非酒精性脂肪性肝病發病機制研究進展

趙瀚東，楊 帆，詹 麗

1 甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院(甘肅省人民醫院)，甘肅蘭州 730000；2 甘肅省人民醫院 消化科，甘肅蘭州 730000

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除外乙醇和其他明確的肝損害因素所致的，以肝脂肪變性為主要特征的臨床病理綜合征，其疾病譜包括非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty live，NAFL)也稱單純性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)、脂肪性肝纖維化、肝硬化以及肝細胞癌[1]。隨著肥胖和高代謝綜合征的全球化流行，NAFLD 發生率逐年增加。研究顯示全球NAFLD的患病率已達25.24%[2]，2019 年我國的一項研究顯示全國NAFLD 患病率約29.2%，且處于增長狀態，過去10 年增長了14%[3]。NAFLD 被認為是代謝綜合征的肝表現，2020 年國際專家小組建議將NAFLD 更名為代謝相關脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease，MAFLD)[4]。目 前NAFLD 已成為我國第一大慢性肝病[1]，NAFLD的具體發病機制尚待探索。早期研究認為胰島素抵抗(insulin resistance，IR)導致的肝脂肪變性即為第一次打擊，氧化應激和脂質過氧化等作用下肝細胞最終發生損傷、炎癥、纖維化等病理改變形成第二次打擊。如今被廣泛認可的是基于“二次打擊”學說提出的“多重打擊”學說，包括脂毒性、線粒體功能障礙、內質網應激、脂肪組織功能障礙、炎性細胞因子以及腸源性內毒素等多重打擊因素，該學說也為NAFLD 的發病機制提供了更為準確的解釋[5]。目前臨床中尚缺乏關于NAFLD 有效治療藥物，因此深入了解NAFLD 的致病機制、尋求有效的治療靶點至關重要。

1 IR 與NAFLD

各種原因引起的胰島素促進葡萄糖攝取和利用的效率下降即為IR。IR 是一種在NAFLD 患者中經常存在的代謝異常，被認為是NASH 的發病機制以及肝病進展的主要決定因素之一[6]。研究表明，IR 時胰島素受體底物-2(insulin receptor substrate 2，IRS-2)蛋白激活下調，而固醇調節元件結合蛋白1c(sterol regulatory element binding proteins-1c，SREBP-1c)上調，最終促使脂質從頭合成表達增加，從而增加脂肪酸向肝的輸送。同時，高胰島素血癥會抑制游離脂肪酸(free fatty acid，FFA)的β-氧化反應，進一步促進肝脂質的蓄積。IR 也可以通過介導清道夫受體CD36 以及氧化低密度脂蛋白對FFA 及游離膽固醇的吸收，從而促進肝中脂質的積累[7]。FFA 與IR 互為因果，FFA 會引發IR，這一過程主要通過FFA 下調IRS-1 信號，激活IKKβ/核因子-κB(nuclear factor，NF-κB)通路并誘導胰島B 細胞凋亡而進行，同時IR 能夠增加脂肪組織外周脂質的分解，導致FFA 釋放增加進入肝[8]。由此可見，IR 在NAFLD發病機制中扮演著主要角色。

2 自噬與NAFLD

通過再利用受損的細胞器、細胞元件或細胞組分以維持細胞能量平衡即為自噬，這是一種細胞內普遍存在的自穩機制。自噬除了能夠降解細胞器和蛋白質外，還能降解細胞中的脂質，因此把這種通過自噬途徑對細胞內的脂質進行選擇性降解的生理過程稱之為脂噬[9]。這種特殊類型的自噬可起到維穩肝脂質平衡的作用[10]。在肝細胞中自噬的調節主要涉及哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)的信號通路。mTOR 是主要的自噬負調控因子，它能夠抑制自噬，調節肝脂質代謝。研究表明對自噬缺陷型小鼠進行高脂飼養會增加肝細胞內脂質沉積，給予自噬增強劑雷帕霉素可以激活自噬，進而減少肝細胞內脂質含量，改善胰島素敏感度[11]，說明激活自噬能夠改善肝脂肪變性。然而，自噬也會導致肝纖維化。肝星狀細胞(hepatic stellate cells，HSCs)與肝纖維化密切相關。研究表明誘導小鼠體內HSCs 活化時，自噬作用會增強，同樣，在體外培養的HSCs 中也可以檢測到含脂滴(lipid droplets，LDs)的雙膜自噬小體結構，當采用自噬抑制劑后HSCs 活化明顯減弱[12]。也有研究表明通過藥理學作用能夠激活過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator activated receptor α，PPARα)進而解除自噬的抑制狀態誘導脂噬，促進肝纖維化[13]。說明自噬在NAFLD 不同階段具有不同作用，針對肝纖維化階段自噬對HSCs 的活化作用，選擇一些抑制劑進行干預可能是一種潛在的治療靶點。

3 腸道菌群與NAFLD

腸道微生物的數量約為人體細胞總數的10倍，其在調節人體免疫系統平衡、參與營養代謝等方面具有不可忽視的作用[14]。腸道菌群可能通過干擾膽汁酸代謝、影響食物膽堿轉化、增加短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFA)的產生和吸收、改變腸通透性、產生細菌源性內毒素和內源性乙醇等途徑參與NAFLD 的發生發展[15]。

腸道菌群與膽汁酸之間可以相互調控。一方面腸道菌群可以使結合膽汁酸轉化為游離膽汁酸，涉及含有膽汁酸鹽水解酶的腸道菌群如擬桿菌屬、雙歧桿菌屬等，隨后又可在7α脫羥酶菌群作用下轉化為次級膽汁酸包括梭菌屬和真桿菌屬等。另一方面膽汁酸不僅通過直接調控腸道菌群的組成，還可以通過激活法尼酯X 受體(farnesoid X receptor，FXR)誘導一氧化氮合酶和抗菌肽基因表達，間接性抑制細菌過度生長及易位[16]。膽汁酸作為腸道菌群的代謝產物參與糖脂代謝等多種生理和病理過程的調控，這一過程的發生主要是通過膽汁酸結合FXR 和G 蛋白偶聯膽汁酸受體(Takeda G-protein-coupled receptor 5，TGR5)進行。FXR 激活可能會誘導AMP 活化的蛋白激酶(protein kinase，AMPK)、乙酰輔酶A 羧化酶、肉堿棕櫚酰轉移酶1α 表達增加，促進脂肪酸氧化，最終實現其降脂作用[17]，也會誘導肝成纖維生長因子21 的表達和分泌，促進脂肪組織對葡萄糖的攝取[18]。給予FXR 激動劑后小鼠高膽固醇血癥得到了改善，脂質合成被抑制，肝的炎癥反應減輕，延緩了NAFLD 的進展[19]。激活TGR5 可以促進腸上皮細胞分泌胰高血糖素樣肽-1(glucagon like peptide 1，GLP-1)和多肽氨基酸，起到改善糖耐量的作用[20]。以上說明膽汁酸及其受體在NAFLD 發病中有重要作用。腸道菌群對NAFLD的影響則是通過對膽汁酸的調控而實現的。

脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是革蘭陰性菌細胞壁的成分，其不僅能夠通過Toll 樣受體4 刺激炎性細胞因子如白細胞介素-6、腫瘤壞死因子-α 的釋放引起肝損傷，而且還能促使炎癥因子的抑制因子表達增加形成IR[21]。LPS 也能通過識別其結合蛋白(lipopolysaccharide binding protein，LBP)參與NAFLD 的發病，研究表明LBP 與IR 和血脂異常有關，NAFLD 或NASH 患者的LBP 水平增多[22]。小鼠LBP 基因敲除后其脂質代謝較前改善且NAFLD 多種病理特征得到了緩解，說明LBP 同樣在NAFLD 的發展中扮演著重要角色[23]。

腸道菌群可以將腸道內不可消化的碳水化合物分解為SCFA[24]。SCFA 可激活脂肪細胞及腸內分泌細胞中G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptor，Gpr)如Gpr41、Gpr43，二者激活可刺激肽-YY 和GLP-1 分泌，減少能量攝入[25]。也能通過激活PPARγ，參與肝糖脂代謝，增加機體對胰島素的敏感度，改善肝脂肪變性[26]。PPARγ 基因缺失的小鼠表現出SCFA 對肝脂肪變性抑制作用消失[27]。提示SCFA 對NAFLD 具有潛在的治療價值。膳食中的膽堿、肉堿等首先被腸道菌群代謝為三甲胺，隨后在肝黃素單氧化酶3 作用下轉化為氧化三甲胺，氧化三甲胺通過激活NF-κB 通路、抑制肝FXR 信號從而促進肝脂肪變性及肝炎癥反應發生[28]。此外，腸道菌群失調也會促使內源性乙醇產生增加，乙醛作為乙醇代謝物會干擾腸道緊密連接蛋白功能，對腸道杯狀細胞產生細胞毒作用，損傷腸黏膜屏障功能，最終造成肝損傷[29-30]。

4 遺傳因素與NAFLD

目前發現Patatin 樣磷脂結構域蛋白質3(patatin-like phospholipase domain-containing protein 3，PNPLA3)、跨膜蛋白6 超家族成員2(transmembrane 6 superfamily member 2，TM6SF2)、葡萄糖激酶調節蛋白(glucokinase regulator protein，GCKR)等多態性基因與NAFLD 的發病進展和嚴重程度相關性最高。作為一種與遺傳－代謝－環境相關的疾病，遺傳因素參與NAFLD 的發生發展。研究表明PNPLA3 基因型(rs738409，I148M)與肝脂質含量和NAFLD 嚴重程度呈正相關[31]。可能是因為PNPLA3-I148M 會抑制TG 的脂解，從而導致TG 的堆積[32]，PNPLA3-I148M 突變體可能是通過激活HSCs 從而促進肝纖維化和炎癥發生[33]。沉默小鼠的TM6SF2 基因表明缺乏TM6SF2 會加重肝脂肪變性和肝損傷[34]。GCKR rs780094 是與NAFLD 發生發展緊密相關的單核苷酸多態性位點之一，NAFLD 患者GCKR 基因rs780094(C>T)多態性與肝纖維化的嚴重程度和血清高水平的TG 密切相關[35]。

非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)和LDs相關蛋白也參與了NAFLD 的形成。以微小RNA(microRNA，miRNA/miR)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和 環 狀RNA(circular RNA，circRNA)為主的ncRNA 可能在NAFLD 的啟動和發展中發揮調節作用，這些ncRNA 雖然不編碼蛋白質，但仍會影響基因表達。研究發現miR-29a 在NAFLD 中表達上調，可以負調控沉默信息調節因子2 相關酶類1 的表達，促進脂質沉積于肝細胞，提示miR-29a 可能對NAFLD 的檢測及治療具有潛在價值[36]。miR-29a 和miR-122 不僅可以調節IR，還可能是NAFLD 非侵入性診斷的標志物[37]。lncRNA MALAT1 可能會促進肝細胞炎癥和纖維化的形成，這一過程主要與MALAT1 可以上調趨化因子配體5 的表達有關[38]。同樣當lncRNA HULC 被抑制時，絲裂原活化蛋白激酶信號通路也會被抑制，最終可明顯改善肝纖維化和肝細胞凋亡程度[39]。說明lncRNA MALAT1和lncRNA HULC 可能具有改善NAFLD 纖維化的潛在靶點。circRNA 則是通過調控肝脂肪酸β 氧化、脂質合成、HSCs 活化、改善IR 等參與NAFLD 的發生、發展[40]。Perilipin(PLIN)蛋白家族是脂滴表面含量最多的一種可磷酸化蛋白，能與脂滴特異性結合，其家族包括5 種蛋白即Perilipin1～Perilipin5。研究顯示PLIN5 過表達能增加肝細胞內脂質沉積，小鼠肝脂肪變性和纖維化程度可通過對肝PLIN5 特異性敲除得到緩解[41]。采用反義寡核苷酸干擾高脂飲食喂養C57 小鼠的PLIN2，會在增強肝胰島素敏感度的同時降低肝TG 水平[42]。以上研究表明PLIN2 和PLIN5 可能是治療NAFLD 的潛在靶點。另一種新型肝細胞特異性脂滴相關蛋白17β-羥基類固醇脫氫酶13(HSD17B13)也參與肝細胞脂質合成。研究表明在腺病毒感染的基礎上，肝中HSD17B13 過表達會使SREBP-1c 和脂肪酸合酶表達上調誘導脂肪變性，TG 水平升高增加脂質蓄積[43]。而硬酯酰輔酶A 去飽和酶1(stearoyl-CoA desaturease1，SCD1)作為SREBP-1c 下游靶基因表達卻是降低的，SCD1 作為單不飽和脂肪酸合成的關鍵酶，其下調可以促進絲氨酸棕櫚酰轉移酶表達上調，催化棕櫚酰輔酶A 和絲氨酸合成神經酰胺，而神經酰胺會促進活性氧(reactive oxygen species，ROS)產生增加，激活內質網應激，促進肝細胞凋亡，產生脂毒性，增加脂肪肝形成的機會[44]。肝X 受體的激活也會通過SREBP-1c 誘導HSD17B13 表達，同樣也會促進脂肪肝的形成[45]。以上說明HSD17B13 通過多種途徑參與NAFLD 的形成。但也有研究表明，即使在HSD17B13 基因敲除的小鼠中也會通過其他機制促進脂肪變性包括脂肪酸合酶和SCD1 的增加[46]。說明無論是HSD17B13過表達或敲除都會激活脂肪酸合酶，促使肝TG 合成增加，導致脂質代謝紊亂引起NAFLD，對于上述這種矛盾結果的具體機制尚待探究。

5 脂毒性與NAFLD

在多種脂質中并非所有脂質都有脂毒性，如TG 和含有不飽和雙鍵的FFA 對脂毒性物質誘發的肝損傷具有保護作用。相反，飽和游離脂肪酸如棕櫚酸和硬脂酸以及它們的代謝物溶血磷脂酰膽堿、膽汁酸和神經酰胺等卻表現出脂毒性[47]。脂毒性物質能夠激活氧化應激、內質網應激、細胞死亡、炎癥等病理反應導致NAFLD 的發生發展。

氧化應激可使肝脂肪變性向脂肪性肝炎發展，肝細胞中非酯化游離脂肪酸大量聚集時，會促使線粒體氧化反應使ROS 增加，ROS 產生超過抗氧化因子(如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽還原酶等)清除能力時，便會導致氧化應激，ROS 也會引起脂質過氧化，進而導致炎癥反應和HSCs 的激活，促進肝纖維化的發生[48]。抗氧化因子能力減弱也與NAFLD 相關，過氧化氫酶敲除小鼠更容易發生肝細胞脂質沉積[49]，說明氧化應激損傷和抗氧化劑的減弱或許可以為NAFLD 的治療提供新的靶點。內質網是鈣儲存、碳水化合物代謝、蛋白質合成和折疊、脂質和類固醇合成的主要場所，這些過程中的任何不平衡都可能導致內質網應激，從而通過激活3 個內質網膜結合的傳感蛋白即蛋白激酶樣ER 激酶、肌醇需求酶1α 和激活轉錄因子6，啟動未折疊蛋白應答反應(unfolded protein response，UPR)可以恢復內質網功能[50]。內質網應激狀態建立的UPR 是處理應激狀態、降低內質網負荷的一種保護機制，當脂質和ROS 等持續刺激時，這3 種跨膜蛋白介導的信號通路可激活細胞炎癥和凋亡的發生，從而促進肝脂肪變性的發展[51]。肝細胞凋亡是NAFLD 主要發病機制之一，膽固醇脂毒性與NAFLD 密切相關，內質網中膽固醇蓄積會引起內質網應激，繼而導致肝細胞凋亡，研究表明α-亞麻酸植物甾醇酯能夠改善細胞凋亡從而發揮對NAFLD 的改善作用[52]。肝炎癥是NAFLD 的一個重要組織學標志。脂毒性誘發的NAFLD 炎癥是一種無菌炎癥，當脂毒性造成肝細胞的應激、損傷和死亡時便會形成這種炎癥。脂毒性誘發的NAFLD 炎癥包括兩方面，一方面是通過誘導肝細胞死亡，進而由Kupffer 細胞等先天免疫細胞介導的炎癥反應；另一方面是具有脂毒性的脂質導致肝細胞損傷或死亡后可促使細胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)釋放，從而誘導巨噬細胞活化引發炎癥反應的發生[53]。

6 EVs 與NAFLD

EVs 是一種攜帶有蛋白質、DNA、RNA、脂質、代謝物等，由細胞分泌到細胞外基質的納米級囊泡[54]。EVs 依據大小、生物起源可分為3 類，即外泌體、細胞微泡和凋亡小體[55]。EVs 的主要生物學作用是細胞間通訊，通過其傳遞的具有生物活性的物質可以調節靶細胞病理生理功能，如蛋白表達、細胞增殖分化和免疫反應等[56]。研究表明，EVs 參與NAFLD 的發病，但具體機制尚待探索，結合相關研究可概括為以下兩點：1)肝細胞在脂毒性物質作用下釋放EVs，進而促進肝局部巨噬細胞活化，加重肝細胞的炎癥和纖維化；2)其他器官和組織細胞來源的EVs 如脂肪細胞來源EVs 可能進入肝，調節與代謝、炎癥和纖維化相關的信號通路，參與NASH 的形成[55]。EVs 攜帶有蛋白質、RNA 等與疾病相關的特異性生物分子，同時EVs 也參與疾病進展，表明其可以作為NAFLD 的非侵入性標志物和治療干預的靶點[57]。

7 結語

隨著NAFLD 的發生率逐年增加，人們對NAFLD 及其帶來的危害越發重視，但NAFLD 的發病機制極其復雜且是多因素共同影響的結果。目前臨床中尚缺乏針對NAFLD 的有效治療藥物，因此探索NAFLD 的具體發病機制從而為臨床提供有效的治療靶點至關重要。多重打擊學說提出的多種調控因子和潛在的分子機制，解釋了NAFLD的發病機制，也為其治療提供了新的靶點和理論依據，但有些機制尚不完全清楚，因此還需進一步探索。