多重“打击”在非酒精性脂肪性肝病发病过程中的作用

200025　上海交通大学医学院附属瑞金医院感染科



·综述·

多重“打击”在非酒精性脂肪性肝病发病过程中的作用

刘昱含谢青

200025上海交通大学医学院附属瑞金医院感染科

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)，是指除外大量饮酒和其他明确损害肝脏的因素所致的以弥漫性肝细胞脂肪变为病理特征的临床综合征，包括单纯性脂肪肝(simple fatty liver, SFL)、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)及其相关的肝硬化和肝细胞癌(Hepatocelluar carcinoma, HCC)。近年来，由于生活水平的提高、生活方式和饮食结构的改变以及预防措施的相对滞后等，NAFLD发病率逐年上升，成为世界性健康问题。但是，NAFLD是遗传、环境、代谢、应激、炎症等相关性肝病，其发病机制至今尚不明确，现就非酒精性脂肪性肝病发病机制的最新研究进展作一综述。

一、遗传基因的突变

NAFLD的发生、发展受遗传基因的调节。不同种族NAFLD发病率不同，也许在欧洲、墨西哥裔美国人NAFLD的高发病率与他们的饮食习惯和肥胖率高有关，但是并不能解释为什么非洲裔美国人NAFLD患病率低，以及为什么一些瘦的亚洲人会发生NAFLD而肥胖的欧洲人不会。然而，遗传基因的突变，比如基因patatin样磷酯酶结构域蛋白3(PNPLA3)的突变在NAFLD患病差异里起了非常重要的作用[1]。

90%的PNPLA3定位在脂滴中，除了外周脂肪组织也富集在肝细胞中，受基因LXR和SREBP-1调控，调节甘油三酯的合成和水解[2]。大量研究证实了基因PNPLA3在NAFLD发生、发展的遗传因素中的重要性以及PNPLA3 I148M (rs738409 C/G)与肝脏脂肪变性的形成、NASH的进展密切相关， PNPLA3 I148M可以通过抑制甘油三酯的水解提高其肝脏内含量，促进脂肪肝的形成，在动物体内过表达PNPLA3 I148M会促进肝脏脂肪变性的发生[3,4]。另外，与脂代谢相关的基因(PPARα, MTTP, PEMT, APOC3, APOE)、与氧化应激相关的基因(MnSOD/SOD2,GST)、与炎症相关的基因(TNFα,IL-6)以及ADIPOQ,IRS1，IGF等其他基因的改变都是参与NAFLD发生发展的重要遗传因素[5]。

表观遗传变化和microRNAs也在NAFLD发病的遗传因素中发挥了重要作用，特别是miR-122，其次是miR-335,miR-181d和miR-10b[6]。

二、胰岛素抵抗

NAFLD的发病机制中最经典的学说是Day和James提出的“二次打击”学说，其中初次打击主要为胰岛素抵抗(insulin resistance)、脂质代谢异常和肝细胞脂质堆积，胰岛素抵抗通过促使外周脂解增加和高胰岛素血症引起肝细胞脂肪酸合成储积并使肝脏对各种损害敏感，二次打击主要为反应性氧化代谢产物增多，导致脂质过氧化，内毒素增加、ATP消耗、加合物形成等可引起脂肪变的肝细胞发生气球样变和坏死性炎症，炎症的持续存在不可避免会激活肝星状细胞，启动肝脏的修复反应，最后进展到肝纤维化和肝硬化，甚至肝细胞肝癌。胰岛素抵抗是贯穿在NAFLD发生发展中非常重要的因素，其中肥胖是胰岛素抵抗与NAFLD关系中不可忽视的重要因素。大量研究阐明胰岛素抵抗可以引起肝脏脂肪变性，导致炎症发生。其中有研究证实，胰岛素抵抗导致肝脏脂肪变性是由于人体AKT2突变所致[7]。也有许多研究报道，在NAFLD患者和动物模型中，肝内有毒脂质如甘油二酯(DAG)、神经酰胺等的聚集激活了新型蛋白激酶PKCε，从而影响了胰岛素信号通路，导致胰岛素抵抗，引起炎症反应，从而释放细胞因子，如TNF-α和IL-6加重NAFLD和胰岛素抵抗，或者IL-10和脂联素可以补偿这一状态[8,9]。炎症可以影响胰岛素抵抗的葡萄糖稳态[10]，然而肝脏内脂质堆积或者炎症是否影响胰岛素抵抗或者是如何影响胰岛素抵抗仍然是一个没有解决的难题。

三、肝细胞脂肪变性

肝细胞脂肪变性(steatosis)，是NAFLD发病过程的初始变化也是特征性改变，是由于肥胖或者胰岛素抵抗等原因打破了脂质代谢平衡导致游离脂肪酸(FFAs)增加，甘油三酯堆积所致，肝细胞长期暴露于过量的脂肪酸引起炎症，氧化应激增加，细胞因子释放，导致细胞凋亡的发生[11]。肝脏内脂质的堆积主要由于饮食过量摄取后血液循环中脂肪酸增加、外周脂肪组织重新分配脂肪、转运蛋白如CD36和FATP等异常、以及肝脏内合成增加、脂肪酸氧化和极低密度脂蛋白(VLDL)转运的相对不足等造成的，另外，先天性脂肪代谢障碍或一些基因缺陷也会造成肝脏脂肪变性[12]。脂质代谢的紊乱如FFAs的增多与胰岛素抵抗密切相关，胰岛素抵抗的发生导致NAFLD病人体内FFAs增加，高胰岛素血症促进肝脏内脂质合成基因的表达、引起肝细胞脂肪酸合成储积，增加的FFAs又可以反过来加重胰岛素抵抗[13]。近来研究表明，脂滴作为一种动态细胞器，可以通过脂质储存、蛋白质分类和其他的分子生物学事件帮助维持脂质平衡[14]。肝细胞内脂质堆积后通过有毒脂质分子引起脂毒性，募集Toll样受体(TLR)、库普弗细胞、中性粒细胞以及炎症小体，也会引起脂质过氧化及线粒体功能紊乱等，从而损伤肝细胞[15]。在NAFLD患者和动物模型中的研究表明，升高的FFAs，特别是饱和FFAs，对于肝脏的脂毒性起了重要作用。饱和FFAs与其引起的内质网应激、氧化应激、线粒体功能紊乱、c-JunN-氨基末端激酶(JNK)信号通路有关，导致细胞凋亡，称为lipoapoptosis[16]。尽管很少有脂肪酸氧化及转运相关基因突变引起肝脏脂肪变性，但是有些基因的突变会增加NAFLD的易感性，如上面所述的基因PNPLA3。

四、氧化应激

氧化应激(oxidative stress)是NAFLD疾病中从SFL进展到NASH过程中对肝脏一个非常重要的打击，可引起活性氧产物(ROS)的产生增多、线粒体结构功能紊乱等。肝细胞中的脂质积累损害线粒体功能，增加电子传递链(ETC)复合物，激活过氧化物酶体和线粒体脂肪氧化途径，使ROS的产生增多、氧化磷酸化增强，从而导致脂质过氧化、促进炎症反应、免疫反应以及内质网应激，最后肝细胞发生凋亡和坏死[17]。在此过程中，除了线粒体功能紊乱，线粒体的结构也发生改变，包括线粒体形态改变、超微结构病变和线粒体DNA(mtDNA)的耗减，特别是mtDNA的改变会影响线粒体功能、导致肝脏脂肪变性和肝细胞损害[18]。大量研究和实验证明，心磷脂(CL)在线粒体的氧化应激中很重要，主要在肝脏内代谢，位于线粒体膜，可以调节线粒体生物能学中蛋白的超微结构，其结构或功能的异常会导致线粒体复合物Ⅰ机能失调，引起呼吸链紊乱，从而影响氧化磷酸化过程，影响线粒体功能，是氧化应激对肝细胞损害的重要环节[19]。在NAFLD中大量研究报道细胞色素P450 2E1(CYP2E1)的水平升高，CYP2E1是一种多功能蛋白质，可以与内源性、外源性底物结合产生ROS，也会激活其他因子通路如Nrf2来防御氧化应激反应，但其调节肝毒性和保护肝脏的其他机制还不明了[20]。

五、炎症

NASH的重要特征除了肝细胞脂肪变性、气球样变外，还有大量炎性细胞的浸润。在NAFLD进展中，炎症(inflammation)是一个全身性反应，特别在肥胖相关的NASH发展过程中，通过激活信号通路募集粘附因子、细胞因子、趋化因子，如TNF-α、MCP-1、IL-1、IL-6、CCL2、CCL5、CXCL8/IL8等，和前列腺素等廿〔烷〕酸衍生物等打击肝脏，引起细胞对炎症的防御、细胞损伤和自我修复，及激活细胞死亡通路[15,21]。脂肪堆积、氧化应激等打击在NAFLD前期对肝细胞造成损害，损伤的肝细胞通过激活NF-κB、JNK等重要的炎症信号通路释放大量促炎因子；通过释放损伤相关分子模式(DAMPs)激活TLR,TLR激活后导致TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18等促炎因子以及活化氧中间体释放，促进胰岛素抵抗和脂质代谢紊乱[22]。研究报道，脂联素可以刺激抗炎细胞因子的分泌如IL-10、IL-1受体拮抗剂等，阻断NF-κB的激活，抑制TNF-α、IL-6、趋化因子的释放，有对抗炎症的保护性作用，而NAFLD患者体内的脂联素水平常常是降低的[23]。NAFLD特别是肥胖相关的人群，体内多器官长期处于低水平炎症状态，造成代谢失衡、胰岛素抵抗、启动免疫反应，进而激发肝脏内炎症通路的下游因子，造成损害。炎症的持续存在不可避免会激活肝星状细胞，启动肝脏的修复反应，释放促纤维化因子，晚期就会进展到肝纤维化和肝硬化，甚至肝细胞肝癌。

六、其他

内质网应激是由未折叠蛋白或错误折叠蛋白积聚在内质网激活后促进蛋白质合成和恢复稳态平衡，然而过多未折叠蛋白的积聚会使此过程病理化，导致未折叠蛋白反应(UPR)，激活NF- κB，JNK以及氧化应激中的信号通路，发生脂质堆积，加重胰岛素抵抗，激活炎症反应，导致细胞凋亡和坏死，促进肝脏脂肪变性进展为NASH[24,25]。

内环境微生态失调如肠道微生物丛紊乱，可以影响卡路里及肠道营养的吸收、胆汁酸代谢紊乱和产生内源性乙醇，调节代谢、免疫平衡、抑制炎症，是NAFLD发展过程中越来越被重视的重要因素[26]。肠道微生物丛的紊乱使肠道屏障的渗透性增加，细菌脂多糖LPS暴露后通过与Toll样受体如TLR4，TLR9结合激活下游信号通路，释放TNF-α等促炎因子，产生炎症反应[27]。“肠-肝对话”的假说在许多动物实验中得到验证，但是在人体间传输肠道菌群是否会促进肝病的发生还没有得到确切的证实。

七、总结与展望

NAFLD发病率逐年升高，迄今肝活检病理诊断仍是诊断NAFLD的金标准，但由于其有创性和费用昂贵等缺点，新的无创诊断技术特别是血清生物学标志物有待于进一步开发。疾病早期SFL可通过运动和改变饮食结构逆转疾病，但当SFL进展到NASH甚至肝硬化、肝癌时，仍没有特效药物及医疗技术的有效治疗，以至于NAFLD相关的肝硬化和肝癌患者越来越多，肝移植成为终末期肝病唯一的有效治疗手段。

越来越多的学者支持NAFLD发生发展的“多重打击”机制，“多重打击”包括遗传因素、胰岛素抵抗、脂质代谢紊乱及肝细胞脂肪变性、氧化应激、炎症的发生、内质网应激及肠道菌群失调等，这些重要因素贯穿在NAFLD的不同发病阶段，促进NAFLD的发生发展。然而，各种打击损伤肝脏的具体分子机制及各种打击间的相互关系仍不十分明确。基因突变的遗传学研究、表观遗传学研究开发了研究NAFLD机制的新方向，CHIP-seq、RNAseq等高通量测序技术及生物信息学分析相结合为NAFLD机制研究提供了新的途径，但是未来对NAFLD机制的研究仍需要更多的临床研究和动物实验。

对NAFLD发病过程中多重“打击”的更好理解，对NAFLD进展中肝脏损伤机制的更多研究探索，能够促进NAFLD临床诊断技术的发展，为NAFLD的治疗靶点及新药开发提供新的理论依据，从而预防SFL的发生，减少NASH阶段肝脏的损害，降低晚期肝硬化甚至肝癌的死亡率。

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(本文编辑：张苗)

(收稿日期：2015-09-10)

通信作者：谢青，Email: xieqingrjh@163.com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81171569)；上海市科委优秀学术带头人项目(12XD1403600)；国家“十二五”科技重大专项(2012ZX10002007-002-004、2012ZX10002004-003、2012ZX10002003-003-012、2013ZX10002001-001-004)；上海交通大学医学院“博士创新基金”(BXJ21415)，上海市领军人才资助项目；国家临床重点专科建设项目(感染病学)