膽固醇代謝與非酒精性脂肪性肝炎的研究進(jìn)展

李瀟瀟，舒祥兵，張 莉*

(1.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院/脾胃病研究所， 上海 200032；2.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院寶山分院 老年醫(yī)學(xué)科， 上海 201999)

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)已成為最常見的疾病，影響全球約25%的人口。非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)是NAFLD的一種進(jìn)展形式，其組織學(xué)特點(diǎn)為門靜脈和肝小葉單核和多核炎性細(xì)胞浸潤、肝細(xì)胞氣球樣變性、纖維化和肝細(xì)胞壞死。NASH可導(dǎo)致肝臟纖維化、肝硬化、肝衰竭及肝臟腫瘤的發(fā)生。膽固醇(cholesterol)作為人體重要的脂類物質(zhì)與信號(hào)分子，參與多種細(xì)胞功能，如質(zhì)膜構(gòu)成，合成膽汁酸、維生素D以及固醇等。研究表明，脂毒性引起的肝臟損傷是NASH形成的重要因素，而膽固醇以及代謝產(chǎn)物作為主要的脂毒性分子，其在肝組織中的累積能夠加速NASH的進(jìn)程。飲食中的膽固醇能夠促進(jìn)NASH的發(fā)生， 尤其是巨噬細(xì)胞內(nèi)膽固醇可以通過誘發(fā)炎性反應(yīng)參與NASH的發(fā)生和進(jìn)展。因此，在NASH疾病進(jìn)展中，膽固醇引起的代謝紊亂與炎性反應(yīng)發(fā)揮著重大作用。本文將主要從膽固醇代謝與炎性反應(yīng)的關(guān)系入手，進(jìn)行綜述。

1 膽固醇的生理代謝

飲食中的膽固醇在腸道中的吸收依賴于膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-NPC1樣1[Niemann-Pick disease,type C1(NPC1) like intracellular cholesterol transporter 1, NPC1L1]，其N端結(jié)構(gòu)域可以選擇性的結(jié)合膽固醇或者氧化固醇[1]。游離膽固醇(free cholesterol, FC)被細(xì)胞攝入后并轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum, ER)中，參與細(xì)胞內(nèi)乳糜微粒(chylomicron, CM)組裝。CM被分泌至胞外，穿過固有層，進(jìn)入乳糜管和淋巴管，最終釋放入血。CM在外周血循環(huán)過程中，血管內(nèi)皮表面的脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase, LPL)會(huì)將CM中的三酰甘油水解生成甘油及脂肪酸，而CM殘余顆粒則被肝細(xì)胞攝取。

血液或者外周組織中過高的膽固醇被ApoA-I載脂蛋白接收，參與形成高密度脂蛋白(high-density lipoprotein, HDL)并向肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)。肝細(xì)胞的膽固醇可通過極低密度膽固醇(very low density lipoprotein, VLDL)被分泌到外周。在外周循環(huán)中，膽固醇酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(cholesterol ester transfer protein, CETP)將HDL中的膽固醇酯(cholesterol ester, CE)轉(zhuǎn)運(yùn)至VLDL，參與VLDL向富含膽固醇酯(cholesterol ester，CE)的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)的轉(zhuǎn)化。因此，CETP在HDL以及VLDL、LDL的代謝中具有重要作用。

除了胞外攝取，細(xì)胞自身以乙酰CoA為原料，在3-羥基-3-甲羥基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGCR)等關(guān)鍵限速酶的作用下合成膽固醇。細(xì)胞內(nèi)膽固醇穩(wěn)態(tài)受到膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2(sterol-regulatory element binding proteins 2, SREBP2)以及肝X受體(liver X receptors, LXR)兩種信號(hào)通路的共同調(diào)控[2]。一方面，SREBP2上調(diào)低密度脂蛋白受體(low-density lipoprotein receptor, LDLR)、HMGCR的表達(dá)，增加膽固醇在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)與生成；另一方面，LXR信號(hào)通路上調(diào)吲哚促進(jìn)LDLR降解，減少膽固醇的向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)；同時(shí)上調(diào)ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體(ATP binding cassette, ABC)A1以及ABCG1的表達(dá)等，促進(jìn)膽固醇胞外轉(zhuǎn)運(yùn)。

2 膽固醇誘導(dǎo)非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的機(jī)制

2.1 膽固醇誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化

高脂飲食可以誘導(dǎo)單純性脂肪肝，而高脂高膽固醇飲食則加速NASH進(jìn)程，甚至可誘導(dǎo)NASH相關(guān)肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)的產(chǎn)生。在此過程中，膽固醇作為脂毒性分子，可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化，促進(jìn)巨噬細(xì)胞數(shù)量顯著增加，形成具有促炎狀態(tài)的肝臟微環(huán)境，推進(jìn)NASH進(jìn)展；而且隨著飲食中膽固醇比例的升高，肝臟中F4/80+CD11b+的浸潤型巨噬細(xì)胞數(shù)量越多，說明膽固醇可以誘導(dǎo)外周單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞向肝臟流入與募集[3]。在NASH疾病狀態(tài)下，巨噬細(xì)胞促進(jìn)更多的炎性因子以及趨化因子的分泌，同時(shí)募集并激活其他免疫炎性細(xì)胞，以及肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell, HSC)和成纖維細(xì)胞，在脂肪變、炎性反應(yīng)以及纖維化發(fā)病過程中的扮演著重要角色。

膽固醇在巨噬細(xì)胞中累積可以形成膽固醇結(jié)晶(cholesterol crystallization, CC)或者王冠樣結(jié)構(gòu)(crown-like structures, CLSs)，CC能夠上調(diào)巨噬細(xì)胞中caspase1 (p20)活體形式，進(jìn)而促進(jìn)炎性小體3(nucleotide-binding domain, leucine-rich-containing family, pyrin domain-containing-3, NLRP3)以及白介素1(interleukin-1β, IL-1β)成熟與分泌，而運(yùn)用NLRP3抑制劑MCC950，可以有效逆轉(zhuǎn)以上炎性細(xì)胞因子的水平[4]。此外，巨噬細(xì)胞內(nèi)的CC還可以通過激活補(bǔ)體系統(tǒng)誘導(dǎo)炎性反應(yīng)。補(bǔ)體片段C1q與ficolin-2分別與CC結(jié)合，經(jīng)過經(jīng)典途徑以及凝集素途徑，激活終極補(bǔ)體復(fù)合體。單核細(xì)胞表面的CR3(CD11b/CD18)和CR1(CD35)能夠識(shí)別補(bǔ)體片段，促進(jìn)炎性因子IL-1α、MIP-1α、TNF、IL-6、IL-8等的產(chǎn)生[5]。巨噬細(xì)胞吞噬ox-LDL誘導(dǎo)泡沫細(xì)胞形成的同時(shí)，在門靜脈區(qū)損傷內(nèi)皮形成斑塊，活化KCs上調(diào)IL-1β和植物血凝素樣氧化型低密度脂蛋白受體1(lectin like Ox-LDL receptor-1, LOX-1)的釋放，進(jìn)而加速NASH的產(chǎn)生[6]，而沉默CXC 趨化因子配體12( CXC chemokine ligand 12, CXCL12) 能夠抑制ox-LDL 誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞RAW264.7泡沫化，促進(jìn)ABCA1表達(dá)上調(diào)[7]。高脂高膽固醇飲食能夠上調(diào)肝細(xì)胞脂滴中CC含量，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中的CLSs形成以及NLRP3炎性小體激活，說明膽固醇結(jié)晶體可以激活炎性小體，導(dǎo)致NASH伴纖維化，而依折麥布聯(lián)合阿托伐他汀可以完全溶解膽固醇結(jié)晶，緩解NASH以及纖維化，其效果優(yōu)于單一使用的依折麥布或者阿托伐他汀[8]。

2.2 膽固醇影響亞細(xì)胞器的功能

生理狀態(tài)下線粒體中膽固醇水平較低，膽固醇在線粒體中的累積會(huì)導(dǎo)致線粒體功能紊亂，釋放線粒體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)。mtDNA能夠激活Kupffer細(xì)胞(KC)表面的TLR9，上調(diào)TNF-α、IL-6以及趨化因子的表達(dá)，加速肝細(xì)胞脂質(zhì)沉積和HSC活化，促進(jìn)NASH發(fā)生和進(jìn)展[9]。膽固醇累積誘導(dǎo)的mtDNA釋放還可以以AIM2依賴的方式促進(jìn)IL-1β的產(chǎn)生，降低細(xì)胞內(nèi)mtDNA能夠抑制膽固醇誘導(dǎo)的IL-1β的釋放[10]。此外，高膽固醇飲食能夠上調(diào)與谷胱甘肽穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因，同時(shí)下調(diào)編碼線粒體蛋白的核基因，誘導(dǎo)線粒體膜電位以及ATP含量降低，引起ATP耗竭、氧化應(yīng)激等，最終導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷[11]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是生物大分子合成的重要場所，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上膽固醇水平升高亦可以誘發(fā)ER應(yīng)激。高脂高糖高膽固醇(fat, fructose, and cholesterol, FFC)飲食可以活化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的感應(yīng)器肌醇依賴性激酶1α(inositol requiring enzyme 1α, IRE1α)，誘導(dǎo)肝細(xì)胞釋放富含神經(jīng)酰胺的細(xì)胞外泌體，募集外周單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞，促進(jìn)炎性反應(yīng)的產(chǎn)生和NASH的進(jìn)展。此外，膽固醇在ER中累積，能夠誘導(dǎo)NLRP3以及caspase-1的激活和IL-1β的釋放[12]。NLRP3在ER可與Scap-SREBP2復(fù)合體結(jié)合形成三聚體，Scap將SREBP2以及NLRP3轉(zhuǎn)移至高爾基體，促進(jìn)SREBP2的成熟以及NLRP3的激活。因此，膽固醇內(nèi)源性合成可能伴隨NLRP3的激活，SREBP2成熟所需的Scap運(yùn)載以及S1P蛋白酶的切割是NLRP3激活所必須的[13]。

此外，溶酶體中膽固醇累積能夠誘導(dǎo)溶酶體釋放組織蛋白B，促進(jìn)NLRP3的激活[4]。當(dāng)存在溶酶體酸性脂肪酶缺乏癥(lysosomal acid lipase deficiency, LALD)或者NPC1(niemann pick C1-Like 1 protein)、NPC2突變時(shí)，由于溶酶體釋放的FC減少，細(xì)胞會(huì)負(fù)反饋上調(diào)HMG-CoA在肝組織中的表達(dá)，促進(jìn)膽固醇合成以及LDLR的表達(dá)。同時(shí)，ABCA1的表達(dá)降低，進(jìn)而減少細(xì)胞內(nèi)膽固醇的轉(zhuǎn)運(yùn)[14]。

2.3 膽固醇-膽汁酸代謝與NASH形成

肝臟是膽固醇代謝的主要器官，50%的膽固醇在肝臟內(nèi)被轉(zhuǎn)化為膽汁酸進(jìn)入腸肝循環(huán)，這是膽固醇主要代謝去路，亦是維持細(xì)胞內(nèi)膽固醇穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵。膽固醇在肝細(xì)胞中合成的初級(jí)膽汁酸在膽鹽輸出泵的作用下，經(jīng)膽管與十二指腸分泌與排泄進(jìn)入腸道，而95%的膽汁酸經(jīng)門靜脈回流入肝臟，與新合成的膽汁酸一起進(jìn)入下一個(gè)肝腸循環(huán)。特定膽汁酸組分可以激活不同的膽汁酸受體進(jìn)而調(diào)控多種功能。其中法尼醇X受體(farnesoid X receptor, FXR)和G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1(G-protein-coupled bile acid receptor, GPBAR1, 又作TGR5)是NASH藥物研究的重要靶點(diǎn)。FXR具有抑制肝臟脂肪的從頭合成，促進(jìn)脂肪酸氧化，增加胰島素的敏感性以及抑制炎性反應(yīng)等作用。目前處于臨床開發(fā)階段FXR激動(dòng)劑有：奧貝膽酸(obeticholic acid, OCA)、TERN-101、Cilofexor、Nidufexor、Tropifexor等[15]。OCA作為FXR激動(dòng)劑是目前唯一通過III期臨床驗(yàn)證的治療NASH的藥物，具有改善NASH脂質(zhì)累積與減輕纖維化的作用[16]；但是其臨床藥理效果欠佳，僅有23%的患者纖維化水平改善超過1級(jí)；OCA雖然可以顯著降低肝臟炎性反應(yīng)，改善NAS評(píng)分，但是OCA又可以通過改變CETP活性，上調(diào)低密度脂蛋白膽固醇水平，并降低了高密度脂蛋白膽固醇水平，引起脂質(zhì)代謝譜紊亂[17]。膽汁酸與TGR5的結(jié)合，主要以直接或者間接的方式調(diào)控胰島素分泌，影響糖代謝；也可以通過增加細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷，介導(dǎo)巨噬細(xì)胞炎性因子的釋放，影響免疫與炎性反應(yīng)。TGR5激動(dòng)劑能夠促進(jìn)白色脂肪組織棕色化，降低炎性因子水平，促進(jìn)能量消耗，逆轉(zhuǎn)NASH小鼠模型中肝臟及血管損害[18]。

腸道菌群-膽汁酸互作能夠調(diào)控膽固醇代謝。抑制具有膽鹽水解酶活性的菌群，如Lactobacillus、Bacillus、Streptococcus以及Lactococcusgenera能夠上調(diào)腸道中結(jié)合膽汁酸的水平，結(jié)合膽汁酸通過抑制腸道FXR/FGF15信號(hào)通路，促進(jìn)膽汁酸合成通路酶水平，從而使肝臟產(chǎn)生以及排泄更多的膽汁酸，降低細(xì)胞內(nèi)膽固醇的水平，達(dá)到降脂的目的。飲食中的膽固醇通過影響腸道菌群-膽汁酸互作，影響NASH的進(jìn)展。高脂高膽固醇飲食能夠抑制擬桿菌、雙歧桿菌豐度，上調(diào)血中?；悄懰?taurocholic acid, TCA)的水平；而TCA可以加速膽固醇誘導(dǎo)的脂質(zhì)沉積，加速NASH及相關(guān)HCC的發(fā)生[19]。除了TCA，飲食性的膽固醇可以下調(diào)與色氨酸代謝能力相關(guān)的腸道菌群，下調(diào)血清中3吲哚丙酸水平，促進(jìn)膽固醇誘導(dǎo)的脂質(zhì)沉積[19]；吲哚，作為腸道菌群代謝物，既可以通過抑制KC細(xì)胞中NLRP3的活化，緩解炎性反應(yīng)；又可以增加肝組織中與4β-羥基膽固醇有關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，抑制LPS誘導(dǎo)的膽固醇代謝[20]。腸道菌群代謝產(chǎn)物三甲胺與血清HDL具有負(fù)相關(guān)，低水平的HDL導(dǎo)致膽固醇逆轉(zhuǎn)運(yùn)減少[21]。因此，腸道菌群代謝物亦可以影響膽固醇代謝。

3 問題與展望

膽固醇作為生物合成的重要物質(zhì)，參與人體健康的多個(gè)方面功能發(fā)揮，因此維持膽固醇在攝入，合成，代謝以及外流等多方面的穩(wěn)態(tài)非常關(guān)鍵。除此之外，NASH的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多變，迄今缺乏有效的治療手段。膽固醇代謝紊亂介導(dǎo)NASH/NAFLD的進(jìn)展引起人們廣泛的關(guān)注，大多集中在肝細(xì)胞中膽固醇累積誘導(dǎo)的脂質(zhì)沉積、炎性反應(yīng)甚至是纖維化，但巨噬細(xì)胞中膽固醇代謝紊亂如何介導(dǎo)NASH走向，這方面的機(jī)制知之甚少。目前腸道菌群及其代謝物調(diào)控膽固醇代謝防治NASH的機(jī)制研究日漸受到關(guān)注，是一個(gè)比較有價(jià)值的研究方向，值得去探究。在治療方面，他汀類藥物已被廣泛用于治療NASH中經(jīng)常發(fā)生的膽固醇異常，但沒有充分的臨床證據(jù)評(píng)估降膽固醇可以減輕肝損傷以及纖維化的有效性。而腫瘤患者在化療時(shí)，常加入辛伐他汀作為輔助治療，說明矯正膽固醇紊亂可以產(chǎn)生協(xié)同增效的作用，辛伐他丁對(duì)代謝性腫瘤有一定的治療前景?？傊?，宿主維持膽固醇穩(wěn)態(tài)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，應(yīng)當(dāng)從多方面探討膽固醇穩(wěn)態(tài)在NASH疾病進(jìn)展中的作用，為闡明靶向膽固醇代謝防治NASH進(jìn)展提供理論依據(jù)。