涉及多個(gè)因素，例如胰島素抵抗[6]、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[7]、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡與自噬[8]、腸道微生物[9]等。文獻(xiàn)[10]報(bào)道，氧化應(yīng)激在NAFLD的發(fā)展中起關(guān)鍵作用。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是cap’n’collar家族中的一種堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子，是細(xì)胞中的一組保護(hù)轉(zhuǎn)錄因子。在機(jī)體受到氧化應(yīng)激時(shí)，Nrf2通過與抗氧化劑應(yīng)答元件的結(jié)合來激活下游多種抗氧化因子及谷胱甘肽氧化還原系統(tǒng)，來保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，是細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的關(guān)鍵因子。而機(jī)體Nrf2基因的缺失會(huì)自發(fā)地導(dǎo)致NAFLD的發(fā)展[11]，因此Nrf2被認(rèn)為是治療NAFLD的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。本文結(jié)合近年來的最新研究，將從氧化應(yīng)激及Nrf2與NAFLD的關(guān)系來進(jìn)行綜述。

1 NAFLD的發(fā)病機(jī)制

迄今為止，NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。在20世紀(jì)90年代，Day和James[12]提出的“二次打擊”學(xué)說是比較有說服力的機(jī)制?！岸未驌簟睂W(xué)說認(rèn)為胰島素抵抗是NAFLD發(fā)病的第一重打擊，胰島素抵抗會(huì)導(dǎo)致肝臟中的甘油三酯沉積，從而導(dǎo)致脂肪變性，使其更容易受到第二次打擊，例如氧化應(yīng)激、ATP耗盡和內(nèi)毒素，最終導(dǎo)致肝臟炎癥、纖維化和癌癥。

“二次打擊”學(xué)說曾是NAFLD發(fā)病機(jī)制的經(jīng)典闡釋，而如今“多重打擊”學(xué)說被更多的學(xué)者所認(rèn)可。“多重打擊”學(xué)說認(rèn)為NAFLD的發(fā)生是多因素綜合作用的結(jié)果，包括飲食因素、代謝功能紊亂、肝腸軸、肝細(xì)胞壓力、肝細(xì)胞死亡、核受體、免疫、遺傳等[13]。

2 氧化應(yīng)激對(duì)NAFLD的影響

氧化應(yīng)激在NAFLD的致病和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。當(dāng)機(jī)體產(chǎn)生過多的氧自由基或者氧化程度超過氧化物的清除能力時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致組織損傷。大量文獻(xiàn)報(bào)道導(dǎo)致NAFLD的主要氧化應(yīng)激機(jī)制原因包括：線粒體功能障礙[14]、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[6]、鐵代謝紊亂[15]、腸道菌群紊亂[16]。

2.1 線粒體功能障礙 在線粒體功能障礙的情況下，氧化應(yīng)激是產(chǎn)生肝損傷和纖維化發(fā)展的關(guān)鍵因素[14]。肝臟是脂質(zhì)代謝的重要器官，機(jī)體通過肝臟的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從血清中攝取游離脂肪酸。肝細(xì)胞中脂肪和能量的穩(wěn)態(tài)受線粒體的調(diào)節(jié)，包括游離脂肪酸的β氧化、電子轉(zhuǎn)移和ATP，以及活性氧(ROS)的產(chǎn)生[17]。

當(dāng)肝臟細(xì)胞脂質(zhì)過載時(shí)，線粒體β氧化活性增加導(dǎo)致ROS增多，直至超過機(jī)體清除ROS的能力時(shí)便產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)[18]。而產(chǎn)生的大量ROS又會(huì)導(dǎo)致線粒體功能障礙，脂肪代謝水平下降，肝臟出現(xiàn)脂肪變性。而且ROS的增加促進(jìn)了脂肪酸的氧化, 導(dǎo)致了脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的增多。另外，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的細(xì)胞毒性作用可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞趨化，使肝臟發(fā)生炎癥性壞死，激活肝星狀細(xì)胞。持續(xù)活化的肝星狀細(xì)胞釋放促纖維化因子，促進(jìn)非酒精性脂肪肝進(jìn)一步發(fā)展為肝纖維化、肝硬化，甚至肝細(xì)胞癌[19]。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能是合成蛋白質(zhì)、膽固醇、甘油磷脂等脂類[20]。但在應(yīng)激條件下，例如脂質(zhì)超載時(shí)、未折疊和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中積累，激活未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)的特定信號(hào)傳導(dǎo)途徑。為了恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)會(huì)延長和重復(fù)激活，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增加，從而引發(fā)細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)[21-22]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激還可以導(dǎo)致炎性小體的激活，例如NLRP3，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的肝臟炎癥和肝細(xì)胞凋亡[23]。因此抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的炎性小體激活是治療NAFLD的潛在方法之一。

2.3 鐵代謝紊亂 鐵是紅細(xì)胞生成和多種細(xì)胞代謝功能所必需的物質(zhì)[24]。然而，過量的鐵會(huì)引起芬頓反應(yīng)產(chǎn)生ROS，導(dǎo)致氧化應(yīng)激產(chǎn)生，損傷細(xì)胞。大約三分之一的NAFLD患者表現(xiàn)出鐵代謝紊亂的跡象，鐵的過載加重了肝臟炎癥，通過減少體內(nèi)鐵含量可以恢復(fù)胰島素的敏感性，減緩NAFLD的發(fā)展[25]。Handa等[26]發(fā)現(xiàn)在給予瘦素受體蛋白缺陷小鼠膳食鐵負(fù)荷后，肝細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激，炎癥小體激活，炎癥和免疫介質(zhì)誘導(dǎo)肝細(xì)胞氣球樣損傷，并因此導(dǎo)致NAFLD向NASH轉(zhuǎn)變。Atarashi等[27]也通過給大鼠喂食正常、高脂肪、高脂肪高鐵和高鐵飲食30周發(fā)現(xiàn)，高脂肪組和高脂肪高鐵組較正常組血清轉(zhuǎn)氨酶升高，肝臟的炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，促炎細(xì)胞因子上調(diào)，并且出現(xiàn)脂肪變性。同時(shí)，高脂肪高鐵組的炎癥反應(yīng)，促炎因子水平顯著高于高脂肪組。這表明鐵超載顯著加重了肝臟的炎癥，體內(nèi)鐵還能通過產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而導(dǎo)致NAFLD的肝損傷[28]。

2.4 腸道菌群紊亂 腸道微生物可以通過多種途徑促進(jìn)NAFLD。研究[29]表明，飲食因素可導(dǎo)致腸道菌群改變和腸道屏障破壞，從而促進(jìn)代謝性內(nèi)毒素血癥和低度炎癥的發(fā)生，加重NAFLD。內(nèi)源性乙醇是腸道菌群的代謝物，被肝臟吸收后通過門靜脈到達(dá)肝臟，在肝臟經(jīng)乙醇脫氫酶氧化，形成乙醛等過氧化物，活化肝臟的Kupffer細(xì)胞，引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[30]。腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致膽汁酸代謝的失衡，抑制了法尼醇X受體，使得肝臟甘油三酯和血漿膽固醇水平上升[31-32]。另外腸道菌的衍生毒素，例如，脂多糖(LPS)會(huì)激活肝巨噬細(xì)胞中促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致肝炎的發(fā)生[33]。

3 Nrf2與氧化應(yīng)激

Nrf2是機(jī)體抗氧化應(yīng)激的一個(gè)重要因子。在機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)，Nrf2基因被激活并轉(zhuǎn)錄，啟動(dòng)下游抗氧化蛋白、氧化酶和Ⅱ相解毒酶等。人類的Nrf2蛋白由605個(gè)氨基酸組成，含有7個(gè)高度保守的Nrf2-ECH同源(Neh)結(jié)構(gòu)域，依次命名為Neh1至Neh7[34]。在穩(wěn)態(tài)條件下，Neh2分子通過兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)與兩個(gè)Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1(Keap1)分子相互作用，此時(shí)Nrf2是被抑制的[35]。當(dāng)ROS和親電試劑水平大于細(xì)胞解毒的能力時(shí)，Nrf2開始活化，Nrf2與Keap1解偶聯(lián)，磷酸化的Nrf2轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核，與Maf蛋白結(jié)合成異質(zhì)二聚體后與抗氧化劑應(yīng)答元件結(jié)合，激活靶基因，調(diào)控Ⅱ相解毒酶、抗氧化酶的表達(dá)，清除超氧化物，從而發(fā)揮抗氧化損傷作用(圖1)[36]。

圖1 Nrf2參與氧化應(yīng)激的過程

4 Nrf2在NAFLD病理生理過程中的作用

Nrf2通路在NAFLD的病理生理中主要通過調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激來發(fā)揮作用。Du等[37]使用骨鈣素激活Nrf2通路發(fā)現(xiàn)，它可以通過改善氧化應(yīng)激和抑制JNK通路來改善NAFLD，這是參與NAFLD發(fā)病機(jī)制的重要途徑。同時(shí)，在NASH小鼠中，通過激活Nrf2，可以抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來改善NAFLD和肝纖維化[38]。如上文所說脂質(zhì)超載和鐵代謝紊亂會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激。Wang等[39]研究顯示，Nrf2在NAFLD中參與了肝臟的脂質(zhì)代謝，Nrf2無效型小鼠相比于野生型小鼠肝甘油三酯和鐵濃度有增加的趨勢(shì)。Nrf2的缺失加速了NASH的進(jìn)展。有研究[40]顯示，通過抗生素治療NAFLD小鼠減少腸道菌群后，小鼠部分抗氧化因子提高，肝臟Nrf2表達(dá)上升，減緩了NAFLD的發(fā)展。

5 Nrf2通路激活劑干預(yù)NAFLD進(jìn)展

已發(fā)現(xiàn)的Nrf激活化劑有酚類、二硫代硫酮類、異硫氰酸鹽類、三萜類[41]。大量研究[42]表明，各類Nrf2激活劑在干預(yù)NAFLD實(shí)驗(yàn)中取得了滿意的效果。例如，具有抗氧化應(yīng)激活性的類黃酮糖苷燈盞花素通過Nrf2途徑改善NAFLD。來自青錢柳的三萜類化合物在NAFLD體內(nèi)外模型中可以通過激活Nrf2來保護(hù)線粒體功能和改善氧化應(yīng)激[43]。洋紅素通過Nrf2/ HO-1信號(hào)通路抑制脂質(zhì)積累和氧化應(yīng)激改善NAFLD[44]。盡管已有Nrf2活化劑藥物臨床試驗(yàn)階段, 如富馬酸酯口服液治療復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化癥已進(jìn)入Ⅲ期臨床階段[45]，但由于NAFLD發(fā)病機(jī)制尚未完全了解，Nrf2活化劑特異性不夠等原因，尚未有治療NAFLD的Nrf2活化劑藥物進(jìn)入臨床試驗(yàn)。當(dāng)前，對(duì)于Nrf2活化劑的研究方興未艾，大量天然藥物的提取物已經(jīng)證明，通過Nrf2通路可以干預(yù)NAFLD的發(fā)展，相信隨著藥物研究的深入，Nrf2臨床藥物也將會(huì)出現(xiàn)。

6 小結(jié)與展望

氧化應(yīng)激與Nrf2通路在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中有著重要作用且聯(lián)系密切。調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、清除ROS，是NAFLD防治的重要方向之一。而Nrf2作為氧化應(yīng)激中的重要通路在避免肝臟脂質(zhì)變性、防止ROS引起的肝細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷和線粒體障礙等方面起到了重要的調(diào)控作用。盡管NAFLD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，現(xiàn)在仍未完全闡明，但越來越多的研究表明，氧化應(yīng)激與Nrf2通路在NAFLD疾病的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用。深入探索氧化應(yīng)激與Nrf2通路的分子機(jī)制，或可為今后NAFLD的治療和新藥研發(fā)提供新的候選靶點(diǎn)。