靶向自噬治療2型糖尿病合并非酒精性脂肪性肝病的機制研究

于馨洋　邵寧匡　洪宇

[摘要] 非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是肝臟疾病進展，2型糖尿病（T2DM）、心血管疾病的獨立危險因素。T2DM與NAFLD具有共同發病機制而常合并出現。肝臟脂肪蓄積和線粒體功能障礙是T2DM合并NAFLD發病機制的重要環節。肝細胞脂質自噬介導的脂代謝調節與線粒體自噬介導的線粒體質量調控是疾病治療的潛在靶點。然而，自噬被認為是一把雙刃劍，在疾病發展中自噬活性動態變化，適度自噬介導肝臟保護，但過度和衰竭的自噬加重肝臟損傷。自噬在疾病中的動態調控機制亟待闡明。本文旨在探討調節自噬對T2DM合并NAFLD治療的潛在價值，以期為疾病防治提供新靶向。

[關鍵詞] 非酒精性脂肪性肝病；2型糖尿病；脂質自噬；線粒體自噬

[中圖分類號] R58 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）05（c）-0043-04

[Abstract] Non-alcoholic fatty liver disease （NAFLD） is an independent risk factor for advanced liver disease， type 2 diabetes mellitus （T2DM）， and cardiovascular diseases. T2DM is always accompanied by NAFLD as result of a common pathogenesis. Hepatic lipid accumulation and mitochondrial dysfunction proved to be two essential mechanisms for the pathogenesis of T2DM with NAFLD. Regulation of lipophagy and mitophagy in hepatocyte are potential targets for disease therapy. However， autophagy is considered to be a double-edged sword. Moderate autophagy protects liver， yet excessive or failure one aggravates its injury. The evolution of NAFLD could be associated with dynamic regulation of autophagy and additional studies are required. This review aims to investigate the potential value of autophagy regulation in the treatment of NAFLD in type 2 diabetes mellitus， in order to provide innovative targets for therapeutic intervention.

[Key words] Non-alcoholic fatty liver disease； Type 2 diabetes mellitus； Lipophagy； Mitophagy

非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）是一種與胰島素抵抗（IR）、脂質代謝紊亂、慢性炎癥以及遺傳易感性密切相關的獲得性代謝應激性肝損傷，疾病譜包括單純性脂肪肝、脂肪性肝炎（steatohepatitis，NASH）及其相關纖維化、肝硬化[1]。NAFLD是肝臟疾病進展，2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）、心血管疾病的獨立危險因素[2]。T2DM與NAFLD因具有共同發病機制而常伴隨發生。總人群中NAFLD發病率達20%～30%，T2DM人群中脂肪肝發病率高達60%～80%[3]。T2DM合并NAFLD發生，進一步惡化糖代謝，增加NASH發病風險，加速向肝硬化、肝癌進展，形成惡性循環，最終導致嚴重糖代謝紊亂和不良肝病結局。研究表明，肝臟脂肪蓄積和線粒體功能障礙是T2DM合并NAFLD發病機制的重要環節[4]。自噬是細胞實現自身代謝需要和細胞器更新的重要機制。近年研究證實，肝細胞脂質自噬介導肝脂代謝調節[5]，線粒體自噬調控線粒體質量以維持細胞穩態[6]。細胞自噬與糖尿病和NAFLD密切相關[7]。自噬在疾病發展的動態調控機制亟待闡明。基于細胞自噬途徑治療T2DM合并NAFLD具有潛在的應用價值。

1 T2DM合并NAFLD的發病機制

遺傳易感性和環境因素作為T2DM和NAFLD發病的“共同土壤”，與T2DM代謝紊亂的機體內環境相互作用加速NAFLD的發生發展，肝病發生進一步惡化糖代謝，以此形成惡性循環[8]。在T2DM早期階段，IR及相對胰島素缺乏導致脂肪組織脂解增加，外周組織脂肪酸利用減少，進而增加肝臟脂肪酸攝取；代償性高胰島素血癥和選擇性肝臟IR導致肝臟脂質合成增加、脂肪氧化分解及脂肪肝外轉運減弱，加重肝脂蓄積。疾病進展，脂肪蓄積超負荷，引發脂毒性損傷，與高糖血癥、糖基化產物引發的糖毒性，共同導致細胞線粒體嚴重損傷。肝細胞線粒體受損，一方面使脂肪酸氧化分解和脂質肝外轉運功能障礙，進一步加重肝臟脂肪蓄積；另一方面，誘導氧化應激、內質網應激、炎癥-免疫反應甚至細胞死亡的發生。最終導致單純性脂肪肝向脂肪性肝炎、肝纖維化、肝壞死發展[9]。因此，肝臟脂肪蓄積和線粒體功能障礙是T2DM合并NAFLD發病機制的重要環節。

2 自噬及其作用

自噬是真核細胞高度保守的溶酶體降解途徑，藉以實現自身代謝需求和細胞器更新，維持細胞穩態。主要分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬3種形式[10]。其中，巨自噬的過程大致分為3個階段：細胞感受內外環境改變，胞質中形成雙層膜結構的自噬前體，并逐漸延長以包繞欲降解成分形成自噬體；自噬體與溶酶體融合成自噬溶酶體，降解內成分；自噬體膜脫落循環再利用。這一過程受到多種營養、生長因子、激素和應激因素以及一系列信號分子的復雜調控[11]。自噬還具有一定的底物選擇性，“脂質自噬”“線粒體自噬”“內質網自噬”“病原體自噬”等概念相繼出現。自噬已被證實參與了炎癥、腫瘤、神經退行性變及心臟病等多種重要過程[12]。近年研究發現，自噬還參與肝臟多種生理病理過程。自噬與NAFLD發病機制密切相關，調控自噬潛在重要治療價值[7]。肝細胞脂質自噬調節肝脂代謝，線粒體自噬維持線粒體質量，二者靶向作用于兩大病理環節——肝臟脂肪蓄積和線粒體功能障礙，有望成為T2DM合并NAFLD治療新靶點[5，13-14]。

3 脂質自噬與肝脂代謝調節

脂質自噬是自噬泡包裹脂滴與溶酶體融合降解的過程，介導肝臟脂質代謝調節，改善肝內脂肪蓄積[5]。Singh等[15]首次證實肝細胞內自噬介導的脂滴分解過程——“脂質自噬”概念應運而生。研究證實，自噬作用縮小肝內脂滴，減少肝內脂肪含量，藥物抑制或特異性敲除肝自噬基因，加重肝內脂肪蓄積[5，15]。藥物阻斷自噬可使肝內脂肪酸氧化減弱、極低密度脂蛋白產出減少，激活自噬則效果相反[16]。另有實驗顯示，肝細胞特異性自噬缺陷的小鼠模型，禁食處理后未表現明顯的肝脂肪變性，肝內殘余脂滴及脂肪含量較野生型小鼠反減少[17-18]。自噬標志蛋白LC3與脂滴共定位于禁食的野生型小鼠肝臟[17]。給予該模型小鼠限制性飲食，可緩解禁食誘導的肝脂肪變性，肝內脂肪合成、脂肪酸氧化、脂質輸出轉運的相關蛋白表達均減少[18]。提出自噬的促進肝脂肪合成作用。

值得注意的是，上述實驗僅是應用基因缺陷模型和禁食的干預方法，可能存在局限性。自噬是白色脂肪組織產生特征性大脂滴不可或缺的機制[19]，實驗誘導肝自噬基因缺陷過程中可能對脂肪組織潛在影響，進而減少肝臟脂酸來源，影響實驗結果。自噬促肝脂合成還是脂解尚存爭議。當然，自噬是細胞一種環境適應性反應，調節脂代謝同時，受細胞內外脂代謝水平影響。自噬促肝脂合成還是分解，亦或二者共存而隨細胞內外環境動態變化，待進一步闡明。

4 線粒體自噬與肝細胞保護

線粒體自噬是細胞特異性自噬降解線粒體的過程，是調控線粒體質量平衡和維持細胞穩態的重要機制[6]，分為3種：I型線粒體自噬類似于經典自噬，需PI3K-Ⅲ激活及自噬體裝配；Ⅱ型始于線粒體去極化，繼而PTEN誘導激酶1（PINK1）和Parkin活化，Bcl2/腺病毒E1B 19 kDa互作蛋白3（BNIP 3）表達，和/或FUNDC 1激活。Ⅲ型稱為微線粒體自噬，有賴于線粒體源性囊泡的形成。前兩型去除整個受損線粒體，Ⅲ型選擇性清除線粒體受損區域或過氧化組分[20]。

NAFLD可能是一種線粒體疾病[4]。NASH的肝臟病理特點表現為異常線粒體的大量蓄積，提示線粒體損傷過多以及受損線粒體清除減弱，在疾病進展中可能發揮重要作用。線粒體功能障礙影響肝臟脂質代謝、促進氧自由基生產和脂質過氧化、誘導細胞因子釋放、觸發線粒體凋亡途徑。線粒體自噬清除受損線粒體，調節線粒體質量平衡[6]。肝細胞特異性敲除自噬基因Atg 5，可致敏細胞易于發生甲萘醌誘導的氧化應激損傷和死亡，可能與能量耗竭和線粒體細胞色素c釋放密切相關[21]。另外，氧化應激可誘導炎性因子產生，引發炎癥和纖維化反應，加速NASH進展[22]。《Nature》曾發表研究成果：線粒體來源的活性氧（ROS）是調控NLRP 3炎癥小體活化的關鍵信號，自噬及選擇性線粒體自噬調控線粒體質量，減少受損線粒體蓄積，防止ROS誘導的NLRP3炎癥小體活化；自噬缺失加劇NLRP 3炎癥小體活化[23]。目前，NASH發病機制尚未被完全闡明，線粒體自噬參與NASH調節的機制研究有待深入展開。

藥物增強線粒體自噬，減輕肝細胞損傷，對NAFLD潛在治療價值[5]。應用二甲雙胍治療肥胖小鼠（NAFL遺傳模型），可能通過抑制胞漿蛋白P53對Parkin線粒體易位的阻礙作用，增強線粒體自噬途徑促肝細胞存活[24]。調控Parkin蛋白表達和/或線粒體易位可能是NAFLD的潛在治療靶點[14]。

5 自噬的動態調控

自噬是細胞對代謝應激和環境變化的一種適應性反應，其活性易受到細胞內外環境因素的影響。自噬活性在NAFLD發展中動態變化，于疾病不同階段呈現不同效應。疾病初期，肝細胞的基礎性自噬及早期誘導性自噬，清除過多蓄積的脂質和受損細胞器，作為細胞重要保護機制，且自噬活性漸增強[15]；疾病進展，這種保護性自噬機制受損。肝細胞內過多脂質可阻礙自噬體與溶酶體融[25]，高胰島素血癥可通過下調FOXO1抑制自噬相關基因轉錄[26]。當T2DM合并NAFLD，自噬抑制更為明顯。肝細胞自噬性脂解作用減弱，加劇脂質蓄積、脂毒性以及線粒體損傷，而線粒體自噬亦減弱，增強氧化應激、炎性反應，肝細胞損傷、壞死進行性加重。另外，脂質蓄積、線粒體損傷、氧化應激、內質網應激、炎癥均可影響胰島素信號傳導，誘發加重肝臟IR，進一步加重脂質蓄積，形成惡性循環[27]。肝細胞自噬作用缺陷，導致內質網應激增強、胰島素信號傳導受阻，恢復自噬蛋白表達，可改善肝臟IR[28]。隨疾病發展，細胞內外多種因素復雜調控，保護性自噬受損，過度或衰竭的自噬增多，引發肝細胞自噬性凋亡。這種死亡又能夠誘導IL-6、IL-8、IL-10及腫瘤壞死因子（TNF）等炎性細胞因子的產生，促進炎性反應[29]。總之，自噬在疾病進展中發揮動態調控作用。自噬作為保護機制還是惡化因素，可能取決于疾病進展的不同階段以及肝細胞內外環境的變化。因此，疾病早期適度激活細胞自噬可能成為治療T2DM合并NAFLD的有效途徑。

6 靶向自噬治療

目前，研究證實了靶向自噬調控對NAFLD的潛在治療價值。應用酰胺咪嗪或雷帕霉素處理NAFLD模型，可能通過增強脂質自噬和線粒體自噬，減輕肝脂肪變性和肝細胞損傷[5，14]。咖啡因可通過抑制mTOR通路增強脂質自噬并誘導線粒體β氧化相關基因表達，最終減少肝內脂肪含量[30]。甲狀腺激素可增強脂質自噬以促進肝內脂肪分解，還可協同增強線粒體自噬和合成以維持平衡，改善NAFLD進展[31]。薯蕷皂苷延緩NAFLD發展亦被證實與增強自噬相關[32]。異搏定降低肝細胞內鈣離子水平，促進自噬體與溶酶體融合，進而減少肝脂含量，改善IR，延緩NASH進展[33]。此外，某些降糖藥物也可表現肝臟獲益，其機制涉及自噬調節。胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）類似物能夠通過降低內質網應激、增強細胞自噬，改善NAFLD[34]；二甲雙胍也可通過增強自噬實現對NAFLD的緩解[35]。靶向細胞自噬調控治療T2DM合并NAFLD亟待深入探索。

7 小結

綜上，NAFLD與T2DM具有共同發病機制而常合并出現、相互促進。肝臟脂肪蓄積和線粒體功能障礙是疾病發生發展的重要環節。肝細胞脂質自噬調節肝脂代謝、線粒體自噬維持線粒體質量，可減輕肝脂肪變、改善肝IR、保護肝細胞，延緩肝病進展。自噬被認為是一把雙刃劍，適當的自噬是細胞保護機制，過度或衰竭的自噬誘導細胞損傷、死亡。在T2DM合并NAFLD發展的不同階段，自噬活性動態變化，呈現不同效應。明確自噬途徑與疾病的動態調控機制，關乎疾病靶向治療的可能性，有望為疾病的藥物研發開辟新領域。

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（收稿日期：2017-02-12 本文編輯：李岳澤）