脂滴包被蛋白perilipin 5在非酒精性脂肪性肝病中的研究進展

孫祥云 劉天會

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是一種與胰島素抵抗及遺傳易感密切相關的代謝應激性肝損傷。隨著肥胖和代謝綜合征發病率的不斷增加，NAFLD已成為全球及我國的第一大慢性肝病[1]。彌漫性的肝細胞脂肪變是NAFLD主要的病理表現，其特點是過多的脂質以脂滴(lipid droplets，LDs)的形式存在于肝細胞中。perilipin 5(Plin5)是一種位于LDs外膜上的蛋白，被稱為脂滴包被蛋白或圍脂滴蛋白。近年來，研究發現Plin5在脂毒性、胰島素抵抗、肝星狀細胞(hepatic stellate cells，HSCs)活化等過程中發揮重要作用。本文將對Plin5在NAFLD中的相關研究進展進行綜述。

一、Perilipin 5概述

LDs外膜上存在多種與LDs功能相關的蛋白，其中Perilipin家族是肝臟中最主要的LDs蛋白之一，目前有五個成員 (Perilipin 1～5，Plin 1～5)，在脂滴的生物合成、穩定性及降解過程中發揮關鍵作用[2]。Plin5，早期又被稱為心肌脂滴蛋白(myocardial lipid droplet protein，MLDP)或脂質儲存液滴蛋白(lipid storage droplet protein 5，LSPD5)等，是Perilipin家族中最新發現的成員[3]。

小鼠Plin5的基因位于17號染色體上；人Plin5的基因位于19號染色體上，編碼由463個氨基酸組成的分子量約51400的蛋白[4]。Plin5是過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferators-activated receptor alpha，PPAR-α)的靶基因，在禁食及胰島素缺乏的情況下，肝臟中的Plin5通過PPAR-α依賴的方式表達[4, 5]。較早期的研究認為，Plin5主要富集在氧化水平高的組織中，如肝臟、心臟、骨骼肌、棕色脂肪組織等[4, 6]。然而，最近有研究發現Plin5在人體中廣泛表達，以骨骼肌中含量最高，其次是皮膚、肝臟和唾液腺[7]。

二、Plin5在LDs形成及脂代謝調控中的作用

根據細胞代謝狀態的不同，Plin5在細胞中的分布會發生動態變化。在基礎代謝水平，甘油三酯(triglyceride，TG)合成不活躍，Plin5主要存在于胞質中；而在TG合成活躍時，Plin5則以與LDs外膜結合的狀態存在[8]，提示Plin5可能影響TG的合成及LDs的形成。進一步的研究顯示，Plin5可以促進LDs與線粒體相互接觸，與脂滴結合的線粒體具有較強的ATP合成功能，為TG的合成提供能量[9]。如果特異性過表達小鼠肝臟中的Plin5，肝臟中TG的含量及LDs的數量顯著增加[10]。電鏡結果顯示，在野生型小鼠心臟中，LDs較大且靠近線粒體；而在Plin5-/-基因敲除小鼠的心臟中，LDs明顯變小，且與線粒體接觸減少。這些現象表明Plin5可以調控LDs與線粒體的接觸，促進TG合成并儲存在脂滴中[11]。

超分辨率顯微鏡顯示Plin5以點狀分布的方式定位于LDs表面[12]。在基礎代謝及正常進食狀態下，位于LDs外膜上的Plin5可以分別與ATGL(adipose triglyceride lipase)脂肪酶及ATGL脂肪酶激活劑CGI-58(comparative gene identification-58)結合，阻斷ATGL與CGI-58的相互作用，從而抑制TG過度脂解。在禁食和cAMP升高的情況下，蛋白激酶A磷酸化Plin5蛋白155位絲氨酸位點(Plin5-S155A)，導致Plin5與CGI-58解離，CGI-58激活ATGL催化TG分解為甘油二酯，甘油二酯依次被激素敏感脂肪酶和單酰基甘油脂肪酶降解。最后產生的脂肪酸直接進入鄰近的線粒體進行β-氧化[13-15]。上述研究表明，Plin5可以根據細胞代謝的需要，在低能量狀態下保護線粒體免受過多的脂肪酸負荷，在高能量需求狀態下促進脂肪酸動員和氧化，維持細胞功能的穩定。

三、Plin5在NAFLD發生過程中可能的作用及機制

(一)Plin5在NAFLD中的表達變化 Hashani等的臨床研究結果顯示，與正常對照組相比，NAFLD患者肝組織中Plin5表達增加，但個體差異較大，其表達量與脂肪變性程度不是線性相關的[7]。在NASH患者肝組織氣球樣變的肝細胞中，Plin5從胞質中被募集至LDs周圍，但表達水平無明顯改變。Pawella等建立了急性脂變和慢性脂變的肝細胞模型，觀察了LDs成熟過程中Plin5的動態變化。結果表明，在LDs形成早期，LDs上的Plin5含量較低；隨著LDs的逐漸增大，Plin5含量逐漸增加；而在LDs成熟的后期，Plin5含量逐漸減少。上述結果提示，Plin5的表達水平在NAFLD發展的不同階段可能呈動態改變[16]。在高脂飲食誘導24周的NAFLD小鼠模型中，肝組織Plin5的表達增加；與Plin5蛋白水平相比，mRNA水平增加并不明顯，這表明Plin5表達存在轉錄后水平的調節[17]。在未來的研究中，需要對NAFLD患者根據嚴重程度進行分層，或者在NAFLD動物模型中動態觀察Plin5表達的變化，進一步明確Plin5與NAFLD發生發展的相關性。

(二)Plin5通過調控線粒體與LDs相互作用增強線粒體功能 線粒體功能異常被認為是NAFLD發病過程，特別是在NAFL發展至NASH過程中的關鍵事件之一[18]。與正常組相比，單純肥胖人群、肥胖伴NAFL人群肝組織線粒體呼吸鏈功能上調4.3～5.0倍，而肥胖伴NASH患者的線粒體呼吸鏈功能則下降至31%～40%，呼吸鏈復合體I-V的表達均明顯降低[19]。

Benador等的研究發現，Plin5可以通過羧基末端20個高度保守的氨基酸序列促進線粒體和LDs相互接觸，形成脂周線粒體(peridroplet mitochondria，PDM)[9]。Keenan等特異性敲除肝細胞中的Plin5，結果顯示，LDs與線粒體之間的接觸顯著減少[20]。與細胞中獨立存在的胞質線粒體(cytoplasmic mitochondria，CM)相比，PDM具有較強的丙酮酸氧化、呼吸鏈電子傳遞及ATP合成能力，而脂肪酸氧化能力相對較低[9]。PDM有助于將過多的脂肪酸合成TG，儲存在LDs中，減少肝細胞脂毒性。Shum等提出，調控PDM的形成有可能成為NAFLD新的治療策略[21]。

(三)Plin5可以對抗NAFLD脂毒性 脂毒性是指非脂肪組織中脂質的異常累積所產生的有害作用。在NAFLD發生發展過程中，高熱量飲食、脂肪分解及肝臟中脂肪酸從頭合成增加，導致肝細胞中脂質含量升高；當脂肪酸的儲存、利用及輸出能力不能代償時，導致包括線粒體和內質網等細胞器功能障礙引起的細胞損傷和死亡[22, 23]。游離脂肪酸是引起脂毒性的主要分子，是導致NAFL向NASH及其相關纖維化、肝硬化進展的關鍵因素[24]。

作為脂滴包被蛋白，Plin5可以促進TG的合成，將脂肪酸以TG的形式儲存于LDs中，緩沖肝細胞中多余的游離脂肪酸，保護細胞免于脂毒性；另一方面，Plin5還可以抑制TG的脂解，減少游離脂肪酸的生成[25]。如果將Plin5敲除，肝臟脂變減輕，但脂肪分解產生的游離脂肪酸增加，引起脂毒性損傷[26]。當細胞中脂肪酸含量增加時，線粒體與LDs接觸面Plin5增加，介導脂肪酸直接從LDs流向線粒體[12, 27]，有助于脂肪酸的氧化利用。脂肪酸直接從LDs而不是從游離的胞質池到達線粒體，可能是減少胞質中高濃度脂肪酸毒性的有效方法[28]。盡管大多數的研究均顯示Plin5對NAFLD脂毒性有一定的保護作用，但Asimakopoulou等的研究顯示，在高脂飲食喂養的Plin5敲除小鼠中脂變程度、肝細胞的氣球樣變、炎癥以及ALT等肝損傷標志物均有一定程度的改善[29]。

(四)Plin5可以降低細胞氧化應激 氧化應激是脂毒性的主要表現之一，在NAFLD的發生發展中起著重要作用。在Plin5敲除或敲低小鼠中，線粒體數量增加和脂肪酸β氧化水平增加，脂質過氧化反應活躍，引起氧化應激[25, 26]。外源性的Plin5可以提高HSCs中GSH和GSH/GSSG比值，降低細胞內活性氧ROS和脂質過氧化產物，減輕HSCs的氧化應激[30]。Tan等的研究表明，Plin5可以通過促進肝細胞LDs和線粒體接觸，上調線粒體功能相關基因，從而降低細胞ROS水平，保護肝細胞免受氧化應激[31]。Zhu等研究發現，Plin5可以通過調控PI3K/ERK介導的Nrf2-ARE信號通路減輕胰腺β細胞的氧化應激損傷[32]。

(五)Plin5對胰島素抵抗的調節作用 NAFLD患者常伴有胰島素抵抗[33]，胰島素抵抗可使脂肪細胞中的胰島素敏感性脂解酶保持活性，增加脂肪的降解，導致血漿中游離脂肪酸增加，促使肝細胞攝取游離脂肪酸[34]。肝細胞內大量的游離脂肪酸在線粒體氧化，產生大量活性氧，引起氧化應激和線粒體功能損傷，造成NAFLD的“二次打擊”，最終引起NASH及肝纖維化的發生。

在脂質負荷增加的情況下，Plin5參與胰島素敏感性的維持。肝臟靶向過表達Plin5，肝脂肪變性增加，但并未影響葡萄糖穩態；相反，血清胰島素水平降低，胰島素敏感性增強[10]。Keenan等構建了Plin5基因肝細胞特異性敲除小鼠，結果顯示肝臟胰島素抵抗加重，提示Plin5可能具有抗胰島素抵抗的作用[20]。在Plin5基因全身敲除小鼠中，高脂飲食引起的肝臟胰島素抵抗得到改善，而骨骼肌中的胰島素抵抗加重，提示Plin5對胰島素抵抗的調節作用可能具有組織特異性[35]。禁食可以引起LDs表面Plin5蛋白含量增加，有助于減輕脂質誘導的胰島素抵抗。甘油二酯等水平的升高與胰島素敏感性的減低相關，Plin5過表達的LDs中甘油三酯和膽固醇酯的含量增加，而甘油二酯含量降低，這可能是Plin5改善脂質誘導胰島素抵抗的原因之一[36]。然而，另一項研究表明Plin5包被的LDs并不會影響胰島素的敏感性[37]。

(六)Plin5可以抑制HSCs活化 HSCs活化增殖是各種病因肝纖維化發生的中心環節[38]，抑制HSCs活化對肝纖維化的逆轉至關重要。細胞核周圍存在的大LDs是靜息狀態HSCs的標志，在損傷應答時，靜息狀態的HSCs中LDs消失或者變成小LDs，從原有的細胞核周圍移位至細胞遠端，成為激活狀態的HSCs。活化的HSCs分泌Ⅰ型、III型膠原等細胞外基質，促進肝纖維化的發生[39]。

研究發現，Plin5在靜息狀態的HSCs中高表達，在活化的HSCs中表達降低。在已經活化的HSCs中，過表達Plin5可以激活AMPK/L-Fabp信號通路，促進脂質合成相關基因SREBP-1、ACC、PPAR-γ等的表達，LDs形成增加，HSCs恢復靜息狀態[30, 40]。Cierpka等的研究發現，Plin5可以抑制TGF-β1激活的SMAD2/3、SNAIL及STAT3信號通路，進而減少Ⅰ型膠原、纖連蛋白等細胞外基質的產生[41]。上述研究顯示，Plin5有助于維持HSCs的靜息狀態，并可使已經活化的HSCs恢復靜息狀態。靶向調控HSCs中Plin5的表達有可能成為抗NAFLD相關肝纖維化的新治療策略。

四、總結與展望

在NAFLD的發生發展中，脂滴包被蛋白Plin5發揮著重要的作用。Plin5可以促進TG合成及LDs形成，抑制脂解，對抗肝細胞中游離脂肪酸的脂毒性；促進PDM的形成以增強線粒體的功能，減少氧化應激損傷；還可以抑制HSCs的活化。目前，Plin5在NAFLD中的作用還存在一些矛盾之處，這可能與Plin5功能的組織特異性、細胞特異性有關。在NAFLD發展的不同階段，由于代謝需求的不同，Plin5也可能發揮不同的功能。深入闡明Plin5在NAFLD不同階段的作用及調控機制，將為Plin5作為NAFLD治療靶點提供更加充分的理論依據。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。