靶向自噬治疗2型糖尿病合并非酒精性脂肪性肝病的机制研究

于馨洋　邵宁匡　洪宇

[摘要] 非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是肝脏疾病进展，2型糖尿病（T2DM）、心血管疾病的独立危险因素。T2DM与NAFLD具有共同发病机制而常合并出现。肝脏脂肪蓄积和线粒体功能障碍是T2DM合并NAFLD发病机制的重要环节。肝细胞脂质自噬介导的脂代谢调节与线粒体自噬介导的线粒体质量调控是疾病治疗的潜在靶点。然而，自噬被认为是一把双刃剑，在疾病发展中自噬活性动态变化，适度自噬介导肝脏保护，但过度和衰竭的自噬加重肝脏损伤。自噬在疾病中的动态调控机制亟待阐明。本文旨在探讨调节自噬对T2DM合并NAFLD治疗的潜在价值，以期为疾病防治提供新靶向。

[关键词] 非酒精性脂肪性肝病；2型糖尿病；脂质自噬；线粒体自噬

[中图分类号] R58 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）05（c）-0043-04

[Abstract] Non-alcoholic fatty liver disease （NAFLD） is an independent risk factor for advanced liver disease， type 2 diabetes mellitus （T2DM）， and cardiovascular diseases. T2DM is always accompanied by NAFLD as result of a common pathogenesis. Hepatic lipid accumulation and mitochondrial dysfunction proved to be two essential mechanisms for the pathogenesis of T2DM with NAFLD. Regulation of lipophagy and mitophagy in hepatocyte are potential targets for disease therapy. However， autophagy is considered to be a double-edged sword. Moderate autophagy protects liver， yet excessive or failure one aggravates its injury. The evolution of NAFLD could be associated with dynamic regulation of autophagy and additional studies are required. This review aims to investigate the potential value of autophagy regulation in the treatment of NAFLD in type 2 diabetes mellitus， in order to provide innovative targets for therapeutic intervention.

[Key words] Non-alcoholic fatty liver disease； Type 2 diabetes mellitus； Lipophagy； Mitophagy

非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）是一种与胰岛素抵抗（IR）、脂质代谢紊乱、慢性炎症以及遗传易感性密切相关的获得性代谢应激性肝损伤，疾病谱包括单纯性脂肪肝、脂肪性肝炎（steatohepatitis，NASH）及其相关纤维化、肝硬化[1]。NAFLD是肝脏疾病进展，2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）、心血管疾病的独立危险因素[2]。T2DM与NAFLD因具有共同发病机制而常伴随发生。总人群中NAFLD发病率达20%～30%，T2DM人群中脂肪肝发病率高达60%～80%[3]。T2DM合并NAFLD发生，进一步恶化糖代谢，增加NASH发病风险，加速向肝硬化、肝癌进展，形成恶性循环，最终导致严重糖代谢紊乱和不良肝病结局。研究表明，肝脏脂肪蓄积和线粒体功能障碍是T2DM合并NAFLD发病机制的重要环节[4]。自噬是细胞实现自身代谢需要和细胞器更新的重要机制。近年研究证实，肝细胞脂质自噬介导肝脂代谢调节[5]，线粒体自噬调控线粒体质量以维持细胞稳态[6]。细胞自噬与糖尿病和NAFLD密切相关[7]。自噬在疾病发展的动态调控机制亟待阐明。基于细胞自噬途径治疗T2DM合并NAFLD具有潜在的应用价值。

1 T2DM合并NAFLD的发病机制

遗传易感性和环境因素作为T2DM和NAFLD发病的“共同土壤”，与T2DM代谢紊乱的机体内环境相互作用加速NAFLD的发生发展，肝病发生进一步恶化糖代谢，以此形成恶性循环[8]。在T2DM早期阶段，IR及相对胰岛素缺乏导致脂肪组织脂解增加，外周组织脂肪酸利用减少，进而增加肝脏脂肪酸摄取；代偿性高胰岛素血症和选择性肝脏IR导致肝脏脂质合成增加、脂肪氧化分解及脂肪肝外转运减弱，加重肝脂蓄积。疾病进展，脂肪蓄积超负荷，引发脂毒性损伤，与高糖血症、糖基化产物引发的糖毒性，共同导致细胞线粒体严重损伤。肝细胞线粒体受损，一方面使脂肪酸氧化分解和脂质肝外转运功能障碍，进一步加重肝脏脂肪蓄积；另一方面，诱导氧化应激、内质网应激、炎症-免疫反应甚至细胞死亡的发生。最终导致单纯性脂肪肝向脂肪性肝炎、肝纤维化、肝坏死发展[9]。因此，肝脏脂肪蓄积和线粒体功能障碍是T2DM合并NAFLD发病机制的重要环节。

2 自噬及其作用

自噬是真核細胞高度保守的溶酶体降解途径，藉以实现自身代谢需求和细胞器更新，维持细胞稳态。主要分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬3种形式[10]。其中，巨自噬的过程大致分为3个阶段：细胞感受内外环境改变，胞质中形成双层膜结构的自噬前体，并逐渐延长以包绕欲降解成分形成自噬体；自噬体与溶酶体融合成自噬溶酶体，降解内成分；自噬体膜脱落循环再利用。这一过程受到多种营养、生长因子、激素和应激因素以及一系列信号分子的复杂调控[11]。自噬还具有一定的底物选择性，“脂质自噬”“线粒体自噬”“内质网自噬”“病原体自噬”等概念相继出现。自噬已被证实参与了炎症、肿瘤、神经退行性变及心脏病等多种重要过程[12]。近年研究发现，自噬还参与肝脏多种生理病理过程。自噬与NAFLD发病机制密切相关，调控自噬潜在重要治疗价值[7]。肝细胞脂质自噬调节肝脂代谢，线粒体自噬维持线粒体质量，二者靶向作用于两大病理环节——肝脏脂肪蓄积和线粒体功能障碍，有望成为T2DM合并NAFLD治疗新靶点[5，13-14]。

3 脂质自噬与肝脂代谢调节

脂质自噬是自噬泡包裹脂滴与溶酶体融合降解的过程，介导肝脏脂质代谢调节，改善肝内脂肪蓄积[5]。Singh等[15]首次证实肝细胞内自噬介导的脂滴分解过程——“脂质自噬”概念应运而生。研究证实，自噬作用缩小肝内脂滴，减少肝内脂肪含量，药物抑制或特异性敲除肝自噬基因，加重肝内脂肪蓄积[5，15]。药物阻断自噬可使肝内脂肪酸氧化减弱、极低密度脂蛋白产出减少，激活自噬则效果相反[16]。另有实验显示，肝细胞特异性自噬缺陷的小鼠模型，禁食处理后未表现明显的肝脂肪变性，肝内残余脂滴及脂肪含量较野生型小鼠反减少[17-18]。自噬标志蛋白LC3与脂滴共定位于禁食的野生型小鼠肝脏[17]。给予该模型小鼠限制性饮食，可缓解禁食诱导的肝脂肪变性，肝内脂肪合成、脂肪酸氧化、脂质输出转运的相关蛋白表达均减少[18]。提出自噬的促进肝脂肪合成作用。

值得注意的是，上述实验仅是应用基因缺陷模型和禁食的干预方法，可能存在局限性。自噬是白色脂肪组织产生特征性大脂滴不可或缺的机制[19]，实验诱导肝自噬基因缺陷过程中可能对脂肪组织潜在影响，进而减少肝脏脂酸来源，影响实验结果。自噬促肝脂合成还是脂解尚存争议。当然，自噬是细胞一种环境适应性反应，调节脂代谢同时，受细胞内外脂代谢水平影响。自噬促肝脂合成还是分解，亦或二者共存而随细胞内外环境动态变化，待进一步阐明。

4 线粒体自噬与肝细胞保护

线粒体自噬是细胞特异性自噬降解线粒体的过程，是调控线粒体质量平衡和维持细胞稳态的重要机制[6]，分为3种：I型线粒体自噬类似于经典自噬，需PI3K-Ⅲ激活及自噬体装配；Ⅱ型始于线粒体去极化，继而PTEN诱导激酶1（PINK1）和Parkin活化，Bcl2/腺病毒E1B 19 kDa互作蛋白3（BNIP 3）表达，和/或FUNDC 1激活。Ⅲ型称为微线粒体自噬，有赖于线粒体源性囊泡的形成。前两型去除整个受损线粒体，Ⅲ型选择性清除线粒体受损区域或过氧化组分[20]。

NAFLD可能是一种线粒体疾病[4]。NASH的肝脏病理特点表现为异常线粒体的大量蓄积，提示线粒体损伤过多以及受损线粒体清除减弱，在疾病进展中可能发挥重要作用。线粒体功能障碍影响肝脏脂质代谢、促进氧自由基生产和脂质过氧化、诱导细胞因子释放、触发线粒体凋亡途径。线粒体自噬清除受损线粒体，调节线粒体质量平衡[6]。肝细胞特异性敲除自噬基因Atg 5，可致敏细胞易于发生甲萘醌诱导的氧化应激损伤和死亡，可能与能量耗竭和线粒体细胞色素c释放密切相关[21]。另外，氧化应激可诱导炎性因子产生，引发炎症和纤维化反应，加速NASH进展[22]。《Nature》曾发表研究成果：线粒体来源的活性氧（ROS）是调控NLRP 3炎症小体活化的关键信号，自噬及选择性线粒体自噬调控线粒体质量，减少受损线粒体蓄积，防止ROS诱导的NLRP3炎症小体活化；自噬缺失加劇NLRP 3炎症小体活化[23]。目前，NASH发病机制尚未被完全阐明，线粒体自噬参与NASH调节的机制研究有待深入展开。

药物增强线粒体自噬，减轻肝细胞损伤，对NAFLD潜在治疗价值[5]。应用二甲双胍治疗肥胖小鼠（NAFL遗传模型），可能通过抑制胞浆蛋白P53对Parkin线粒体易位的阻碍作用，增强线粒体自噬途径促肝细胞存活[24]。调控Parkin蛋白表达和/或线粒体易位可能是NAFLD的潜在治疗靶点[14]。

5 自噬的动态调控

自噬是细胞对代谢应激和环境变化的一种适应性反应，其活性易受到细胞内外环境因素的影响。自噬活性在NAFLD发展中动态变化，于疾病不同阶段呈现不同效应。疾病初期，肝细胞的基础性自噬及早期诱导性自噬，清除过多蓄积的脂质和受损细胞器，作为细胞重要保护机制，且自噬活性渐增强[15]；疾病进展，这种保护性自噬机制受损。肝细胞内过多脂质可阻碍自噬体与溶酶体融[25]，高胰岛素血症可通过下调FOXO1抑制自噬相关基因转录[26]。当T2DM合并NAFLD，自噬抑制更为明显。肝细胞自噬性脂解作用减弱，加剧脂质蓄积、脂毒性以及线粒体损伤，而线粒体自噬亦减弱，增强氧化应激、炎性反应，肝细胞损伤、坏死进行性加重。另外，脂质蓄积、线粒体损伤、氧化应激、内质网应激、炎症均可影响胰岛素信号传导，诱发加重肝脏IR，进一步加重脂质蓄积，形成恶性循环[27]。肝细胞自噬作用缺陷，导致内质网应激增强、胰岛素信号传导受阻，恢复自噬蛋白表达，可改善肝脏IR[28]。随疾病发展，细胞内外多种因素复杂调控，保护性自噬受损，过度或衰竭的自噬增多，引发肝细胞自噬性凋亡。这种死亡又能够诱导IL-6、IL-8、IL-10及肿瘤坏死因子（TNF）等炎性细胞因子的产生，促进炎性反应[29]。总之，自噬在疾病进展中发挥动态调控作用。自噬作为保护机制还是恶化因素，可能取决于疾病进展的不同阶段以及肝细胞内外环境的变化。因此，疾病早期适度激活细胞自噬可能成为治疗T2DM合并NAFLD的有效途径。

6 靶向自噬治疗

目前，研究证实了靶向自噬调控对NAFLD的潜在治疗价值。应用酰胺咪嗪或雷帕霉素处理NAFLD模型，可能通过增强脂质自噬和线粒体自噬，减轻肝脂肪变性和肝细胞损伤[5，14]。咖啡因可通过抑制mTOR通路增强脂质自噬并诱导线粒体β氧化相关基因表达，最终减少肝内脂肪含量[30]。甲状腺激素可增强脂质自噬以促进肝内脂肪分解，还可协同增强线粒体自噬和合成以维持平衡，改善NAFLD进展[31]。薯蓣皂苷延缓NAFLD发展亦被证实与增强自噬相关[32]。异搏定降低肝细胞内钙离子水平，促进自噬体与溶酶体融合，进而减少肝脂含量，改善IR，延缓NASH进展[33]。此外，某些降糖药物也可表现肝脏获益，其机制涉及自噬调节。胰高血糖素样肽-1（GLP-1）类似物能够通过降低内质网应激、增强细胞自噬，改善NAFLD[34]；二甲双胍也可通过增强自噬实现对NAFLD的缓解[35]。靶向细胞自噬调控治疗T2DM合并NAFLD亟待深入探索。

7 小結

综上，NAFLD与T2DM具有共同发病机制而常合并出现、相互促进。肝脏脂肪蓄积和线粒体功能障碍是疾病发生发展的重要环节。肝细胞脂质自噬调节肝脂代谢、线粒体自噬维持线粒体质量，可减轻肝脂肪变、改善肝IR、保护肝细胞，延缓肝病进展。自噬被认为是一把双刃剑，适当的自噬是细胞保护机制，过度或衰竭的自噬诱导细胞损伤、死亡。在T2DM合并NAFLD发展的不同阶段，自噬活性动态变化，呈现不同效应。明确自噬途径与疾病的动态调控机制，关乎疾病靶向治疗的可能性，有望为疾病的药物研发开辟新领域。

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（收稿日期：2017-02-12 本文編辑：李岳泽）