PPARa參與脂代謝通路與非酒精性脂肪性肝病

徐文靜

非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是非常普遍的慢性肝臟疾病,是指除外乙醇和其他明確的肝損傷因素所致的肝細胞脂質蓄積(甘油三酯在肝臟蓄積超過肝臟重量的5%)，以彌漫性肝大泡性脂肪變為主要病理特征。普通成人NAFLD 患病率在25%左右[1]。在肥胖、患有糖尿病或代謝綜合征的成年人中，NAFLD患病率超過70%。通過鍛煉和注意飲食，部分脂肪肝患者可自行緩解，但仍有約12%～40%患者可進展為脂肪性肝炎，經10～15年，15%的脂肪性肝炎患者進展為肝硬化、肝癌[2]。另外，NAFLD發病與肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病等代謝綜合征密切相關。NAFLD涉及的代謝異常，涉及復雜的多層次、多條通路的基因表達變化，過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)在NAFLD的發病過程起重要的調節作用。

一、PPARα的結構

PPARα核受體按結構及功能不同，分為PPARα (NR1C1)、PPARβ/δ (NR1C2) 和 PPARγ (NR1C3)三種亞型。PPARa在肝臟中高表達，PPARβ/δ主要在骨骼肌中表達，二者主要控制能量分解代謝，PPARγ主要在脂肪組織表達，調控脂質合成[3]。PPAR與視黃酸類受體(retinoid X receptors,RXRs) 結合為異二聚體，靜息狀態，異二聚體與含有組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDAC)的蛋白結合為復合物，雖然PPARα/RXR異二聚體能結合至靶基因，但由于 HDAC作用不能啟動轉錄。當PPARα被激活后，PPARα/RXR異二聚體可募集并結合含組蛋白乙酰化轉移酶的蛋白，隨后PPARα結合至靶基因的PPRE區域特定序列(AGGTCANAGGTCA)，啟動目的基因的轉錄。在肝臟中加速脂肪酸氧化、糖異生和糖酵解、甘油三酯清除，抑制肝臟SREBP通路的脂肪酸從頭合成，抑制炎癥及凋亡等相關基因的表達[4]。

二、PPARα的表達

不同物種PPARα表達不同，小鼠PPARα基因在肝臟的表達水平遠高于人類。是由于人PPARα mRNA缺失第6外顯子，導致過早引入了終止密碼子，形成了截短的功能失調的PPARα蛋白，導致PPARα蛋白缺失配體結合區和部分鉸鏈區，影響肝臟細胞周期相關基因和炎癥相關基因的表達[5]。

PPARα在肝臟脂肪酸代謝、脂蛋白代謝方面的功能研究，近年來主要包括利用PPARα基因敲除小鼠、PPARα轉基因小鼠及PPARα激動劑。全基因組表達譜分析表明，HepG2細胞和人肝原代細胞對PPARα激動劑的反應存在較大差異，許多基因僅在HepG2細胞中受PPARα激活的調控，在兩種細胞系種均受調控的基因包括FABP1、CPT1A、CPT2、ACOX1、KLF10、ANGPTL8、VLDLR、ETFDH、FADS1、PEX11A、LPCAT3、CREB3L3、SLC25A20和PLIN2[6]。HepG2細胞對于研究內源性PPAR作用的重要局限性在于PPARα的表達水平較低， HepG2細胞比人原代肝細胞低約四倍。NAFLD患者PPARα mRNA與正常人相比差別不大，而NASH患者PPARα表達與正常人群相比降低，從氣球樣變、出現纖維化至肝細胞壞死過程，PPARα mRNA水平均降低[7]。

三、PPARα的功能

PPARα在肝臟中控制多種代謝過程，主要包括線粒體的脂肪酸氧化、脂肪酸的結合和活化、脂肪酸的延伸和降解、甘油三酸酯和脂質的合成和分解、脂蛋白代謝、糖異生和膽汁酸代謝等。

其中包括啟動子報告研究，染色質免疫沉淀和電泳遷移率變動分析，鑒定了基因組PPAR結合位點。已知PPARα能啟動的靶基因包括過氧化物酶體酶ACOX1、內分泌因子FGF21、載脂蛋白APOA2和APOA5，藥物代謝酶CYP2C8和CYP3A4、膽磷脂轉運蛋白ABCB4/MDR3、甘露糖結合凝集素MBL、膽汁酸葡糖苷酸化酶UGT2B4和UGT1A1/A3/ A4/A6，以及與解毒陽離子和膽汁酸有關的磺化酶SULT2A1[8]。

與WT小鼠對照相比，飼喂高脂飲食的PPARα-/-小鼠積聚了更多的肝甘油三酸酯，其氧化應激、炎癥和細胞死亡的標志物增多[9]。PPARα-/-小鼠蛋氨酸缺乏飲食(MCD)5周，與野生型小鼠相比，PPARα-/-小鼠發展為更嚴重的脂肪性肝炎。此外，最有效的PPARα激動劑之一的Wy-14643，可緩解野生型小鼠MCD飲食誘導的肝內甘油三酸酯蓄積和肝損傷，但對PPARα-/-小鼠沒有影響[10]。PPARα在肝臟中的功能較復雜，涉及細胞的多種功能，但在本文中我們重點關注PPARα對肝臟脂代謝方面的影響。

(一) PPARα與脂肪酸代謝 PPARα活化后可通過增加脂肪酸分解代謝防止甘油三酯的積累，有三種細胞器參與脂肪酸的代謝，過氧化物酶體和線粒體均參與脂肪酸的β氧化，而內質網參與脂肪酸的μ-氧化。短、中、長鏈飽和脂肪酸主要被線粒體降解，而長鏈脂肪酸僅在過氧化物酶體中被氧化[11]。PPARα活化緩解肝臟脂質蓄積的主要機制如下：PPARα可通過調控SREBP-1c及LXRα的表達，通過抑制ACC、FAS、SCD等脂肪酸從頭合成基因的表達，抑制肝臟甘油三酯合成[12]；(2)PPARα通過誘導脂肪酸結合蛋白1(fatty acid-binding protein，FABP)基因的編碼，促進脂肪酸從細胞膜轉運到細胞質，進而參與細胞器氧化[13]；(3)PPARα促線粒體中脂肪酸氧化，PPARα活化后，CD36表達增加，一方面，增加長鏈脂肪酸的跨膜轉運，另一方面，增強靶酶，如肉毒堿脂酰輔酶A轉移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1，CPT-1)和CPT-2的表達，可促使脂酰輔酶A入線粒體，進入三羧酸循環[14]；(4)PPARα活化后，過氧化物酶體中促進長鏈(> C22)、支鏈脂肪酸氧化，脂肪酰基-CoA氧化酶1(acyl-coenzyme A oxidase 1,ACOX1)表達增加，ACOX1 為過氧化物酶體β氧化體系中催化首步反應的酶，也是過氧化物酶體β氧化的限速酶，其高表達后可加速脂肪酸氧化[15]；(5)PPARα活化后，可調節脂聯素增加胰島素敏感性，改善胰島素抵抗，增強肝臟中編碼脂肪酸氧化酶mRNA的表達水平，促進脂質分解代謝[16]；(6)PPARα活化后，通過調節脂蛋白脂酶(LPL)介導VLDL的脂質分解，促進甘油三酯微粒降解，減少VLDL的量[17]。

(二) PPARα與膽固醇代謝 PPARα激動劑通過對脂蛋白轉錄激活基因的活化，增加脂質分解，促進HDL的代謝及膽固醇逆向轉運，發揮脂代謝調節作用。膽固醇逆向轉運是將肝外組織細胞內的膽固醇, 主要以HDL形式通過血液循環轉運到肝, 在肝細胞中用于合成脂蛋白、膽汁酸及類固醇激素等的過程。PPARα激動劑能促進腺苷三磷酸結合盒轉運體A1(ABCA1)及清道夫受體SR-BI在肝臟的表達，SR-BⅠ選擇性攝取HDL中的游離膽固醇及膽固醇酯，從而促進巨噬細胞中的膽固醇逆向肝轉運[18]。PPARα激動劑還能激活HDL主要載脂蛋白apoAI和apoAⅡ的表達，促進膽固醇從外周組織巨噬細胞中外流。PPARα活化后，上調ABCB4基因，其編碼的蛋白是一種磷脂酰膽堿易位酶，可以將磷脂酰膽堿轉移入膽汁，乳化膽汁中的膽鹽，促進膽固醇排泄，間接調節膽汁酸的合成。另外，在小鼠體內PPARα活化后可上調膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)，此酶催化膽固醇在肝臟分解為膽汁酸，是該反應的限速酶，空腹情況下此作用更顯著[19]。

四、PPARa代謝中的關鍵分子

(一)FGF21 成纖維細胞生長因子21(Fibroblast growth factors 21，FGF21)是PPARα的靶基因，在PPARα激動劑的治療中發揮重要作用，協調肝臟從進食狀態到禁食狀態的代謝轉變。FGF21是具有核心結構域的信號蛋白，是PPARα的靶基因，有較高的組織特異性，主要在肝臟、白脂肪組織中產生然后分泌入血。FGF21發揮生物學作用需要結合FGFR/β-Klotho受體復合物，即FGF21的N端結合FGFR，C端結合β-Klotho，調節肝臟的生酮作用、糖異生和脂肪分解作用及調節細胞能量代謝，維持肝臟葡萄糖穩態，增加脂肪酸氧化[20]。PPARα激活后，FGF21表達增高，除肝臟能量消耗增加，還可抑制白色脂肪分解，抑制甘油三酯在肝臟蓄積。血漿FGF21濃度和肥胖及胰島素抵抗呈正相關，FGF21通過上調GLUT1的表達促進脂肪細胞中葡萄糖的攝取，但不刺激其他類型細胞攝糖。肝臟缺乏FGF21的小鼠在高脂飲食下容易出現葡萄糖耐受不良[21]。FGF21轉基因小鼠葡萄糖耐受性增強，外源性FGF21可通過增加細胞能量消耗，活化棕色脂肪組織，減輕小鼠高脂飲食誘導的胰島素抵抗[22]，這是由于FGF21是棕色脂肪線粒體解偶鏈蛋白1(UCP1)的有效誘導劑，UCP1活性增加，故而能量消耗增加。

(二) ACOX1 ACOX1是PPARα的另一個重要靶基因，PPARα激動劑Wy-14643誘導后，ACOX1表達增高，脂肪酸β氧化增加[23]。過氧化物酶體β氧化循環中，第一部反應由ACOX1催化，也是控制β氧化的限速酶。ACOX1基因敲除小鼠的研究顯示ACOX1缺乏，過氧化物酶體β氧化缺陷，并且小鼠表現出嚴重的炎性脂肪性肝炎和肝細胞再生；小鼠肝臟IL-6、IL-8和TNFα等炎癥因子表達增加，其機制可能涉及肝臟氧化應激觸發庫普弗細胞功能過度活化，引起肝臟損傷[24]。已知的過氧化物酶體ACOX酶都是含FAD的二聚體蛋白，與線粒體酰基輔酶A脫氫酶屬于同一超家族，ACOX1酶中FAD的電子直接轉移到氧生成H2O2。如果ACOX1持續激活會導致細胞內以H2O2為代表的活性氧簇大量增加，氧化/還原比率失調，引起內質網應激，長期慢性的內質網應激則可能引起DNA氧化損傷，導致肝癌的發生[25]。這也是以PPARα為單一靶標的激動劑在臨床難以開展的原因，目前PPARs聯合激動劑更受關注。PPARα代謝通路中 ACOX1在維持細胞或組織體內穩態、過氧化物酶體的生物合成及與其他細胞器(如內質網、線粒體)協同作用中發揮重要作用。

(三) ATF6 激活轉錄因子6(activating transcription factor 6，ATF6)是近年來較受關注的可能與PPARα共同作用的轉錄因子。肝臟是重要的蛋白質合成器官，新合成的蛋白質轉運入內質網折疊成天然構象，NAFLD時錯誤折疊或未折疊蛋白在內質網中蓄積，引發未折疊蛋白反應(UPR)，而長期慢性的內質網應激則加重NAFLD脂質蓄積[26]。ATF6參與維持細胞穩態，包括參與UPR途徑的蛋白穩定作用和通過SREBP途徑調節脂質的代謝，ATF6是脂肪酸代謝上游的調節因子。

在肝細胞中敲低ATF6基因，能抑制PPARα在靶基因啟動子區域的結合能力，降低PPARα/RXR復合體活性，細胞耗氧率降低；而過表達ATF6，則能促進PPARα的轉錄活性，增加肝細胞中PPARα的下游基因CPT1α、FGF21和MCAD的表達水平，加速脂肪酸氧化，緩解肝臟脂質蓄積。提示ATF6與PPARα相互作用，促進肝臟脂肪酸氧化，調節肝臟脂質代謝[27]。此外，肝臟ATF6過表達促進飲食誘導的胰島素抵抗小鼠的肝脂肪酸氧化，減輕肝脂肪變性。但也有研究顯示，過表達ATF6下調PPARα活性[28]。在NAFLD中，尤其是肝細胞內質網應激狀態下ATF6的PPARα相互作用及通路中的信號交叉還存在爭議，還需更深入的研究。

五、展望

在我國，NAFLD患者基數大，且缺少有效的臨床用藥，但NAFLD攀升的發病率及未來可能會引起的醫療負擔并未引起足夠重視，NAFLD已成為亟待解決的公共衛生問題。PPARα激活后加速脂肪酸氧化，參與脂蛋白和甘油三酯代謝，參與細胞脂肪酸的攝取和輸出，涉及多條復雜的代謝通路。臨床PPARα激動劑有非諾貝特、氯貝丁酯、苯扎貝特、PPARα/γ雙重激動劑阿格列扎、PPARα/β雙重激動劑GFT505。雖然單一PPARα靶標的激動劑在臨床實驗中未收到預期效果，但PPARα在肝臟脂質代謝通路中的作用不容忽視，PPAR雙激動劑或PPARα代謝通路中的其他轉錄因子的共激活可能是未來的研究重點。PPARα在脂肪酸氧化過程中的重要地位，使PPARα成為開發治療代謝綜合征、2型糖尿病、NAFLD和相關心血管并發癥的靶標，PPARα激活后參與代謝相關疾病的機制及重要通路需要進一步深入研究和證實。