运动诱导细胞自噬在非酒精性脂肪性肝病防治中的作用

廖粤生， 白莉莉

天津师范大学 体育科学学院， 天津 300387

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种与胰岛素抵抗(IR)和遗传易感密切相关的代谢应激性肝损伤，主要包括非酒精性单纯性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎以及在此基础上发生的肝硬化和肝细胞癌(HCC)[1]。近年来，NAFLD的患病率呈现逐渐上升趋势，在我国，NAFLD的患病率高达29.81%[2]，预计到2030年，我国NAFLD患者将达到3.145 8亿，成为全球增速最快的国家[3]。就现有研究来看，NAFLD的治疗主要集中于对疾病过程和危险因素的控制，其发病机制还未完全清楚，并且尚无理想的有效治疗药物。因此，亟需挖掘更多的治疗方案并探索其内在机理。自噬是真核细胞生物体内普遍存在的一种新陈代谢现象，是细胞的一种自我更新过程和机体组织的一种自我防御机制[4]。研究[5]表明，自噬失调是诱发NAFLD的重要原因之一。此外，有证据[6]显示，运动能够提高机体肝细胞、心肌细胞和骨骼肌细胞的自噬活性，并以此起到防治NAFLD的作用。但目前运动通过调节细胞自噬活性防治NAFLD的具体机制尚不十分明确。因此，本文梳理与总结自噬与NAFLD的关系、运动诱导细胞自噬对NAFLD的影响及运动诱导细胞自噬防治NAFLD的潜在分子机制的相关理论研究和应用成果，从而为NAFLD的预防与治疗提供新思路。

1 自噬概述

20世纪60年代，美国科学家Ashford和Porter通过透射电镜对大鼠的肝脏进行研究时首次发现大鼠肝脏的自噬现象。此后，比利时科学家Christian de Duve在溶酶体国际会议上将这种细胞中存在的降解细胞质和细胞器的现象定义为“细胞自噬”[7]。自噬的过程主要在于细胞通过形成自噬体降解破损细胞器及有害蛋白碎片，该过程也是细胞应对外界刺激时维持细胞内环境稳态的一种机制[8]，细胞自噬在氧化应激、饥饿、病原体感染等环境因素发生变化时被激活，并以此调控细胞内衰老及异常蛋白、清除受损细胞器并维持细胞的正常功能[9]。自噬的过程主要包括5个阶段，即自噬启动、自噬体成核、自噬体膜扩张、选择包裹底物、自噬体和溶酶体融合以及降解。此外，根据底物进入溶酶体途径的不同，又可将自噬分为巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy)[10]。其中，巨自噬为主要代表，就是目前通常所指的细胞自噬，是最早检测到的自噬现象，也是唯一产生自噬体结构的自噬过程，该过程在于细胞在受到外界刺激的情况下形成双层膜囊泡，将胞质中的蛋白质和细胞器包裹形成自噬泡并运送至降解细胞器进行消化降解，其发生过程主要分为3个阶段：细胞受损时细胞质中形成杯状的双层膜结构的自噬前体逐渐延长完全包绕将要被降解的胞浆成分形成自噬体；自噬体运输至溶酶体，融合成自噬溶酶体并降解其内成分；自噬体膜脱落再循环利用[11]。研究[12-14]发现，自噬与病毒性肝炎、酒精性脂肪肝、NAFLD、急性肝损伤、药物性肝损伤、肝纤维化、肝癌等都密切相关。因此，探索自噬与NAFLD的关系及运动干预的潜在机制有望成为防治NAFLD及相关肝脏类疾病的新策略。

2 自噬与NAFLD的关系

肝脏是人体脂肪酸氧化最活跃的器官，在脂质的消化、吸收、合成、分解及运输等过程中均发挥了重要作用，肝脏中过量的脂质堆积将刺激细胞产生大量的活性氧(ROS)，并因此引起肝细胞内质网应激、线粒体功能障碍及脂毒性[15]。研究[16]表明，肝脏内过度脂质积累会引起细胞自噬水平降低，发生炎症向NAFLD及其并发症演变；然而，降低肝脏的脂质积累可以恢复肝脏自噬水平，起到防治NAFLD及其并发症的作用。Singh等[17]在Nature上首次报道了自噬在肝细胞内的脂质降解作用，并将其命名为“Macrolipophagy”，发现自噬不仅可以通过清除因过量ROS而受损的细胞器或蛋白质，降低ROS对细胞的毒性损伤，还能促进抗炎因子分泌，并以此抑制肝脏的炎症反应来减轻肝损伤。研究[18-19]发现，在营养不良或者应激状态下，自噬通过降解和再利用细胞内衰老或者失能细胞元件、细胞器和蛋白质，维持细胞内的能量；在饥饿状态，自噬通过降解肝细胞内脂滴，将脂肪酸释放到细胞内线粒体进行β-氧化，调节肝细胞内的脂质储藏和能量平衡。此外，有研究[20-21]证实，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是自噬干预NAFLD的主要通路，mTOR的靶标是调控细胞自噬的核心枢纽，生长因子、胰岛素等与酪氨酸激酶受体(RTK)结合可激活Ⅰ型磷脂酰肌醇三磷酸激酶(Class I PI3K)，激活后的PI3K可在质膜上产生第二信使磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)，以此活化蛋白激酶B(AKT)并通过磷酸化作用激活mTOR信号通路，自噬体在mTOR活性受到抑制时形成，肝脏的脂质积累也因此逐步被清除。上述研究结果提示，自噬与NAFLD密切相关，调节细胞自噬可促进肝脏中过量脂质的降解，有利于减轻脂毒性和内质网应激对肝细胞的损害，从而促进肝胆脂质代谢平衡。因此，激活细胞自噬是防治NAFLD的重要途径。

3 运动诱导细胞自噬对NAFLD的影响

自噬的激活受到内在和外在等多种因素共同影响，如饥饿、氧化应激、病原体感染等，不同运动方案也同样会影响细胞的自噬作用。

3.1 有氧运动诱导细胞自噬对NAFLD的影响 临床研究[22]证实，IR是NAFLD发生的始动因素，当IR发生时，胰岛素对脂解的抑制作用被逐步削弱，导致脂肪分解增加，体内游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)明显增多，而运动可通过上调骨骼肌细胞自噬增加外周组织对胰岛素的敏感性，并减少FFA的生成，从而减轻肝脏脂肪的沉积，以此达到防治NAFLD的目的。因此，激活骨骼肌细胞自噬是防治NAFLD的重要机制。研究[23]发现，有氧运动可显著增加小鼠骨骼肌自噬基因Beclin1(又称Atg6)蛋白表达，并显著降低p62蛋白表达，提示有氧运动可有效增加骨骼肌自噬水平。Liu等[24]研究证实了这一结论，发现有氧运动可以作用于AMPK/mTOR等信号通路，提高细胞自噬水平。以上研究提示，有氧运动可通过上调骨骼肌细胞自噬水平，纠正胰岛素分泌紊乱，以此防治NAFLD。

3.2 抗阻运动诱导细胞自噬对NAFLD的影响 抗阻运动是指肌肉在克服外来阻力时进行的主动运动。研究[25]发现，抗阻运动致使细胞强烈收缩，ATP在此程中将被快速消耗，从而使细胞内AMP/ATP比值升高，腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)得到激活。Steiner等[26]对小鼠进行2周抗阻运动干预后，发现AKT Thr308、mTOR Ser2448与ULK1 Ser757的磷酸化水平升高，提示抗阻运动通过PI3K/AKT/mTOR通路抑制了细胞自噬。此外，国内学者冯燕等[27]的研究证实了这一结果，对高脂饮食诱导的肥胖大鼠进行10周抗阻运动干预后，发现大鼠内脏脂肪组织的自噬活性受到了抑制，提示抗阻运动会降低细胞自噬水平。然而，有研究[28]发现，8周抗阻运动提高了大鼠骨骼肌LC3 Ⅱ、Beclin1和Atg7的表达水平，大鼠趾深屈肌骨骼肌的自噬活性得到了显著提升。因此，就现有研究来看，抗阻运动对细胞自噬的影响仍存在争议，大部分研究结果提示抗阻运动会对细胞自噬产生抑制作用，但其是否是受到受试对象、运动强度等因素的影响而导致结果不一致仍不清楚，尚待进一步研究确认。

3.3 单次运动诱导细胞自噬对NAFLD的影响 不同运动方案的单次运动对自噬会产生不同的影响。有研究[29]发现，小鼠在进行1次跑台训练(50 min，12.3 m/min)干预后，其体内LC3Ⅱ、Beclin1、Atg7、AMP2表达水平明显下降，自噬活性显著降低；而另一项研究[30]在同等条件下对小鼠进行1次有氧运动(90 min，55% VO2max)干预后，LC3Ⅱ表达水平显著升高，LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值有升高趋势。因此，推测运动强度的差异导致小鼠能量消耗的不同是致使小鼠细胞自噬结果产生差异的主要原因。Schwalm等[31]对两组运动员进行1次不同强度的运动干预后，发现55%VO2max组的运动员体内LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值下降，p62不变，而70%VO2max组的运动员体内LC3Ⅱ/ LC3Ⅰ比值显著升高，p62表达显著下降，提示运动强度是激活细胞自噬的关键。以上研究提示，患者进行单次运动就能提高细胞自噬水平，但似乎中等强度(50% VO2max)以上的单次运动对细胞自噬具有更好的激活作用，根据受试者的个人情况合理的安排运动强度是有效激活细胞自噬的关键。

3.4 长时间运动诱导细胞自噬对NAFLD的影响 Lira等[32]研究发现，4周有氧运动干预后小鼠比目鱼肌LC3Ⅱ、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ蛋白表达显著升高，p62蛋白水平显著降低，Beclin1、Bnip3和Atg7等蛋白表达水平也有明显的升高趋势，基础自噬通量和自噬蛋白表达水平均显著上升。Rocha-Rodrigues等[33]研究证实了这一结果，发现8周有氧运动(5次/周，60 min/次，25 m/min)可以增加大鼠白色脂肪组织Beclin1、LC3Ⅱ等自噬相关蛋白的表达，提示长时间有氧运动能显著增加细胞自噬活性。然而，有研究[34]发现，在对大鼠进行36周中等强度运动干预后，大鼠骨骼肌、海马体、心肌、肝组织中Beclin1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比例均未出现变化，提示过长时间运动导致机体产生的生理适应是自噬活性不变的主要原因。

综上所述，长时间的有氧运动能对NAFLD起到更好的干预效果。另外，应该注意的是，适度运动可通过上调细胞自噬水平保持细胞内环境稳态，过度运动则会导致细胞自噬被过度激活诱发多种自噬相关疾病。因此，根据上述研究结果(表1)及中华医学会肝病学分会发布的《非酒精性脂肪性肝病防治指南(2018更新版)》[35]，建议NAFLD患者在医护人员的监督下以长期中等强度(50%VO2max～70%VO2max，≥30 min/次，3～5次/周，≥3周)的有氧运动进行干预，并在此基础上不定期的调整运动方案，以避免机体产生生理适应导致干预疗效的降低。此外，医护人员应根据NAFLD患者的性别、年龄、疾病严重程度、体能等情况的不同，科学、合理的制订运动处方，以提高运动防治NAFLD的依从性、安全性与有效性。

4 运动诱导细胞自噬防治NAFLD的分子机制

4.1 运动通过激活AMPK信号通路防治NAFLD 研究[36]证实，AMPK可通过调节乙酰辅酶A羧化酶磷酸化水平，以此促进肝细胞内脂质氧化并降低脂质水平，从而达到治疗NAFLD的目的，提示激活AMPK是防治NAFLD的重要靶点。研究[37]发现，AMPK除了能够激活细胞生物体中的分解代谢水平，抑制脂质、蛋白质和碳水化合物生物合成以外，同时也是自噬启动过程的关键因子，ATP在有氧运动过程中逐渐被消耗并促进AMP生成，致使AMP/ATP比值升高激活AMPK信号通路，并通过磷酸化结节性硬化复合物2(TSC2)Thr-1227/Ser-1345和Raptor蛋白Ser722/Ser792，抑制mTORC1信号，进而降低ULK1 Ser757磷酸化，AMPK与ULK1相互作用致使ULK1的Ser317/Ser777磷酸化，从而激活细胞自噬。此外，Pagano等[38]也发现，有氧运动能够降低小鼠mTOR的表达水平，促使比目鱼肌AMPK Thr172、ULK1 Ser317和Ser555磷酸化增加并降低AKT Ser473和mTOR Ser2448的磷酸化，自噬标志物LC3-II表达也随之增加。以上研究结果提示，运动可通过激活AMPK信号通路，调节乙酰辅酶A羧化酶磷酸化水平，以此促进肝细胞内脂质氧化，并降低脂质水平，从而达到治疗NAFLD的目的。

4.2 运动通过激活叉头转录因子O亚型3(FOXO3)信号通路防治NAFLD 研究[39]表明，激活FOXO3信号通路可增强NAFLD大鼠肝细胞自噬，改善线粒体结构，促进ROS和丙二醛的清除，增强抗氧化酶CATASE和MNSOD的活性，减轻氧化应激及脂质过氧化，降低小鼠肝脏甘油三酯水平，同时降低NAFLD大鼠肝组织炎症水平。因此，激活FOXO3信号通路是防治NAFLD的有效途径。Vainshtein等[40]对小鼠进行90 min的跑台运动干预后，发现小鼠趾长伸肌FOXO3信号通路被激活，细胞自噬水平显著提高，提示有氧运动可通过激活FOXO3信号通路，诱导自噬相关分子LC3-Ⅱ、Gabarapl1和Beclin1的表达，从而增强细胞自噬。此外，还有研究[38]发现，在有氧运动干预后，小鼠比目鱼肌中AMPK Thr172被激活，降低了FOXO3 Thr32/Ser253的磷酸化，从而诱导了细胞自噬。上述研究结果提示，运动可通过激活FOXO3信号通路诱导细胞自噬，促进肝胆脂质代谢平衡，从而达到防治NAFLD的目的。

4.3 运动通过诱导B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)/Beclin1复合体解离防治NAFLD Bcl-2是一种癌基因，主要作用在于抑制细胞凋亡，它与自噬相关蛋白Beclin 1的BH3结构域结合，组合成Bcl-2/Beclin1复合体，从而抑制自噬的发生。运动可以诱导Bcl-2/Beclin1复合体解离，以此激活细胞自噬。He等[41]通过转基因方法，在凋亡抑制蛋白Bcl-2分子上敲除3个保守磷酸化位点，以此构建BCL2 AAA小鼠模型，小鼠表现为基础细胞自噬水平正常，但运动诱导的细胞自噬活性受损，研究发现，运动可促使Bcl-2分子上的3个磷酸化位点Thr69/Ser70/Ser84磷酸化，引起Bcl-2/Beclin1复合体解离，从而促进Beclin1与Class Ⅲ PI3K结合，提示运动可通过调节凋亡抑制蛋白Bcl-2磷酸化，诱导Bcl-2/Beclin1复合体解离，达到激活肝细胞自噬的目的。因此，运动可通过诱导Bcl-2/Beclin1复合体解离，激活细胞自噬，促进肝脏中过量脂质的降解，减轻脂毒性和内质网应激对肝细胞的损害，以此起到防治NAFLD的作用。

表1 不同运动类型/周期诱导细胞自噬对NAFLD的影响

5 小结与展望

综上所述，细胞自噬与NAFLD的发生及发展密切相关，运动可通过诱导细胞自噬防治NAFLD。从各项研究数据来看，长期中等强度(50%VO2max～70%VO2max，≥30 min/次，3～5次/周，≥3周)的有氧运动是治疗NAFLD的最佳方案，医护人员应根据NAFLD患者的性别、年龄、疾病严重程度、体能等相关情况合理的制订运动处方，以提高运动干预的依从性、安全性与有效性。此外，从机制上来说，运动主要通过激活AMPK/FOXO3信号通路，促进Bcl-2/Beclin1复合体解离，从而诱导细胞自噬以防治NAFLD(图1)。目前，虽然临床研究证实了运动诱导细胞自噬对防治NAFLD的积极作用，但仍存在许多亟需解决的问题，相信随着相关研究的不断深入，未来NAFLD的临床治疗会取得突破性的进展。

图1 运动诱导细胞自噬防治NAFLD的分子机制

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：廖粤生负责课题设计，收集与分析资料，撰写和修改论文；白莉莉负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。