脂滴包被蛋白perilipin 5在非酒精性脂肪性肝病中的研究进展

孙祥云 刘天会

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是一种与胰岛素抵抗及遗传易感密切相关的代谢应激性肝损伤。随着肥胖和代谢综合征发病率的不断增加，NAFLD已成为全球及我国的第一大慢性肝病[1]。弥漫性的肝细胞脂肪变是NAFLD主要的病理表现，其特点是过多的脂质以脂滴(lipid droplets，LDs)的形式存在于肝细胞中。perilipin 5(Plin5)是一种位于LDs外膜上的蛋白，被称为脂滴包被蛋白或围脂滴蛋白。近年来，研究发现Plin5在脂毒性、胰岛素抵抗、肝星状细胞(hepatic stellate cells，HSCs)活化等过程中发挥重要作用。本文将对Plin5在NAFLD中的相关研究进展进行综述。

一、Perilipin 5概述

LDs外膜上存在多种与LDs功能相关的蛋白，其中Perilipin家族是肝脏中最主要的LDs蛋白之一，目前有五个成员 (Perilipin 1～5，Plin 1～5)，在脂滴的生物合成、稳定性及降解过程中发挥关键作用[2]。Plin5，早期又被称为心肌脂滴蛋白(myocardial lipid droplet protein，MLDP)或脂质储存液滴蛋白(lipid storage droplet protein 5，LSPD5)等，是Perilipin家族中最新发现的成员[3]。

小鼠Plin5的基因位于17号染色体上；人Plin5的基因位于19号染色体上，编码由463个氨基酸组成的分子量约51400的蛋白[4]。Plin5是过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferators-activated receptor alpha，PPAR-α)的靶基因，在禁食及胰岛素缺乏的情况下，肝脏中的Plin5通过PPAR-α依赖的方式表达[4, 5]。较早期的研究认为，Plin5主要富集在氧化水平高的组织中，如肝脏、心脏、骨骼肌、棕色脂肪组织等[4, 6]。然而，最近有研究发现Plin5在人体中广泛表达，以骨骼肌中含量最高，其次是皮肤、肝脏和唾液腺[7]。

二、Plin5在LDs形成及脂代谢调控中的作用

根据细胞代谢状态的不同，Plin5在细胞中的分布会发生动态变化。在基础代谢水平，甘油三酯(triglyceride，TG)合成不活跃，Plin5主要存在于胞质中；而在TG合成活跃时，Plin5则以与LDs外膜结合的状态存在[8]，提示Plin5可能影响TG的合成及LDs的形成。进一步的研究显示，Plin5可以促进LDs与线粒体相互接触，与脂滴结合的线粒体具有较强的ATP合成功能，为TG的合成提供能量[9]。如果特异性过表达小鼠肝脏中的Plin5，肝脏中TG的含量及LDs的数量显著增加[10]。电镜结果显示，在野生型小鼠心脏中，LDs较大且靠近线粒体；而在Plin5-/-基因敲除小鼠的心脏中，LDs明显变小，且与线粒体接触减少。这些现象表明Plin5可以调控LDs与线粒体的接触，促进TG合成并储存在脂滴中[11]。

超分辨率显微镜显示Plin5以点状分布的方式定位于LDs表面[12]。在基础代谢及正常进食状态下，位于LDs外膜上的Plin5可以分别与ATGL(adipose triglyceride lipase)脂肪酶及ATGL脂肪酶激活剂CGI-58(comparative gene identification-58)结合，阻断ATGL与CGI-58的相互作用，从而抑制TG过度脂解。在禁食和cAMP升高的情况下，蛋白激酶A磷酸化Plin5蛋白155位丝氨酸位点(Plin5-S155A)，导致Plin5与CGI-58解离，CGI-58激活ATGL催化TG分解为甘油二酯，甘油二酯依次被激素敏感脂肪酶和单酰基甘油脂肪酶降解。最后产生的脂肪酸直接进入邻近的线粒体进行β-氧化[13-15]。上述研究表明，Plin5可以根据细胞代谢的需要，在低能量状态下保护线粒体免受过多的脂肪酸负荷，在高能量需求状态下促进脂肪酸动员和氧化，维持细胞功能的稳定。

三、Plin5在NAFLD发生过程中可能的作用及机制

(一)Plin5在NAFLD中的表达变化 Hashani等的临床研究结果显示，与正常对照组相比，NAFLD患者肝组织中Plin5表达增加，但个体差异较大，其表达量与脂肪变性程度不是线性相关的[7]。在NASH患者肝组织气球样变的肝细胞中，Plin5从胞质中被募集至LDs周围，但表达水平无明显改变。Pawella等建立了急性脂变和慢性脂变的肝细胞模型，观察了LDs成熟过程中Plin5的动态变化。结果表明，在LDs形成早期，LDs上的Plin5含量较低；随着LDs的逐渐增大，Plin5含量逐渐增加；而在LDs成熟的后期，Plin5含量逐渐减少。上述结果提示，Plin5的表达水平在NAFLD发展的不同阶段可能呈动态改变[16]。在高脂饮食诱导24周的NAFLD小鼠模型中，肝组织Plin5的表达增加；与Plin5蛋白水平相比，mRNA水平增加并不明显，这表明Plin5表达存在转录后水平的调节[17]。在未来的研究中，需要对NAFLD患者根据严重程度进行分层，或者在NAFLD动物模型中动态观察Plin5表达的变化，进一步明确Plin5与NAFLD发生发展的相关性。

(二)Plin5通过调控线粒体与LDs相互作用增强线粒体功能 线粒体功能异常被认为是NAFLD发病过程，特别是在NAFL发展至NASH过程中的关键事件之一[18]。与正常组相比，单纯肥胖人群、肥胖伴NAFL人群肝组织线粒体呼吸链功能上调4.3～5.0倍，而肥胖伴NASH患者的线粒体呼吸链功能则下降至31%～40%，呼吸链复合体I-V的表达均明显降低[19]。

Benador等的研究发现，Plin5可以通过羧基末端20个高度保守的氨基酸序列促进线粒体和LDs相互接触，形成脂周线粒体(peridroplet mitochondria，PDM)[9]。Keenan等特异性敲除肝细胞中的Plin5，结果显示，LDs与线粒体之间的接触显著减少[20]。与细胞中独立存在的胞质线粒体(cytoplasmic mitochondria，CM)相比，PDM具有较强的丙酮酸氧化、呼吸链电子传递及ATP合成能力，而脂肪酸氧化能力相对较低[9]。PDM有助于将过多的脂肪酸合成TG，储存在LDs中，减少肝细胞脂毒性。Shum等提出，调控PDM的形成有可能成为NAFLD新的治疗策略[21]。

(三)Plin5可以对抗NAFLD脂毒性 脂毒性是指非脂肪组织中脂质的异常累积所产生的有害作用。在NAFLD发生发展过程中，高热量饮食、脂肪分解及肝脏中脂肪酸从头合成增加，导致肝细胞中脂质含量升高；当脂肪酸的储存、利用及输出能力不能代偿时，导致包括线粒体和内质网等细胞器功能障碍引起的细胞损伤和死亡[22, 23]。游离脂肪酸是引起脂毒性的主要分子，是导致NAFL向NASH及其相关纤维化、肝硬化进展的关键因素[24]。

作为脂滴包被蛋白，Plin5可以促进TG的合成，将脂肪酸以TG的形式储存于LDs中，缓冲肝细胞中多余的游离脂肪酸，保护细胞免于脂毒性；另一方面，Plin5还可以抑制TG的脂解，减少游离脂肪酸的生成[25]。如果将Plin5敲除，肝脏脂变减轻，但脂肪分解产生的游离脂肪酸增加，引起脂毒性损伤[26]。当细胞中脂肪酸含量增加时，线粒体与LDs接触面Plin5增加，介导脂肪酸直接从LDs流向线粒体[12, 27]，有助于脂肪酸的氧化利用。脂肪酸直接从LDs而不是从游离的胞质池到达线粒体，可能是减少胞质中高浓度脂肪酸毒性的有效方法[28]。尽管大多数的研究均显示Plin5对NAFLD脂毒性有一定的保护作用，但Asimakopoulou等的研究显示，在高脂饮食喂养的Plin5敲除小鼠中脂变程度、肝细胞的气球样变、炎症以及ALT等肝损伤标志物均有一定程度的改善[29]。

(四)Plin5可以降低细胞氧化应激 氧化应激是脂毒性的主要表现之一，在NAFLD的发生发展中起着重要作用。在Plin5敲除或敲低小鼠中，线粒体数量增加和脂肪酸β氧化水平增加，脂质过氧化反应活跃，引起氧化应激[25, 26]。外源性的Plin5可以提高HSCs中GSH和GSH/GSSG比值，降低细胞内活性氧ROS和脂质过氧化产物，减轻HSCs的氧化应激[30]。Tan等的研究表明，Plin5可以通过促进肝细胞LDs和线粒体接触，上调线粒体功能相关基因，从而降低细胞ROS水平，保护肝细胞免受氧化应激[31]。Zhu等研究发现，Plin5可以通过调控PI3K/ERK介导的Nrf2-ARE信号通路减轻胰腺β细胞的氧化应激损伤[32]。

(五)Plin5对胰岛素抵抗的调节作用 NAFLD患者常伴有胰岛素抵抗[33]，胰岛素抵抗可使脂肪细胞中的胰岛素敏感性脂解酶保持活性，增加脂肪的降解，导致血浆中游离脂肪酸增加，促使肝细胞摄取游离脂肪酸[34]。肝细胞内大量的游离脂肪酸在线粒体氧化，产生大量活性氧，引起氧化应激和线粒体功能损伤，造成NAFLD的“二次打击”，最终引起NASH及肝纤维化的发生。

在脂质负荷增加的情况下，Plin5参与胰岛素敏感性的维持。肝脏靶向过表达Plin5，肝脂肪变性增加，但并未影响葡萄糖稳态；相反，血清胰岛素水平降低，胰岛素敏感性增强[10]。Keenan等构建了Plin5基因肝细胞特异性敲除小鼠，结果显示肝脏胰岛素抵抗加重，提示Plin5可能具有抗胰岛素抵抗的作用[20]。在Plin5基因全身敲除小鼠中，高脂饮食引起的肝脏胰岛素抵抗得到改善，而骨骼肌中的胰岛素抵抗加重，提示Plin5对胰岛素抵抗的调节作用可能具有组织特异性[35]。禁食可以引起LDs表面Plin5蛋白含量增加，有助于减轻脂质诱导的胰岛素抵抗。甘油二酯等水平的升高与胰岛素敏感性的减低相关，Plin5过表达的LDs中甘油三酯和胆固醇酯的含量增加，而甘油二酯含量降低，这可能是Plin5改善脂质诱导胰岛素抵抗的原因之一[36]。然而，另一项研究表明Plin5包被的LDs并不会影响胰岛素的敏感性[37]。

(六)Plin5可以抑制HSCs活化 HSCs活化增殖是各种病因肝纤维化发生的中心环节[38]，抑制HSCs活化对肝纤维化的逆转至关重要。细胞核周围存在的大LDs是静息状态HSCs的标志，在损伤应答时，静息状态的HSCs中LDs消失或者变成小LDs，从原有的细胞核周围移位至细胞远端，成为激活状态的HSCs。活化的HSCs分泌Ⅰ型、III型胶原等细胞外基质，促进肝纤维化的发生[39]。

研究发现，Plin5在静息状态的HSCs中高表达，在活化的HSCs中表达降低。在已经活化的HSCs中，过表达Plin5可以激活AMPK/L-Fabp信号通路，促进脂质合成相关基因SREBP-1、ACC、PPAR-γ等的表达，LDs形成增加，HSCs恢复静息状态[30, 40]。Cierpka等的研究发现，Plin5可以抑制TGF-β1激活的SMAD2/3、SNAIL及STAT3信号通路，进而减少Ⅰ型胶原、纤连蛋白等细胞外基质的产生[41]。上述研究显示，Plin5有助于维持HSCs的静息状态，并可使已经活化的HSCs恢复静息状态。靶向调控HSCs中Plin5的表达有可能成为抗NAFLD相关肝纤维化的新治疗策略。

四、总结与展望

在NAFLD的发生发展中，脂滴包被蛋白Plin5发挥着重要的作用。Plin5可以促进TG合成及LDs形成，抑制脂解，对抗肝细胞中游离脂肪酸的脂毒性；促进PDM的形成以增强线粒体的功能，减少氧化应激损伤；还可以抑制HSCs的活化。目前，Plin5在NAFLD中的作用还存在一些矛盾之处，这可能与Plin5功能的组织特异性、细胞特异性有关。在NAFLD发展的不同阶段，由于代谢需求的不同，Plin5也可能发挥不同的功能。深入阐明Plin5在NAFLD不同阶段的作用及调控机制，将为Plin5作为NAFLD治疗靶点提供更加充分的理论依据。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。