BMP9與非酒精性脂肪性肝病關系的研究進展

牛夢璠，劉睿宸 綜述 李麗 審校

哈爾濱體育學院，黑龍江 哈爾濱 150008

非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)是慢性肝病和肝臟酶學指標異常的首要原因，疾病譜包含單純肝脂肪變性、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)，隨著病程進展，NASH有發展為肝硬化甚至肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)的風險[1-3]。NAFLD的發病和演變機制較復雜，但廣為接受的多重打擊學說表明，NAFLD 的發生和發展是胰島素抵抗(insulin resistance，IR)、脂肪細胞因子、腸道菌群、遺傳易感性、氧化應激、細胞凋亡等多種潛在途徑、多種損傷之間的相互作用的結果[4]。為此，進一步探索NAFLD的發生機制，尋找新的分子標志物，是降低NAFLD發病率的關鍵。

骨形態發生蛋白(bone morphorgenetic proteins，BMPs)在體外誘導骨形成、骨折修復以及在調節成骨細胞和軟骨細胞的生長和分化方面發揮著信號配體的作用，骨形態發生蛋白9 (bone morphogenetic proteins 9，BMP9)作為BMPs 成員之一，其調控能力可能強于其他BMP[5-8]。近年來，多數學者證實BMP9在調節脂質代謝過程、維持葡萄糖穩態、改善IR 等方面發揮著重要作用[9-11]，逐漸成為一種潛在的代謝調節分子。因此，本文就BMP9與NAFLD相關聯的最新研究進展，深入探討二者之間的作用機制，以期為NAFLD的治療提供理論依據和治療方案，延緩NAFLD 發展進程，提高NAFLD患者的生活質量。

1 BMP9概述

BMP9 又稱生長分化因子-2 (growth differentiation factor-2，GDF-2)，從胎鼠肝臟cDNA 文庫克隆而來，其在肝臟組織中的表達顯著高于在其他組織中的表達，分泌入血后作用于組織器官，進而發揮生物學功能[12]。BMP9是一種大前體蛋白，由429個氨基酸構成，包含22個氨基酸的N端信號肽區、33 kD前結構域區和12.5 kD的C端成熟肽區，成熟肽區在內質網或高爾基體內絲氨酸蛋白內切酶作用下，經剪切、重構形成具有生物活性的短二聚體成熟形式，前結構域區與成熟肽區以非共價鍵結合，形成約100 kD 的成熟BMP9形式，起到保護和穩定BMP9結構的作用[13]。

當BMP9 與Ⅰ型受體(typeⅠbone morphogenetic protein receptor，BMPR Ⅰ)和Ⅱ型 受 體(type Ⅱbone morphogenetic protein receptor，BMPR Ⅱ)結合為異四聚體受體復合物時能夠激活下游信號的轉導級聯，進而調節細胞的形態發生、分化、增殖和凋亡[14]。在BMPRⅠ中，BMP9能與活化素受體樣激酶1(activinreceptor-likekinase1，ALK1)和活化素受體樣激酶2(activinreceptor-likekinase2，ALK2)結合，且BMP9與前者的親和力較強。在BMPR Ⅱ中，BMP9 與活化素ⅡA 型受體(ActRⅡA)、活化素ⅡB 型受體(ActRⅡB)和骨形態發生蛋白Ⅱ型受體(BMPR2)3個亞型結合。BMP9與受體結合構成異四聚體受體復合物后，激活Smad 依賴(經典)信號通路和非Smad 依賴(非經典)信號通路，前者信號轉導機制為：BMP9 與受體結合，隨之BMPRⅠ激活SMAD1/5/8磷酸化，并與SMAD4結合，形成SMAD1/5/8-SMAD4 復合物，轉運至細胞核內，調控下游信號傳導[15-16]；后者則涉及MAPK、Wnt/β-catenin、Notch 等信號通路[7，17-18]。綜上所述，BMP9對機體具有多種生物學功能，但其分子信號網絡結構復雜。BMP9 在NAFLD 的過程中如何通過信號轉導途徑作用于靶分子，目前尚有許多未闡明之處，有待進一步研究。

2 BMP9對肝臟脂肪過量沉積的作用

2.1 增加褐色脂肪細胞的生成 脂肪組織由兩部分組成：白色脂肪細胞(white adipose tissue，WAT)和褐色脂肪細胞(brown adipose tissue，BAT)。其中，WAT可以分泌脂肪因子，是肥胖和2型糖尿病相關代謝失調性疾病的關鍵調節因素[19-20]。BAT 又稱為米色或淡褐色脂肪細胞，是一種專門用于體溫調節的脂肪細胞[21]，因其對葡萄糖和脂質的代謝吸收及適應性產熱的作用，逐漸成為治療肥胖等代謝性疾病的潛在靶點。

解偶聯蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1)作為線粒體載體蛋白，在BAT中高度表達，同時也是WAT棕色化激活的表現，通過非顫抖性產熱方式將能量轉化為熱量，從而誘導線粒體呼吸，提高BAT 代謝活性，在維持糖代謝穩態中起重要作用。KUO 等[22]對高脂飲食(HFD)小鼠注射MB109(BMP9 的重組衍生物)，發現MB109 可使WAT 變小、誘導皮下WAT 的褐變，提高BAT 標記基因UCP1 和DNA 斷裂因子45 樣效應因子α(cell death-inducing DNA fragmentation factor 45-like effector-α，Cidea)基因的表達量，進而增加BAT 生成。KIM 等[23]對HFD 小鼠注射MB109，發現MB109 能增加WAT 向棕色分化的關鍵調節因子成纖維細胞生長因子-21(fibroblast growth factor 21，FGF21)的基因表達，調控UCP1 的表達量，促進產熱，參與糖脂代謝的調控。以上研究表明BMP9作為誘導干細胞從脂肪組織中分化為BAT的有效因子，可以有效增強UCP1 的表達。瘦素主要在WAT 中表達，有助于改善葡萄糖和脂質的穩態，促進3T3-L1 前脂肪細胞的增殖，減少攝食，增加能量消耗，而BMP9 可以正向調節3T3-L1 的增殖[24]，類似于瘦素抑制極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)的生成和脂肪沉積的作用。綜上所述，BMP9能夠促進BAT產熱，調控產熱基因UCP1 的表達，增加FGF21 的基因表達，促進3T3-L1增殖，為BMP9在脂質代謝領域的研究提供更多理論依據，對進一步研究和探討BMP9 的作用通路及機制等問題提供更多思路。

2.2 改善糖耐量和胰島素敏感性 持續的游離脂肪酸(free fatty acid，FFA)濃度增高會影響胰島素作用和葡萄糖代謝，當外周脂肪組織動員增加，FFA大量轉運入肝，削弱了肝細胞的胰島素敏感性并超過肝臟的代償能力，使肝細胞的線粒體中脂肪酸氧化代謝能力下降，引起肝臟脂肪變性，隨之脂毒性代謝產物在細胞內堆積，誘導IR，增加糖異生[25]，而BMP9 可作為調節葡萄糖代謝的藥理學和生理學靶點。

為解釋BMP9 與糖代謝和IR 的關系，XU 等[11]在控制年齡和性別的差異因素下，通過分析MetS受試者BMP9 水平與代謝參數的相關性發現，MetS 受試者BMP9水平與肥胖標記物(WHR)、IR指數(HOMA-IR)、葡萄糖代謝參數(FBG、2 hPBG 和HbA1c)和血脂參數(TG)呈負相關。CAPERUTO 等[9]研究長期禁食、地塞米松治療以及松果體切除術三種經典IR 模型對BMP9 表達的影響，發現三種不同IR 模型的肝臟中，BMP9 的轉錄和加工顯著減少，為進一步研究糖穩態生理調節中BMP9 的作用以及二者的相關性，又用BMP9 抗體中和了禁食12 h 大鼠血清中的BMP9，觀察到大鼠出現葡萄糖不耐受和胰島素敏感性降低的現象。BMP9 在血液中循環可激活Smad5，使胰島素信號分子絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶2 (serine-threonine kinase，Akt2)的表達量增加，從而增加骨骼肌肌肉細胞的葡萄糖吸收[26]。SUN等[27]對比BMP9治療組與HFD小鼠發現，前者FBG 水平顯著降低，同時，磷酸化的絲/蘇氨酸激酶(phosphorylated serine-threonine kinase，p-Akt)水平升高，進而p-Akt可調控包含胰島素敏感性在內的多種細胞生物功能。上述研究表明，BMP9 作為肝臟胰島素增敏劑的候選物，可促進胰島素分泌，提高胰島素敏感性，改善葡萄糖穩態，因此BMP9在控制血糖穩定和調控生理性胰島素敏感性方面為NAFLD治療提供新途徑。

2.3 調節肝臟中脂質代謝相關蛋白 YANG 等[10]發現HFD小鼠與正常飲食小鼠相比，BMP9 mRNA和蛋白質表達減少，同時BMP9 基因敲除小鼠的肝臟增大，并伴有明顯的肝臟脂肪變性和乳糜微粒，深入研究發現，由于BMP9缺乏使Smad通路對過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptorα，PPARα)的啟動子活性以及PPARα表達產生抑制作用，使脂肪酸氧化基因表達減少，引起TG功能障礙，因此BMP9-smad-PPARα軸可能在肝臟脂質代謝中發揮重要作用。對HFD誘導的C57BL/6J小鼠尾靜脈注射腺病毒(Ad-BMP9)后，發現Ad 治療組BMP9的蛋白質水平顯著增加，TG含量降低，固醇調節元件結合蛋白1c (sterol regulatory element binding protein1c，SREBP1c)、硬脂酰輔酶A 去飽和酶1 (stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，FAS)等脂肪生成中樞調節因子的mRNA 和蛋白質表達水平顯著下降，而腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)和乙酰輔酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)的磷酸化水平顯著增加[28]。但KUO 等[22]對HFD 誘導的C57BL/6 小鼠注射MB109發現MB109可以增強葡萄糖異化脂肪酸的能力，提高FAS mRNA 的表達水平，進而間接降低血糖水平；兩者有關FAS 水平的分歧，有研究認為主要由于高脂喂養方式和干預方式的不同[8]。另外，SUN 等[27]研究發現，BMP9 治療組的其他脂類和葡萄糖代謝基因，如神經酰胺合成酶6 (ceramide synthase 6，CerS6)、Cidea 和脂肪酸結合蛋白4 (fatty acid binding protein 4，Fabp4)的下調顯著。因而BMP9 在調控肝臟脂質代謝中尚無統一機制，未來研究仍需進一步關注BMP9 與脂質代謝相關蛋白之間的相互作用，以及BMP9調控的具體分子機制。

3 BMP9在肝纖維化的作用

肝纖維化是一復雜、多因素參與的過程，以細胞外基質(extracelluar matrix，ECM)堆積為主要病理現象，是NASH與單純脂肪變性相區別的關鍵。肝星狀細胞(hepatie stellate cells，HSC)的激活與分化調控引起ECM 沉積，進而肝臟的正常生理結構遭到破壞，該過程是肝纖維化發生的關鍵病理特征，而轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)是激活HSC 的關鍵細胞因子[29-30]。在病理性纖維化過程中，骨形態發生蛋白7 (bone morphogenetic proteins7，BMP7)作為一種纖維化負性調節因素，可抑制TGF-β1的表達和Smad2/3的核轉錄，并且與TGF-β1存在互逆作用，可抵消TGF-β1參與的促纖維化過程[31-32]。

相比于BMP7，BMP9 參與到肝纖維化的過程最近被提出，其過度表達可能會引起巨噬細胞募集和極化，進而影響肝損傷和纖維化的進程。抗纖維化酶基質金屬蛋白酶2 (matrix metalloproteinase 2，MMP2)是降解ECM的級聯蛋白水解過程中的關鍵酶，LI等[33]在蛋氨酸膽堿缺乏飲食(MCD)誘導的NASH模型中發現，BMP9 過度表達可以顯著抑制MMP2，導致其降解ECM的能力下降，進而加劇肝纖維化的發展。BREITKOPF等[34]通過急慢性肝損傷模型發現，肝臟持續低水平表達BMP9，可以穩定健康肝臟的肝細胞功能，而一旦內源性BMP9水平過度升高，使纖維化調節因子分化抑制蛋白1 (inhibitor of differeniiation1，ID1)表達量顯著上調，而阻斷BMP9/ALK1 通路后可減輕肝臟纖維化，表明在肝臟損傷時BMP9下調可緩解肝臟損傷。

4 結語

綜上所述，越來越多的研究證實BMP9 影響肝臟脂肪沉積的機制可能與誘導WAT的褐變、增強胰島素信號分子的表達、調節脂質代謝相關蛋白等作用有關，因而BMP9及其信號轉導在NAFLD的發生發展中產生一定影響，為NAFLD 治療提供了新的思路。此外，BMP9 在脂肪變性和纖維化中表現出雙重甚至矛盾的功能，其可能與BMP9 作用于不同的靶細胞和生物過程有關，因此BMP9對NAFLD病理過程的作用機制仍有許多問題還未明確，今后需要進一步研究，以期BMP9可以為NAFLD的治療提供有效的干預措施，成為新的治療靶點。