中药防治非酒精性脂肪性肝病研究进展:基于AMPK信号通路

周 琳,周晓玲,梁 甜

(1.广西中医药大学 研究生院,广西 南宁 530001;2.柳州市中医医院 消化科,广西 柳州 545001)

随着代谢性相关疾病的高发,非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)已经成为全世界流行病,亦是引起慢性肝病的主要原因[1]。NAFLD是肝硬化、肝癌的重要致病因素,其发病机制复杂,现仍缺乏有效治疗药物[2]。腺苷酸活化蛋白激酶(Adenosine activated protein kinase,AMPK)是存在于真核细胞中的异三聚体,常表达在肝脏、肌肉等组织器官中[3],又被称为“能量感受器”,其可通过AMP/ATP比值变化被直接激活,亦可通过激活AMPK上游的肝激酶B1(Liver kinase B1,LKB1)、转化生长因子β(Transforming growth factor-beta,TGF-β)激活以及钙调蛋白依赖性激酶β(Calmodulin-dependent protein kinase β,CaMKβ)等激酶间接增加AMPK的活性,从而维持机体能量代谢平衡[4]。研究发现,活化后的AMPK作用于下游靶蛋白,可通过改善肝脏脂质代谢、氧化应激、自噬、炎症反应等过程,减轻NAFLD[5]。近年中药在调控AMPK信号通路治疗NAFLD的研究取得一定进展[6]。本研究就近年来AMPK信号通路对中药复方、中药单体抗NAFLD的研究进展进行综述,了解AMPK信号通路治疗NAFLD的作用机制和中药复方及单体激活AMPK的机理,为NAFLD的预防和治疗提供新思路。

1 AMPK与NAFLD

NAFLD是肝细胞中过量脂质沉积的结果,可通过多种机制激活AMPK信号抵消这些影响[7]。AMPK与肝脏的病理生理有着密切的关系,被认为是改善NAFLD的可行治疗策略[8]。多项研究表明,AMPK调控的信号通路在肝脏内发挥抗NAFLD作用,多与改善脂质代谢紊乱、氧化应激、自噬、炎症级联反应有关[9]。见图1。

图1 AMPK加剧NAFLD的机制

1.1 改善脂质代谢稳态

脂质沉积是NAFLD的特征表现。在肝脏中脂质是以游离脂肪酸(FFAs)的形式存在,当肝细胞内FFAs生成超过消耗时,易诱发脂毒性,引起肝细胞应激、损伤,甚至凋亡[10]。脂质沉积过程与脂质合成、氧化、线粒体功能等有密切关系[11]。研究表明,AMPK可通过抑制脂质合成酶蛋白活性、促进脂肪酸氧化及改善线粒体功能等过程,减少脂质沉积,在调节脂质代谢中有重要作用[12]。固醇调节元件结合蛋白1c(Sterol regulatory element binding protein-1c,SREBP-1c)是调控肝细胞内脂质沉积的主要因子[13],研究表明,活化后的AMPK能够磷酸化SREBP-1c,下调其表达,降低肝细胞内脂肪酸合成酶(FAC)、乙酰辅酶A羧化酶(ACC)等脂肪合成酶活性,减少脂质生成[14]。CHEN等[15]研究发现,AMPK通过调控脂肪酸氧化的关键因子肉毒碱棕榈酰基转移酶-la(COPT-la)、酰基辅酶A氧化酶1(ACOX1)的表达,改善脂肪酸β氧化、减少脂质沉积及脂毒性,缓解NAFLD。进一步研究证明,AMPK 活化后可上调线粒体自噬受体蛋白(FUNDC1)表达,清除受损细胞、保护线粒体功能、改善细胞功能,缓解NAFLD状态[16]。

1.2 AMPK与氧化应激

氧化应激被认为是导致NAFLD肝脏损伤和疾病进展的主要因素[17]。氧化应激反映了活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的产生和细胞抗氧化系统的失衡,产生过量的ROS,并导致细胞损伤[18]。NAFLD脂质代谢紊乱,可激活肝细胞内还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化途径,促进ROS产生及超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、还原性谷胱甘肽(glutathione,GSH)等抗氧化酶的消耗,使得氧化副产物(malondialdehyde,MDA)生成增加,细胞内存在氧化应激反应,进一步加重NAFLD[19]。AMPK是参与肝细胞氧化应激的重要因子[18],AMPK活化后,可激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(proliferator-activated receptorγ-coactivator-1α,PGC-1α)的表达及下游解耦蛋白2(Uncoupling Protein 2,UCP2)活性,在减少ROS生成的同时,增加下游SOD活性,提高肝细胞抗氧化能力[20]。AMPK/核因子E2相关因子(Nuclear factor like 2,Nrf2)亦是有效参与肝细胞氧化应激的重要信号通路。AMPK磷酸化后,可有效激活下游Nrf2,增加细胞相关抗氧化酶的生成,有效减轻肝细胞损伤。DONG等[21]研究发现,AMPK可通过下调脂肪毒性引起的氧化应激,减少ROS的产生及ROS相关炎症级联反应,减少从NAFLD向NASH转化的风险。

1.3 AMPK与自噬

自噬是维持肝细胞微环境平衡、细胞更新的重要机制,也是应激状态下调控细胞的质控体系[22]。自噬是通过自噬溶酶体对细胞内受损细胞器、蛋白质等进行降解,进而维持细胞正常功能[23]。自噬是细胞内的自稳机制,除了对功能异常的细胞器及蛋白等进行动态清除外,亦可选择性降解肝细胞内多余脂质,进而调控肝细胞脂平衡,这一过程称为脂噬[24]。AMPK/雷帕霉素(Mechanistic target of rapamycin,mTOR)是参与肝细胞脂噬的主要信号通路,AMPK活化后可增加下游mTOR及其效应分子微管相关蛋白1轻链 3(light chain 3,LC3)、泛素结合蛋白p62(Ubiquitin binding protein P62)的表达,增强肝细胞自噬,进而加快肝细胞脂代谢,改善胰岛素功能,减缓NAFLD的发生发展[25,26]。研究表明,AMPK活化后,可增强自噬关键酶UNC51样激酶1(UNC-51 like kinase 1,ULK1)的活性,进而调控肝细胞自噬水平[27]。TING等[28]通过建立肝细胞脂肪变性模型,应用自噬抑制剂(3-甲基腺嘌呤,3-MA)和AMPK激活剂(AICAR)/抑制剂(化合物C)干预肝细胞,测定AMPK及自噬因子及脂质含量,发现肝细胞脂质代谢加快可能与AMPK激活自噬反应有关。

1.4 AMPK与炎症小体/炎症

炎症反应在NAFLD发生发展的过程中起着至关重要的作用[29],炎症小体是介导炎症因子的产生和产生强效炎症级联的多蛋白复合物[30]。NLRP3是调控机体炎症反应的关键因子,亦是最具特征炎症小体的代表之一。研究表明,NLRP3炎症小体是AMPK下游的效应因子,当AMPK被激活时,通过抑制NLRP3炎症小体的活性,减少相关炎症级联反应的发生,进而维持肝细胞正常生理功能[31]。此外,研究发现,活化后的AMPK可抑制炎症效应因子转录因子κB(The nuclear factor-κB,NF-κB)的表达,抑制肿瘤坏死因子(Tumour Necrosis Factor alpha,TNF-α)、白介素-8(Interleukin-8,IL-8)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)等炎症介质的分泌,减少炎症浸润[32]。

近年来中药治疗NAFLD已成为NAFLD的相关研究热点,多种中药复方或中药单体被证明可有效减缓NAFLD进展。研究表明,AMPK信号通路是参与肝细胞代谢的重要通路,可通过减轻肝细胞损伤及脂质沉积,进而发挥缓解NAFLD的作用[33]。以下将对中药复方、中药单体基于AMPK信号治疗NAFLD的作用进行阐述(表1),为中药预防、治疗NAFLD提供新思路。

表1 中药复方/单体抗NAFLD机制总结

2 中药复方调控AMPK相关通路治疗NAFLD

疏肝化滞方临床上常用于治疗NAFLD。研究表明,AMPK是疏肝化滞方治疗NAFLD的核心通路之一,通过增加AMPK、SOD的表达,提高肝细胞抗氧化能力,从而达到改善肝脏脂肪变性的效果[34]。研究发现,由山楂、郁金、黄芪、柴胡等组成的脂肝合剂,可激活AMPK,使其磷酸化增加,并下调其下游的SREBP-1C、FAC的水平,增加PGC-1α、COPT-l含量,促进细胞内脂质代谢及脂肪酸β氧化[35]。董璐等[36]研究发现,丹栀逍遥散干预NAFLD大鼠,可激活LKB1/AMPK信号通路,减少下游脂肪合成酶ACC的表达,降低脂肪的合成,减轻肝损伤。石斛合剂可通过激活AMPK/mTOR通路,促进转录因子EB(The transcription factor EB,TFEB)的表达,增加自噬通量LC3表达,维持细胞平衡,进而改善NAFLD合并2型糖尿病(T2DM)的细胞功能及代谢水平[37]。进一步的研究发现,泽泻汤可有效治疗NAFLD,其作用机制与药物激活AMPK,增加其下游PGC-1α、UCP2蛋白的表达,进而增加肝细胞脂肪酸代谢、促进线粒体功能蛋白表达、促进肝细胞修复有关[38]。

3 中药单体基于AMPK通路调控NAFLD

3.1 脂代谢

研究发现,栀子苷是中药栀子的主要活性成分,具有保肝利胆的药理作用。栀子苷可通过磷酸化激活AMPK,调控脂肪合成酶(Fatty acid synthase,FAS)、ACC、丙二酰辅酶 A(Malonyl-CoA)等脂肪合成酶的表达来减少脂肪的合成[39]。ZHANG等[40]通过高脂饮食建立NAFLD模型,予芍药苷水提物干预,发现芍药苷可提高AMPK磷酸化水平,降低糖异生基因磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(Phospho-enolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-Phosp hatase,G6Pase)的表达,并通过拮抗脂质合成途径,改善脂质沉积。WANG等[41]通过检测体内外脂质和脂质分解基因和蛋白的表达,发现大黄素可通过钙/钙调素依赖性激酶(Calcium/calmodulin-dependent kinase kinase CaMKK)激活AMPK,增加脂解相关蛋白和mRNA的水平,有效减少肝脏中脂肪沉积。黄芪甲苷是AMPK的激活剂,可通过增加AMPK的磷酸化来促进其基因表达和激活,减少脂质积累,还可通过诱导SREBP-1c磷酸化,减轻胰岛素抵抗,改善NAFLD[42]。

3.2 氧化应激

天麻素是中药天麻的有效成分,研究发现,天麻素可通过激活AMPK/Nrf2通路,显著提高NAFLD大鼠肝脏SOD含量,降低ROS/MDA,减轻炎症反应,缓解NAFLD[43]。QIN等[44]研究发现,黄连素可通过激活AMPK/PGC-1α信号通路,有效降低糖尿病小鼠MDA含量并增加 SOD、过氧化氢酶(Catalase,CAT)、GSH 的表达,有效抑制细胞氧化应激。桃叶珊瑚苷属于环烯醚萜类化合物,具有护肝保肝作用,桃叶珊瑚苷可通过影响血清SOD、GSH等抗氧化因子含量,及激活Nrf2、AMPK、ACC等因子发挥抗氧化作用,达到护肝目的[45]。许琼梅等[46]研究发现龙胆苦苷干预组较NAFLD模型组,可有效降低血清中游离脂肪酸含量,提高SOD、GSH-Px的表达,减少肝细胞中氧化应激副产物MDA的含量,其抗氧化作用与AMPK/Nrf2信号通路有关。

3.3 自噬

白藜芦醇是一种多酚类化合物,具有抗氧化、抗炎等多种药理作用,研究发现,白藜芦醇可通过cAMP-PRKA-AMPK-SIRT1信号通路激活肝细胞自噬,增加肝脏中LC3-Ⅱ自噬信号因子的表达,增强肝细胞自噬,缓解肝细胞脂质代谢负担及炎症反应[47]。当归多糖是当归的有效用药成分,PING等[48]研究发现,当归多糖可有效降低NAFLD小鼠肝脏中脂肪含量,其降脂作用与激活SIRT1-AMPK 信号途径、增加自噬蛋白表达有关。WANG等[49]通过高脂饮食建立NAFLD小鼠模型,予芒果苷干预12周后,检测小鼠血清中脂质含量、自噬信号通路蛋白表达情况,发现芒果苷可通过激活AMPK/mTOR信号通路增强肝细胞脂噬,缓解肝脏中脂质沉积。

3.4 炎症反应/炎症小体

丹参酮类是从丹参中提取的具有抗炎作用的二萜醌类化合物,丹参酮类可通过激活AMPK信号通路,有效抑制NLRP3炎症小体活化,减少细胞炎症反应[50]。研究发现,穿心莲内酯可有效抑制细胞炎症反应,其抗炎机制与通过调控AMPK/转化生长因子β激活激酶1(TAK1)信号通路,进而阻断TAK1/NF-κB,减低血清中炎症因子IL-6、TNF-α和IL-1水平有关[51]。红景天苷具有抗炎、抗氧化等作用[52],红景天苷可调控硫氧还蛋白相互作用蛋白(TXNIP)/NLRP3通路,通过抑制NLRP3炎症小体激活,减少肝细胞内炎症反应及脂质沉积,进而达到预防NAFLD的作用[53]。

4 结语

NAFLD是肝病发展的重要阶段,应早发现、早干预。NAFLD发病率高、机制复杂,目前临床上尚无特效治疗药物,因此探索新的NAFLD治疗靶点或方法至关重要[54]。NAFLD可归于中医学“肥气”“肝癖”等范畴[55],中医运用整体观点治疗NAFLD,为 NAFLD的治疗开拓了新的思路。通过对中药抗NAFLD的临床及实验研究进行总结,发现中药抗NAFLD常与脂质代谢异常、自噬、氧化应激、肠道菌群等机制有关系[56],但中医药治疗NAFLD也存在相对不足,第一,NAFLD的治疗常以中药复方为主,其复方的临床药理作用及机制研究相对薄弱;第二,临床医生对NAFLD的中医辨证标准不同,导致每个医生对NAFLD的中医治则不一致;第三,NAFLD机制尚未明确,主要表现为脂质堆积、氧化损伤、炎症及纤维化[57],有学者研究认为,多重打击是造成肝细胞脂质堆积及损伤的重要原因[58],而中药具有多靶点、多通路的特点,通过运用中药治疗NAFLD,可发挥传统医药独特的治疗优势。本研究论述了中药基于AMPK信号通路抗NAFLD的作用,从多角度总结了其机制,为NAFLD新药开发提供了新思路。