mTOR在非酒精性脂肪性肝病脂質(zhì)代謝中的作用研究進(jìn)展

邱曉遠(yuǎn) 胡德勝 楊夢(mèng)靈 朱 銳

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科,武漢 430022

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活方式的轉(zhuǎn)變,非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)已成為全球最普遍的肝臟疾病,是肝細(xì)胞癌的主要危險(xiǎn)因素,也與2型糖尿病、心血管疾病等的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。NAFLD是指在很少飲酒或不飲酒且沒(méi)有肝臟脂肪變性繼發(fā)原因(如病毒性肝炎、脂肪營(yíng)養(yǎng)不良或已知會(huì)誘發(fā)這種疾病的藥物暴露)的個(gè)體中,繼發(fā)于肝臟脂肪過(guò)度積累的一系列疾病[1],常作為肥胖的并發(fā)癥,與2型糖尿病、血脂異常和高血壓等密切相關(guān),是常見(jiàn)的肝臟脂質(zhì)代謝異常誘發(fā)的代謝類(lèi)疾病。NAFLD是一個(gè)連續(xù)的疾病譜,大致可以分為2個(gè)亞型:伴或不伴輕度炎癥的非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty live,NAFL)以及伴有壞死性炎癥的非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH),其特征是明顯的肝脂肪變性、肝小葉炎癥以及肝細(xì)胞腫脹。隨著肝細(xì)胞損傷和肝臟炎癥的進(jìn)一步加重,NAFL發(fā)展為NASH,繼續(xù)加重的肝損傷和纖維化的積累會(huì)導(dǎo)致肝硬化和肝癌,危及生命。隨著經(jīng)濟(jì)水平的增長(zhǎng)和居民生活方式的改變,近十年內(nèi),中國(guó)NAFLD患病率的增長(zhǎng)速度是西方國(guó)家的兩倍[2]。NAFLD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,臨床治療手段乏善可陳,早期可以通過(guò)改變生活方式、減輕體重得到恢復(fù),但是疾病進(jìn)展到纖維化后就很難逆轉(zhuǎn),一旦發(fā)展到肝硬化和肝癌,只能依靠肝臟移植。因此,揭示NAFLD發(fā)病機(jī)制,尋找潛在的干預(yù)靶標(biāo),將更好地指導(dǎo)有效藥物的開(kāi)發(fā)和臨床決策。

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)通路處于細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝的中心,參與許多代謝性疾病的發(fā)生;大量研究表明,抑制mTOR對(duì)緩解NAFLD有益。mTOR關(guān)聯(lián)許多信號(hào)通路,它通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的能量和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)來(lái)協(xié)調(diào)細(xì)胞成分的合成與分解,是調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)。研究證實(shí),NAFLD的發(fā)生發(fā)展與mTOR通路介導(dǎo)的脂代謝異常密切相關(guān)?；诖?本文聚焦于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)mTOR通路調(diào)控脂代謝的研究,綜述其在NAFLD中的作用。

1 mTOR結(jié)構(gòu)與功能

mTOR是胞內(nèi)磷脂酰肌醇3-激酶相關(guān)激酶(phosphatidylinositol-3 kinase-related kinase,PIKK)家族的一個(gè)289k Da的絲/蘇氨酸蛋白激酶。在哺乳動(dòng)物中,mTOR核化形成2個(gè)功能和結(jié)構(gòu)不同的復(fù)合物,即mTOR復(fù)合體1(mTOR complex 1,mTORC1)和mTOR復(fù)合體2(mTOR complex 2,mTORC2),二者的組成、對(duì)雷帕霉素的敏感性、底物以及功能都不盡相同。相較而言,mTORC2功能更簡(jiǎn)單,而mTORC1通過(guò)磷酸化下游底物,可以調(diào)控多個(gè)生物過(guò)程。mTORC1核心成分為mTOR、哺乳動(dòng)物致死蛋白8(mammalian lethal with SEC13 protein 8,mLST8)和mTOR相關(guān)調(diào)節(jié)蛋白(regulatory-associated protein of mTOR,RAPTOR),其中,mLST8穩(wěn)定mTOR的激酶結(jié)構(gòu)域,RAPTOR負(fù)責(zé)mTORC1的亞細(xì)胞定位和招募底物。mTORC1通過(guò)小GTP酶RagA、RagB、RagC和RagD感知營(yíng)養(yǎng)可用性,整合營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)因子和能量輸入,促進(jìn)合成代謝和細(xì)胞生長(zhǎng),同時(shí)抑制分解代謝。Rags形成異源二聚體,其活性構(gòu)象RagA/RagBGTP和RagC/RagDGDP將mTORC1招募到溶酶體中,并被小GTP酶Ras蛋白腦組織同源類(lèi)似物(Ras homolog enriched in brain,Rheb)激活。激活后的mTORC1磷酸化下游底物增加蛋白合成等合成代謝途徑,抑制自噬、溶酶體生物合成等分解代謝相關(guān)通路;其中,真核翻譯起始因子-4E結(jié)合蛋白-1(eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 1,eIF4E-BP1)和核糖體蛋白S6激酶1(ribosomal protein S6 kinase 1,S6K1)是經(jīng)典的mTORC1底物,其磷酸化后促進(jìn)蛋白合成。

2 mTOR信號(hào)通路在NAFLD中的作用

雖然一般認(rèn)為肥胖與NAFLD密切相關(guān),但體重正常的非肥胖人群也會(huì)出現(xiàn)NAFLD,其危險(xiǎn)因素是高爾基體蛋白73;通過(guò)其GTP酶激活蛋白活性調(diào)節(jié)極低密度脂蛋白-載脂蛋白B從肝內(nèi)向肝外的輸出,使肝臟中的甘油三酯、膽固醇等脂類(lèi)向肝外運(yùn)輸受阻,進(jìn)而促使了非肥胖型NAFLD的形成[3]。有趣的是,低蛋白飲食的營(yíng)養(yǎng)不良人群也會(huì)罹患嚴(yán)重肝脂肪變性,在必需氨基酸,尤其是支鏈氨基酸、亮氨酸和異亮氨酸缺乏時(shí),肝細(xì)胞中的E3泛素連接酶Ubr1失活,其催化降解具有穩(wěn)定脂滴作用的Plin2蛋白的作用被抑制,Plin2蛋白水平的升高抑制了肝臟脂質(zhì)的分解,從而引起肝臟脂肪變性[4]。由此可見(jiàn),NAFLD最主要的表現(xiàn)是肝臟脂質(zhì)的異常累積。正常情況下,肝細(xì)胞攝取自由脂肪酸,以甘油三酯的形式儲(chǔ)存在脂滴中,脂滴可以通過(guò)水解或自噬來(lái)降解。然而,過(guò)度攝取脂肪酸或者脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)障礙會(huì)使胞內(nèi)脂滴富集,導(dǎo)致脂毒性,促使NAFLD的發(fā)生,進(jìn)一步發(fā)展為炎癥并可導(dǎo)致NASH。脂毒性和炎癥是促進(jìn)NAFLD發(fā)展的兩個(gè)主要因素。mTOR以多條通路參與了肝細(xì)胞異常的脂質(zhì)累積和炎癥的發(fā)展。

2.1 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

肝細(xì)胞脂毒性損傷是NAFLD的主要原因及表現(xiàn)。脂滴的清除對(duì)于維持肝臟正常功能至關(guān)重要。在脂質(zhì)代謝方面,mTORC1通過(guò)2條以轉(zhuǎn)錄因子為中心的軸驅(qū)動(dòng)脂質(zhì)合成,分別是膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1/2(sterol regulatory element-binding protein 1/2,SREBP1/2)和過(guò)氧化物酶體增殖激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)[5]。膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)控脂質(zhì)的合成和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài),其包括三種異構(gòu)體,其中SREBP-1a激活脂肪酸和膽固醇合成,SREBP-1c激活脂肪酸合成,SREBP-2與膽固醇合成和攝取相關(guān)[6]。mTORC1則激活SREBP-1促進(jìn)脂質(zhì)的合成[7]。在NAFLD小鼠模型實(shí)驗(yàn)中,學(xué)者證實(shí)mTORC1可以下調(diào)SREBP-1c的抑制因子——細(xì)胞周期激酶8(cyclin-dependent kinases 8,CDK8),從而避免SREBP-1c的泛素化降解,實(shí)現(xiàn)脂質(zhì)從頭合成的持續(xù)激活[8]。在機(jī)制上,mTORC1直接磷酸化下游分子SREBP的抑制劑磷脂酸磷酸酶lipin1并抑制其核進(jìn)入,促進(jìn)SREBP上調(diào)脂質(zhì)從頭合成和膽固醇合成的基因,并且通過(guò)下調(diào)PPARγ活性抑制脂噬、脂肪酸氧化和生酮[9-10]。最近有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)中藥豬膽的主要活性成分豬去氧膽酸通過(guò)調(diào)控PPARα細(xì)胞核定位改善肝臟脂質(zhì)累積[11]。轉(zhuǎn)錄因子FOXK1也參與了mTORC1下游脂質(zhì)代謝的調(diào)控,在小鼠肝細(xì)胞mTORC1激活條件下,與脂質(zhì)分解代謝相關(guān)的4個(gè)基因Ppara,Acadm,Decr1和Etfa,以及與脂質(zhì)合成代謝相關(guān)的2個(gè)基因Scap和Hacd2,都是FOXK1的直接靶點(diǎn)[12]。

mTOR下游分子眾多,除了通過(guò)調(diào)節(jié)4E-BP1和S6K1等靶點(diǎn)發(fā)揮廣泛的作用,同時(shí)還控制許多轉(zhuǎn)錄因子的活性,從而控制基因的表達(dá)。因此,僅對(duì)少數(shù)mTOR靶標(biāo)進(jìn)行磷酸化就可以產(chǎn)生廣泛的影響,導(dǎo)致在以mTOR為靶點(diǎn)治療NAFLD等脂質(zhì)代謝疾病時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生一些額外的效應(yīng),因此特異性阻斷肝細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的mTORC1通路十分有意義。先前有研究揭示在非肝細(xì)胞中mTORC1招募底物方式的多樣性,濾泡素(folliculin,FLCN)可以賦予mTORC1底物特異性,FLCN功能突變導(dǎo)致mTOCR1底物轉(zhuǎn)錄因子EB(transcription factor EB,TFEB)和轉(zhuǎn)錄因子E3(transcription factor E3,TFE3)的持續(xù)磷酸化,而不影響經(jīng)典磷酸化底物S6K1和4E-BP1的激活[13]。FLCN可以和卵泡刺激結(jié)合蛋白(folliculin-interacting protein 1,FNIP1)或FNIP2形成復(fù)合物,介導(dǎo)RagC或RagD的GTP水解,促進(jìn)Rag C/DGTP向Rag C/DGDP轉(zhuǎn)換。而TFEB和TFE3是同源螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix)亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子,可調(diào)節(jié)/參與溶酶體生物發(fā)生、自噬和脂質(zhì)代謝。TFEB和TFE3在饑餓時(shí)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中激活靶基因。在營(yíng)養(yǎng)充足時(shí),它們被mTORC1磷酸化,被滯留在細(xì)胞質(zhì)中。Gosis等[14]研究表明,通過(guò)敲除肝細(xì)胞中FLCN可以特異調(diào)節(jié)TFE3的入核,激活溶酶體基因轉(zhuǎn)錄,保護(hù)小鼠免受NAFL和NASH的困擾。筆者實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),肝臟特異性敲除FLCN對(duì)肝臟脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的多個(gè)方面產(chǎn)生有利影響,包括促進(jìn)脂肪酸氧化和抑制新生脂肪生成;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),FLCN敲除后,TFE3得到釋放進(jìn)入細(xì)胞核,誘導(dǎo)INSIG2抑制SREBP-1c蛋白水解和激活,最終導(dǎo)致脂質(zhì)從頭合成得到抑制。另一方面,FLCN的缺失會(huì)導(dǎo)致TFE3的結(jié)合模式和結(jié)合強(qiáng)度都發(fā)生改變,全基因范圍內(nèi),TFE3結(jié)合定位于SREBP-1c附近,這種定位位置的接近性不僅不會(huì)競(jìng)爭(zhēng)性地與染色質(zhì)結(jié)合,相反,SREBP-1c的存在反而協(xié)同促進(jìn)了TFE3與靶基因的結(jié)合。這一結(jié)果也在小鼠中得到證實(shí),肝臟特異性敲除FLCN保護(hù)缺乏膽堿和氨基酸的高脂飲食(choline-deficient amino acid-defined and high fat,CDAA-HF)喂養(yǎng)小鼠免受NAFLD和NASH,甚至可以逆轉(zhuǎn)NAFLD和NASH的脂肪變性水平和炎癥水平。以上研究表明,mTOR通路的激活主要通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子SREBP-1c來(lái)增加肝細(xì)胞異常的脂質(zhì)累積。

2.2 mTOR與自噬

自噬通過(guò)多種方式調(diào)節(jié)肝臟代謝[15],在NAFLD和脂肪性肝炎等疾病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[16]。脂滴的自噬降解稱(chēng)為脂噬,是脂質(zhì)降解的重要代謝途徑。Singh等[17]首次闡明自噬調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的功能,他們發(fā)現(xiàn),無(wú)論在體外肝細(xì)胞還是小鼠體內(nèi)肝臟,抑制自噬都可以增加甘油三酯和脂滴的累積;此外,二者之間還存在反向關(guān)系,脂質(zhì)的異常累積損傷自噬功能,因此形成負(fù)性循環(huán),即脂質(zhì)的累積抑制自噬功能,導(dǎo)致體內(nèi)脂質(zhì)的累積進(jìn)一步增多。Nakadera等[18]進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)論,并闡明了肝脂肪變性引起了囊泡型腺苷三磷酸酶(vacuolar-type adenosine triphosphatases,V-ATPase)下調(diào),通過(guò)破壞溶酶體和自噬泡酸化導(dǎo)致自噬功能障礙。作為自噬的中樞調(diào)節(jié)因子,mTORC1在通過(guò)調(diào)節(jié)脂噬來(lái)實(shí)現(xiàn)脂滴清除中的作用不可或缺。He等[19]發(fā)現(xiàn),禁食或者高脂飲食誘導(dǎo)小鼠肝臟乙酰輔酶A氧化酶1(acyl-CoA oxidase 1,ACOX1)的富集,使得胞質(zhì)中乙酰輔酶A的水平升高,進(jìn)一步乙酰化Raptor,促進(jìn)mTOR的溶酶體定位激活,抑制了肝臟累積脂滴的自噬降解,從而促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。而在上述Gosis等[14]的研究中,肝臟特異性敲除FLCN不僅促進(jìn)了脂肪酸氧化,還增加了溶酶體生成。這些研究都表明,在脂質(zhì)代謝異常條件下mTOR被激活,自噬水平被抑制,導(dǎo)致脂質(zhì)在肝細(xì)胞中進(jìn)一步累積,從而誘導(dǎo)疾病進(jìn)展。

2.3 mTOR與炎癥

炎癥的發(fā)生是NAFLD發(fā)展為NASH的標(biāo)志,肝細(xì)胞脂肪變性和炎癥共同損傷肝細(xì)胞正常功能,導(dǎo)致肝組織的慢性損傷。炎癥通常發(fā)生在肝脂肪變性之后,一方面,肝細(xì)胞脂質(zhì)的異常累積可以導(dǎo)致炎癥的發(fā)生;另一方面,炎癥也會(huì)影響肝臟脂滴的清除,擾亂膽固醇代謝,加速脂質(zhì)累積[20],是NAFLD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。許多研究都證明了炎癥通過(guò)mTOR擾亂脂質(zhì)代謝,例如,炎癥通過(guò)促進(jìn)mTOR及其下游的磷酸化,增加了脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CD36的翻譯效率,促進(jìn)了脂質(zhì)的積累[21]。在炎癥小鼠模型和IL-1β刺激的HepG2細(xì)胞系中都表現(xiàn)出脂質(zhì)的累積,mTORC1的沉默抑制了這一現(xiàn)象,表明mTORC1參與了炎癥刺激的脂毒性[22]。mTOR參與了高脂飲食誘導(dǎo)的大鼠發(fā)生NAFLD以及棕櫚酸誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞產(chǎn)生炎癥[23],表明NAFL向NASH的進(jìn)展過(guò)程可能與mTOR的活化相關(guān)。干擾素刺激基因(stimulator of interferon genes,STING)識(shí)別來(lái)源于病原體或細(xì)胞內(nèi)異常的雙鏈DNA,激活下游IRF3、NF-κB等信號(hào)通路,刺激干擾素和炎癥因子的轉(zhuǎn)錄[24]。多項(xiàng)研究揭示了NAFLD患者以及高脂飲食誘導(dǎo)的肝脂肪變性小鼠肝組織STING的表達(dá)增加,STING的敲除緩解了炎癥狀態(tài),減少了肝細(xì)胞中脂質(zhì)的沉積,表明STING在NAFLD炎癥的發(fā)生中具有重要作用[25-27]。同時(shí),另有研究表明STING的激活還參與了mTORC1調(diào)控的脂滴自噬降解,STING1直接參與mTORC1的形成,此過(guò)程依賴(lài)自噬相關(guān)蛋白SQSTM1[28]。以上結(jié)果都證實(shí)了mTOR在炎癥促進(jìn)脂質(zhì)積累中發(fā)揮了重要作用,反過(guò)來(lái)從單純的脂肪變性到肝臟炎癥的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3 總結(jié)

關(guān)于NAFLD的發(fā)病機(jī)制,近年來(lái)取得了許多研究進(jìn)展,包括表觀遺傳、肝細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路、肝臟內(nèi)的細(xì)胞互作等;隨著對(duì)NAFLD研究的逐漸加深,越來(lái)越多的證據(jù)表明NAFLD患者廣泛合并代謝紊亂特征。mTOR作為調(diào)控代謝的樞紐,在NAFLD發(fā)展過(guò)程中的重要作用被不斷揭示:一方面,mTOR調(diào)控細(xì)胞脂質(zhì)的合成與分解,加重脂質(zhì)累積;另一方面,自噬作為一種細(xì)胞降解途徑,被感知細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)而激活的mTOR抑制,導(dǎo)致脂噬的減少,進(jìn)一步加重脂質(zhì)負(fù)擔(dān),促進(jìn)NAFLD的發(fā)生。炎癥是促使NAFLD發(fā)展的關(guān)鍵因素,多項(xiàng)研究證實(shí)mTOR還參與了炎癥因素導(dǎo)致的脂質(zhì)代謝紊亂。此外,多篇研究指出mTOR在NAFLD向肝細(xì)胞癌進(jìn)展的過(guò)程中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用[29-30]。綜上所述,以mTOR為靶點(diǎn)有望成為NAFLD治療的新切入點(diǎn)。