非酒精性脂肪性肝病的病理生理机制研究进展

吴钟英 综述 李鹏 审校(贵州省贵阳市公共卫生救治中心，贵州 贵阳 550000)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是上世纪80年代发现的一种代谢综合征，其主要特征是脂质在肝脏中蓄积，且脂质蓄积的量大于肝总重量的5%，并排除长期大量饮酒[1]。该病不仅已成为世界上大部分地区最常见的慢性肝病，而且在西方发达国家发病率是第一位[2]。近20年来，NAFLD在慢性肝病中的比例由47%上升到75%，预计将在未来10年内成为肝硬化、原发性肝癌(HCC )的主要原因[3]。该病发病率较高与肥胖密切相关。肥胖的主要病因是由于高热量饮食和低体力活动，其直接后果为胰岛素抵抗(IR)和血脂异常，上述危险因素得不到缓解，诱发内质网应激、线粒体功能异常、星状细胞活化促进NAFLD的发生、发展。

1 内质网应激

内质网(ER)是真核细胞中膜状细胞器，是蛋白质合成、折叠、修饰、转运的场所，参与脂质和类固醇合成，以及钙离子(Ca2+)储存，在维持细胞内环境稳态中发挥重要的作用。当缺氧、缺血、炎性因子释放等应激导致内质网堆积过量的未折叠、错误折叠蛋白质，诱发一系列反应叫做内质网应激(ERS)[4]。

1.1ERS通路 内质网不仅是蛋白质折叠加工与质量控制的场所，也是细胞内调控钙离子稳态及多种脂类合成的重要细胞器，其内环境的稳定对于细胞的正常生理功能至关重要。正常情况下，内质网将合成、加工修饰后的蛋白质转运到高尔基复合体，并作为膜蛋白或分泌蛋白发挥生理作用。当ER腔内积累过多错误折叠或未折叠蛋白时，ER平衡遭到破坏，细胞将启动未折叠蛋白反应(UPR)[5]，通过增强ER内蛋白折叠、促进自噬和内质网相关蛋白降解 (ERAD) 等方式增强ER对错误折叠或未折叠蛋白的清除能力。当前认为主要由3种内质网膜跨膜蛋白介导UPR，分别是：肌醇依赖酶l ( IRE1)、蛋白激酶R样内质网激酶 (PERK)和活化转录因子6 (ATF6 )[6]这三条信号通路在维持细胞内稳态及缓解内质网应激发挥重要作用。(1)IRE1通路：IREl位于真核细胞ER膜上的I型跨膜蛋白上，具有激酶和内切酶活性的蛋白质[7]。正常情况下，IRE1在ER腔内与分子伴侣葡萄糖调节蛋白78 ( GRP78 )结合，处于失活状态。当ERS条件下，IRE1与GRP78解离，活化的IREl剪切并编码x盒结合蛋白1(XBP1)，XBP1激活下游UPR的基因表达，可促进蛋白质的折叠、ER相关蛋白降解( ERAD )、蛋白质易位[8]。(2)PERK通路：PERK位于ER膜上的I型跨膜激酶，内质网应激时与结合免疫球蛋白蛋白(BIP)解离并发生二聚化和反式自身磷酸化激活，PERK活化后能够磷酸化起始因子2α(EIF-2α)，使其阻断多肽链合成的起始阶段, 阻止启动蛋白质翻译的功能, 促进胞内蛋白整体合成水平下调[9]。(3)ATF6通路：ATF6是一种II型ER跨膜蛋白，与ER膜共价结合，当其胞内错误/未折叠蛋白聚集激活ATF6，ATF6先转入高尔基体，由高尔基体蛋白酶S1P和S2P对该分子进行切割，产生较短的ATF6片段，ATF6片段进入细胞核内，促进错误/未折叠蛋白反应靶分子等基因转录激活编码XBP-1、CHOP等基因[10]，上调ERAD途径的组分蛋白[11]。

1.2ERS与肝脏代谢紊乱 高脂饮食或IR引起机体游离脂肪酸升高，升高的脂肪酸促进肝细胞对脂质的摄取及合成增加，当脂质在肝脏内积累超出肝细胞的代偿能力时，UPR通路被异常激活，IRE1的激活通过上调NF-κB的表达，引发肝细胞炎症因子如IL-1β、TNF-α的分泌增加，巨噬细胞向肝脏迁移增多，同时TNF-α也会诱导肝细胞凋亡，导致肝细胞损伤，加重NASH[12]。PERK通过增加NF-κB的活性促进炎症因子的分泌并引发炎症，而ATF6可以通过磷酸化AKT来激活NF-κB。最近的研究表明，内质网膜的脂质饱和可以独立于未折叠蛋白激活UPR，支持脂质在内质网应激反应中的直接作用。研究已证实，从肝细胞脂肪样变到肝细胞炎症的发生，ERS贯穿整个过程，可见内质网应激在NAFLD中发挥重要作用。

2 线粒体功能异常

线粒体的主要功能是氧化磷酸化为机体提供充足的供能[13]，并参与细胞多种功能：如脂肪酸的β氧化、细胞内Ca2+平衡调节、活性氧簇( ROS )的产生、胆固醇及激素的合成等[14]。能引起的线粒体数目、结构、质量、功能的变化的各种因素均可导致其功能障碍[15]。研究[16]表明，线粒体功能障碍与代谢性疾病等多种疾病关系密切，对肝脏细胞存活产生不利影响，导致肝细胞代谢紊乱，引发慢性肝损伤。

2.1线粒体氧化应激 研究[17]发现，长期高脂、高糖饮食，肝细胞中游离脂肪酸升高超过细胞代谢负荷时，会诱导大量的ROS产生损伤线粒体，受损的线粒体产生更多的ROS，最终导致NASH的发生，该过程涉及JNK和AMPK等信号通路异常表达。研究[18]证明，通过上调抗氧化反应基因的表达，增加线粒体ATP的生成，减少ROS生成，线粒体氧化应激反应减弱，进一步降低 NASH 炎症反应程度。此外，肝细胞抗氧化因子如：谷胱甘肽、辅酶泛醌、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等分泌减少与肝脂肪性病变的严重程度关系密切[19]。研究[20-21]显示，NAFLD患者中谷胱甘肽在线粒体中水平明显下降，这与胆固醇水平在线粒体内膜的上升，阻碍谷胱甘肽向线粒体转移有关。各种因素导致ROS生成过多，线粒体呼吸链功能紊乱，进一步加重ATP生成不足、氧化应激异常等，而呼吸链功能紊乱、ATP生成不足以及脂肪酸代谢紊乱再进一步促进ROS的大量产生，最终加剧线粒体功能障碍，促进NAFLD的进展。

2.2线粒体脂质代谢异常 线粒体是脂肪酸氧化和ATP合成的重要场所，当线粒体内脂肪酸堆积或脂肪酸氧化异常时，ATP合成能力降低，可导致肝细胞损伤和肝细胞死亡，引发NASH。研究发现，在NAFLD患者和小鼠模型中均存在脂肪酸β氧化和ATP合成降低的异常现象，这充分说明线粒体在能量代谢和NAFLD中扮演重要角色。腺苷单磷酸活化蛋白激酶(AMPK)和过氧化物酶体增殖物激活受体a(PPARa)是将线粒体和细胞代谢串联起来的重要信号通路。AMPK是细胞能量代谢变化的感受器，激活后提高脂质代谢相关酶类活性，加快脂质分解代谢氧化供能，改善细胞对胰岛素的敏感性，加强细胞对葡萄糖的摄取。AMPK也可以通过抑制脂肪酸合成酶、乙酰辅酶A羧化酶活性减少脂质的合成，抑制过多的脂质在肝细胞中沉积沉积[22]。而PPARa主要是通过调控脂质代谢相关基因来实现对能量代谢的影响。当细胞中PPARa表达水平下降时，脂肪酸氧化酶基因水平也随之降低，影响细胞对脂肪酸的氧化利用，最终出现细胞能量代谢异常。PPARa作为脂质能量代谢通路上关键基因，还与法尼醇X受体通路进行交汇，协同调控葡萄糖、脂肪酸、胆汁酸的代谢，从而影响能量代谢，在NAFLD的发展过程中发挥重要作用。线粒体损伤会引起ATP生成不足、ROS过度生成，而这些功能异常会导致线粒体的二次损伤，加剧肝细胞损伤，形成恶性循环促进NAFLD的进展。

3 星状细胞的活化

在肝纤维化生成过程中，需要多种不同类型细胞协同作用，其中HSC是主要的胶原生成效应细胞，而库普弗细胞和肝细胞参与纤维生成的辅助调节。在正常肝脏中，HSC处于静止状态，但在肝细胞受到刺激时被激活，HSC由静止表型向活化表型转变，成为主要产生细胞外基质的细胞类型[23]。而Kupfer细胞通过分泌如转化生长因子β/Smad3(TGF-β /SMAd3)启动肝纤维化，同时也促进星状细胞增殖，维持肌成纤维细胞表型，并通过TGF-β/SMAd3信号通路促进胶原合成[24]。TGF-β/SMAd3下游有许多促纤维化介质，最重要的是NOX4[25]和结缔组织生长因子(CTGF)[26]。活化的HSC的迁移和增殖是纤维化的两个基本特征，而这两个特征的维持是依赖TGF-β刺激来实现的，当然也受三磷酸鸟苷(Rho GTPase)信号和血小板源性生长因子(PDGF)受体β表达的刺激[27]。与炎症反应类似，LPS诱导TLR4介导的信号转导是纤维化的重要调节因子。而TLR4是通过激活NF-κB并表达NF-κB依赖的基因触发炎症样反应。虽然这种炎症通路不能直接促进HSC的活化，但它能增强HSC对TGF-β的促成纤维反应能力。肝纤维化的发展过程涉及细胞因子和趋化因子介导的HSC表型变化，这些变化也有利于细胞外基质的重塑及沉积[28]。此过程包括：HSC的增殖受生长因子的刺激，如PDGF，通过Ras/Erk和Ras/PI3K信号通路，促进有丝分裂信号传导。HSC的趋化，Kupfer细胞和脂肪细胞释放的PDGF和MCP-1是HSC最重要的趋化因子。内皮细胞外基质被活化的HSC释放的金属蛋白酶(MMP)-2和-3降解，并被胶原纤维取代[29]，是肝纤维化初始重构的重要部分。释放细胞因子(如TGF-β1、PDGF等)的放大效应[30]，从而通过自分泌机制维持星状细胞的激活状态。

4 结论与展望

NAFLD的发病率正快速增长，使其成为最常见的疾病，其发病机制特别复杂，涉及到遗传和环境因素的相互作用。目前普遍认为，当大量FFa聚集在肝细胞中，引起ROS过度生成、内质网络应激、线粒体损伤，促进NAFLD进展。最终由此产生的细胞损伤，触发免疫介导的肝细胞损伤和凋亡机制，诱发星状细胞激活和纤维组织的生成，最终发展为肝硬化、肝癌。在过去的几年里，关于NAFLD发病机制的研究积累了大量的数据，但目前还没有针对该病公认可行的疗法。因此，去除病因、积极治疗原发病、坚持合理饮食、加强运动，改变不良的生活方式是治疗的根本。由于肝活检通常不能被广泛推荐，因此需要能够预测病情变化或监测治疗反应的敏感生物标志物。随着广大科研工作者对NAFLD发病机制的关键问题进行深入研究，在细胞、动物和人类肝脏疾病模型中进行广泛的验证，将会建立新的公认可行的诊断及生物预测指标，使NAFLD能够得到更有效地防治。