非酒精性脂肪性肝病与2型糖尿病的相互作用机制研究进展

施晓敏，吴朝明

温州医科大学附属第二医院 内分泌科，浙江 温州 325027

非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是指在除外大量饮酒及其他明确的肝损伤因素基础上，以肝细胞脂肪变性为特征的一类临床病理综合征[1]。由于NAFLD发病率的不断提升以及其与代谢性疾病的紧密联系，2020年初，全球22个国家的30位国际脂肪肝领域的临床专家联合发表了一份共识，建议将NAFLD更名为代谢相关脂肪性肝病。该共识提出了更加“积极”的诊断标准：在肝脏脂肪变性的基础上，满足以下任何一条标准：超重或肥胖，患有2型糖尿病（type 2 diabetes，T2DM），存在代谢异常，即可诊断为代谢相关脂肪性肝病[2]，此概念的提出更加强调了NAFLD、肥胖及T2DM之间的相关性。胰岛素抵抗（insulin resistace，IR）是T2DM的重要发病机制，而NAFLD的发病与进展也与IR密切相关，IR可能是联系两者之间的重要桥梁。目前对于三者之间的相互作用机制尚不明确，笔者就此对近年来的相关研究进行综述。

1 肝脏脂肪堆积、IR及糖代谢

NAFLD的一个重要特征即肝脏脂肪堆积，具体地说，就是肝脏甘油三酯的合成速率超过分解速率，由此造成甘油三酯在肝脏蓄积。肝脏合成甘油三酯增加主要有以下两条通路：一是肝脏对游离脂肪酸（free fatty acids，FFA）的摄取增加，二是肝脏脂肪从头合成（de novo lipogenesis，DNL）增加。肝脏的甘油三酯过度积累与IR、糖代谢均密切相关。

1.1 FFA通路 循环中的FFA是NAFLD患者肝脏脂肪堆积的主要来源，主要原因是能量摄入过多超过脂肪细胞储存能力，因此异位堆积于肝脏[3]。另外，由于外周IR，胰岛素对脂肪组织的抗脂解作用减弱，从而引起的过量FFA流入肝脏也是肝脂肪变性的原因之一[4]。FFA是机体空腹状态下除大脑以外的所有组织的主要能量来源。在生理情况下，血浆FFA水平在空腹时较高，进食之后由于胰腺组织释放的胰岛素增加，抑制激素敏感性脂肪酶的活性，产生抗脂解作用，血浆FFA水平下降。但是当机体存在IR时，尽管循环中胰岛素水平较高，但其对脂肪组织的抗脂解作用减弱，循环中FFA水平仍维持在较高水平[5]。肝脏对FFA的摄取不受调节，因此血浆FFA的浓度高低直接影响了肝脏的FFA含量。所以当FAA摄入水平超过肝脏处理能力时，过量的FFA在肝脏内堆积[6]。

FFA与葡萄糖代谢之间存在着复杂的关系。FFA浓度升高可影响肌肉细胞对葡萄糖的转运功能，其机制是由FFA浓度升高导致细胞内脂质代谢产物DAG增多，激活肌肉细胞内PKCθ。PKCθ激活使IRS-1在关键位点丝氨酸磷酸化增加，阻断了胰岛素刺激的IRS-1酪氨酸磷酸化以及PI3-K的结合与激活，从而使胰岛素作用介导的肌肉细胞葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter type 4，GLUT4）对葡萄糖的转运能力减弱，造成肌肉的IR[7]。肝细胞内PKCθ的活性较低，其主要影响机制是过多的游离脂肪酸使肝内DAG升高，进而激活PKCε。活化的PKCε结合并抑制IRS-2 酪氨酸磷酸化，使胰岛素在肝脏内介导的刺激肝糖原合成以及抑制糖异生作用均减弱，由此促进肝IR[8-10]。

1.2 DNL通路 肝脏可通过DNL途径，利用从膳食中摄取的碳水化合物合成甘油三酯[11]。在健康人群中，DNL对肝脏脂肪的贡献极少，仅不足5%，但在NAFLD患者中其对肝脏脂肪含量的贡献将增加3倍[12]。葡萄糖进入肝脏后一部分可以进行有氧氧 化，为机体提供ATP。当机体APT充足时，肝脏将部分葡萄糖合成糖原储存能量，另有部分葡萄糖通过转化为乙酰CoA进一步合成脂肪酸[13]。在IR状态下，外周组织对葡萄糖的摄取利用减弱，使更多的葡萄糖进入肝脏。同时IR使肝脏合成糖原能力下降，故葡萄糖在肝脏内转化为脂肪即DNL过程增加。食物中摄取的糖类除了葡萄糖外，还有部分为果糖。果糖主要存在于水果的浆汁及蜂蜜中，另外其与葡萄糖结合形成的蔗糖被广泛应用于饮料及甜品的制作。可以说在现代人的饮食习惯中，人群对果糖的摄取量是不容忽视的[14]。不同于葡萄糖在肝脏的代谢途径，果糖的代谢不依赖于胰岛素，可绕过糖酵解途径，在更大程度上增加DNL[15]。 同时果糖对肝脏还有独立于增加DNL以外的危害，研究显示果糖本身可促进肝脏的炎症及氧化应激，在NAFLD的纤维化进展中发挥了重要作用[16]。

胰岛素对肝脏的生理作用包括抑制糖异生和促进脂肪合成。T2DM患者通常存在IR，故胰岛素对肝脏糖异生的抑制作用减弱。但是IR状态下，胰岛素促进肝脏脂肪合成的作用却并未减弱，这个现象被认为是肝脏的选择性IR[17]。T2DM患者胰岛素抗状态下肝脏脂肪合成增加的原因之一是：高胰岛素血症和高血糖水平可分别通过激活肝细胞内的固醇反应元件结合蛋白1c（sterol response element binding protein-1c，SREBP-1c）和碳水化合物反应元件结合蛋白（carbohydrate response element binding protein，ChREBP）刺激肝脏DNL合成增 加[6]。SREBP-1c激活多种基因的转录，这些基因编码的酶负责细胞内胆固醇和脂肪酸的合成[18]。ChREBP可同时调节关于糖酵解和脂肪生成的基因表达，将多余的碳水化合物转化为甘油三酯，控制肝脏约50%的脂肪生成，促进脂肪肝的发生发展[19]。 但是也有学者发现：高脂喂养并利用腺病毒过度表达ChREBP的小鼠，尽管肝脏脂肪生成及脂肪变性相关的基因表达增加，但这些小鼠仍对胰岛素敏感。研究者认为其原因是ChREBP的过度表达诱导硬脂酰辅酶A去饱和酶1（stearyl coenzyme A desaturase 1，Scd1）表达，将饱和脂肪酸转化为单不饱和脂肪酸，使肝脏内有益的脂肪酸优先富集，保护肝脏的胰岛素敏感性[20]。目前关于ChREBP表达增加对人体代谢健康的总体影响尚未明确。

简而言之，T2DM患者可因为IR抑制脂肪组织分解作用减弱从而增加循环FFA水平，也可因为高胰岛素血症及高血糖水平激活相关基因表达增强肝脏DNL，由此造成肝脏脂肪酸来源过多导致NAFLD。而NAFLD也可因为持续升高的FFA水平损害外周葡萄糖利用以及促进肝脏糖异生，从而加重IR，使T2DM患者的血糖更难控制于理想范围。

2 肝细胞因子、IR及糖脂代谢

肝细胞因子是由肝脏分泌的蛋白质，参与调节肝脏及肝外组织的糖与脂质代谢。肝细胞因子分泌水平的变化参与代谢功能障碍的发生，与NAFLD、IR及T2DM均有联系。

胎球蛋白A（Fetuin-A）是一种血清糖蛋白，在人体内主要由肝脏分泌，是胰岛素受体酪氨酸激酶的天然抑制剂。动物模型及人体研究均显示Fetuin-A浓度与肝脏脂肪堆积成正相关[21]。STEFAN等[22]进行的一项基于人群的大型前瞻性队列研究表明Fetuin-A是T2DM的一项独立危险因素。在信号通路方面，动物研究发现高FFA及高葡萄糖水平可分别通过增加NF-κB和ERK1/2活性来增加Fetuin-A 的表达[23-24]。作为一种胰岛素受体酪氨酸激酶的天然抑制剂，Fetuin-A的表达增加将影响胰岛素作用的信号途径从而导致IR。另外，Fetuin-A也是TLR4的内源性配体，使FFA激活TLR4，诱导脂质相关的IR[25]。

硒蛋白P主要由肝脏分泌，负责将硒从肝脏运输到肝外组织，近些年来也被报道参与能量代谢。有研究发现：在调整了年龄、性别、BMI等混杂因素后，高硒蛋白P人群比低硒蛋白P人群发生NAFLD的风险增加7倍左右，并且硒蛋白P浓度与肝脏衰减指数紧密相关[26]。MISU等[27]通过基因表达序列分析等方法发现T2DM患者肝脏硒蛋白P的mRNA表达水平显著上调，而在小鼠肝脏中敲除硒蛋白P基因后，小鼠的糖耐量及IR均得到改善[27]。在信号通路上，细胞学实验提示硒蛋白P可能通过降低腺苷磷酸活化蛋白激酶（AMPK）的磷酸化水平来影响胰岛素的作用。AMPK是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，它能磷酸化多种与能量代谢相关的酶，起到增加胰岛素敏感性的作用。

成纤维生长因子21（fibroblast growth factor 21，FGF21）通常在肝脏、胰腺和脂肪组织中表达，循环中的FGF21主要来自于肝脏，并与糖脂代谢及胰岛素敏感性相关[28]。白色脂肪组织高表达FGFR1，被认为是FGF21作用的主要部位。FGF21通过激活ERK1/ERK2 以及胰岛素依赖性葡萄糖转运蛋白-1的表达促进脂肪细胞摄取葡萄糖。另外，FGF21还可以抑制生长激素和儿茶酚胺介导的脂肪细胞的脂解作用，降低循环中游离脂肪酸水平[29]。研究发现NAFLD患者肝脏FGF21 mRNA的表达及循环FGF21水平随着肝脏脂肪变性程度的升高而升高，但与此同时FGF21介导的抑制脂肪细胞脂解等作用却减弱，对此研究者提出了NAFLD患者中存在FGF21抵抗，类似于T2DM中IR的概念[30]。目前许多研究致力于将FGF21作为NAFLD和T2DM的新型治疗靶点，希望通过增加循环FGF21水平以改善肝脂肪变性及IR。2018年一项关于FGF21类似物Pegbelfermin的临床2期试验，结果表明接受Pegbelfermin治疗的患者均耐受性良好，且其绝对肝脂肪分数以及肝损伤标志物、纤维化生物标志物等均较对照组有明显改善[31]。FGF21作为NAFLD和T2DM的新型潜在治疗靶点，有待进一步的探讨及研究。

除上述所列Fetuin-A、硒蛋白P及FGF21外，还有众多肝细胞因子被发现参与NAFLD、IR及T2DM的发生发展，如性激素结合球蛋白（sex hormone binding globulin，SHBG）、RPB4等。本文中所提及的Fetuin-A及硒蛋白P对代谢性疾病存在消极作用，即NAFLD患者中肝脏释放Fetuin-A及硒蛋白P增加，通过影响胰岛素受体或AMPK磷酸化水平等导致IR，从而增加T2DM的患病风险；而T2DM患者也可因为高血糖水平上调Fetuin-A及硒蛋白P的基因表达，从而影响胰岛素作用增加IR，影响脂质代谢，造成肝脏脂肪堆积。另外本文所介绍的FGF21则被认为其在体内含量的增加可以通过促进脂肪细胞摄取葡萄糖或抑制脂肪分解降低游离脂肪酸等途径调节糖与脂质的代谢，改善IR，有望以此来治疗T2DM及NAFLD。

3 炎症、IR及糖脂代谢

NAFLD、IR及T2DM的发生和发展均与炎症相关。研究发现这些交互过程主要涉及两种转录因子信号通路，即NF-κB通路与JNK通路。这些炎症途径可被多种促炎因子激活，例如TNF-α、IL-1；也可被模式识别受体激活，如TLR-4。此外，FFA也可通过增加各种蛋白激酶C亚型的活性激活NF-κB及JNK[32]。

NF-κB是一种转录因子，参与多种免疫反应及一系列的病理过程，包括炎症。在正常生理条件下，NF-κB复合物通过与NF-κB家族抑制剂结合而被隔离在细胞质中保持非活性状态[33]。NF-κB抑制剂激酶（IKK）包括两个催化亚基IKKα和IKKβ，激活后可导致NF-κB抑制剂磷酸化并降解，NF-κB暴露于其核定位序列[34]。NAFLD合并T2DM患者常常同时有高血糖和高脂血症。持续的高血糖状态导致蛋白质和脂质的非酶糖基化，形成晚期糖基化产物（advanced glycation end products，AGE），引起AGE受体激活，进而通过激活NF-κB和ERK1/2诱导免疫应答[35]。饱和脂肪酸可通过直接结合脂肪细胞和巨噬细胞中的TLR-4激活IKKβ，磷酸化IRS的抑制性丝氨酸位点，从而导致IR[36]。NF-κB炎症通路对代谢紊乱的作用在人体及动物实验研究中均得到证实。有研究者通过高脂肪饮食喂养野生小鼠，发现该组小鼠肝脏 NF-κB活性增加两倍并伴有IR。同时研究组在另外一组正常喂养的健康小鼠中通过选择性表达IKKβ，从而激活NF-κB，匹配高脂喂养组小鼠的炎症状态，发现该组小鼠也表现出高血糖及严重的IR状态，并且阻断NF-κB的表达后这些表现可以得到逆转。研究结果提示肝脏中的脂质积聚可能通过NF-κB活化及下游的炎症信号转导引起肝脏炎症状态及IR[37]。此外，NF-κB受体激活因子配体（RANKL）也被证明可以调节肝脏胰岛素敏感性。在基于人群的前瞻性研究发现血清中高浓度的可溶性RANKL是T2DM的独立危险因素，并且在T2DM小鼠模型中，阻断RANKL信号可显著改善小鼠的肝脏胰岛素敏感性以及糖耐量状态[38]。

JNK是一类属于MAPK家族的丝氨酸/苏氨酸激酶[39]。NAFLD患者过量的FFA可导致细胞氧化能力超载，产生脂毒性酯化产物如DAG和神经酰胺，DAG可通过PKC和ROS激活JNK，而神经酰胺则可通过ASK1激活JNK[40]。T2DM患者以高血糖水平为特征，葡萄糖进行非酶的糖基化反应，形成AGE，这个过 程也可以产生ROS，最终激活JNK[41]。而JNK可通过多种不同的机制来驱动肥胖患者的IR：直接抑制IRS的磷酸化影响胰岛素作用的信号通路；诱导巨噬细胞的激活，促进代谢性炎症；抑制甲状腺激素轴，降低机体代谢水平；抑制PPARα转录活性，进而使FGF21的基因表达下降，导致肝脏脂肪堆积[42]。

NF-κB与JNK两条炎症通路均与NAFLD、IR及T2DM相关。T2DM患者的高血糖状态及NAFLD的肝脏脂肪积聚可分别通过AGE及FFA触发下游的一系列炎症反应激活NF-κB和JNK，进一步通过RANKL、抑制IRS的磷酸化等途径导致IR，从而加重糖脂代谢紊乱，促进T2DM及NAFLD的发生发展。

肝脏是胰岛素发挥作用的主要靶组织，也是调节机体糖、脂质代谢平衡的关键器官。NAFLD患者肝脏发生肝脂肪变性，释放的肝细胞因子及炎症信号改变可扰乱正常的糖代谢，促进IR及T2DM的发生与发展。T2DM患者存在IR，影响脂质代谢，也可影响肝细胞因子水平及炎症通路，从而导致NAFLD的发生与发展。糖与脂质代谢紊乱在NAFLD、IR及T2DM的相互交错过程中形成恶性循环。目前对于三者之间复杂的交互机制认识还不充分，尚需更多的科学探索及研究。