酒精性肝病致糖尿病相关作用机制的研究进展

张紫薇 张金山 刘艳 权海燕

(延边大学附属医院，吉林 延吉 133000)

随着全球酒精消费的激增和酒文化的盛行，酒精性肝病(ALD)的发病趋势日益增长〔1〕。ALD是指酒精引起肝脏的急慢性损伤，慢性ALD起病隐匿，疾病进展缓慢，多数患者确诊时已进展到肝硬化，极大地增加了医疗负担，缩短了患者寿命〔2〕。研究发现多数ALD晚期的患者合并糖尿病(DM)，目前此类患者仍缺乏特异性强、效果明显的治疗方法〔3〕。肝脏是糖类代谢的主要场所，酒精引起的肝脏损伤影响了糖类的正常代谢，进而增加了DM患病风险。本文概括了ALD致DM的相关作用机制和信号传导通路，探讨了二者相互作用、促进疾病的发展，为继续深入研究ALD继发DM的发病机制及寻找更为有效的诊断治疗方法提供理论依据。

1 ALD与DM

1.1ALD DM以早期单纯的脂肪变性为特征性病理改变，随着氧化应激、内质网应激、炎症反应、肠道微生物紊乱等作用，使肝脏逐步损伤进而引起酒精性肝炎、酒精性肝硬化。ALD已经成为全球主要的疾病负担之一，是等待肝移植患者中第二大常见病因，美国10年间新增了45%等待肝移植的ALD患者〔4〕。在中国，ALD的患病率也日趋上升，为4%～6%，Chang等〔5〕一项回顾性分析显示北京302医院11年间ALD患者住院率从1.7%上升至4.6%(上升170%，趋势0.05)；中国西北部地区由于文化环境因素导致ALD患病率达8.7%〔6〕。ALD起病与生活方式相关，长期饮酒或狂饮为条件因素，慢性者起病隐匿，患者就诊时多已出现肝脏酶学的异常、脂肪变性，甚至纤维化。因其与饮酒量和饮酒时间有明显相关性，治疗上戒酒尤为重要，常规应用抗氧化类药物、促进乙醇代谢等药物治疗和营养支持治疗，晚期肝硬化患者则需要肝脏移植治疗〔6,7〕。

1.2DM DM是最为常见的慢性代谢性疾病之一，在过去的30年间DM全球患病率已经增加了两倍，国际DM联盟估计2019年DM患者约4.63亿，全球卫生支出10%用于DM〔8,9〕。DM病因繁多，不同病因导致的DM发病机制有明显差异，但大部分机制又有相同之处，胰岛素抵抗、β细胞功能缺陷是起病的两个基本环节，炎症免疫应答、肠道微生物紊乱、中枢胰岛素抵抗等也参与了疾病的进展。DM及其并发症增加了全球范围内的死亡率和致残负担，是缩短人类预期寿命的第九大原因，卫生费用支出占全球卫生费用总支出的12%〔8,9〕。由ALD导致DM早期研究可以追溯至20世纪60年代〔10〕。也有部分学者用“肝源性DM”来概括慢性肝病与DM之间的临床关系，并把ALD导致的DM划分为其中的一类，但目前还未得到广泛认可〔11〕。

2 ALD继发DM的机制

2.1酒精介导的胰岛素传导通路 胰岛素主要通过磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)途径和丝裂原活化蛋白激酶/肾素-血管紧张素系统(MAPK/Ras)途径进行肝内信号传导。目前关于PI3K/Akt途径的研究表明慢性酒精喂养可减少肝细胞表面的胰岛素受体数量，使胰岛素-胰岛素受体复合物内化受损，也可以降低胰岛素受体底物(IRS)水平并抑制IRS磷酸化〔12〕。磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(PIP3)作为PI3K/Akt途径中关键的第二信使，酒精处理可使PIP3转化为磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸，减少PIP3水平，抑制Akt磷酸化，从而阻断Akt膜易位和活化〔13〕。酒精能够影响Akt靶蛋白，如叉头框转录因子(FOXO)1、糖原合成酶激酶(GSK)、甾醇调节元件结合蛋白(SREBP)-1，进而抑制糖原合成，使葡萄糖水平升高，引起胰岛素抵抗〔14,15〕。在MAPK/Ras途径中，MAPK包括4个传统的亚家族，细胞外信号调节激酶(ERK)1/2、p38亚基、c-Jun N端激酶(JNK)和ERK5〔16〕。Guo等〔17〕通过实验表明慢性乙醇暴露导致ERK、JNK和p38磷酸化水平降低，表皮生长因子为MAPK的激动剂，可激活MAPK从而改善慢性乙醇诱导的肝脂肪变性。酒精暴露使ERK和p38磷酸化显著降低，肝细胞中ERK1/2的活性异常，可扰乱葡萄糖稳态，降低能量消耗，诱导胰岛素抵抗〔18〕。酒精介导的PI3K/Akt途径和MAPK/Ras途径，引起肝细胞损伤，降低肝细胞对胰岛素的敏感性，破坏葡萄糖稳态，导致胰岛素抵抗，随病情进展胰岛素抵抗逐渐加重，当β细胞功能失代偿时可发展为DM。

2.2免疫炎症反应ALD可通过酒精引起的直接或间接免疫炎症反应，影响肝内胰岛素信号传导，进而对DM的发生发展起促进作用。免疫炎症机制主要涉及促炎细胞因子、Toll样受体(TLRs)和肠道微生物。

核因子(NF)-κB是一个可诱导转录因子家族，被认为是炎症反应的主要调控因子，其能够调控免疫和炎症反应建立过程中的相关基因转录，典型的激活途径是由肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1β等细胞因子及TLRs激动剂触发〔19〕。实验性ALD进化过程与Kupffer细胞中铁介导的NF-κB活化和TNF-α诱导之间存在因果关系，在Kupffer细胞中激活铁依赖的核因子κB抑制蛋白激酶(IKK)/NF-κB途径，可以引起慢性ALD的炎症损伤〔20〕。同样MAPK也参与了Kupffer细胞的炎症应答，乙醇喂养的大鼠模型中，乙醇的代谢产物4-羟基壬烯醛抑制MAPK家族中的ERK，乙醇诱导使细胞色素P450 2E1激活，导致4-羟基壬烯醛的作用增强，与Akt形成加合物，使Akt磷酸化减少〔17〕。Akt磷酸化减少影响了肝脏中脂质和葡萄糖代谢，干扰了组织对胰岛素的敏感性，引起胰岛素抵抗，可增加进展为DM的风险。

TLRs是一组跨膜蛋白，介导多种病原体天然免疫应答，其家族中TLR4在触发ALD致DM的炎症反应中起着重要作用。乙醇可引起消化道黏膜损伤，使黏膜通透性增加，肠道细菌进入体循环或通过肝肠循环，释放脂多糖(LPS)〔21,22〕。LPS又称内毒素，是G-菌细胞壁的成分之一，可被TLR4识别，通过髓系分化因子(MyD)88依赖途径激活炎症反应。白介素-1受体相关激酶(IRAK)和含Toll/白介素1受体结构域受体蛋白(TIRAP)是TLR4/MyD88通路的重要成员，LPS受体识别LPS后与TLR4形成复合物，启动信号通路，TIRAP为底物使MyD88与TLR4结合，将IRAK复合物整合到此复合物中，IRAK被分离出来，TNF受体相关因子被整合进复合物中，从而激活NF-κB和丝裂原活化蛋白，释放炎症因子〔23〕。Cai等〔24〕通过实验证明减少或阻断PI3K/NF-κB通路介导的炎症反应可以减轻肝损伤。因此，炎症反应直接或间接影响了胰岛素信号传导，调节NF-κB的促炎性因子或TNF-α等炎症因子，有助于调节肝脏组织对胰岛素的敏感性，从而减慢ALD的进程和DM的发生发展。

2.3氧化应激 酒精在肝脏中通过乙醇脱氢酶(ADH)系统进行代谢，引起肝脏氧化应激反应。ADH在胞质中，将乙醇氧化为乙醛，产生的乙醛进入线粒体，被乙醛脱氢酶代谢为乙酸/乙酰辅酶A，并产生能量〔25〕。乙醇的另一个代谢途径由内质网中的微粒体将乙醇氧化成乙醛，即微粒体乙醇氧化系统，位于滑面内质网的细胞色素P450(CYP)是微粒体乙醇氧化系统的主要组成部分。CYP家族是混合功能氧化酶系统中的末端氧化酶，能代谢各种内源性底物和外源性物质，如药物、毒素、致癌物、脂肪酸等〔26〕。有3种CYP同工酶可以氧化乙醇，分别是CYP2E1、CYP1A2、CYP3A4〔25〕。CYP2E1激活O2,消耗还原型辅酶Ⅱ-细胞色素P450还原酶，提供还原型辅酶Ⅱ，从而产生活性氧(ROS)，导致脂质过氧化，耗尽线粒体中主要的抗氧化物质谷胱甘肽和S-腺苷甲硫氨酸〔27〕。酒精通过CYP2E1诱导肝细胞出现氧化应激，初期可通过抗氧化酶上调抵抗细胞毒性，但慢性酒精消耗的动物模型中，抗氧化酶水平不能进一步升高防止氧化损伤〔28〕。酒精代谢所产生的ROS会导致脂质、膜、蛋白质、DNA的损伤，引起胰岛素信号传导异常，目前几种公认的机制包括，诱导IRS丝氨酸/苏氨酸磷酸化、干扰胰岛素信号成分再分布、降低葡萄糖转运蛋白4的基因转录、改变线粒体活性〔29〕。酒精介导的肝脏氧化应激反应通过破坏胰岛素传导途径，可引起胰岛素抵抗，刺激β细胞增加胰岛素分泌水平，使β细胞耗竭，导致DM。

2.4内质网应激 内质网应激是ALD主要致病机制之一。在内质网折叠能力及未折叠肽的流动间具有稳态平衡关系，酒精导致这种稳态被打破，表现为未折叠蛋白分子的异常积聚，即未折叠蛋白反应，引起脂肪生成、炎症、凋亡等通路的异常激活，这种细胞的病理反应即内质网应激〔30〕。内质网应激通过激活SREBP-1c影响从头脂肪合成，引起肝细胞脂肪变；表现出LPS攻击后的内质网应激标志物；通过上调凋亡蛋白的表达，如葡萄糖调节蛋白78、葡萄糖调节蛋白94、应激性凋亡蛋白C/EBP同源蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12，促进细胞凋亡〔31,32〕。Tribbles同源蛋白(TRB)3不仅参与胰岛素信号传导，同时也是内质网应激的产物蛋白。内质网应激通过应激性凋亡蛋白C/EBP同源蛋白诱导TRB3，从而抑制Akt活性，干扰肝细胞胰岛素信号转导；也可以通过激活JNK，抑制IRS-1，导致胰岛素抵抗〔33,34〕。此外，乙醇介导的胰岛素信号通过蛋白激酶R样内质网激酶、IRE-1α、活化转录因子6三个主要的内质网应激级联传感器促进肝细胞的损伤和坏死〔35,36〕。因此，内质网应激可加剧胰岛素抵抗的发生，胰岛素抵抗同时可促进肝细胞的损伤，使ALD和DM共同进展。

2.5脂质代谢调节 ALD通过影响脂质代谢进而影响糖代谢。酒精暴露使多种脂质调节因子或脂肪生成酶信号传导异常，使三酰甘油在肝细胞内蓄积。碳水化合物反应元件结合蛋白(ChREBP)介导ALD脂肪从头生成途径，其可以调节脂肪酸合成酶、甘油磷酸酰基转移酶等脂肪生成所需的关键酶〔37〕。慢性酒精喂养的小鼠通过抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)和蛋白磷酸酶2A使ChREBP去磷酸化而激活从头脂肪生成途径；短期乙醇狂饮的小鼠可通过沉默信息调节因子(SIRT)1乙酰化而激活此途径，从而促进肝脏脂肪变性〔38,39〕。Zhang等〔37〕研究表明，脑肌类芳烃受体核转位样基因1缺陷的小鼠，通过Akt/ChREBP途径可抑制从头脂肪合成，从而调节脂质稳态，具有保护ALD的作用。ALD导致的DM除影响三酰甘油、胆固醇等中性脂质的蓄积外，也影响生物活性脂质的蓄积。生物活性脂质是具有维持细胞稳态和影响免疫传导的一类脂质介质，如神经酰胺，其在ALD继发DM的脂质代谢机制中具有代表性。神经酰胺属于鞘磷脂类，是细胞膜的主要成分之一，是细胞信号传导的第二信使，具有诱导氧化应激、调节胰岛素信号转导和脂肪氧化等生物学功能。通过体外实验发现，ALD与神经酰胺水平升高有关，鞘磷脂酶系中的中性鞘磷脂酶和酸性鞘磷脂酶活性增强，神经酰胺合酶1、5、6表达增加及编码相关酶系基因SMPD1和SMPD3 mRNA水平增加，表明了神经酰胺参与乙醇介导的ALD〔40〕。也有研究表明神经酰胺刺激蛋白磷酸酶2A使Akt去磷酸化，从而破坏IRS1下游胰岛素信号传导，而神经酰胺对蛋白磷酸酶2A活性的影响可能依赖AMPK的调节〔41,42〕。此外，脂肪因子也参与肝脏脂质调节，其中瘦素具有提高胰岛素敏感性的生物学作用。瘦素在IRS/PI3K途径中，作用于SH2B1的SH2结构域蛋白与JAK2、胰岛素受体蛋白结合，介导PI3K途径的激活，引起FOXO1信号传导，FOXO1参与糖异生过程，瘦素影响葡萄糖代谢〔43〕。酒精可通过影响脂肪代谢相关基因和蛋白、生物活性脂质、脂肪因子等脂质调节因子，调节肝脏脂质稳态促进或保护ALD的进展，进而影响胰岛素信号的传导，调节胰岛素敏感性，对DM的发展起到促进或缓解作用。

综上，ALD可称作生活方式代谢性疾病，由于长期酒精消费或狂饮导致的肝细胞脂肪蓄积，引起肝脏乃至全身的物质代谢紊乱，其中脂质和葡萄糖稳态失衡可导致DM的发生，其作用机制都包含氧化应激、炎症反应、内质网应激、免疫反应、脂毒性代谢损伤等。上述机制交互作用，形成复杂而紧密相关的机制网络，影响肝脏内胰岛素信号的正常传导，使胰岛素对组织的敏感性降低，出现胰岛素抵抗。胰岛素的摄取减少，引起高胰岛素血症，升糖激素的分泌进一步刺激外周胰岛素水平升高，致病因素长期存在使β细胞功能失代偿，无法满足正常糖代谢的需求，引起机体脂质、能量代谢紊乱，最终发展为DM〔44,45〕。胰岛素信号转导的异常使肝脏糖脂代谢紊乱促进了肝脏的损伤，两种疾病相互影响不断进展。

随着人口老龄化趋势的加重，慢性疾病的发病率逐渐升高，ALD导致的DM逐渐受到关注，虽然可通过戒酒等生活方式的干预减轻肝脏的损伤，但由于作用机制复杂、确诊时间延后、缺乏特异性药物治疗，仍需要深入的基础研究，为疾病诊断、治疗提供更多的选择。