肝細(xì)胞脂質(zhì)代謝異常與線粒體功能障礙在NAFLD發(fā)病和疾病進(jìn)程中的研究進(jìn)展

陳佳豪 周振華

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是全世界最為人知曉的慢性肝臟疾病之一,有數(shù)據(jù)顯示目前全世界被確診為NAFLD的人數(shù)呈上升趨勢(shì)[1],并且還與2型糖尿病和代謝綜合征[2]等代謝紊亂疾病相關(guān)[3]。經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展和生活質(zhì)量的日益改善,使人們對(duì)飲食的需求更加多元化,致使NAFLD發(fā)病率躍居為中國(guó)常見(jiàn)肝病的前列,已成為重大的公眾健康問(wèn)題,但沒(méi)有得到足夠的重視[4]。當(dāng)前NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未有明確的定論,但大量數(shù)據(jù)表明肝臟和肝外脂肪代謝的改變是重要的致病因素[5]。雖然許多的藥物正在進(jìn)行臨床試驗(yàn),力圖找尋治療NAFLD的有效方法,但尚未研發(fā)出有效的藥物來(lái)治療或預(yù)防NAFLD。由于NAFLD是一種復(fù)雜的全身性疾病,除了肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過(guò)度堆積是NAFLD的主要病理特征之外,脂毒性、胰島素抵抗、腸道微生物組以及炎癥也是其特征[6]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究者主要研究聚焦在 NAFLD發(fā)生過(guò)程中線粒體扮演了怎樣的角色,如氧化應(yīng)激、呼吸作用及線粒體參與脂類代謝的作用[7]。本文將討論NAFLD與脂質(zhì)代謝和線粒體功能的相關(guān)性。

一、肝細(xì)胞脂質(zhì)代謝異常與NAFLD

肝臟是脂肪代謝的中心介質(zhì),通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪酸(fatty acid,FA)的攝取、制造、儲(chǔ)存、輸出和氧化來(lái)響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)的生理性波動(dòng),NAFLD始于肝細(xì)胞內(nèi)甘油三酯的過(guò)度蓄積[8]。肝臟脂肪的積累是由脂質(zhì)獲取和脂質(zhì)處理之間的不平衡造成的,脂質(zhì)獲取和處理通過(guò)4個(gè)主要途徑進(jìn)行調(diào)節(jié),包括循環(huán)脂質(zhì)的攝取、脂質(zhì)從頭合成(de novo lipogenesis,DNL)、脂肪酸氧化(fatty acid oxidation,FAO)和極低密度脂蛋白(very low-density lipoprotein,VLDL)中的脂質(zhì)輸出[9]。病理狀態(tài)時(shí),肝臟脂質(zhì)代謝失常,最終成為NAFLD進(jìn)一步發(fā)展的誘因[10]。

(一)肝臟攝取脂肪酸增多 脂肪組織是能量?jī)?chǔ)存的中轉(zhuǎn)站,甘油三酯可由用餐后血中的脂肪酸合成后被儲(chǔ)藏,NAFLD的主要特征之一是肝內(nèi)甘油三酯升高[11]。當(dāng)NAFLD患者存在胰島素抵抗(Insulin Resistance,IR),產(chǎn)生的游離脂肪酸(free fatty acid,FFA)逃離了脂肪組織的捕獲,通過(guò)其他的路徑被肝臟吸收[10]。而過(guò)量FFA流入肝細(xì)胞引起的脂毒性與NAFLD進(jìn)展息息相關(guān)。當(dāng)肝細(xì)胞管理和輸出甘油三酯形式的FFA的能力超負(fù)荷時(shí),就會(huì)發(fā)生肝臟脂毒性[12]。綜上通過(guò)控制肝臟脂肪酸的攝取量也許是預(yù)防NAFLD的潛在途徑。

(二)肝臟脂肪酸從頭合成增多 肝臟甘油三酯從頭合成(de novo lipogenesis,DNL)作為肝臟中脂肪酸生成的另一種途徑,原料乙酰輔酶A由糖酵解產(chǎn)生,脂肪酸是由乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)、脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FAS)等關(guān)鍵酶經(jīng)歷催化加工等步驟后所合成[10]。DNL可改善NAFLD的脂肪變性[11]。在NAFLD患者中固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c(sterol regulatory element-binding protein-1c,SREBP-1c),碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(carbohydrate response element-binding proteins,ChREBP)活性均增加,兩者合作導(dǎo)致造脂基因ACC和FAS表達(dá)增強(qiáng),因此通過(guò)調(diào)控SREBP-1c以及ChREBP這兩個(gè)能對(duì)肝臟DNL產(chǎn)生影響的轉(zhuǎn)錄因子顯得尤為重要。脂肪酸氧化減少由ACC催化產(chǎn)生的丙二酰輔酶A引起,導(dǎo)致肝臟脂肪變性程度進(jìn)一步惡化,而抑制ACC可調(diào)控肝臟DNL的生成,增加脂肪酸氧化,減輕肝脂肪變性程度[13]。綜上,NAFLD的發(fā)生和發(fā)展與DNL功能是否正常有關(guān),肝臟脂質(zhì)代謝異?？捎蒁NL失調(diào)引起,通過(guò)調(diào)控DNL的轉(zhuǎn)錄因子避免DNL失調(diào),可能對(duì)于維持正常的肝臟脂質(zhì)代謝有幫助。

(三)肝臟脂肪酸氧化失調(diào) 線粒體β氧化是脂肪酸氧化釋放能量的途徑[14]。線粒體的異?？蓺w因于線粒體過(guò)量產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species,ROS)所致。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator activated receptor α,PPARα)不僅能調(diào)節(jié)脂蛋白代謝基因,并增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)脂肪酸的攝取、酯化和運(yùn)輸[15]。研究表明,PPARα與脂質(zhì)代謝息息相關(guān),PPARα敲除加劇脂肪酸代謝功能障礙,引起肥胖,從而進(jìn)一步加劇肝臟脂肪變性[16]。脂酰輔酶A脫氫酶(acyl coenzyme A dehydrogenase,ACAD)以及脂酰輔酶A氧化酶(acyl-CoA oxidase,ACOX)1 的表達(dá)水平可由PPARα調(diào)控,從而起到調(diào)節(jié)β氧化的作用[10]。綜上,調(diào)控脂肪酸氧化可通過(guò)適度激活PPARα,維持正常脂質(zhì)代謝,減緩NAFLD的發(fā)病進(jìn)程。

(四)肝臟脂質(zhì)輸出異常 減輕肝臟脂質(zhì)含量除脂肪酸氧化途徑外,剩余肝臟中未被氧化的脂肪酸可以酯化為甘油三酯以極低密度脂蛋白(very low-density lipoprotein,VLDL)的形式從肝臟輸出[10]。肝細(xì)胞VLDL分泌能力與肝臟脂肪變性息息相關(guān),當(dāng)VLDL分泌紊亂時(shí),會(huì)導(dǎo)致甘油三酯的堆積,誘發(fā)肝臟脂肪變性。胰島素可以通過(guò)抑制載脂蛋白B(apolipoprotein,ApoB),還可降低微粒體甘油三酯轉(zhuǎn)移蛋白(microsomal triglyceride transporter protein,MTTP)的表達(dá)和活性,增加肝細(xì)胞VLDL的分泌能力,減輕肝臟脂肪的堆積[17],從而改善NAFLD。綜上,通過(guò)肝細(xì)胞VLDL分泌能力的增強(qiáng)從而改善脂質(zhì)累積也許能為治療NAFLD提供幫助,但需要注意的是,由于脂質(zhì)堆積的過(guò)量,分泌會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),甚至因?yàn)榧膊〉膼夯潭榷鸸δ苁д{(diào)[10]。

二、肝細(xì)胞線粒體功能衰竭與NAFLD

在NAFLD發(fā)病進(jìn)程中,線粒體功能運(yùn)行是否正常有著重要的意義[7]。肝臟線粒體在降解碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和外源物質(zhì)的途徑以及為身體細(xì)胞提供能量方面起著關(guān)鍵作用,其功能的完整性確保了β氧化、游離脂肪酸和三羧酸循環(huán)的正常運(yùn)行[18]。肝臟脂質(zhì)代謝中的一條重要途徑是脂肪酸β氧化,若線粒體功能障礙,將導(dǎo)致肝臟中脂肪酸不能被完全氧化分解,引起脂質(zhì)過(guò)度蓄積,引發(fā)NAFLD[19]。自噬是細(xì)胞功能必不可少的一部分[20],線粒體自噬不但可以清除存在于肝臟中功能受損的線粒體,還能維護(hù)正常肝臟脂質(zhì)代謝功能的運(yùn)行[21]。Cunningham[22]等發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)基因缺失和病毒敲低加劇了肝臟脂肪變性和炎癥,被認(rèn)為是NAFLD的關(guān)鍵調(diào)控因子之一的肝臟eNOS,線粒體自噬也會(huì)因其減少而受到影響,從而導(dǎo)致線粒體功能受損,影響肝臟脂質(zhì)代謝,成為NAFLD發(fā)生和發(fā)展的誘因。有研究發(fā)現(xiàn)[23]敲除巨噬細(xì)胞刺激因子1(macrophage stimulating1,Mst1)能通過(guò)恢復(fù)Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬異常,從而達(dá)到減輕通過(guò)喂食高脂飲食建立的NAFLD模型。線粒體ATPase ATAD3A的存在維持著膽固醇運(yùn)輸功能正常運(yùn)行、防止線粒體結(jié)構(gòu)被破壞,維護(hù)細(xì)胞生存,CHEN等[24]發(fā)現(xiàn)線粒體ATAD3A的缺失經(jīng)由甘油三酯的蓄積和肝細(xì)胞線粒體的損傷促進(jìn)了NAFLD的進(jìn)展。衰老不僅在幾種代謝混亂以及慢性炎癥性疾病中發(fā)揮了決定性的作用,最近的數(shù)據(jù)表明在NAFLD的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中同樣出現(xiàn)了肝細(xì)胞衰老的身影。更有多篇論文指出,肝臟衰老或許可以被當(dāng)作是NAFLD的獨(dú)立誘發(fā)因素,誘發(fā)初期線粒體功能紊亂和進(jìn)一步的代謝失常[25]衰老與線粒體功能障礙相互之間存在著聯(lián)系,線粒體對(duì)于細(xì)胞凋亡、壞死性下垂、活性氧(ROS)的產(chǎn)出和封存中起著不可替代的作用,這種能量平衡的維持離不開(kāi)線粒體的質(zhì)量和數(shù)量的支撐,但衰老會(huì)引起這些動(dòng)態(tài)平衡的缺失,造成功能障礙的線粒體的累積。近年來(lái)的研究指出,衰老通過(guò)推動(dòng)關(guān)鍵的線粒體調(diào)節(jié)途徑的失衡而引起線粒體健康的衰減。線粒體功能失?？赡芡ㄟ^(guò)不同途徑激活和加速細(xì)胞衰老[26]。衰老還對(duì)高齡的NAFLD患者產(chǎn)生影響[27]。

三、脂質(zhì)代謝異常與線粒體功能衰竭

當(dāng)脂質(zhì)代謝異常時(shí),脂肪酸及其肉堿衍生物積累引起毒性,抑制呼吸鏈復(fù)合體,引起ROS增加,最終導(dǎo)致線粒體腫脹和破裂[28]。有證據(jù)表明肝細(xì)胞中的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)和線粒體-脂滴(LD)接觸位點(diǎn)可以調(diào)節(jié)細(xì)胞脂質(zhì)代謝,同時(shí)維持肝細(xì)胞功能運(yùn)轉(zhuǎn)正常,當(dāng)線粒體功能受損時(shí)可能也會(huì)對(duì)其造成影響[29],從而影響到脂質(zhì)代謝。肝細(xì)胞線粒體自噬不但促進(jìn)肝臟脂質(zhì)代謝[21],也對(duì)脂滴的形成有幫助[30]。KIM等發(fā)現(xiàn)在喂養(yǎng)高脂飲食的肝X受體α(liver X receptorα,LXRα)基因敲除小鼠中,LXRα的激活抑制肝細(xì)胞自噬,成為線粒體發(fā)生功能障礙的誘因,為肝臟脂肪變性創(chuàng)造了條件[31]。維系正常脂質(zhì)代謝離不開(kāi)線粒體3-磷酸甘油脫氫酶(mitochondrial glycerol 3-phosphate dehydrogenase,mGPDH)的調(diào)控。Zheng等[32]的研究同樣也證實(shí)了這個(gè)觀點(diǎn)。有研究觀察到,SMP-30基因敲除后脂代謝紊亂,導(dǎo)致肝臟脂肪堆積和過(guò)早死亡,SMP-30基因缺失誘導(dǎo)脂代謝紊亂,導(dǎo)致血脂升高,進(jìn)一步加重肝臟脂肪堆積[33]。肝細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的脂肪堆積導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的改變,引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少及線粒體和細(xì)胞質(zhì)增加。這種失衡導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,ROS生成增加[25]從而導(dǎo)致線粒體功能異常。綜上所述,正常的線粒體功能有助于維持脂質(zhì)代謝正常的運(yùn)行,脂質(zhì)代謝的正常運(yùn)行同樣也會(huì)確保線粒體功能不受損傷,維持兩者功能正常運(yùn)行可能對(duì)于治療NAFLD有幫助。

四、改善線粒體功能衰竭在NAFLD治療和預(yù)防中的重要作用

許多的潛在靶點(diǎn)已被發(fā)現(xiàn)可能為NAFLD的治療提供新思路。NAFLD常見(jiàn)的發(fā)病原因之一與線粒體功能障礙引起ROS異常增多引起肝臟脂肪變性有關(guān)。AMPK被認(rèn)為是線粒體的守護(hù)者,幾乎所有線粒體損傷都可以激活A(yù)MPK。AMPK激活可調(diào)節(jié)線粒體形態(tài),抑制線粒體ROS相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[34],防止線粒體功能障礙。因此AMPK在治療NAFLD方面具有研究的潛力[35]。中藥單體則已被證明可以調(diào)控AMPK[36]。Wu[37]等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),蝦青素(astaxanthin)通過(guò)恢復(fù)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)復(fù)合體和ATP水平,抑制ROS產(chǎn)生,使線粒體功能得到改善,同時(shí)也可以減輕NAFLD的肝損傷[1],這涉及上調(diào)FGF21/PGC-1α通路。Mu[38]等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),九轉(zhuǎn)黃精丸不但對(duì)肝臟線粒體超微結(jié)構(gòu)有保護(hù)作用,還有恢復(fù)線粒體功能,從而治療與NAFLD相關(guān)的線粒體功能障礙。

近幾年,隨著對(duì)NAFLD研究的深入,發(fā)現(xiàn)腸道菌群與脂肪肝疾病之間存在聯(lián)系,研究者同樣也在努力研究益生菌對(duì)非酒精性脂肪肝的治療效果。最近的隨機(jī)臨床試驗(yàn)表明,益生菌可以改善轉(zhuǎn)氨酶、肝臟脂肪變性和減輕肝臟炎癥,從而達(dá)到緩解NAFLD的目的。盡管試驗(yàn)的結(jié)果令人欣喜[39],但未來(lái)的研究仍然需要對(duì)益生菌可能會(huì)帶來(lái)的生物安全問(wèn)題提高警惕。目前正在測(cè)試幾種抗生素對(duì)非酒精性脂肪肝的作用,研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期使用抗生素不但可以降低腸道細(xì)菌多樣性,并能抑制肝臟炎癥[40]。即使抗生素可能對(duì)非酒精性脂肪肝的治療有所幫助,但抗生素在消滅有害細(xì)菌的同時(shí)也會(huì)給益生菌帶來(lái)傷害,而且在我們的日常生活中并不乏濫用抗生素情況的存在,因此產(chǎn)生的抗生素耐藥性同樣需引起我們的重視。綜上所述,肝細(xì)胞脂質(zhì)代謝異常和線粒體功能衰竭可能會(huì)引起一系列變化,如線粒體功能受損,從而引發(fā)肝細(xì)胞脂質(zhì)代謝異常和氧化應(yīng)激異常,脂肪酸氧化可能也會(huì)受到影響。這些不同病理變化通過(guò)互相的作用產(chǎn)生影響,從而加速肝脂肪變性,導(dǎo)致炎癥的產(chǎn)生,發(fā)生肝細(xì)胞死亡,進(jìn)一步推動(dòng)NAFLD的發(fā)病和進(jìn)展。已經(jīng)有許多的研究都將對(duì)于線粒體的治療作為NAFLD的潛在治療路徑,也在一些動(dòng)物模型中產(chǎn)生了一些療效,為今后新藥研發(fā)提供研究思路和潛在的靶點(diǎn)。但是由于我們對(duì)于NAFLD的發(fā)病機(jī)制等了解還不充分,未來(lái)仍然需要對(duì)NAFLD進(jìn)行更加深入的研究。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。