能量代谢在巨噬细胞极化促进非酒精性脂肪肝病中的作用①

王若鸿 杨 帆 王国恩 （广东药科大学中药学院，广州 510006）

非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）在人群中占比约为25%，包括从非酒 精 性 单 纯 性 脂 肪 肝（non-alcoholic simple fatty liver，NAFL）、非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）进展为窦周肝纤维化、肝硬化和肝癌等疾病谱［1］。NAFLD 是一个“反复炎症-持续修复”的过程，而肝脏巨噬细胞极化参与NAFLD 进展过程中炎症及纤维化形成［2］。巨噬细胞极化，即巨噬细胞在微环境下显示出不同抗原表达，主要包括特异性表达抗原CD80、CD86、CD40 等经典激活型M1 巨噬细胞和特异性表达CD163、CD206、CD301 等替代活化型M2 巨噬细胞。其中，IFN-γ 和TNF-α 等可诱导巨噬细胞M1 型极化，产生促炎反应；IL-4 或IL-13诱导巨噬细胞M2型极化，分泌IL-10、TGF-β 等，参 与 组 织 修 复 等［3］。近 年 报 道 指 出NAFLD 进展过程肝脏内细胞能量代谢与巨噬细胞极化密切相关。以下介绍肝脏巨噬细胞极化在NAFLD 进展期的特点，并从糖类、脂类、氨基酸代谢等方面综述巨噬细胞极化参与NAFLD发病的机制。

1 NAFLD进展期肝脏巨噬细胞极化特点

1.1 巨噬细胞极化在NASH 中的特点 NAFLD 进展过程中，NAFL 是否存在M1 和M2 型巨噬细胞极化鲜见报道。而NASH 则显示出巨噬细胞M1 型极化偏倚，并与C-C 趋化因子配体3、G 蛋白偶联的胆汁酸受体1缺乏时NLRP3炎症信号激活以及巨噬细胞p38α丝裂原活化蛋白激酶等有关［4-6］。当p38α被敲除或视黄酸受体相关孤儿受体α作用后，M2型巨噬细胞增加进而改善NASH［6-7］。提示巨噬细胞M1型极化在NASH时期占主导。

1.2 巨噬细胞极化在肝纤维化形成中的特点 临床研究发现，NAFLD 患者纤维化进展与M2 型巨噬细胞极化标志物可溶性CD163 增多有关［8］。同样，丙型肝炎病毒等相关的肝纤维化患者肝门静脉周围CD163+巨噬细胞水平升高［9］。M1和M2型巨噬细胞偏倚却鲜见说明。非临床研究中，NASH 相关纤维化肝脏M2型巨噬细胞增加，上调精氨酸酶1进而增加多胺和L-脯氨酸分泌，促进胶原合成；上调TGF-β 激活TGF-β/Smad 信号通路介导肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）分泌细胞外基质、α-平滑肌肌动蛋白［10］。反之，巨噬细胞M1 型极化则维持肝脏内炎症浸润，募集自然杀伤细胞促进HSC 凋亡，减少胶原新生进而阻碍肝纤维化形成［11］。提示肝纤维化中巨噬细胞M2型极化增加。

1.3 巨噬细胞极化在肝硬化中的特点 临床肝硬化患者巨噬细胞活化标志物可溶性CD163 与肝纤维化评分呈正相关［12］。AHMED 等［13］却发现丙型肝炎病毒等相关晚期肝纤维化患者M1 巨噬细胞标志物CD86 显著增加，同时发现M1 型巨噬细胞亚集获得M2 相关细胞因子分泌特征，而M2 型巨噬细胞亚集也能分泌M1 型巨噬细胞相关细胞因子。肝硬化大鼠肝脏巨噬细胞M1 型极化相关的IL-1β、IL-6、单核细胞趋化蛋白-1等以及M2型极化相关的TGF-β1、IL-4 等表达均增强，提示肝硬化肝脏巨噬细胞M1、M2 型极化均有增强［14］。田小霞等［15］研究提示大鼠肝硬化前期以M1 型巨噬细胞增多的炎症反应为主，中期M1 和M2 型巨噬细胞均增加，后期则以M2型为主，促进纤维化修复。其中，M1和M2型巨噬细胞均能促进肝脏癌前病变大鼠肿瘤相关谷胱甘肽S转移酶P 表达［16］。提示肝硬化中巨噬细胞M1和M2型极化比例可升可降。

1.4 巨噬细胞极化在肝癌中的特点 NAFLD 相关小鼠肝脏肿瘤组织M2 巨噬细胞标志物L-精氨酸和M1 相关糖酵解代谢产物1，6-二磷酸果糖（FDP）较周边组织明显增加，提示M1 和M2 型巨噬细胞均有激活［17］。但肝癌细胞过度分泌IL-10 促进巨噬细胞M2 型极化［18］。激活Wnt/β-catenin 通路介导的巨噬细胞M2 型极化能促进肝肿瘤恶性增殖［19］。巨噬细胞M2 向M1 表型转移后能抑制HepG2 肝癌细胞迁移和侵袭［20］。另外，抗肿瘤成分8-溴7-甲氧基白杨素亦能减少M2 型极化相关的CD163［21］。因此，NAFLD 相关肝癌中，巨噬细胞M2型极化较M1型极化明显增强。表明巨噬细胞极化偏倚在NAFLD 不同阶段不尽相同（图1）。

图1 肝脏巨噬细胞极化在NAFLD进展期的特点Fig.1 Characteristics of hepatic macrophage polarization in each stage of NAFLD

2 巨噬细胞极化在NAFLD 进展中的能量代谢调控机制

2.1 糖代谢对NAFLD 相关巨噬细胞极化的影响

与巨噬细胞极化相关的糖代谢途径主要为糖的氧化代谢。热休克蛋白70 家族成员HSPA12A 与巨噬细胞糖酵解关键酶丙酮酸激酶M2 亚型（PKM2）相互作用，增加其转位入核，促进NASH 肝脏内巨噬细胞M1 型极化及促炎细胞因子分泌［22］。而膜蛋白A5 能使巨噬细胞内代谢重编程从糖酵解转换为氧化磷酸化，并与促进PKM2 由单体或二聚体向四聚体转化、抑制PKM2 活性有关。该过程有助于巨噬细胞从M1 向M2 型转化［23］。早前一项研究认为PKM2 活化可减弱LPS 诱导的糖酵解和琥珀酸增加，抑制M1 型巨噬细胞，促进M2 型极化，提示糖酵解代谢产物琥珀酸累积对巨噬细胞极化可能产生影响［24］。同样，NASH 相关肝肿瘤生成相关糖酵解代谢产物FDP 能抑制肝脏炎症性巨噬细胞活化并减少TNF-α［17，25］。提示巨噬细胞内糖酵解启动有助于促进M1 型极化，而糖酵解代谢产物堆积可能抑制巨噬细胞M1 型极化。另外，M2 型巨噬细胞对氧化磷酸化的依赖性比糖酵解高，产生大量ATP 用于激 活M2 相 关Janus 激 酶（JAK）-转 录 激 活 因 子（STAT）6信号通路。其中，只要氧化磷酸化仍活跃，M2型巨噬细胞分化可不需要糖酵解刺激［26］。反之，M1 型极化相关的氧化磷酸化抑制将减少HSC 活化，抑制肝纤维化发展［27］。另一方面，M1 型巨噬细胞 内 戊 糖 磷 酸 途 径（pentose-phosphate pathway，PPP）功能增强，而M2 型极化则抑制PPP 功能［28-29］。此外，M2 型巨噬细胞内尿苷5'-二磷酸（UDP）-N-乙酰氨基葡糖（GlcNAc）、UDP-葡萄糖水平升高，而N-糖基化能维持巨噬细胞M2型极化［30］。NAFLD 相关巨噬细胞极化对PPP、N-糖基化代谢功能的影响鲜见报道。提示NAFLD相关M1型巨噬细胞依赖于糖酵解、PPP 途径，而M2 型极化则主要依赖于氧化磷酸化及N-糖基化代谢。

2.2脂质代谢对NAFLD 相关巨噬细胞极化的影响 巨噬细胞极化相关脂质主要包括脂肪酸和磷脂。首先，饱和脂肪酸（如棕榈酸）能诱导巨噬细胞M1 型极化，并与激活NF-κB 有关［31-32］。而多不饱和脂肪酸（如二十二碳六烯酸）则促进巨噬细胞M2 型极化［31］。DIVKARUNI 等［33］却发现长链脂肪酸氧化对IL-4 诱导的巨噬细胞M2 型极化并非必要，但提高辅酶A 水平对巨噬细胞M2 型极化有利。WU等［31］指出棕榈酸和油酸能直接激活巨噬细胞M2 型极化相关的ARG1 和IL-10 表达，提示长链脂肪酸可能通过非IL-4 介导途径刺激巨噬细胞M2 型极化。NASH 患者肝脏乙酰、丙酰、丁酰、己酰肉碱等短中链脂酰肉碱较正常人群升高［34］，而短中链脂肪酸类是否影响巨噬细胞极化有待研究。另外，磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺等磷脂减弱了Raw264.7 巨噬细胞p65 NF-κB 磷酸化，可能与巨噬细胞M2型极化有关［35］。其次，巨噬细胞极化反过来能调节细胞脂代谢。如IL-4 诱导的M2 型巨噬细胞激活STAT6 和过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子1β，促进脂肪酸氧化［36］。巨噬细胞M1 型极化则下调异柠檬酸脱氢酶活性，促进柠檬酸在细胞质中合成乙酰辅酶A，可能间接促进脂肪酸及磷脂合成，并进一步合成前列腺素［37］。而NAFLD大鼠肝脏内巨噬细胞M1型极化增多，伴随脂肪酸合成相关基因表达增加以及脂肪酸氧化相关基因表达减少。训练能激活脂肪酸氧化及促进巨噬细胞M2 型极化，进而改善NASH［38］。因此，M2 型巨噬细胞与脂肪酸氧化促进有关，M1型巨噬细胞则伴随脂肪酸合成激活。

2.3氨基酸代谢对NAFLD 相关巨噬细胞极化的影响 首先，巨噬细胞极化与精氨酸代谢密切相关。M1 型巨噬细胞内iNOS 介导精氨酸转化为NO 和瓜氨酸。而M2 型巨噬细胞内精氨酸能被高表达的ARG1 转化为鸟氨酸和尿素，鸟氨酸进一步合成多胺和脯氨酸［39］。另外，M1型巨噬细胞内由于IDH活性减弱，α-酮戊二酸（α-KG）生成减少［30］。增强谷氨酰胺分解合成α-KG 则激活巨噬细胞M2 型极化。其中，高α-KG/琥珀酸比例促进巨噬细胞M2 型极化，而低α-KG/琥珀酸比例则刺激M1 型巨噬细胞［40］。天冬氨酸能增强M1 型巨噬细胞相关炎症反应，抑制天冬氨酸-精氨酸-琥珀酸转运功能将减少M1 型 巨 噬 细 胞 表 型 相 关NO 及IL-6 水 平［30，41］。CHEN 等［42］指出丝氨酸通过mTOR 信号通路促进巨噬细胞IL-1β 产生和炎症小体激活，改变巨噬细胞转录组和代谢谱。提示精氨酸代谢调节NAFLD 相关巨噬细胞M1、M2型极化，谷氨酰胺分解代谢主要调节M2型极化，而天冬氨酸、丝氨酸代谢可能与M1型极化有关。此外，与肝脏脂肪变性相比，NASH 患者肝脏内亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸水平升高［34］，但亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸是否影响巨噬细胞极化有待研究。

3 总结与展望

综上，NASH 时期出现巨噬细胞明显聚集，M1型极化占主导，NASH 相关肝纤维化则以M2 型极化为主。肝硬化中巨噬细胞极化偏倚不明确，而NASH 进展为肝癌时，巨噬细胞M2 型极化占主导。不同阶段NAFLD 相关巨噬细胞发生极化偏倚主要与能量代谢有关。糖代谢中，NAFLD 相关M1 型巨噬细胞依赖于糖酵解、PPP 途径，而巨噬细胞M2 型极化依赖于氧化磷酸化及N-糖基化。M2 型巨噬细胞与脂肪酸氧化、磷脂类代谢有关，而M1 型巨噬细胞主要与脂肪酸合成有关。另外，NAFLD 相关巨噬细胞M1、M2型极化与精氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、丝氨酸等氨基酸代谢有关。可采取抑制巨噬细胞极化及调节能量代谢治疗NAFLD，纠正不同NAFLD 时期相关巨噬细胞极化，改善NAFLD。如膦酸盐可消耗巨噬细胞抑制NASH 肝脏炎症及产生保肝作用［43］。能量调节剂绿原酸可能通过抑制糖酵解及脂肪酸合成相关基因下调巨噬细胞M1 型极化［44］。因此，靶向能量代谢可改善NAFLD相关巨噬细胞极化，为防治NAFLD提供依据。