汪 雯，牛春燕

西安醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，陜西 西安 710077

自噬是細胞對代謝應(yīng)激和環(huán)境變化的一種適應(yīng)性反應(yīng)，通過一種溶酶體降解途徑，將細胞質(zhì)內(nèi)的成分包括損壞的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類、衰老和功能異常的細胞器、多余的細胞質(zhì)甚至病原體降解或去除，以保證細胞的生存，維持細胞的穩(wěn)態(tài)。自噬是哺乳動物細胞降解和回收利用大分子和細胞器(即自我降解)的主要代謝通路，是三大經(jīng)典細胞死亡途徑之一。自噬缺陷或自噬過度耗竭與人類多種疾病有關(guān)，近期研究發(fā)現(xiàn)了自噬在脂肪代謝中的作用。由于肥胖癥在全球的流行，肥胖癥相關(guān)疾病如代謝綜合征(metabolic syndrome，MS)、2 型糖尿病(T2DM)、非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)等逐年遞增，76%的肥胖、幾乎100%的病理性肥胖，以及80%的T2DM合并 NAFLD，而21% ～45%的 NAFLD合并T2DM，NAFLD已被公認為代謝綜合征的肝臟表現(xiàn)和肝臟結(jié)局，以及糖尿病及心血管疾病的獨立危險因子，而所有這些代謝紊亂又均與胰島素抵抗(insulin resistance，IR)、脂質(zhì)代謝紊亂密切相關(guān)[1]。

本文回顧了自噬的研究歷史、NAFLD的研究現(xiàn)狀，并對自噬及其在肝臟脂肪代謝中的作用作一綜述，以期對代謝綜合征及其相關(guān)脂肪性肝病的發(fā)病機制能夠進一步了解。

1 自噬及其機制

經(jīng)典的形態(tài)學(xué)意義上的細胞死亡(程序化細胞死亡，PCD)主要有3種形式:Ⅰ型(凋亡性細胞死亡)、Ⅱ型(自噬性細胞死亡)及Ⅲ型(壞死性細胞死亡)。凋亡和壞死均導(dǎo)致細胞不可逆性死亡，而自噬的結(jié)局則是促進細胞存活。自噬最早是由Ashford和Porten于1962年用電子顯微鏡在人的肝細胞中觀察到的一種現(xiàn)象[2]。自噬有兩大基本功能:①在營養(yǎng)供應(yīng)受限情況下，產(chǎn)生為維持細胞的能量內(nèi)穩(wěn)態(tài)、保持細胞健康所需的底物;②清除衰老、損傷或多余的細胞器，降解細胞內(nèi)成分，促進長壽蛋白和細胞器、大分子物質(zhì)的循環(huán)和再利用。自噬與腫瘤發(fā)生、神經(jīng)退化性疾病、心肌病、克羅恩病、脂肪肝、2型糖尿病以及衰老有關(guān)，并且具有抵御細胞內(nèi)病原、抗原呈遞功能[3]。

自噬過程從機制上可分為一系列不同的步驟:誘導(dǎo)、載體的識別與選擇、自噬體囊泡形成、自噬體-空泡融合，自噬體崩解，以及降解產(chǎn)物重新釋放進入細胞質(zhì)[4]。迄今研究揭示，在自噬的分子機制中，參與自噬體形成的蛋白質(zhì)和多分子復(fù)合物有:PI(3)-結(jié)合蛋白、PI3-磷酸酶類、Rab蛋白、Atg1/ULK1蛋白激酶復(fù)合體、Atg9·Atg2-Atg18復(fù)合體、Vps34-Atg6/beclin1Ⅲ型PI3-激酶復(fù)合體及Atg12和Atg8/LC3共軛系統(tǒng)。自噬－溶酶體系統(tǒng)和泛素樣蛋白酶體系統(tǒng)是2種主要的蛋白降解系統(tǒng)。自噬的信號通道調(diào)節(jié)包括營養(yǎng)信號、胰島素/生長因子通路、能量感知、應(yīng)激反應(yīng)、病原體感染等[5]。

2 自噬在肝細胞脂質(zhì)代謝中的作用及機制

2.1 自噬與肝臟脂質(zhì)代謝紊亂 除了上述基本功能外，近年在代謝綜合征及其相關(guān)脂肪肝、脂代謝異常領(lǐng)域的研究中發(fā)現(xiàn)了自噬的其他功能:(1)作為一種重要調(diào)節(jié)因子參與肝細胞內(nèi)脂質(zhì)貯存的降解和脂質(zhì)代謝[6]，在脂肪肝(fatty liver disease，F(xiàn)LD)的發(fā)生、發(fā)展中有重要病理生理意義[7];(2)生長和分化，代謝調(diào)節(jié)，作為營養(yǎng)缺乏狀態(tài)下的另外一種能量來源，參與維持脂肪穩(wěn)態(tài)[8];(3)胰島素敏感性[9]。

自噬是一個復(fù)雜而高度調(diào)控的過程，需要30多種自噬相關(guān)蛋白參與。免疫熒光雙標(biāo)記研究顯示的脂滴和TG的結(jié)構(gòu)蛋白與自噬的標(biāo)志物－自噬體相關(guān)蛋白LC3(micro-tubule-associated protein 1 light chain 3，MAP1-LC3)的共定位，證實了脂滴與自噬體的直接關(guān)系即自噬參與脂滴的代謝。在不存在脂質(zhì)聚積刺激時，脂滴/LC3共定位在溶酶體抑制的情況下更加顯著，支持自噬在脂滴代謝中的調(diào)節(jié)功能。LC3的表達強度與自噬泡數(shù)量的多少呈正相關(guān)，當(dāng)哺乳動物細胞內(nèi)發(fā)生自噬時，細胞內(nèi)LC3的含量明顯增加。因此，LC3被認為是自噬體的標(biāo)志分子，通過檢測細胞內(nèi)LC3的含量，可以判斷細胞狀態(tài)，判斷其自噬是被誘導(dǎo)還是被抑制[10]。另外一種自噬相關(guān)基因Beclin1基因也稱BECN1基因，是酵母自噬相關(guān)基因Atg6的同系物，也是哺乳動物中最早發(fā)現(xiàn)的參與自噬的特異性基因，主要通過與磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3-K)形成復(fù)合體來調(diào)節(jié)其他的Atg蛋白在自噬前體結(jié)構(gòu)中定位，調(diào)節(jié)自噬活性[11]，其表達強度與自噬活性密切相關(guān)。通過免疫印記檢測Beclin1的表達水平，結(jié)合其他生化指標(biāo)，可對細胞的自噬活性進行動態(tài)監(jiān)測和判斷。

對培養(yǎng)的肝細胞用3-甲基腺嘌呤(3-MA)干預(yù)，或用針對自噬相關(guān)基因Atg5和Atg7的RNA進行干擾，或?qū)⒆允上嚓P(guān)基因Atg5敲除，使細胞的自噬被抑制或缺失后發(fā)現(xiàn)，與對照組比較肝細胞內(nèi)脂質(zhì)負荷(TG聚積)增加;電鏡下也發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)脂滴數(shù)量的體積也顯著增加。哺乳動物在饑餓情況下，自噬可被誘導(dǎo)，繼而發(fā)生脂質(zhì)的降解功能;而當(dāng)肝細胞被給予生脂刺激(如生脂培養(yǎng)基、去膽堿培養(yǎng)基、甲硫氨酸培養(yǎng)基)時，將會出現(xiàn)甘油三酯(triglycerides，TGs)的聚積。體實驗發(fā)現(xiàn)，延長培養(yǎng)肝細胞/鼠高脂肪營養(yǎng)/飲食的時間后，這些模型系統(tǒng)內(nèi)即存在細胞內(nèi)貯脂的自噬代謝下調(diào)甚至衰竭。以上結(jié)果提示，自噬的上調(diào)有利于促進肝臟脂肪的清除，而下調(diào)則促進脂質(zhì)的聚積[12];高脂肪飲食、肥胖情況下肝細胞內(nèi)脂質(zhì)積聚反過來也會負性調(diào)節(jié)自噬活性即下調(diào)自噬，自噬的下調(diào)或減弱又進一步加重了肝細胞內(nèi)的脂質(zhì)聚積，形成惡性循環(huán)[13]，這或許可以解釋肥胖人群為何易患FLD。

2.2 肝臟脂質(zhì)代謝紊亂與IR IR是指靶組織對胰島素的反應(yīng)不敏感，使得胰島素促進葡萄糖的攝取和利用的生物學(xué)效應(yīng)低于預(yù)計正常水平，胰島β細胞代償性超量分泌胰島素的一種狀態(tài)，表現(xiàn)為高胰島素血癥伴代謝應(yīng)激綜合征[14]，IR最初是細胞在應(yīng)激狀況下的一種生理性反應(yīng)，此時其功能主要為參與代謝，但當(dāng)IR持續(xù)存在并成為系統(tǒng)性時則演變?yōu)椴±頎顟B(tài)[15]，IR已成為貫穿多種代謝相關(guān)疾病的主線和共同病理生理基礎(chǔ)，與多種病理狀態(tài)相關(guān):心血管疾病(CVD)、高血壓、多囊卵巢綜合征(PCOS)、血脂紊亂、高血糖、T2DM、肥胖、NAFLD等。

肝臟是脂肪、葡萄糖、蛋白質(zhì)代謝的中心器官，而且是胰島素效應(yīng)的終末器官，在胰島素信號控制之下(與胰島素自身受體結(jié)合)維持碳水化合物穩(wěn)態(tài)、機體的系統(tǒng)性能量穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，胰島素可促進脂質(zhì)合成、抑制脂質(zhì)降解，也可通過間接抑制來自由脂肪組織向肝臟轉(zhuǎn)運的血清游離脂肪酸(FFA)而抑制極低密度脂蛋白(VLDL)的產(chǎn)生，當(dāng)肝臟胰島素信號缺陷及IR發(fā)生時將嚴重影響能量平衡和代謝[16]。肝臟脂肪沉積是由于肝臟內(nèi)TGs的供給、合成與消耗和氧化、清除之間的平衡發(fā)生了紊亂。在外源性高脂飲食、內(nèi)臟肥胖(脂肪組織是最大的游離脂肪酸供給源，游離脂肪酸促進肝臟和肌肉IR，而且產(chǎn)生大量炎性因子，加劇脂質(zhì)代謝紊亂)、營養(yǎng)過剩等情況下，F(xiàn)FA增加，導(dǎo)致FFA向肝臟轉(zhuǎn)移的瀑布式效應(yīng)，VLDL產(chǎn)生增多、高密度脂蛋白(HDL)產(chǎn)生減少，當(dāng)FFA從血漿攝取并且重新合成超過FFA氧化和以甘油三酯形式從肝臟輸出時，合成的TG不能形成VLDL分泌入血而聚集在肝細胞內(nèi)，在細胞內(nèi)FFA以及促炎因子、細胞因子、線粒體功能障礙共同作用下，引起氧化應(yīng)激并導(dǎo)致:①骨骼肌葡萄糖攝取減少、肝糖原合成增加、β細胞功能障礙，胰島素活動中斷，高血糖癥;② 肝臟內(nèi)的FFA通過抑制胰島素誘導(dǎo)的糖原分解和糖原異生抑制作用，促進肝臟IR產(chǎn)生→胰島素清除減少，肝糖原合成增多，上述葡萄糖和脂質(zhì)代謝紊亂使肝臟脂質(zhì)過度合成[17];③ 肝細胞凋亡、星狀細胞活化及后繼的炎癥、肝纖維化、肝硬化[18]。Tatarczyk 等[19]經(jīng)過系列研究后認為肝臟脂肪變可能是導(dǎo)致肝臟IR的直接原因，其機制可能與線粒體脂肪酸β氧化速率增加從而加重ROS產(chǎn)生即氧應(yīng)激有關(guān)。

2.3 自噬在IR與肝臟脂質(zhì)代謝之間可能的關(guān)聯(lián)作用 磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3-K)途徑是胰島素信號四大經(jīng)典通路中的一個重要途徑，參與調(diào)節(jié)胰島素的糖、脂、蛋白質(zhì)代謝效應(yīng)[20]，最近研究發(fā)現(xiàn)，PI3-K途徑同時也是參與自噬調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的重要途徑[21];肝臟自噬不僅嚴重抑制飲食誘發(fā)的肥胖和糖尿病鼠及遺傳性肥胖/糖尿病鼠(ob/ob，db/db)模型的飲食(表現(xiàn)為＞90%的Atg相關(guān)蛋白LC3、Beclin-1、Atg5 和 Atg7 的嚴重下調(diào))，而且顯著削弱上述動物模型體內(nèi)的胰島素敏感性[22]，表明自噬與胰島素抵抗密切相關(guān)[23]。那么，自噬在脂質(zhì)代謝與胰島素敏感性之間(生理性)、FLD與IR之間(病理性)很可能起到一種重要的關(guān)聯(lián)作用，這種關(guān)聯(lián)又將影響肝臟脂質(zhì)代謝及FLD的發(fā)展和預(yù)后。

3 自噬在代謝性疾病治療中的潛在應(yīng)用前景

FLD是一個由單純性脂質(zhì)積聚(脂肪變)到炎癥及細胞損傷的連續(xù)過程，在慢性持續(xù)炎癥、氧化應(yīng)激/脂質(zhì)過氧化、代謝應(yīng)激損傷等狀態(tài)下，細胞內(nèi)脂滴被自噬體隔離后運送至溶酶體并與其融合，最后被降解的效率明顯下降。此時肝細胞自噬功能的減弱不僅促進炎癥發(fā)生，而且因抵御細胞死亡的自噬性保護功能喪失而導(dǎo)致肝臟損傷和脂肪性肝炎的進展[15，24]。自噬與肝臟脂質(zhì)之間的動態(tài)相互聯(lián)系(dynamic cross-talk)直接指向了代謝綜合征的肝臟表現(xiàn)NAFLD。長期攝入富含脂肪飲食，導(dǎo)致血漿及肝細胞內(nèi)脂質(zhì)過度聚積，將可能削弱自噬功能。那么在肝臟脂肪變時，自噬能否能起到一種中心作用，即不僅防御脂肪變而且能夠阻斷脂肪性肝炎和終末期肝病的發(fā)展?自噬是細胞對于環(huán)境變化的有效反應(yīng)，對新陳代謝起著十分重要的作用，提高細胞對低氧的耐受力，保護細胞免于凋亡和壞死的危險。然而，過度自噬或衰竭的自噬也會引起細胞的損傷或死亡或其他病理生理過程[13]。因此，自噬對細胞、組織的作用具有兩面性，是敵是友可能取決于疾病進展的不同階段、細胞周圍環(huán)境的變化，甚至決定了治療干預(yù)措施的不同。

鑒于自噬與肝細胞脂質(zhì)代謝的密切關(guān)系，明確自噬活性在NAFLD發(fā)病中的動態(tài)變化，關(guān)乎NAFLD的發(fā)病機制及潛在的靶向治療可能性。自噬作為一重要的細胞活動被用于維持能量穩(wěn)態(tài)，為治療脂質(zhì)過度積聚和自噬功能減弱的相關(guān)代謝性疾病如FLD提供了新的途徑。因此，若能發(fā)現(xiàn)自噬過程中每一步或某幾步的特異性關(guān)鍵分子靶向，則有望開辟肥胖相關(guān)代謝性疾病的靶向治療藥物研發(fā)新領(lǐng)域。

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