非酒精性脂肪肝的发病机制及潜在药物研究进展

叶子昊 祝可欣 贺宇涵 何栋升 张景正

非酒精性脂肪肝(NAFLD)是一种以脂质过渡堆积为主要临床症状的代谢综合征, 此类疾病主要是由肥胖、二型糖尿病以及高脂血症所诱发的。其发病的不同阶段主要包括非酒精性单纯性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver, NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steato hepatitis, NASH),肝硬化(hepatic sclerosis, HS)和肝癌(hepato cellular carcinoma, HCC)[1]。脂肪性肝病的发病率呈现出逐年升高的趋势,已经成为影响人们健康的第二大肝脏疾病。相关研究表明, NAFLD发病率在我国约为15%, 而在欧美地区则在20%以上[2,3], 因此, 阐明NAFLD的具体发病机制, 并针对具体机制寻找对应的治疗药物, 具有非常重要的临床应用价值。本文将重点介绍导致NAFLD的相关发病机制及治疗药物的研究进展, 为NAFLD的治疗和新药的研发提供理论参考。

1 非酒精性脂肪肝(NAFLD)的致病机制

NAFLD的发病机制复杂多样, 作为机体最主要的代谢器官, 其代谢产物涉及到机体的多个器官和系统, 而器官之间、系统之间及器官和系统之间都存在千丝万缕的联系, 并非独立存在和工作, 除此之外, 肝脏代谢产物与氧化应激、炎性反应以及胰岛素抵抗之间也有着相互的联系。因此, 需要统筹各个器官和系统以及分子生物学基础, 进行综合的评价和研究。目前被大多数人认可的NAFLD的发病机制有以下几种。

1.1 二次打击学说及多重打击学说 1998年Day和James共同提出了非酒精性脂肪肝的“二次打击”学说。该学说认为胰岛素抵抗可以引起机体内脂质过度堆积, 从而引发内源性损害因子的释放, 形成对NAFLD的首次打击[4]。被活化的内源性损害因子进一步通过氧化应激、脂质过氧化, 损害肝细胞线粒体功能, 导致DNA损伤, 引起肝脏细胞的凋亡和炎性细胞浸润, 最终形成肝脏纤维化和肝脏炎症[5]。但是临床当中NAFLD的诱发因素多种多样, 二次打击学说已经出现了一定的局限性, 因此在该学说的基础上,又提出了“多重打击”学说[6]。该学说认为, 在NAFLD发生发展过程中, 存在着多种损伤间的相互作用, 包括胰岛素抵抗、内源性损害因子、遗传因素、氧化应激、肠道菌群失衡和环境及饮食因素的多重影响[7]。

1.2 胰岛素抵抗(insulin resistance,IR) 临床研究表明IR是NAFLD的始动及中心环节[8], 并且此类观点已经从临床、流行病学和生物化学方面得以证实[9]。胰岛素作用的靶器官主要有肝脏、骨骼肌和脂肪组织, 这些组织和器官对胰岛素敏感性降低的现象称为IR。一般情况下, 胰岛素与胰岛素受体结合后, 可以促进底物的磷酸化。当胰岛素作用的效应器官对胰岛素的敏感性降低后, 将出现胰岛素的代偿性增多, 最终发展为高胰岛素血症, 一旦胰岛素代偿性分泌增多, 可以促进肝脏合成总胆固醇(total Cholesterol, TG), 还可以提升低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL), 导致脂蛋白脂肪酶失活, 减少TG的清除, 大量的TG在肝脏中不断累积, 最终诱发NAFLD的产生。此外,IR导致脂肪代谢减少, 脂肪分解增多, 肝脏摄取大量的游离脂肪酸, 而脂肪酸的β氧化受到高胰岛素血症的抑制, 大量的游离脂肪酸堆积在肝脏当中, 加重肝细胞脂肪变性[10];另有研究发现, NAFLD患者的胰岛素抵抗程度与其病情进展正相关[11]。此外, 近期研究发现,IR与瘦素(leptin, LP)、抵抗素(resistin, RES)和脂联素(adiponectin, ADPN)的分泌密切相关, 如王雅媛等[12]研究发现, ADPN表达量的多少可以从一定程度上用来预测NAFLD的发生。RES是一种含有一段108个氨基酸的前肽脂肪细胞因子, 因具有对抗胰岛素的作用而得名。另有研究发现, 高脂饲料诱导的肥胖鼠和转基因肥胖鼠的脂肪组织和血清中均出现高表达水平的RES[13]。RES的激活可以诱导炎性因子的释放, 促进肝脏纤维化的发生[14]。瘦素(Leptin, LP)是一种由脂肪组织分泌的蛋白质类激素, 其表达水平与肝脏中脂肪病变程度呈正相关的关系[15], 其可能的机制主要是通过中枢抑制饮食摄入, 提高交感神经活性, 增加代谢率和糖异生等有关[16]。

1.3 肠道菌群失衡 从胚胎发育的过程可以发现, 肠道和肝之间有着多层次的依赖关系。环境因素、免疫水平、胆汁的分泌、胃液酸碱度的变化、肠道蠕动功能受损等都可能引起肠道微生物紊乱。生理稳态情况下,肠道微生物群和肠道互利共存,表现为共生模式,促进机体健康,因此被人们称之为人体密不可分的“后天器官”[17]。而重症患者肠道微生态遭到破坏,益生菌群减少,有害菌群增多。肠道微生物通过感知肠道应激时产生的各种不良信号,改变其表型和毒力,由共生模式向致病模式转变,造成机体损伤。大量研究发现, 肠道微生物紊乱与NAFLD的发生发展具有非常密切的联系[18-20]。如有研究发现, 肠道内菌群失调会发生代谢紊乱, 使毒素进入肝脏等器官, 干扰胆汁酸代谢、促进碳水化合物发酵, 最终产生内源性乙醇等, 加重NAFL[18]。Ley等[19]发现, 采用两种不同饮食之后, 发现与肥胖和胰岛素抵抗相关的肠道微生物群落组成发生了变化。IR是NAFLD的一个重要特征, 通过抗生素治疗, 能够改善IR[20]。另有研究报道, 在中国的一个队列中, 61%的NAFLD患者检测到产生大量酒精的肺炎克雷伯菌(HiAlcKpn), 为了研究HiAlc细菌与脂肪肝疾病之间的关系, 他们用HiAlc Kpn喂养了无特定病原体(SPF)的小鼠, 值得注意的是, HiAlc-Kpn喂养可诱发慢性肝脂肪变, 其研究了肠道菌群不平衡与严重NAFLD病变(即NASH和纤维化)的关系, 结果显示, 瘤胃球菌数量的增加与纤维化程度的加重呈正相关[21]。在一项比较NAFLD患者和健康人的肠道微生物组的研究中, 相对于健康的非肥胖成人个体水平, NAFLD患者的革兰氏阴性细菌和拟杆菌含量均升高, 厚壁菌呈现出降低的趋势[22]。

1.4 遗传因素 目前已发现NASH的发生风险受单核苷酸基因多态性的影响。Patatin样磷脂酶域3(patatin like phospholipase domain containing protein 3, PNPLA3)是近年来发现的与NAFLD患病密切相关的patatin样磷脂酶家族成员之一[23,24]。有研究发现PNPLA3发生突变后, 会对正常的蛋白酶体降解具有拮抗作用, 增加NAFLD的发生危险及严重程度。NAFLD患者PNPLA3基因rs738409位点GG基因型和G等位基因分布频率明显高于健康人群, 编码GG基因型和G等位基因携带者NAFLD遗传易感性明显增加[25]。另有研究发现,编码肝脏脂滴蛋白17β-羟基类固醇脱氢酶13型的基因高表达,可以促进肝脏细胞的损伤[26]。其他与NAFLD相关的SNP基因包括神经粘蛋白、葡萄糖激酶调节蛋白等。除此之外, 个体的免疫力水平、代谢速率等都与遗传有关。分子机制的研究发现, PNPLA3-I148M如果不能被有效降解和泛素化, 会增加三酰甘油的堆积[27]。此外, PNPLA3-I148M还可以通过激活星形细胞, 促进肝组织的纤维化和炎症[28]。TM6SF2是一种重要的跨膜蛋白, 携带编码此蛋白的基因型个体, NAFLD和肝纤维化的发生概率更高。GCKR是葡糖激酶调节蛋白, 携带编码此蛋白的基因型个体, 肝脏纤维化程度以及血清中三酰甘油水平均升高[29]。

1.5 固有免疫调节失衡 NAFLD的发生发展常常伴随着固有免疫系统的失衡。最新研究发现, 非酒精性脂肪肝炎的主要特征是出现了大量的固有与浸润的免疫细胞群[30,31]。肝脏中的巨噬细胞活化,可以诱导活性氧的产生,影响NAFLD的发病进程。体内的枯否细胞被活性氧或LDL激活后, 使胆固醇摄取增加, 另外, 枯否细胞的激活, 可以促进TNF-α和IL-1β生成, 最终引起持续的炎性反应[32,33]。另外, T细胞介导的炎性反应可以加速肝细胞的损伤,并促进脂肪肝的形成[34]。此外,有研究发现,淋巴细胞(Lymphocyte, LCs)也可以参与代谢性疾病的调控[35]。如2型ILC (ILC2)可以调节脂肪细胞的分化和促米色脂肪细胞的生成[36], 进而调控白色脂肪组织的分解与代谢, 降低总体脂肪量, 同时也可以通过提升底物对胰岛素的敏感性,改善患者的胰岛素抵抗和NAFLD症状。

2 潜在治疗药物

2.1 降脂类药物 脂质代谢紊乱是NAFLD患者主要的临床特征, 而且是NAFLD向肝炎和肝硬化发展的重要因素, 因此, 降脂成为针对NAFLD患者治疗的一种重要途径。目前, 降脂效果最好的药物为他汀类药物, 其机制主要是通过抑制羟基甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoA reductase, HMG-CoA), 从而阻断肝胆固醇的合成, 进而引起肝脏代偿性LDL受体的合成, 从而使血浆LDL及LDL的清除增加, 同时, 他汀类药物还可以发挥抗氧化和抗炎作用[37]。但他汀类药物在使用过程中存在较多的问题, 如产生肝脏毒性和肌肉毒性[38]。近年来人们发现抑制前蛋白转化酶枯草溶菌素9(proprotein conver tase-subtilisin-kexin type 9, PCSK9) 可以明显降低LDL的水平。另有实验研究发现, 他汀类药物联合使用PCSK9抑制剂, 比单独使用他汀类药物效果更好[39]。此外, 对于他汀类药物不耐受的人群, 可联合使用依折麦布和PCSK9抑制剂(IIb, C)[40]。

2.2 胰岛素增敏类药物 IR是NAFLD发病进程中的关键环节, 因而提升效应器官对于胰岛素的敏感性成为治疗NAFLD的一种重要途径。目前, 临床上常用的胰岛素增敏剂主要有以下几种:(1)二甲双胍:此类药物结构中含有两个胍基, 可以通过减少肝糖的生成、增加糖代谢, 改善效应器官对胰岛素的敏感性。有研究显示, 二甲双胍可以明显降低NAFLD患者谷丙转氨酶、胰岛素和C肽水平, 但是对于肝脏纤维化和肝脏炎症的改善效果并不显著[41,42]。(2)噻唑烷二酮类:此类药物可以特异性的结合并活化(peroxisome proliferator activatedreceptor-γ, PPAR-γ, PPAR-γ), 改善胰岛素抵抗、参与糖脂代谢, 并能抑制LP表达及TNF-α表达, 从而减少肝脏脂质沉积, 并抑制肝脏炎症和纤维化形成。(3)胰高糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1, GLP-1):是一种肠促胰岛素(incretin), 由小肠L细胞分泌, 它可以促进胰岛素的分泌、诱导β细胞增殖、抑制餐后糖原释放和延缓胃排空。有研究显示, GLP-1受体激动剂与受体结合后, 可以提升效应器官对胰岛素敏感性, 促进脂肪酸氧化、降低脂质生成改善糖代谢[43]。

2.3 调节氧化应激和炎症的药物 大量研究显示, 氧化应激和脂质过氧化参与了NAFLD的“二次打击”, 并且与肝脏炎症、肝纤维化和细胞凋亡密切相关[44,45]。如有研究发现, 维生素E可以明显减轻NASH患者的肝脂肪变性、肝纤维化[44]。另有研究发现, 水飞蓟素当中的活性成分水飞蓟宾, 可通过减少氧化应激和炎性反应改善肝脏纤维化, 逆转NAFLD[45]。氧化应激与炎症存在着密不可分的联系, 而NAFLD的发生发展也与炎症密切相关。当肝脏细胞受损后, 炎性因子被大量释放,并引起炎性浸润和细胞凋亡,最终诱发NASH。Elafibranor 是过氧化物酶体增殖物激活受-α(PPARα) 和受体-δ(PPARδ) 的激动药。研究表明, elafibranor具有改善胰岛素敏感性、平衡血糖、调节脂质代谢以及降低炎性反应的作用[46]。Cenicriviroc (CVC)是一种强效的C-C趋化因子配体抑制剂。研究表明,CVC通过抑制CCR2和CCR5募集炎性单核细胞、巨噬细胞以及淋巴细胞和肝星状细胞, 从而抑制NASH向纤维化的发展[47], 目前该药已经进入三期临床试验。

2.4 抗纤维化的药物 肝纤维化程度常用来判断NAFLD的进展, 而且临床治疗多以改善肝脏纤维化作为治疗的终点。有研究表明, 肝星状细胞(HSCs) 的激活可以加重肝纤维化的程度[48]。半乳糖凝集素-3(Gal-3) 蛋白与炎症和肝脏纤维化有着密切的联系, 通过抑制Gal-3, 可以明显减少动物肝脏纤维化的症状, 并且临床试验也显示其对NASH与桥接性纤维化的受试者具有较好的治疗效果[49]。另有研究发现, 通过抑制CC类趋化因子受体2型(CCR2) 和5型(CCR5) 可以明显减少肝脏炎症, 削弱HSCs和肌纤维母细胞的迁移、活化和增殖, 最终产生抗炎和抗纤维化作用[50]。吡非尼酮是转化生长因子-β抑制剂, 临床用于治疗特发性肺纤维化, 另有研究发现, 其可以明显改善动物肝脏纤维化的病理特征[51]。

2.5 调节肠道菌群和免疫功能药物 近年来的研究显示肠道菌群失调与肝脏疾病和癌变密切相关[52], 因此通过饮食、益生菌、益生元和其他药物操纵微生物组是治疗NAFLD在内的肝脏疾病可行的研究方向。有研究发现, 益生元可以通过减少脂肪的生成, 降低(fatty acid synthase, FAS)等基因的表达, 最终减少肝脏TG的积累[53]。另外, 益生菌还可以修复“肠漏”, 并通过调节核受体的表达和改善肝脏和脂肪组织中的胰岛素抵抗从而延缓NAFL进展为NASH[54]。Malaguarnera等[55]的临床研究发现, 双歧杆菌可以明显改善NASH患者的血脂、IR指数、肝组织炎症和肝纤维化。王辉等[56]的研究发现, 双歧三联活菌片可以明显降低NASH大鼠模型血脂、炎性因子、脂多糖及脂联素的水平。

3 展望

NAFLD是多器官、多系统之间相互关联和影响而产生的,单纯针对某一发病机制采取干预难以达到理想的治疗效果,因此, 针对NAFLD的治疗,应综合考虑多方面的发病因素, 采取多靶点多途径的治疗措施。针对NAFLD的多重打击途径,设计多靶点的治疗药物可能是未来此类药物研发的一种趋势。