氧化应激及炎症因子在代谢相关脂肪性肝病中的作用机制研究进展▲

苏会吉 颜耿杰 彭子明 毛德文 龙富立

(1 广西中医药大学研究生院,广西南宁市 530200;2 广西中医药大学第一附属医院肝病科,广西南宁市 530022)

【提要】 代谢相关脂肪性肝病(MAFLD)是全球慢性肝脏疾病的主要类型,我国成人MAFLD的患病率呈快速增长趋势,现已成为仅次于病毒性肝炎的第二大肝病。“二次打击”理论是MAFLD从肝细胞单纯性脂肪变性发展为脂肪性肝炎进而形成肝硬化的主要原因,这个过程包含多种与氧化应激及炎症因子相关的因素,如线粒体功能障碍、内质网应激、铁积聚、菌群失调等。本文对氧化应激及炎症因子在MAFLD中的作用机制进行综述,旨在为MAFLD的诊疗寻找新靶点。

代谢相关脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD) 是以代谢功能障碍为特征,与代谢紊乱、炎症相关的应激性肝损伤,随着病情的进展可导致肝硬化甚至肝癌[1]。2018年该病的全球患病率高达25%,而在我国的患病率已升至28.7%,且逐渐表现为低龄化,严重威胁人们的健康,加重社会经济负担[2]。目前,MAFLD被认为是由多次打击引起的系统性稳态失调的结果。现代医学研究发现,MAFLD主要与胰岛素抵抗、线粒体功能障碍、应激损伤、代谢紊乱和炎症等因素相关[3]。随着人们生活方式、饮食习惯的变化,MAFLD发病率日趋升高,但目前尚未见有关根治MAFLD的药物研究报告,MAFLD的发病机制与防治已成为代谢领域一个备受关注的研究方向。本文对氧化应激及炎症因子在MAFLD中的作用机制进行综述,旨在为MAFLD的诊疗寻找新靶点。

1 MAFLD概述

1.1 MAFLD的特点 MAFLD是一种代谢性疾病,其特征是肝细胞内脂质堆积而导致肝细胞损伤、凋亡,造成肝脏炎症及肝纤维化[4]。MAFLD发病与长期饮酒、肥胖、营养失调有关[5]。研究发现,MAFLD与脑卒中、心血管疾病、多囊卵巢综合征、高尿酸血症、骨质疏松、糖尿病等慢性疾病密切相关[6]。该病早期无明显特异性,发病过程比较隐匿,当肝脏出现炎症时,表现为肝酶升高,若不加以控制,病情持续发展,将会进展为肝纤维化进而形成肝硬化。

1.2 MAFLD的发病机制 MAFLD是遗传因素和外部环境因素共同作用的结果。“二次打击”理论中,第一次打击指胰岛素抵抗,第二次打击指氧化应激和脂质氧化。该理论认为,胰岛素抵抗及久坐的生活方式、不健康的饮食模式是肝脏脂质过度积累的原因;三酰甘油的积聚促进脂肪酸氧化和氧化应激增加;氧化应激会引发脂质过氧化、线粒体损伤和促炎因子的释放,从而促进脂肪变性进展为脂肪性肝炎和肝纤维化。“多重打击”理论中多种协同作用的因子参与了MAFLD的发生和发展,这些因子包括胰岛素抵抗、氧化损伤,诱发遗传变异和其他环境因素等[7]。胰岛素抵抗时,肝内脂肪过度积聚,诱导内源性损害因子的敏感性增加,而活性氧自由基可诱导肝脏实质细胞发生细胞毒素事件,导致细胞出现炎症反应[8],加剧肝损伤,出现肝纤维化、坏死。肝星状细胞(hepatic stellate cell,HSC)被激活后可转化为肌成纤维细胞样细胞,同时活化的HSC可分泌大量的细胞外基质(extracellular matrix,ECM),从而导致活性氧自由基蓄积并损害肝脏的结构和功能。如果肝脏中脂质储存过多会引发肝脏炎症或MAFLD,这些肝脏病变进一步激活HSC,导致ECM沉积增加和基质降解减少,最终导致肝纤维化。除上述因素外,线粒体障碍、内质网应激、肠道菌群改变及铁积聚等也是引起MAFLD发病的重要因素,而与纤维化相关的脂肪性肝炎进展为肝硬化和肝细胞癌等不良结局的风险更大。

2 氧化应激与MAFLD

氧化应激是指体内氧化与抗氧化系统失衡,即体内游离原子团的产生与清除处于失衡状态,导致中性粒细胞炎性浸润,蛋白酶分泌增加,产生大量的氧化产物并造成氧化损害[9]。氧化损害是指由氧化应激产生的活性氧自由基、活性氮自由基对细胞造成的损害[10]。肝细胞出现氧化应激反应的过程是MAFLD发生和发展的核心环节。

2.1 线粒体功能障碍 线粒体是有氧真核生物中的一种膜性细胞器[11]。线粒体功能障碍及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶、诱导型一氧化氮合酶的活性增加,可使机体产生活性氧自由基和活性氮自由基,从而引起氧化损伤。线粒体功能发生障碍后,腺苷三磷酸合成减少,活性氧自由基的消耗量减少但生成量增加,可引起肝脏内脂质沉积,从而加剧肝脏的氧化应激反应,导致肝细胞凋亡。同时,多种因素促发氧化应激产生过量活性氧自由基,消耗还原型谷胱甘肽,导致线粒体功能障碍,而过量的活性氧自由基又可引起氧化应激反应和脂质过氧化反应[12],导致线粒体呼吸链损伤、能量代谢障碍[13],加速MAFLD的进展。活性氧自由基还可以通过激活相关通路促进炎症因子的表达,如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α等的释放,引起腺苷三磷酸枯竭、蛋白质结构和线粒体DNA损伤,最终导致肝细胞凋亡[14]。此外,线粒体内膜上的解偶联蛋白2具有抑制腺苷三磷酸合成和促进活性氧自由基产生、介导脂肪酸β细胞氧化及促进受损细胞坏死的作用[14]。线粒体功能障碍可使解偶联蛋白2表达升高,导致肝细胞短暂或持续性损伤而加重MAFLD。

2.2 内质网应激 在多种内外环境因素刺激下,细胞发生氧化应激而产生活性氧自由基,间接诱导细胞消耗超氧化物歧化酶,进而激活未折叠蛋白反应,导致内质网应激[15]。未折叠蛋白反应可激活蛋白激酶样内质网激酶、活化转录因子6α及肌醇酶1α 3种内质网跨膜蛋白感受器,在脂肪变性初期可以在一定程度上维持内质网蛋白合成的稳定性,但在脂质及活性氧自由基等持续刺激下,上述3种内质网跨膜蛋白介导的信号通路可激活肝细胞炎症,促进凋亡发生,增加脂肪酸的合成及细胞内脂质的积累,加速肝脏脂肪变性的进程[16]。活化的肌醇酶1α还可以催化白细胞介素(interleukin,IL)-1β表达,同时催化具有活性的转录因子X盒结合蛋白1诱导下游TNF-α表达[17-18],而TNF-α和IL-1β是重要的促炎性细胞因子,在脂肪肝炎症的发生发展中发挥着重要作用。炎症发生后肝细胞出现严重的内质网应激,导致Caspase过度活化,促进细胞凋亡。内质网应激还可激活固醇调节元件结合蛋白1c,促进乙酰CoA羧化酶、脂肪酸合成酶等酶基因转录,导致三酰甘油及胆固醇增多,肝细胞内脂质累积,加重MAFLD[19]。

2.3 铁积聚 循环中的铁离子作为氧气的载体,在机体内参与氧化反应。溶酶体中不稳定的铁池、铁蛋白等代谢产物可与花生四烯酸发生协同反应,产生脂质过氧化。存在多种细胞膜中的多不饱和脂肪酸是氧化过程中最易消耗的脂质,可催化活性氧自由基发挥毒性作用,其中毒性最大的是羟基自由基,其可损伤溶酶体、线粒体膜、细胞质和细胞核,从而引起肝细胞损伤。铁依赖产生的活性氧自由基发生氧化应激反应后,可诱导肝内细胞铁积聚,进而影响血脂代谢异常。研究发现,脂肪性肝病患者血清铁水平升高,存在高铁蛋白血症、铁超载现象[20-21]。Tsurusaki等[22]在胆碱缺乏的乙硫氨酸补充饮食小鼠模型中发现肝细胞铁积聚死亡先于细胞凋亡,可导致肝脏损害、免疫细胞浸润及炎症反应,表明铁死亡可能诱发单纯脂肪肝变性的炎症反应。该研究还发现,使用铁螯合剂和抗氧化剂可逆转脂肪肝初期该模型小鼠的肝细胞死亡,抑制氧化应激和炎症反应[22]。而氧化应激和炎性因子会导致或加重铁积聚,进一步促进炎症反应、脂质过氧化和胰岛素抵抗,从而加重MAFLD的病情[23]。

2.4 菌群失调 近年来,肠道微生态研究在MAFLD的发病及诊疗中颇受关注[24]。肠道微生物群的病理改变可以影响肝脏脂质代谢,促进肝脏脂肪沉积、加重肝脏炎症。肠道与肝脏可通过胆道、门静脉、循环系统建立双向联系[25]。当肠道菌群紊乱或肠道屏障受损时,大量的细菌和内毒素通过胆道、门静脉进入肝脏,激活肝细胞表面受体并释放炎症因子,进而损伤肝细胞,最终造成肝脏炎症、肝纤维化。菌群失调是一种肠道慢性炎症性反应[26],其可改变肠道内皮功能,使肠道通透性增加,促进宿主释放脂多糖。脂多糖是炎症级联反应的始发因子,通过激活肝细胞表面特定的Toll样受体信号通路促进促炎细胞因子和炎症通路的表达[27],如释放IL-6和TNF-α并激活核因子κB通路而产生大量促炎因子,使巨噬细胞、中性粒细胞等浸润肝细胞,进而引发一系列的炎性反应,促进MAFLD的发生。有学者通过观察肥胖人群的肠道细菌丰度发现,低细菌富集的特征是总脂肪增多、胰岛素抵抗和血脂异常及严重的炎症,表明肠道菌群多样性的下降可能在MAFLD的发病中起一定作用。此外,调节肠道通透性的Zonulin蛋白表达水平被证实与代谢相关脂肪病变的严重程度呈显著正相关[28]。

3 炎症因子与MAFLD

炎症因子是由免疫细胞及某些非免疫细胞(如成纤维细胞、血管内皮细胞)分泌产生的高活性小分子蛋白质,如TNF、IL、干扰素、生长因子等,其主要来源于异常聚集的巨噬细胞。在MAFLD发展过程中,氧化应激、脂质代谢异常、肝脏脂质沉积和胰岛素抵抗等均会导致肝脏产生炎症反应,促进Kupffer细胞合成并释放TNF-α、IL-6、IL-8、细胞角蛋白18(cytokeratin 18,CK18)及Chemerin等炎症因子[29],导致出现全身炎症反应,且炎症反应经常与氧化应激并存,加重对肝细胞的损害。

3.1 TNF TNF-α是脂肪组织释放的促炎细胞因子,主要表达于单核巨噬细胞。TNF-α不仅使肝脏内脂质的合成增多,还可增加激素敏感性脂肪酶的活性,从而促进脂肪分解及胰岛素抵抗,使血浆中游离脂肪酸水平升高,导致线粒体结构和功能改变,引发氧化应激。研究表明,TNF-α引起的炎症能使小鼠乙酰CoA羧化酶的活性增强,促进脂质合成并堆积,导致肝内脂肪变性及血脂升高[30]。

3.2 IL IL-6是组织损伤、感染时机体产生的促炎性因子。在肝脏炎症初期,肝损伤因子通过血流转移到肝脏,诱导细胞因子信号转导抑制因子3表达,促进全身和局部组织胰岛素抵抗,引起肝细胞脂肪沉积和变性,诱导活性氧自由基生成,加速MAFLD。IL-8是脂肪组织中单核/巨噬细胞产生的炎性因子,参与炎症反应及能量代谢,与肥胖水平呈正相关。研究表明,脂肪肝相关肝纤维化或肝癌患者的IL-8水平增高,提示炎症因子在脂肪肝发展过程中起到一定的调控作用[31]。

3.3 生长因子 CK18是表达于肝脏上皮细胞内的炎性中间丝蛋白的重要组分之一,其水平变化可以反映肝脏上皮细胞情况,肝细胞损伤时CK18被促细胞凋亡因子Caspase-3裂解为具有高度凋亡特异性的片段并释放入血,临床上常将其作为脂肪肝和肝损伤疾病进展的标志物。由于CK18容易被Caspase裂解,血清CK18水平可随着肝脂肪变性的加重而显著增加,因此血清CK18水平升高可作为肝损伤的典型特征[32]。

3.4 脂肪因子 Chemerin是在机体炎症反应和组织代谢中起重要作用的新型促炎脂肪因子。在体循环中,Chemerin水平与代谢综合征的多个组分密切相关,而其直接作用于肝脏免疫细胞可能是其调控肝代谢的潜在机制。Chemerin受体在肝脏组织中呈高表达[33],具有抗炎及促炎双向特性。研究表明,病态肥胖患者的Chemerin水平与脂肪肝生化标志物密切相关,经手术减肥后患者的Chemerin水平明显降低[34]。目前有关Chemerin在代谢相关性疾病中的作用尚存在争议。

3.5 脂质过氧化产物 丙二醛是氧化反应过程中不饱和脂肪酸氧化分解后释放出的反应性醛,可严重破坏生物膜、蛋白质、核酸等大分子物质,导致细胞肿胀、坏死。丙二醛含量可反映机体脂质过氧化程度,从而反映肝损伤的严重程度[35]。丙二醛可间接激活氧化还原敏感性转录因子如核因子κB或活化蛋白1,从而促进Kupffer细胞和其他非实质细胞的细胞毒性,使机体发生炎症反应,促进肝脂肪变性、肝纤维化甚至肝硬化。

3.6 Toll样受体9 Toll样受体9(Toll-like receptor 9,TLR9)是一种模式识别受体,在免疫细胞中表达,可增强核因子κB的促炎作用,使单核细胞/单核细胞来源的树突状细胞增加。研究发现,处于炎症状态的脂肪组织和肝脏组织中的TLR9被激活后可导致代谢相关基因下调,引起代谢紊乱[36]。此外,由结肠上皮细胞诱导和分泌的趋化因子C-C基元配体5可引起结肠菌群依赖性亚临床炎症,该炎症与TLR9激动剂流入门脉循环显著相关[37]。

4 小 结

MAFLD是全球高发的全身系统性疾病,被视为代谢功能障碍的敏感条件和重要因素。前期研究证实,较高的饮食炎症指数与肥胖者的高度肝损害、血清学肝脏标志物(ALT、AST、谷氨酰转肽酶)和脂肪肝指数有关,氧化应激及炎症因子与患者肝内脂肪含量显著相关。因此,氧化应激和炎症因子可能参与了MAFLD的发生和发展。但有关针对MAFLD患者的靶向性抗炎和抗氧化治疗策略尚缺乏充分的临床证据支持,以机体氧化代谢过程为切入点,探究氧化应激及炎症因子如何诱导肝细胞损伤及代谢障碍或可为寻找新的MAFLD诊疗靶点提供有力的科学依据。