脂噬在脂代謝疾病中的調(diào)控作用

譚艷美， 譚艷飛， 蒙國照， 譚玉林

(1.湘南學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院疾病學(xué)基礎(chǔ)研究所，湖南省郴州市 423000；2.湘南學(xué)院第一附屬醫(yī)院郴州市第一人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖南省郴州市 423000)

脂滴(lipid droplets，LDs)是真核生物的細(xì)胞器，其核心以甘油三酯、膽固醇酯和視黃醇酯的形式存儲脂質(zhì)，外圍由一層磷脂分子和各種蛋白包裹，如脂滴周圍蛋白家族(perilipins，Plin)。Plin是由5種蛋白質(zhì)(Plin1-5)組成的家族，包裹在脂滴周圍促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積，調(diào)控脂滴與其他細(xì)胞器之間的相互作用以及脂滴大小和脂質(zhì)分解過程[1]。脂滴內(nèi)的脂質(zhì)通過脂解和脂噬兩種方式完成產(chǎn)能和合成生物膜、配體以及其他生物大分子的功能，若脂代謝異常會引起脂肪性肝病、動脈粥樣硬化性心腦血管疾病、糖尿病和腫瘤等疾病。本文回顧脂噬在多種脂代謝性疾病中的調(diào)控作用及機(jī)制，為探尋防治此類疾病的潛在靶點提供可能。

1 脂噬概述

脂噬是一種選擇性自噬，指細(xì)胞通過活化自噬相關(guān)分子，選擇性識別和降解脂滴膽固醇酯和甘油三酯，形成游離膽固醇、脂肪酸和甘油，以防止脂質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)過度蓄積的過程。Singh等[2]發(fā)現(xiàn)，肝細(xì)胞內(nèi)的自噬標(biāo)記物和脂滴標(biāo)記物出現(xiàn)了共定位現(xiàn)象，脂滴和甘油三酯的清除有自噬的參與，確定了脂噬的存在。脂噬主要包括三個過程[3]：微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)識別LDs上的自噬受體；LC3通過與脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)的LC3相互作用區(qū)結(jié)構(gòu)域相互作用，促進(jìn)ATGL與LDs連接形成自噬體；自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體，進(jìn)而降解脂滴。

2 脂噬的調(diào)控機(jī)制

脂噬過程比較復(fù)雜，受基因、轉(zhuǎn)錄因子、酶等多種因素影響[1]。ATGL及其同家族的脂肪酶PNPLA3、PNPLA5、PNPLA8，通過促進(jìn)甘油三酯和膽固醇酯自噬小體形成，從而啟動脂噬。Rab蛋白家族中的成員Rab7、Rab10、Rab15與脂噬關(guān)系密切，是肝內(nèi)脂噬調(diào)控不可缺少的部分。此外，脂噬的轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控也受到轉(zhuǎn)錄因子EB、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合IGHM增強(qiáng)子3、轉(zhuǎn)錄因子叉頭框蛋白O和甘氨酸-N-甲基轉(zhuǎn)移酶等的介導(dǎo)。

脂噬過程中自噬溶酶體的形成受到多種因素的影響。研究表明，在小鼠成纖維細(xì)胞中溶酶體相關(guān)膜蛋白2( lysosome-associated membrane protein-2,LAMP-2) 缺失可使細(xì)胞內(nèi)自噬溶酶體增大、脂噬增強(qiáng)，使依賴神經(jīng)酰胺類似物N-(1-羥基-3-嗎啡酰-1-苯基丙基-2-基)癸酰胺的大脂滴降解增多[4]。Lee等[5]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)血清缺乏時，油酸(oleic acid,OA)可抑制LC3與LAMP1的共定位，說明OA可阻止自噬溶酶體的形成；當(dāng)去除OA后，細(xì)胞饑餓引起的脂噬會使脂質(zhì)蓄積減少、自噬通量恢復(fù)。Cui等[6]認(rèn)為脂噬來源的脂肪酸不是直接穿過溶酶體膜運(yùn)往細(xì)胞外，而是需要溶酶體融合到質(zhì)膜上再通過胞吐作用向細(xì)胞外運(yùn)送，且這個融合過程受到溶酶體鈣通道蛋白黏脂蛋白1的調(diào)控。

3 脂噬與脂代謝疾病

3.1 消化系統(tǒng)疾病

肝臟是脂類消化、吸收、合成、分解與運(yùn)輸?shù)闹饕獔鏊捎绊懼|(zhì)的穩(wěn)態(tài)，因此脂噬在肝臟中具有不可忽視的作用。酶、基因、藥物以及生活習(xí)慣的改變可以調(diào)控脂噬在肝臟脂質(zhì)代謝中的作用進(jìn)而影響非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)的進(jìn)程。Schwerbel等[7]發(fā)現(xiàn)小鼠和人類免疫相關(guān)的三磷酸鳥苷酸家族成員IFGGA2過表達(dá)時可誘導(dǎo)脂噬，從而防止肝臟中脂質(zhì)的過量沉積。Serio等[8]通過臨床病例報告分析發(fā)現(xiàn)，液泡三磷酸腺苷(ATP)酶組裝因子VMA21的突變導(dǎo)致ATP酶錯誤組裝及功能障礙，從而引起脂噬障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和膽固醇合成增加，使肝臟發(fā)生脂肪變性。Gao等[9]發(fā)現(xiàn)運(yùn)動和飲食干預(yù)可增強(qiáng)脂噬，從而改善高脂肪飲食引起的NAFLD和肝臟衰老。

在酒精喂養(yǎng)的小鼠中，肝臟特異性神經(jīng)酰胺的減少通過促進(jìn)極低密度脂蛋白分泌和脂噬作用，緩解了酒精對肝內(nèi)脂滴蓄積的影響，進(jìn)而改善肝脂肪變性和胰島素抵抗，這可能跟脂噬溶酶體和LDs間的神經(jīng)酰胺交互作用有關(guān)[10]。定期使用槲皮素可通過增強(qiáng)脂噬作用降低脂肪分化相關(guān)蛋白(Perilipin2，PLIN2)水平、激活腺苷單磷酸活化蛋白激酶(AMPK)活性以及增加肝臟LC3Ⅱ和PLIN2蛋白的共定位，從而預(yù)防肝脂肪變性[11]。

脂噬通過作用于腸上皮細(xì)胞影響腸道疾病的發(fā)展。Ling等[12]發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的脂噬可緩解黃鯰魚腸道和離體腸上皮細(xì)胞中的甘油三酯蓄積。Schittmayer等[13]發(fā)現(xiàn)，膳食中攝入的甘油三酯不能直接在腸上皮細(xì)胞中合成乳糜微粒，而是要先被包裝成脂滴儲存起來，在需要的時候通過脂噬作用水解后才能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成乳糜微粒。

3.2 心血管系統(tǒng)疾病

在心血管系統(tǒng)中，脂噬主要通過影響動脈粥樣硬化(atherosclerosis,As)病理進(jìn)程和心肌細(xì)胞功能進(jìn)而對高血壓、心肌炎及冠心病等疾病發(fā)揮作用。Qiao等[14]證實在ApoE敲除小鼠的As進(jìn)展期，脂噬功能出現(xiàn)損傷。Zhang等[15]發(fā)現(xiàn)，脂噬的減弱使內(nèi)皮細(xì)胞中脂質(zhì)蓄積，進(jìn)而加速As進(jìn)展促進(jìn)心血管疾病發(fā)生。為了延緩As進(jìn)程，Zheng等[16]發(fā)現(xiàn)阿托伐他汀可通過AMPK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)途徑增強(qiáng)泡沫細(xì)胞內(nèi)的脂噬作用，促進(jìn)膽固醇的流出，從而延緩了As的發(fā)生發(fā)展。

3.3 神經(jīng)系統(tǒng)疾病

在神經(jīng)系統(tǒng)中，脂噬通過影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、血腦屏障功能以及腦內(nèi)能量代謝而影響缺血性腦病、腦血管病的發(fā)生發(fā)展。在結(jié)節(jié)性硬化基因缺陷的神經(jīng)干細(xì)胞中，脂噬不僅維持了胞內(nèi)的能量需求，同時也引起了哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1的過度激活，進(jìn)而損傷了結(jié)節(jié)性硬化癥患者的神經(jīng)發(fā)育[17]。在大鼠腦內(nèi)皮細(xì)胞中，脂噬通過特異轉(zhuǎn)運(yùn)體或胞吐作用促進(jìn)了膽固醇酯水解、游離膽固醇分泌，導(dǎo)致神經(jīng)血管細(xì)胞功能受損，血腦屏障病變，最終引發(fā)多次短暫性腦缺血發(fā)作[18]。脂噬影響腦內(nèi)的能量代謝，Kim等[19]在下丘腦神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白缺陷可增強(qiáng)脂噬作用，產(chǎn)生的脂質(zhì)促進(jìn)ATP生成，調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的能量代謝。另外，脂噬還可通過作用于神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)人體壽命。Daniele等[20]發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)元中異位激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊蛋白反應(yīng)可增強(qiáng)脂噬，重塑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而延長人的壽命。

3.4 泌尿系統(tǒng)疾病

在泌尿系統(tǒng)中，脂噬主要通過作用于腎臟的濾過和解毒功能影響急性腎損傷等腎病的發(fā)展。Micli等[21]也證實在單側(cè)輸尿管梗阻小鼠模型中，剪切應(yīng)力可以刺激脂噬、促進(jìn)脂肪酸產(chǎn)生，從而為腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體的β-氧化提供底物。剪切應(yīng)力通過初級纖毛的脂噬作用控制了近端小管上皮細(xì)胞內(nèi)的能量代謝，進(jìn)而影響腎臟的濾過功能，調(diào)控慢性腎病和急性腎損傷的發(fā)展。Liao等[22]發(fā)現(xiàn)脂噬可以降解尿路上皮斑塊，防治尿路上皮癌。

3.5 腫瘤

機(jī)體脂質(zhì)代謝的改變與腫瘤的發(fā)生關(guān)系密切，脂噬在腫瘤中起了重要作用。在肝細(xì)胞中，CD36介導(dǎo)的氧化低密度脂蛋白攝取可觸發(fā)CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β的表達(dá)，并直接上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)居住蛋白水平，促進(jìn)脂噬，從而加速NAFLD相關(guān)的肝癌進(jìn)程[23]。Patra等[24]在患有道爾頓淋巴瘤的小鼠中發(fā)現(xiàn)，γ輻射的電化學(xué)性質(zhì)改變會通過核因子E2相關(guān)因子2抑制脂噬，進(jìn)而通過超氧化物酶體介導(dǎo)凋亡增強(qiáng)五倍子酸的抗癌作用。

脂噬的作用是雙向的，一定程度下在腫瘤中也會產(chǎn)生積極的調(diào)控作用。Pizato等[25]在研究三陰性乳腺癌時發(fā)現(xiàn)，二十二碳六烯酸(DHA)和Delta-生育三烯酚聯(lián)合用藥可以增強(qiáng)三陰性乳腺癌細(xì)胞的脂噬作用，進(jìn)而延緩乳腺癌進(jìn)程。Zhang等[26]在研究腎透明細(xì)胞癌時也發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素能增強(qiáng)癌細(xì)胞內(nèi)的脂噬作用，從而促進(jìn)ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)子A1介導(dǎo)的膽固醇排出，抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，并最終抑制了腎癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和腫瘤生長。Panda等[27]在前列腺癌細(xì)胞PC3中發(fā)現(xiàn)，相思子凝集素可通過上調(diào)胞質(zhì)內(nèi)的沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類1的表達(dá)，使LAMP1結(jié)構(gòu)域上的賴氨酸殘基發(fā)生去乙酰化，從而引起脂噬，抑制癌細(xì)胞增殖并促進(jìn)其凋亡，緩解前列腺癌的發(fā)展。

3.6 其他疾病

脂噬除了在上述疾病中具有重要的作用外，它還在先天性魚鱗病、感染性疾病等的病理生理過程中發(fā)揮一定作用。臨床檢驗結(jié)果顯示，常染色體隱性疾病先天性魚鱗病患者的血涂片樣本中LDs異常蓄積，該患者的原代成纖維細(xì)胞中PNPLA1的突變會引起胞內(nèi)脂噬受損，進(jìn)而引起了LDs的蓄積[28]。研究發(fā)現(xiàn)，類鼻疽桿菌致病是因為類鼻疽桿菌感染機(jī)體后引起人肺上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞內(nèi)脂滴積累，并通過下調(diào)PNPLA2抑制脂噬，從而抑制了肺上皮細(xì)胞的抗感染功能并導(dǎo)致了類鼻疽病[29]。

4 小 結(jié)

脂噬在細(xì)胞內(nèi)選擇性降解脂滴，維持細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)代謝平衡。細(xì)胞內(nèi)的脂噬不足或者過度都會引起機(jī)體脂代謝紊亂，導(dǎo)致疾病的發(fā)生。脂噬在肝臟中可延緩酒精性和非酒精性脂肪肝的發(fā)展進(jìn)程，在腸道吸收膳食脂肪時可起到動員脂滴的作用，在動脈粥樣硬化發(fā)展中可抑制泡沫細(xì)胞的形成，在神經(jīng)系統(tǒng)中可引起血腦屏障病變導(dǎo)致短暫性腦缺血，在腎臟中可影響腎的濾過和解毒功能，在腫瘤疾病中發(fā)揮了促癌和抑癌的雙重作用，雖然這些作用都是通過脂噬降解脂滴中的甘油三酯和膽固醇這一途徑實現(xiàn)的，但是在不同的組織器官中參與這些過程的分子機(jī)制確是多種多樣的。

目前有關(guān)脂噬的研究主要集中在肝臟和腫瘤相關(guān)疾病，而在其他脂代謝性疾病如高血壓、冠心病、腦血管病、糖尿病、肥胖癥等疾病中有關(guān)脂噬的研究尚還處于起步階段。本課題組致力于動脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制的研究，將對脂噬在動脈粥樣硬化中的作用進(jìn)行深入研究，并探討其具體的調(diào)控機(jī)制，為防治高血壓、冠心病、腦血管病等代謝性疾病提供一個新思路。