非酒精性脂肪性肝病與2型糖尿病的相互作用機制研究進展

施曉敏，吳朝明

溫州醫科大學附屬第二醫院 內分泌科，浙江 溫州 325027

非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是指在除外大量飲酒及其他明確的肝損傷因素基礎上，以肝細胞脂肪變性為特征的一類臨床病理綜合征[1]。由于NAFLD發病率的不斷提升以及其與代謝性疾病的緊密聯系，2020年初，全球22個國家的30位國際脂肪肝領域的臨床專家聯合發表了一份共識，建議將NAFLD更名為代謝相關脂肪性肝病。該共識提出了更加“積極”的診斷標準：在肝臟脂肪變性的基礎上，滿足以下任何一條標準：超重或肥胖，患有2型糖尿病（type 2 diabetes，T2DM），存在代謝異常，即可診斷為代謝相關脂肪性肝病[2]，此概念的提出更加強調了NAFLD、肥胖及T2DM之間的相關性。胰島素抵抗（insulin resistace，IR）是T2DM的重要發病機制，而NAFLD的發病與進展也與IR密切相關，IR可能是聯系兩者之間的重要橋梁。目前對于三者之間的相互作用機制尚不明確，筆者就此對近年來的相關研究進行綜述。

1 肝臟脂肪堆積、IR及糖代謝

NAFLD的一個重要特征即肝臟脂肪堆積，具體地說，就是肝臟甘油三酯的合成速率超過分解速率，由此造成甘油三酯在肝臟蓄積。肝臟合成甘油三酯增加主要有以下兩條通路：一是肝臟對游離脂肪酸（free fatty acids，FFA）的攝取增加，二是肝臟脂肪從頭合成（de novo lipogenesis，DNL）增加。肝臟的甘油三酯過度積累與IR、糖代謝均密切相關。

1.1 FFA通路 循環中的FFA是NAFLD患者肝臟脂肪堆積的主要來源，主要原因是能量攝入過多超過脂肪細胞儲存能力，因此異位堆積于肝臟[3]。另外，由于外周IR，胰島素對脂肪組織的抗脂解作用減弱，從而引起的過量FFA流入肝臟也是肝脂肪變性的原因之一[4]。FFA是機體空腹狀態下除大腦以外的所有組織的主要能量來源。在生理情況下，血漿FFA水平在空腹時較高，進食之后由于胰腺組織釋放的胰島素增加，抑制激素敏感性脂肪酶的活性，產生抗脂解作用，血漿FFA水平下降。但是當機體存在IR時，盡管循環中胰島素水平較高，但其對脂肪組織的抗脂解作用減弱，循環中FFA水平仍維持在較高水平[5]。肝臟對FFA的攝取不受調節，因此血漿FFA的濃度高低直接影響了肝臟的FFA含量。所以當FAA攝入水平超過肝臟處理能力時，過量的FFA在肝臟內堆積[6]。

FFA與葡萄糖代謝之間存在著復雜的關系。FFA濃度升高可影響肌肉細胞對葡萄糖的轉運功能，其機制是由FFA濃度升高導致細胞內脂質代謝產物DAG增多，激活肌肉細胞內PKCθ。PKCθ激活使IRS-1在關鍵位點絲氨酸磷酸化增加，阻斷了胰島素刺激的IRS-1酪氨酸磷酸化以及PI3-K的結合與激活，從而使胰島素作用介導的肌肉細胞葡萄糖轉運蛋白4（glucose transporter type 4，GLUT4）對葡萄糖的轉運能力減弱，造成肌肉的IR[7]。肝細胞內PKCθ的活性較低，其主要影響機制是過多的游離脂肪酸使肝內DAG升高，進而激活PKCε。活化的PKCε結合并抑制IRS-2 酪氨酸磷酸化，使胰島素在肝臟內介導的刺激肝糖原合成以及抑制糖異生作用均減弱，由此促進肝IR[8-10]。

1.2 DNL通路 肝臟可通過DNL途徑，利用從膳食中攝取的碳水化合物合成甘油三酯[11]。在健康人群中，DNL對肝臟脂肪的貢獻極少，僅不足5%，但在NAFLD患者中其對肝臟脂肪含量的貢獻將增加3倍[12]。葡萄糖進入肝臟后一部分可以進行有氧氧 化，為機體提供ATP。當機體APT充足時，肝臟將部分葡萄糖合成糖原儲存能量，另有部分葡萄糖通過轉化為乙酰CoA進一步合成脂肪酸[13]。在IR狀態下，外周組織對葡萄糖的攝取利用減弱，使更多的葡萄糖進入肝臟。同時IR使肝臟合成糖原能力下降，故葡萄糖在肝臟內轉化為脂肪即DNL過程增加。食物中攝取的糖類除了葡萄糖外，還有部分為果糖。果糖主要存在于水果的漿汁及蜂蜜中，另外其與葡萄糖結合形成的蔗糖被廣泛應用于飲料及甜品的制作。可以說在現代人的飲食習慣中，人群對果糖的攝取量是不容忽視的[14]。不同于葡萄糖在肝臟的代謝途徑，果糖的代謝不依賴于胰島素，可繞過糖酵解途徑，在更大程度上增加DNL[15]。 同時果糖對肝臟還有獨立于增加DNL以外的危害，研究顯示果糖本身可促進肝臟的炎癥及氧化應激，在NAFLD的纖維化進展中發揮了重要作用[16]。

胰島素對肝臟的生理作用包括抑制糖異生和促進脂肪合成。T2DM患者通常存在IR，故胰島素對肝臟糖異生的抑制作用減弱。但是IR狀態下，胰島素促進肝臟脂肪合成的作用卻并未減弱，這個現象被認為是肝臟的選擇性IR[17]。T2DM患者胰島素抗狀態下肝臟脂肪合成增加的原因之一是：高胰島素血癥和高血糖水平可分別通過激活肝細胞內的固醇反應元件結合蛋白1c（sterol response element binding protein-1c，SREBP-1c）和碳水化合物反應元件結合蛋白（carbohydrate response element binding protein，ChREBP）刺激肝臟DNL合成增 加[6]。SREBP-1c激活多種基因的轉錄，這些基因編碼的酶負責細胞內膽固醇和脂肪酸的合成[18]。ChREBP可同時調節關于糖酵解和脂肪生成的基因表達，將多余的碳水化合物轉化為甘油三酯，控制肝臟約50%的脂肪生成，促進脂肪肝的發生發展[19]。 但是也有學者發現：高脂喂養并利用腺病毒過度表達ChREBP的小鼠，盡管肝臟脂肪生成及脂肪變性相關的基因表達增加，但這些小鼠仍對胰島素敏感。研究者認為其原因是ChREBP的過度表達誘導硬脂酰輔酶A去飽和酶1（stearyl coenzyme A desaturase 1，Scd1）表達，將飽和脂肪酸轉化為單不飽和脂肪酸，使肝臟內有益的脂肪酸優先富集，保護肝臟的胰島素敏感性[20]。目前關于ChREBP表達增加對人體代謝健康的總體影響尚未明確。

簡而言之，T2DM患者可因為IR抑制脂肪組織分解作用減弱從而增加循環FFA水平，也可因為高胰島素血癥及高血糖水平激活相關基因表達增強肝臟DNL，由此造成肝臟脂肪酸來源過多導致NAFLD。而NAFLD也可因為持續升高的FFA水平損害外周葡萄糖利用以及促進肝臟糖異生，從而加重IR，使T2DM患者的血糖更難控制于理想范圍。

2 肝細胞因子、IR及糖脂代謝

肝細胞因子是由肝臟分泌的蛋白質，參與調節肝臟及肝外組織的糖與脂質代謝。肝細胞因子分泌水平的變化參與代謝功能障礙的發生，與NAFLD、IR及T2DM均有聯系。

胎球蛋白A（Fetuin-A）是一種血清糖蛋白，在人體內主要由肝臟分泌，是胰島素受體酪氨酸激酶的天然抑制劑。動物模型及人體研究均顯示Fetuin-A濃度與肝臟脂肪堆積成正相關[21]。STEFAN等[22]進行的一項基于人群的大型前瞻性隊列研究表明Fetuin-A是T2DM的一項獨立危險因素。在信號通路方面，動物研究發現高FFA及高葡萄糖水平可分別通過增加NF-κB和ERK1/2活性來增加Fetuin-A 的表達[23-24]。作為一種胰島素受體酪氨酸激酶的天然抑制劑，Fetuin-A的表達增加將影響胰島素作用的信號途徑從而導致IR。另外，Fetuin-A也是TLR4的內源性配體，使FFA激活TLR4，誘導脂質相關的IR[25]。

硒蛋白P主要由肝臟分泌，負責將硒從肝臟運輸到肝外組織，近些年來也被報道參與能量代謝。有研究發現：在調整了年齡、性別、BMI等混雜因素后，高硒蛋白P人群比低硒蛋白P人群發生NAFLD的風險增加7倍左右，并且硒蛋白P濃度與肝臟衰減指數緊密相關[26]。MISU等[27]通過基因表達序列分析等方法發現T2DM患者肝臟硒蛋白P的mRNA表達水平顯著上調，而在小鼠肝臟中敲除硒蛋白P基因后，小鼠的糖耐量及IR均得到改善[27]。在信號通路上，細胞學實驗提示硒蛋白P可能通過降低腺苷磷酸活化蛋白激酶（AMPK）的磷酸化水平來影響胰島素的作用。AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，它能磷酸化多種與能量代謝相關的酶，起到增加胰島素敏感性的作用。

成纖維生長因子21（fibroblast growth factor 21，FGF21）通常在肝臟、胰腺和脂肪組織中表達，循環中的FGF21主要來自于肝臟，并與糖脂代謝及胰島素敏感性相關[28]。白色脂肪組織高表達FGFR1，被認為是FGF21作用的主要部位。FGF21通過激活ERK1/ERK2 以及胰島素依賴性葡萄糖轉運蛋白-1的表達促進脂肪細胞攝取葡萄糖。另外，FGF21還可以抑制生長激素和兒茶酚胺介導的脂肪細胞的脂解作用，降低循環中游離脂肪酸水平[29]。研究發現NAFLD患者肝臟FGF21 mRNA的表達及循環FGF21水平隨著肝臟脂肪變性程度的升高而升高，但與此同時FGF21介導的抑制脂肪細胞脂解等作用卻減弱，對此研究者提出了NAFLD患者中存在FGF21抵抗，類似于T2DM中IR的概念[30]。目前許多研究致力于將FGF21作為NAFLD和T2DM的新型治療靶點，希望通過增加循環FGF21水平以改善肝脂肪變性及IR。2018年一項關于FGF21類似物Pegbelfermin的臨床2期試驗，結果表明接受Pegbelfermin治療的患者均耐受性良好，且其絕對肝脂肪分數以及肝損傷標志物、纖維化生物標志物等均較對照組有明顯改善[31]。FGF21作為NAFLD和T2DM的新型潛在治療靶點，有待進一步的探討及研究。

除上述所列Fetuin-A、硒蛋白P及FGF21外，還有眾多肝細胞因子被發現參與NAFLD、IR及T2DM的發生發展，如性激素結合球蛋白（sex hormone binding globulin，SHBG）、RPB4等。本文中所提及的Fetuin-A及硒蛋白P對代謝性疾病存在消極作用，即NAFLD患者中肝臟釋放Fetuin-A及硒蛋白P增加，通過影響胰島素受體或AMPK磷酸化水平等導致IR，從而增加T2DM的患病風險；而T2DM患者也可因為高血糖水平上調Fetuin-A及硒蛋白P的基因表達，從而影響胰島素作用增加IR，影響脂質代謝，造成肝臟脂肪堆積。另外本文所介紹的FGF21則被認為其在體內含量的增加可以通過促進脂肪細胞攝取葡萄糖或抑制脂肪分解降低游離脂肪酸等途徑調節糖與脂質的代謝，改善IR，有望以此來治療T2DM及NAFLD。

3 炎癥、IR及糖脂代謝

NAFLD、IR及T2DM的發生和發展均與炎癥相關。研究發現這些交互過程主要涉及兩種轉錄因子信號通路，即NF-κB通路與JNK通路。這些炎癥途徑可被多種促炎因子激活，例如TNF-α、IL-1；也可被模式識別受體激活，如TLR-4。此外，FFA也可通過增加各種蛋白激酶C亞型的活性激活NF-κB及JNK[32]。

NF-κB是一種轉錄因子，參與多種免疫反應及一系列的病理過程，包括炎癥。在正常生理條件下，NF-κB復合物通過與NF-κB家族抑制劑結合而被隔離在細胞質中保持非活性狀態[33]。NF-κB抑制劑激酶（IKK）包括兩個催化亞基IKKα和IKKβ，激活后可導致NF-κB抑制劑磷酸化并降解，NF-κB暴露于其核定位序列[34]。NAFLD合并T2DM患者常常同時有高血糖和高脂血癥。持續的高血糖狀態導致蛋白質和脂質的非酶糖基化，形成晚期糖基化產物（advanced glycation end products，AGE），引起AGE受體激活，進而通過激活NF-κB和ERK1/2誘導免疫應答[35]。飽和脂肪酸可通過直接結合脂肪細胞和巨噬細胞中的TLR-4激活IKKβ，磷酸化IRS的抑制性絲氨酸位點，從而導致IR[36]。NF-κB炎癥通路對代謝紊亂的作用在人體及動物實驗研究中均得到證實。有研究者通過高脂肪飲食喂養野生小鼠，發現該組小鼠肝臟 NF-κB活性增加兩倍并伴有IR。同時研究組在另外一組正常喂養的健康小鼠中通過選擇性表達IKKβ，從而激活NF-κB，匹配高脂喂養組小鼠的炎癥狀態，發現該組小鼠也表現出高血糖及嚴重的IR狀態，并且阻斷NF-κB的表達后這些表現可以得到逆轉。研究結果提示肝臟中的脂質積聚可能通過NF-κB活化及下游的炎癥信號轉導引起肝臟炎癥狀態及IR[37]。此外，NF-κB受體激活因子配體（RANKL）也被證明可以調節肝臟胰島素敏感性。在基于人群的前瞻性研究發現血清中高濃度的可溶性RANKL是T2DM的獨立危險因素，并且在T2DM小鼠模型中，阻斷RANKL信號可顯著改善小鼠的肝臟胰島素敏感性以及糖耐量狀態[38]。

JNK是一類屬于MAPK家族的絲氨酸/蘇氨酸激酶[39]。NAFLD患者過量的FFA可導致細胞氧化能力超載，產生脂毒性酯化產物如DAG和神經酰胺，DAG可通過PKC和ROS激活JNK，而神經酰胺則可通過ASK1激活JNK[40]。T2DM患者以高血糖水平為特征，葡萄糖進行非酶的糖基化反應，形成AGE，這個過 程也可以產生ROS，最終激活JNK[41]。而JNK可通過多種不同的機制來驅動肥胖患者的IR：直接抑制IRS的磷酸化影響胰島素作用的信號通路；誘導巨噬細胞的激活，促進代謝性炎癥；抑制甲狀腺激素軸，降低機體代謝水平；抑制PPARα轉錄活性，進而使FGF21的基因表達下降，導致肝臟脂肪堆積[42]。

NF-κB與JNK兩條炎癥通路均與NAFLD、IR及T2DM相關。T2DM患者的高血糖狀態及NAFLD的肝臟脂肪積聚可分別通過AGE及FFA觸發下游的一系列炎癥反應激活NF-κB和JNK，進一步通過RANKL、抑制IRS的磷酸化等途徑導致IR，從而加重糖脂代謝紊亂，促進T2DM及NAFLD的發生發展。

肝臟是胰島素發揮作用的主要靶組織，也是調節機體糖、脂質代謝平衡的關鍵器官。NAFLD患者肝臟發生肝脂肪變性，釋放的肝細胞因子及炎癥信號改變可擾亂正常的糖代謝，促進IR及T2DM的發生與發展。T2DM患者存在IR，影響脂質代謝，也可影響肝細胞因子水平及炎癥通路，從而導致NAFLD的發生與發展。糖與脂質代謝紊亂在NAFLD、IR及T2DM的相互交錯過程中形成惡性循環。目前對于三者之間復雜的交互機制認識還不充分，尚需更多的科學探索及研究。