空气污染物PM2.5与非酒精性脂肪性肝病发病研究进展*

吴伟杰 综述，丁雯瑾，范建高 审校

随着我国近些年来工业化的高速发展，在物质财富的不断积累中，同时也伴随生态环境的破坏，如大气、水、土壤的问题。而各类燃料焚烧后产生的PM2.5(空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物)一直以来是科学人员的重点研究对象。因为其体积小，比表面积大，在空中悬浮时间长的物理特性和富集多种重金属及有机物的化学特性，使之更容易进入机体内产生严重不良后果。已有研究暗示大气中的PM2.5污染是肝脏疾病发生的一个危险因素，PM2.5会造成内质网的氧化应激及肝脏的脂质代谢紊乱，肝转氨酶升高[1-4]。目前NAFLD对于我国的疾病负担也在日益加重，但是其发病机制尚未明确,多次打击学说是如今解释NAFLD发病机制最为认可的一种理论，第一次打击是主要是肥胖、IR引起体内出现大量游离脂肪酸(free fatty acids,FFAs)进一步导致肝内的脂质异常积累，此种状态可逆，但是出现脂质以脂滴呈现的肝脂肪变性的状态便更加容易遭受第二次打击，过量FFAs氧化后可导致自由基生成，线粒体功能障碍进而出现氧化应激，肝脏炎症通路的激活，促炎症因子的大量产生，同时细胞凋亡和内脏来源的细菌内毒素也参与其中，上述过程联合推动NFALD进一步发展为肝硬化甚至肝癌，第三次打击是关于NAFLD的遗传易感性，而且其疾病发展相较于没有遗传因素的患者更加严重[5-8]。可以看出NFALD与IR，脂代谢紊乱，肥胖等关系密切，因此我们可以通过对PM2.5与上述疾病之间的关联进一步探索NAFLD的可能发病机制和诊治靶点的所在之处。

1 PM2.5在胰岛素抵抗发生中的作用

IR普遍被认为是肝脏，白色脂肪组织及骨骼肌等储存或利用能量的组织对胰岛素的敏感度降低所造成的。IR作为NAFLD发病的一个主要危险因素，同时多篇文献也均表示在PM2.5的暴露下会通过炎症反应、内质网应激、线粒体功能障碍等导致IR、糖耐量降低等一系列的损伤，通过这些可以提示PM2.5与NFALD发病之间具有一定程度的相关性[9，10]。

1.1 PM2.5与炎症因子 通过对暴露在PM2.5的小鼠的附睾脂肪组织进行观察发现F4/80+巨噬细胞数目增加，并对其脂肪组织巨噬细胞富集部位的特异性基因的进行研究，发现PM2.5会引起巨噬细胞内促炎症基因的表达上升，进而肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、NO合成酶2、白细胞介素-6(IL-6)等合成增多，而TNF-α，IL-6均可使人体胰岛素信号转导发生异常导致IR，但是在p47phox—的小鼠中并不会出现巨噬细胞增多的情况，p47phox是活化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶的一个重要调节分子，所以我们有理由相信NADPH氧化酶在PM2.5诱导IR发展中扮演了一个关键角色[11-15]。

1.2 PM2.5与内质网应激 内质网应激会引起未折叠蛋白反应(unfolded protein response, UPR)来维持细胞生存的稳态。UPR的激活降低了内质网的未折叠蛋白负荷，改善内质网的稳态，是解决内质网应激的一种适应性反应。目前认为内质网应激引起IR主要是与UPR相关的两个分支通路引起的，第一种是激活了c-Jun氨基末端激酶(JNK)而引起胰岛素受体底物-1的丝氨酸磷酸化从而减弱了胰岛素信号转导的能力。第二种是通过激活蛋白激酶样内质网激酶/真核生物翻译起始因子2 /激活转录因子4 (PERK/eIF2/ATF4)信号通路导致蛋白激酶B的抑制物Tribbles同源蛋白3(TRB3)表达增加，损伤了胰岛素信号通路促进了IR的发生[16，17]。Li et al表示吸入PM2.5后产生内质网应激可以激活分子伴侣葡萄糖调节蛋白78(GRP78)进而与ATF6结合并促进其释放，之后ATF6被高尔基体转运，经由位点1和位点2的蛋白酶被剪切成活性片段后转移到细胞核当中激活增强子结合蛋白同源蛋白(CHOP)等应激性转录因子，这是细胞对外源性刺激的一种防御性措施，但是在PM2.5持续作用下会导致GRP78/ATF6/CHOP信号通路的过度激活，CHOP可以激活下游基因TRB3和caspase12，进而激活了caspase级联凋亡通路,信号通路反而从保护作用变成了促凋亡的应激反应，同时伴随着肝脏炎症反应和纤维化的出现。

1.3 PM2.5与线粒体应激 PM2.5可以造成线粒体超微结构损伤而对线粒体呼吸功能产生不良影响，线粒体功能障碍能够引起减少ATP生成，进一步导致活性氧簇(ROS)在细胞内的堆积过多，适量ROS对于维持体内平衡氧化还原环境至关重要，但是当ROS过多时会损伤线粒体呼吸链功能，同时也会导致线粒体能力不足而引起脂质大量的沉积，继而血浆中会出现大量FFAs[18，19]。大量FFAs会激活丝氨酸激酶来抑制胰岛素信号转导通路进而降低靶器官对胰岛素的敏感程度参与胰岛素抵抗状态。Nrf2基因在长期暴露于PM2.5中的小鼠表达上调，研究通过对Nrf2传导通路的激活发现其可以通过抑制线粒体的凋亡使机体免受PM2.5产生的氧化损伤，因此Nrf2的进一步研究对于会产生线粒体应激的疾病治疗可能会提供帮助[20-22]。

2 PM2.5与肥胖

肥胖与NAFLD流行的严重程度密切相关，目前研究表示肥胖不仅与单纯性脂肪变有关，而且对于非酒精性脂肪肝疾病进一步的发展也存在着紧密联系。甚至有研究表示在亲代小鼠在遭受到PM2.5不仅仅对自身产生影响也会对后代产生影响，导致后代脂肪堆积使肥胖发生的概率提高[23-28]。

2.1 瘦素 在墨西哥城市儿童中的一项调查中显示在不同浓度PM2.5暴露下的体质指数(BMI)和瘦素之间存在着明显差异，而且瘦素与PM2.5的长期暴露呈现出强正相关。瘦素是一种胰岛素增敏剂，而且瘦素在体内的循环水平对于NAFLD发展也发挥着一定作用。肥胖人员体内瘦素水平和可溶性瘦素受体均会升高，说明了肥胖与瘦素抵抗之间存在着一定关联[29，30]。 胰岛素和瘦素两者相辅相成，胰岛素可以诱导瘦素的产生，反过来瘦素可以增加组织对胰岛素的敏感性加速对葡萄糖的摄取，利用和存储，但是在肥胖的背景下，通过瘦素对胰岛素的负反馈机制反而导致IR的发生。研究表示可以通过减少瘦素的水平可以有效提高胰岛素的敏感程度，循环中大量瘦素的持续存在会对下丘脑弓状核形成一个强有力的反馈机制，该机制主要依赖于产生细胞因子信号转导抑制因子3 (SOCS3)和蛋白酪氨酸磷酸酶1B，SOCS3的表达依赖于瘦素，瘦素水平越高会使得SOCS3的表达越多，而大量SOCS3则通过对Janus家族酪氨酸激酶/信号传导转录启动子3(STAT3)信号通路的抑制实现对瘦素的调节[31，32]。瘦素一开始被认为是通过中枢进行能量调节，后面有实验表示瘦素对周围组织存在直接作用，瘦素与细胞表面受体结合激活Ca2+/钙调素依赖蛋白激酶β信号级联从而使得含有钾离子通道的囊泡被大量转运到细胞膜上使得细胞膜超极化而降低了胰岛B细胞的兴奋性抑制胰岛素的分泌[20]。

2.2 FTO基因 FTO基因编码的是一种核酸去甲基酶，与体重和脂肪含量密切相关，在调节肝细胞脂质积累中起关键作用，FTO基因会在高PM2.5暴露组中出现过表达，而且在NAFLD患者的血清和肝脏FTO的表达水平也高于正常人群。FTO基因的表达上调被认为是导致肥胖产生的重要危险因素，目前已证实FTO基因多态性可以导致BMI指数上升，与重度肥胖高度相关，而且FTO基因多态性配合高脂饮食则会更加容易导致人们肥胖的产生。固醇调节元件结合蛋白1c(SREBP1c)是启动脂肪酸合成相关基因的关键转录因子，诱导细胞死亡的DFF45样效应因子C(CIDEC)可以通过改变脂滴大小来提高脂质的存储，FTO可以促进SREBP1c的转录，SREBP1c过度表达可以显著上调CIDEC在细胞内mRNA和蛋白的水平，这提示CIDEC可能是参与SREBP1c调节肝脏脂质积累的下游分子，所以FTO可能通过一种FTO/SREBP1c/CIDEC信号通路在肝细胞中促进脂质积累，FTO极有可能通过这一通路部分参与了NAFLD的发病机制。

3 PM2.5与脂代谢

脂代谢是NAFLD发生的重要一环，吸入PM2.5会上调TNF-α的表达而引起肝脏氧化应激和炎症反应而导致肝功能异常，破坏脂质代谢的功能平衡，对PM2.5暴露下的小鼠肝组织染色后发现出现了不同程度的炎症、肝脏脂肪变性和气球样变，说明了通过吸入PM2.5可以导致肝脏内脂质异常沉积。值得注意的是，通过电镜可以观察到PM2.5处理组的肝细胞中内质网出现了断裂，导致脂滴在细胞中聚集，提示PM2.5对肝脏脂质积累存在一定程度的促进作用，并与肝脏血脂异常存在浓度依赖性。Chen et al实验发现PM2.5暴露下不活跃菱形蛋白2(iRhom2)在肝脏组织中的表达上调，而且iRhom2与葡萄糖耐量、脂代谢紊乱、炎症反应之间都存在一定程度的关联，iRhom2能够使 TNF-α转化酶(TACE)顺利从内质网排出转运到细胞表面发挥作用，TACE可以促进TNF-α的合成从而诱导炎症的发生，使循环代谢之中出现了TNF-α相关性浸润，加快机体代谢性紊乱的发生，那么长期暴露PM2.5引起的肝脏脂肪变性、代谢综合征和血脂异常的发生至少部分是依赖于iRhom2/TACE/TNF-a通路来进行调控[33-35]。报道称亲代小鼠接触PM2.5后对自身的空腹胰岛素含量、低密度脂蛋白胆固醇、总胆固醇、IL-17A、IL-6、IL-10都会产生的影响，而此结果可能是通过免疫微环境的变化使后代更易产生糖尿病、IR、脂代谢异常、肥胖等不良结果,但是此发病机制仍需进一步探索。Notch信号通路是调控细胞增殖、分化、凋亡和炎症反应等的复杂通路，在后续的研究还发现Notch信号通路还具有脂质特异性调控作用。另外Zhang通过对Notch信号通路进行抑制，将PM2.5暴露组与对照组的血脂比较后并无统计学差异，表明暴露于PM2.5的大鼠有可能是通过Notch信号通路来影响血脂水平。有趣的是，有研究表示在PM2.5暴露下的高脂饮食组的小鼠有关脂代谢的调控物过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR-γ)下调，而PPAR-α出现相反的情况，这可能与Myd88基因被诱导而导致肝脏自噬能力增强使得肝脂肪变性减轻而出现的结果，但是这一结论还需进一步的探究。

4 PM2.5与NAFLD相关性肝病

NAFLD是一个包括单纯性脂肪肝病、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，NASH后肝硬化以及导致肝相关性死亡的肝病,病理上以炎症、细胞凋亡、气球样变、Mallory玻璃样变、纤维化等为特征的肝病。氧化应激和炎症因子(IL-6、TNF-α等)过表达通常被认为是空气污染持续对肝造成损伤的病因。Xu在实验中将小鼠暴露于不同浓度的PM2.5中发现小鼠的全身炎症和氧化应激显著增加，与脂质积累相关的基因表达如胆固醇从头合成的关键酶3-羟基3-甲基戊二酰辅酶A还原酶、SREBP-1c、PPAR-γ等发生了上调；而对于减轻脂质细胞内脂质积累的基因表达如胆固醇分解的限速酶胆固醇7α-羟化酶、PPAR-α等出现下调[36，37]。并从处理组的肝脏组织病理中观察到肝细胞的炎性浸润、脂肪变性、气球样变均有增加，并且随着暴露时间的推移，上述病理变化也变的愈加严重，说明长期吸入PM2.5会加重与NAFLD相关的脂质代谢异常和肝脏内脂质的异常积累。转氨酶升高在临床上常常作为肝脏损伤的生化指标，通过PM2.5处理后的小鼠发现ALT、AST和AKT的表达都会高于未经处理的组别，而且随着暴露浓度的增加，ALT、AST、AKT水平也会达到一个新的高度，并且在人群PM2.5暴露下的调查也出现了同样的结果，尤其是ALT和GGT的上升，但是机制未明确，是由PM2.5直接或者间接引起这一过程需要进一步的探索。PM2.5可以激活肝星状细胞，同时诱导肝星状细胞向成纤维细胞的转变使得细胞外基质增多从而进一步加重了肝纤维化的进程，肝相关性死亡的风险也往往伴随肝纤维化程度的加重而迅速增加，这一系列的炎症、氧化应激、脂质异常积累均提高了NAFLD的风险值就此方面来看PM2.5在推动NAFLD进展的关系是难以忽视的。

5 结语

PM2.5无疑会对肝脏造成不良影响，但是这是一个长期慢性的结局，此过程还需要继续进行深入的研究以明确机制，为以后的治疗提供帮助。目前可以确定PM2.5通过IR、肥胖、脂代谢异常来间接影响肝功能，或者直接通过肝内的氧化应激、炎症反应破坏肝脏正常的生理变化并可以加快肝脏疾病进程。可是大部分的研究都是对实验动物进行的，而直接研究人群对PM2.5暴露，会涉及到暴露时间、医疗条件、经济状况、地理因素等方面约束，毫无疑问这是一项巨大的挑战。因此具体PM2.5在人体上是否会和实验小鼠产生类似或者更加严重的结果还需进一步的探索。但是以上结果都提醒我们早期对PM2.5污染的治理，对于NAFLD的治疗及预防会有很大的帮助。