缺氧对代谢相关脂肪性肝病发病的影响研究进展

黄操 刘江

非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是指排除酒精、病毒性肝炎、免疫性肝炎或长期使用促进脂质转化的药物等因素，通过影像学或组织学检测到＞5%的肝细胞发生脂肪变性[1]。随着临床对NAFLD 的深入研究，“多重打击”学说认为遗传易感性基础上以平行或协同作用方式交织众多因素是NAFLD 的发病机制。NAFLD 是多系统代谢功能紊乱累及肝脏的表现。国际专家共识提出将疾病名称改为代谢相关脂肪性肝病（metabolic associated fatty liver disease，MAFLD），并制定了全面而简便的诊断标准，该标准与饮酒量无关，基于肝脏脂肪变的证据，同时满足以下3 项条件之一：超重或肥胖、2 型糖尿病、代谢功能障碍[2-4]。

MAFLD 和NAFLD 最显著的区别是，诊断MAFLD不需要考虑酒精摄入及其他慢性肝病，存在代谢异常才是诊断所必须的[3]。胰岛素抵抗引起的肝脏脂肪堆积是第一个也是最核心的代谢异常[5]。以往对阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS）患者的研究提示，OSAS 通过缺氧影响胰岛素敏感、脂质代谢、炎症和纤维化，影响NAFLD的发生、发展[6]。在新的研究中，Tomar 等[7]对78 例接受了多导睡眠图并有完整病例资料的慢性肝病患者分析发现，OSAS 与MAFLD 存在相关性，且提供了MAFLD 而不是肥胖作为OSAS 病因的流行病学证据。本文就缺氧对MAFLD 发病的影响研究进展作一综述。

1 缺氧促进胰岛素抵抗的形成与发展

胰岛素抵抗是指胰岛素反应性细胞对胰岛素的反应低于正常，而肝脏是空腹血糖和极低密度脂蛋白（very low-density lipoprotein，VLDL）的产生部位，在VLDL 中包含着血清中的大部分TG，MAFLD 患者抑制葡萄糖和VLDL 产生的能力受损，导致高血糖和高TG 血症。因此，MAFLD 与超重或肥胖、胰岛素抵抗和2 型糖尿病等代谢性疾病密切相关，被认为是代谢综合征的肝脏组成部分[8-10]。

胰岛素抵抗的发病机制包括氧化应激、亚硝化应激、羰基应激、内质网应激和遗传毒性应激的产生，这些应激反应进一步诱导如未折叠蛋白反应、泛素蛋白酶体途径、DNA 损伤反应、Nod 样受体热蛋白结构域相关蛋白3 炎症体和细胞凋亡；此外还包括胰岛素靶细胞的应激反应失调，如自噬、热休克反应和核因子红系相关因子-2 信号，每一种应激、应激反应和应激反应失调都以多种方式导致胰岛素抵抗[11]。缺氧可上调12/15-脂氧合酶，其代谢产物15-羟基二十碳四烯酸等可激活NF-κB、诱导型一氧化氮合酶，以及平滑肌细胞和脂肪细胞的线粒体氧化应激，并降低这些组织中胰岛素受体的磷酸化和表达，使胰岛素抵抗加重[12-13]。

脂肪组织缺氧可导致脂肪细胞死亡并释放脂肪酸，从而导致血浆游离脂肪酸增加，同时缺氧降低脂蛋白脂肪酶活性，降低脂蛋白清除率，诱导血液中TG 浓度升高，促进胰岛素抵抗发展[14]。Thomas 等[15]研究揭示缺氧通过促进骨骼肌中磷酸腺苷激活的蛋白激酶来诱导小鼠的胰岛素抵抗。此外，硒蛋白P是主要在肝脏分泌的一种肝因子，直接影响糖脂代谢，与胰岛素抵抗呈正相关，在人体和大鼠肝细胞的研究中发现缺氧通过下调microRNA-203 的表达介导硒蛋白P 的上调，加速胰岛素抵抗的发生[16]。

在细胞和动物模型中发现，缺氧通过激活缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）来促进肝脏TG 蓄积、坏死性炎症及纤维化，HIF 由HIF-1α、HIF-2α、HIF-3α、HIF-1β 组成，是连接缺氧与肝脏脂肪变及脂肪肝的重要桥梁[6]。α 亚单位受脯氨酸羟化酶（prolyl-hydroxylase domain，PHD）的调控，在常氧条件下，HIF-α 在PHD 作用下发生羟基化，进一步与E3 泛素连接酶von-Hippel Lindau 蛋白结合后泛素化进而降解，而缺氧时PHD 失活，导致HIF-α 稳定表达，和NF-κB 共同参与增强脂肪细胞的炎症通路，导致脂肪组织胰岛素抵抗和其他代谢紊乱[17-18]。有两条途径控制HIF-1α 的蓄积，分别是JAK-信号转导和转录激活因子3 信号通路以及磷脂酶A2-溶血磷脂酰胆碱通路。此外，活性氧（reactive oxygen species，ROS）可导致β 细胞功能障碍而影响葡萄糖稳态，研究表明HIF-1α 可使β 细胞中ROS 水平升高，这与其促进胰腺β 细胞的主要促氧化酶NADPH 氧化酶-4 的表达和活性增加有关[19]。

与之相反的是，脂肪细胞和肝细胞中表达的HIF-2α 对糖耐量降低及胰岛素抵抗具有保护作用[20]。HIF-2α 是编码抗氧化酶基因的有效激活剂，HIF-2α 的过表达可防止缺氧诱导的超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）mRNA 减少，间歇性缺氧上调HIF-1α 的同时下调HIF-2α 的水平，当HIF-2α 的降解被阻断时，SOD2 的活性恢复，使ROS水平正常化，有助于减轻胰岛素抵抗[18]。

此外，高血糖素样肽1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）可诱导β 细胞体积扩大并增强胰岛素的分泌，二肽基肽酶4（dipeptidyl peptidase 4，DPP-4）则可降解GLP-1，在小鼠模型中发现肥胖降低循环血中GLP-1 水平并增加DPP-4 水平，而HIF-1α 敲除可阻断这些变化进而改善胰岛素抵抗，这也意味着HIF-1α 可能为2 型糖尿病的治疗提供一个新的靶点[21]。

亦有学者发现神经酰胺通过抑制蛋白激酶B（protein kinase B，Akt/PKB）的激活来抑制脂肪细胞对葡萄糖的摄取和糖原合成，影响胰岛素抵抗的发生、发展，其机制主要为激活非典型蛋白激酶C 亚型蛋白激酶C zeta 来阻止Akt/PKB 的转移；激活蛋白磷酸酶2A 使Akt/PKB 去磷酸化，缺氧可通过激活神经酰胺合成的关键酶如中性鞘磷脂酶、棕榈酰转移酶、葡萄糖酰神经酰胺的合成酶促进机体内神经酰胺水平上升，进一步影响胰岛素抵抗[22-24]。

2 缺氧促进肝脏炎症

缺氧是慢性炎症组织的共同特征，HIF 在炎症和免疫中发挥重要作用，包括通过激活巨噬细胞和某些类型T 细胞以及炎症细胞因子表达的调节[25-26]。HIF-1α 和HIF-2α 在其中起着不利作用，这涉及HIF 的肝细胞特异性和免疫细胞特异性作用，通过von-Hippel Lindau 蛋白缺失，肝细胞特异性的HIF-1α 和HIF-2α 激活会加重脂质积累、肝脏炎症及纤维化，并使促炎细胞因子表达增加。HIF-1α 促进脂肪细胞的炎症反应，其组织特征是经典活化的M1 型巨噬细胞的浸润，而这种巨噬细胞的表型受到HIF-1α 依赖和HIF-1α 非依赖途径的影响[27-28]。

在脂肪性肝炎的治疗研究及对HIF 通路的干扰指向HIF 激活有助于炎症。在脂肪性肝炎小鼠模型中，使用地高辛可以抑制HIF-α 通路的激活，减少中性粒细胞和单核细胞浸润并减轻肝脏损伤[29]。骨髓特异性HIF-1α 的稳定表达加重脂肪变性和炎症，使肝细胞巨噬细胞浸润增加，巨噬细胞表达HIF-1α，进而上调NF-κB 活性来刺激炎症反应[30-31]。此外，HIF-2α 可通过控制肝细胞富含组氨酸糖蛋白的产生影响肝脏炎症，富含组氨酸糖蛋白尚可诱导M1 型巨噬细胞的表达，有助于脂肪性肝炎的发生[32]。

在OSAS 患者中发现夜间缺氧的严重程度和脂肪肝的严重程度相关，包括肝脏炎症，而与其他危险因素无关[33]。暴露于慢性间歇性缺氧的小鼠肝脏可见HIF-1α、TNF-α 和NF-κB 水平增加，这种由OSAS 诱导的炎症可能由抗炎调节性T 细胞和促炎性Th17 之间的平衡改变介导，在喂食高脂饮食的小鼠中该平衡移向促炎性Th17 细胞，在注射亚硝酸钠模拟慢性间歇性缺氧后这种变化则更加明显[34-35]。

3 缺氧促进肝脏纤维化

纤维化是脂肪肝最严重形式的关键组成部分，而且和患者预后差以及高死亡率相关。研究表明，慢性间歇性缺氧通过诱导HIF-1α 激活而上调血管内皮生长因子A、血管内皮细胞生长因子受体2等血管生成因子，以及导致Treg/Th17 失衡，从而加速脂肪性肝炎和纤维化的形成[34，36]。胆管结扎小鼠模型1 周后即可检测到肝脏缺氧和HIF-1α 表达增加，6 周后可在肝组织中发现NF-κB、TNF-β 增加，同时肝组织中出现胶原蛋白的积累，而HIF-1α 缺陷能减少胶原蛋白合成和致纤维化因子的产生[37]。高脂饮食诱导的脂肪肝中可见明显的组织缺氧和HIF-1α 表达增加，而HIF-1α 敲除可防止这种模型的肝脏纤维化[33]。

研究显示缺氧肝细胞在HIF-1α 作用下表达纤溶酶原激活物抑制因子1 增加，导致胶原和细胞外基质过度积累而促进纤维化，棕榈酸处理的人肝脏胚胎肿瘤细胞也显示出HIF-1α 水平升高，Ⅰ型胶原蛋白和纤维连接蛋白表达增加，促进纤维化发生，而HIF-1α siRNA 处理可以阻止这一现象[38]。

肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSCs）是肌成纤维细胞和细胞外基质沉积的主要来源，在肝纤维化中有重要作用。缺氧增加活化的HSCs 中Ⅰ型胶原蛋白的表达，HIF 则是分离的HSCs 中胶原合成基因表达以及胆管结扎肝脏中HSCs 激活剂（包括血小板生长因子-B）生成所必需的[30]。此外，库普弗细胞亦可激活HSCs，分离的库普弗细胞暴露于缺氧时血小板生长因子-B 表达增加[39]。因此，HIF 可能通过多种机制参与肝纤维化，包括调节肝细胞、库普弗细胞和肝星状细胞中纤维生成介质的表达，并促进异常血管生成。

4 缺氧与MAFLD 相关性肝癌

肝细胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是第五大常见癌症，也是全球癌症相关死亡的第四大原因[40]。HCC 起源于肝硬化，而肝硬化由慢性肝病进展而来（如病毒性肝炎、MAFLD、酒精性肝病），调查发现MAFLD 相关性HCC 在日本和韩国的所有肝细胞癌中所占的比例分别为2.0%和12.2%[41-42]。已发现HIF-1α 和HIF-2α 在HCC 组织中的表达水平高于周围非肿瘤组织，两者的高表达与较差的肿瘤分级、血管浸润和肝内转移相关[43]。这提示HIF 在HCC 的发生、发展中起着重要作用。

HCC 的发展伴随着血管形成，而血管形成是缺氧刺激和生长因子依赖的过程，但由于血管内皮生长因子诱导的新生血管不成熟，其效率低下而不能纠正肝脏缺氧[44]。HIF-1α 可诱导TNF-α、胰岛素样生长因子-2 等生长因子，促进细胞增殖和存活，也可上调肿瘤微环境中赖氨酰氧化酶样蛋白2 的表达来促进HCC 中血管形成[45-46]。HIF-1α 尚可通过HIF-1α / 过氧化物酶体激活γ 受体/ 丙酮酸激酶M2轴促进肿瘤细胞糖酵解，导致肿瘤加速生长[46]。HIF-2α 的作用尚不明确，有研究表明其通过上调PI3K-Akt-mTOR 途径激活脂质合成，促进NAFLD 相关性HCC 进展[47]。

5 预防和干预缺氧的作用及临床应用转化

通过减肥降低MAFLD 患者内脏脂肪含量，或氧疗来改善长期低氧状态，以及调脂药物控制患者的血脂，可在一定程度上预防和缓解脂肪肝的形成[48]。随着对发病机制的了解，目前已开发了HIF-1α 和HIF-2α 的拮抗剂，主要用于治疗各种癌症[49]。有报道HIF-2α 拮抗剂短期应用于高脂饮食诱导的肝脂肪变性小鼠时，可减少脂肪量并改善代谢状况，显示了其在肥胖和代谢相关性疾病中的治疗前景[50]。另外，PHD 抑制剂也可通过HIF-2α 依赖性机制增加肝脏胰岛素而降低胰高血糖素敏感性来改善体内代谢[51]。但这些仍需要在更严重的MAFLD 和MASH 模型中进行研究。

综上所述，缺氧及相关的HIF 对MAFLD 的发生、发展有重要影响，参与了肝脏胰岛素抵抗、脂质聚积、炎症反应、纤维化以及HCC 等多个过程。尽管临床对它们的作用机制仍未明确，但总的来说，缺氧及HIF 激活在MAFLD 中是不利的。进一步的研究需充分阐明HIF 激活在脂肪肝和脂肪性肝炎中的作用机制，所涉及的调节脂质合成、纤维化和促炎基因表达的信号通路，并可以此作为有效的治疗靶点。