线粒体功能障碍与非酒精性脂肪肝发病关系的研究进展

朱潇旭，段小花，李瑞霞，陈园园，张超

(云南中医学院民族医药学院，云南昆明650000)

线粒体作为一种重要的膜性细胞器不仅为细胞和机体提供能量，还调节多种细胞过程，是连接多信号通路的综合平台。完整的线粒体呼吸链可以保证线粒体能量代谢。非酒精性脂肪肝(NAFLD)临床高发，且出现低龄化趋势。但该病机制尚不明确，无特效疗法。诸多研究表明，线粒体功能障碍与NAFLD密切相关，本文就线粒体与NAFLD发生的关系进行了综述，为NAFLD发病机制的研究及临床治疗提供理论支持。

1 线粒体功能

线粒体是有氧真核生物中最重要的一种膜性细胞器[1]。从生物进化起源来说，线粒体来源于“内共生”的好氧型古细胞，是细胞的能源中心和胞质遗传中心[2]。一方面，通过生物氧化作用，线粒体利用其遗传基因(mtDNA)编码氧化磷酸化酶复合体的关键亚基，控制合成高能磷酸化合物三磷酸腺苷(ATP)，为细胞和机体提供能量，且ATP参与绝大多数重要的细胞过程[3]；另一方面，线粒体还产生作为细胞氧还原电势和Redox信号的原发因子活性氧(ROS)。因此研究认为，线粒体是调节多种细胞过程，连接多信号通路的综合平台[4]。

1.1 线粒体呼吸链 线粒体呼吸链是指在生物氧化过程中，从代谢物上脱下来的氢经过一系列传递体传递后与氧结合生成水，同时释放能量的过程。最早在20世纪初期，科学家发现的一些参与呼吸作用的酶类，随着研究的深入逐渐认识到呼吸作用是一系列酶共同作用的结果，之后形成了呼吸链或电子传递链的概念[5]。上世纪中叶，线粒体呼吸链上所有进行电子传递的辅基大多数都被科学家们鉴定出来了，包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、核黄素-5-磷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸、泛醌、Fe-S中心、Cu中心和细胞色素(Cyt)a、a3、bH、bL、c、c1，并且确定了这些辅基在呼吸链上的排列顺序[6]。格林(D.E.Green)实验室发现，相应的酶类与辅基结合可以形成4种功能互不影响的呼吸链蛋白复合物——呼吸链复合物Ⅰ～Ⅳ，又称为NADH-泛醌氧化还原酶、琥珀酸-泛醌氧化还原酶、CytC还原酶和CytC氧化酶，它们的缩写为CⅠ、CⅡ、CⅢ和CⅣ。

据研究报道，呼吸链复合物(CⅠ～CⅣ)使呼吸作用过程中有害分子ROS产量下降的途径是形成呼吸体，使暴露的氧化还原反应位点数量下降，又因为单独的呼吸复合物对辅酶Q(CoQ)和CytC的利用率远低于呼吸体对其的利用率，所以呼吸作用过程中的能量转换也更高[7]。

1.2 线粒体能量代谢 线粒体氧化磷酸化过程就是能量代谢过程：氧化供能的主要代谢产物即底物通过脱下的成对H+进入位于线粒体内膜上的呼吸链，通过三条呼吸途径(NADH氧化呼吸链途径、琥珀酸氧化呼吸链途径和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸氧化呼吸链途径)中的任意一条，与氧结合形成水，并在三磷酸腺苷合成酶的作用下合成ATP,为机体提供所需能量。

1.3 线粒体的损伤 ROS是机体新陈代谢的产物，包括自由基和过氧化氢，其化学性质非常活跃，在各类细胞中不断产生和被清除。高浓度的ROS可打破促氧化物和抗氧化物的动态平衡,通过氧化应激反应诱导细胞发生线粒体及内质网介导的凋亡；同时化合形成脂质过氧化物丙二醛等，导致内源性ROS增加，毒性上升并抑制抗氧化。当氧化应激增强发生，ROS氧化生物膜时称为脂质过氧化，该过程会严重影响细胞膜的通透性和流动性。

2 NAFLD

2.1 NAFLD的由来 Falchak等[8]在上个世纪90年代末首次提出了与肥胖相关的脂肪肝病概念。1980年3月,Ludwig等[9]第一次定义了NAFLD。同年7月，梅奥诊所对20例不明原因的NAFLD患者的肝活检标本进行了描述，同时指出肝脏肿大和功能异常是该病最常见的临床表现，并发现许多患者同时患有与肥胖相关的疾病[10]，此后，随着代谢综合征的出现，除乙醇等明确的肝损伤因素外，由肝脏脂肪沉积所引起的一系列疾病谱被统称为“NAFLD”。近年，随着人们生活习惯和饮食习惯的改变，导致全球范围内的NAFLD流行程度越来越大，故该病的机制研究与防治已成为代谢领域的一个研究热点。

2.2 NAFLD的定义及流行病学特征 NAFLD是指除乙醇和其他明确的肝损害因素外，所引起的以弥漫性肝细胞大泡性脂肪变为主要临床特征的病理综合征。NAFLD在临床上主要是指一系列造成肝脏损害的疾病谱，包括单纯性脂肪变以及由其演变的脂肪性肝炎(NASH)、进展性肝纤维化和肝硬化等[11]。在世界范围内,成年人NAFLD患病率可达30%,在糖尿病患者和肥胖群体中,NAFLD患病率高达80%[12],在我国一线城市NAFLD的发病率为15%[13]，近年还呈现出低龄化趋势[14]。

2.3 NAFLD的病程进展及危险因素 NAFLD的病程进展最初可由单纯性脂肪变发展为NASH，又过渡为肝纤维化，之后进入脂肪性肝硬化期，甚则继续发展为原发性肝癌(HCC)。临床上，超重、腹型肥胖、高血压、糖代谢紊乱、血脂异常、高尿酸血症、胰岛素抵抗等单个或多个代谢综合征总是伴随NAFLD发生[15],苏剑锋等[16]甚至提出把脂肪肝也界定为代谢综合征的组成成分。

2.4 发病机制 虽然NAFLD已成为最常见的危害人类健康的慢性肝脏疾病之一，但是对该病的机制研究仍停留在假说阶段，尚无明确论断。目前被广泛接受的经典发生机制是1998年Day和James提出的“二次打击”学说。该学说认为，第一次打击是胰岛素抵抗为主导的引起大量甘油三酯和脂肪酸堆积于肝细胞细胞质内的反应，诱导机体对内源性损害因子的敏感性增加。氧化应激反应和脂质过氧化反应是一系列由ROS诱导的发生在肝脏实质细胞内的细胞毒素事件，可引起细胞炎症反应[17]，被称为第二次打击。它使肝损伤加剧，甚至出现纤维化和坏死。

3 线粒体损伤与NAFLD的关系

线粒体结构的完整性和功能的完备性才能保证肝细胞的正常生理功能。一般来说，线粒体消耗ROS而产生ATP。NAFLD时，线粒体功能降低，ATP合成减少，ROS的消耗量减少但含量仍在增加，可能会引起肝脏脂质沉积,从而加剧肝脏的氧化应激反应，导致肝细胞凋亡。“二次打击”学说中，第二次打击以线粒体为主要靶点，通过一条或多条途径促发氧化应激反应产生过量ROS，耗竭还原型谷胱甘肽，线粒体Hsp70表达增加，致线粒体功能障碍和细胞毒性。而过量的ROS又能再次引起氧化应激反应和脂质过氧化反应[18]，导致线粒体呼吸链损伤，能量代谢障碍、线粒体损伤[23]，从而形成恶性循环，加剧NAFLD发展。NAFLD/NASH啮齿类动物模型和人类患者均表现出线粒体氧化通量的不适应，这是肝脏单纯性脂肪变的一个主要特征[19]。

3.1 线粒体脂肪酸氧化异常 线粒体脂肪酸氧化是经过细胞摄取脂肪酸后进行活化、转脂化作用,通过线粒体膜的再脂化,在线粒体内氧化、产生电子H+并转运，又与乙酰辅酶A在肝脏内形成酮体等约20个步骤,为机体提供能量。游离脂肪酸进入肝脏的量增加可以诱导氧化应激反应，损伤线粒体功能，加剧NAFLD。

3.2 线粒体呼吸链受损、能量代谢障碍 线粒体呼吸链功能紊乱直接导致ROS大量堆积，引起氧化应激和脂质过氧化反应。ROS主要在线粒体合成，也主要打击线粒体。超过正常水平的氧化应激反应会引发线粒体呼吸链功能异常，发生能量代谢障碍。有研究表明，NASH患者肝细胞中线粒体呼吸链的酶类有异常改变[20]。当线粒体呼吸链受损时，线粒体生成的ATP不足，同时产生大量的ROS。此时，线粒体既无法为机体提供充足能量，又会导致新生成的ROS进一步损害线粒体，造成肝组织氧化损伤。已证明线粒体能量产生障碍会导致单纯性脂肪变向NASH发展[21]。

3.3 线粒体损伤 具有完整结构和功能的线粒体是肝细胞正常生理活动的基础保障。线粒体损伤时会出现形态结构上和功能上的双重损伤。经研究发现有一种亚晶体的内涵体出现在NAFLD患者的线粒体内，与此同时线粒体出现反复肿胀，发生形态学改变。在对NASH患者进行研究后发现，当肝脏线粒体的超微结构发生异常改变时，线粒体呼吸链活性及线粒体脂肪酸氧化能力均降低[22]。Kaser等[23]研究发现，线粒体转录因子A是主要的mtDNA包装和转录因子，其消融后引发的mtDNA丢失还可以导致小鼠高血糖。

3.4 氧化应激加剧肝细胞损伤、凋亡 合成游离原子团与清除游离原子团的动态平衡被打破，这种状态称为氧化应激反应，其后果是导致大量氧化产物聚集，使机体内的氧化作用明显强于抗氧化作用[24]。对氧化应激动态失衡状态进行研究，发现NASH患者体内促氧化物(CytP450中CYP1A1、CYP2E1，H2O2和过量的游离铁等)高表达[25]。CYP家族蛋白中CYP1A1和CYP2E1是肝脏脂肪酸ω氧化的关键酶，与脂质代谢关系密切。大量聚集的氧化产物又会导致肝细胞损伤、凋亡。肝细胞损伤的一种形式是肝细胞膨胀，它是只有少量细胞质的肿胀肝细胞，通常在3区最明显，即在脂肪肝细胞附近。经北京协和医学院研究发现，氧化应激作为重要病理因素，是启动和维持NAFLD的关键[26]。

由单纯性脂肪变发展为NASH的重要标志是肝细胞凋亡。NASH的肝细胞凋亡通路有两条，第一条为外通路——死亡受体通路，第二条是内通路——线粒体通路[27]。经体外实验线粒体通路研究发现，不论是多种肝细胞系，还是原代肝细胞，用游离脂肪酸处理后均出现脂肪性变，肝细胞内线粒体膜产生去极化并释放CysC，最终导致Caspase通路介导的凋亡。

3.5 线粒体靶向治疗 NAFLD的诸多发病因素都不是孤立存在的，而是相互协调、彼此互为因果，共同作用导致疾病病的加剧。线粒体靶向治疗是指药物在机体作用时，只与特定组织部位的线粒体相结合，从而发挥药效的一种治疗方法，具有减毒增效的优点。NAFLD是由于线粒体脂肪酸氧化异常、呼吸链受损、能量代谢障碍致线粒体损伤，氧化应激加剧,肝细胞损伤、凋亡。所以靶向治疗NAFLD的目的主要是改善能量供应，减少氧化应激，具有极大的临床意义和研究价值。

总之，诸多研究证明线粒体功能障碍与NAFLD发病密切相关，但其具体机制和途径尚待进一步研究。