果糖代謝與非酒精性脂肪性肝病的機(jī)制關(guān)系

王泳而 汪艷

近40年來(lái)，加工飲食中大量使用蔗糖和高果糖玉米糖漿。與此同時(shí)，肥胖和非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)在全球的發(fā)生率也逐年上升。多項(xiàng)臨床研究顯示，果糖而非葡萄糖可以顯著促進(jìn)肝臟的脂質(zhì)原發(fā)合成(DNL)、發(fā)生胰島素耐受，以及增加內(nèi)臟脂肪含量[1-3]。在多種方式誘導(dǎo)的NAFLD動(dòng)物模型中，高果糖高脂飲食模型有最接近人類(lèi)NAFLD的病變特征。目前比較普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為，果糖攝入過(guò)多與代謝綜合征和NAFLD的發(fā)生之間存在著重要的相關(guān)性。

果糖在自然界中以果糖單糖或與葡萄糖結(jié)合的蔗糖雙糖的形式存在。果糖還作為聚糖組分，存在于硫酸軟骨素、角質(zhì)素、硫酸皮膚素、透明質(zhì)酸、硫酸乙酰肝素和肝素等人體組織的細(xì)胞外間質(zhì)。人體攝入果糖的自然來(lái)源，一部分來(lái)自果蔬，更多則來(lái)自攝入淀粉的水解轉(zhuǎn)化[4]。純果糖單糖與純葡萄糖相比被人體口服正常吸收的量相對(duì)有限。目前關(guān)于果糖代謝的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)多是基于對(duì)果糖單糖的實(shí)驗(yàn)性觀察。果糖特異性的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 GLUT-5(SLC2A5)在十二指腸和小腸、腎臟組織存在高水平表達(dá)。骨髓、腦和肝臟組織也有GLUT-5表達(dá)但水平比較低。近期一項(xiàng)采用同位素示蹤和代謝組學(xué)技術(shù)觀察正常小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，正常飲食中的低濃度水平的果糖大部分會(huì)先在小腸組織進(jìn)行代謝，之后進(jìn)入門(mén)靜脈的是果糖經(jīng)過(guò)代謝轉(zhuǎn)化的多種衍生物和中間產(chǎn)物；一旦進(jìn)食高濃度果糖(大于1 g/kg)超出小腸的代謝能力，未經(jīng)代謝的果糖會(huì)直達(dá)肝臟和結(jié)腸微生物群[5]。

果糖代謝通路的重要限速酶果糖激酶C在肝臟高度表達(dá)。肝細(xì)胞攝入大量果糖可出現(xiàn)異常代謝反應(yīng)。果糖與葡萄糖雖然有相同熱量值，但果糖在肝細(xì)胞的代謝途徑不同于葡萄糖，其最大特征是不受胰島素調(diào)節(jié)影響，即為非胰島素依賴(lài)性代謝，果糖攝入可迅速提高肝細(xì)胞DNL速度。事實(shí)上，果糖分解代謝過(guò)程的影響涉及到了代謝綜合征相關(guān)的主要通路。果糖代謝可以誘發(fā)底物依賴(lài)性的三磷酸腺苷和磷酸鹽損耗，使單磷酸腺苷生成增多，進(jìn)而增加尿酸合成，尿酸水平增加又可以抑制內(nèi)皮性一氧化氮合成酶，使得一氧化氮合成減少、促進(jìn)血壓升高；果糖代謝可以生成過(guò)多的檸檬酸鹽，后者從線(xiàn)粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中，激活DNL；由此過(guò)度生成的丙二酸輔酶A還會(huì)抑制β-氧化反應(yīng)，進(jìn)一步增加肝細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)蓄積。果糖代謝中間產(chǎn)物對(duì)于調(diào)控DNL的兩條重要通路，ChREBP和SREBP-1c通路都有活化作用，可以加速提高肝細(xì)胞DNL。此外，果糖代謝中間產(chǎn)物本身可以激活肝細(xì)胞中的胰島素耐受信號(hào)通路的關(guān)鍵激酶分子，與脂質(zhì)合成中間產(chǎn)物(如甘油二酯)一起，引起肝臟出現(xiàn)胰島素耐受。與此同時(shí)，果糖作為糖異生的前體分子，其水平升高可以誘導(dǎo)FOXO1轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，進(jìn)一步增加肝葡萄糖異生作用水平和葡萄糖輸出，升高血糖水平。如同其他乙醛活性有機(jī)物(如乙醇)，果糖化學(xué)活性對(duì)處在過(guò)氧化敏感狀態(tài)的肝細(xì)胞具有細(xì)胞毒性。總之，通過(guò)影響肝細(xì)胞中DNL和β-脂肪酸氧化反應(yīng)等過(guò)程，果糖可對(duì)代謝綜合征和NAFLD發(fā)生有一定促進(jìn)作用[6-7]。

果糖可以與腸道及腸道微生物發(fā)生作用，這些作用可能也會(huì)促進(jìn)NAFLD發(fā)生、發(fā)展。過(guò)量攝入果糖可引起腸道細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，增加腸道通透性。腸道通透性增加與外周循環(huán)血中內(nèi)毒素和炎性因子濃度升高有一定聯(lián)系。從腸道管壁滲漏出的細(xì)菌內(nèi)毒素可以經(jīng)過(guò)門(mén)靜脈系統(tǒng)到達(dá)肝臟，大量?jī)?nèi)毒素則可能引發(fā)肝臟炎癥損傷。Bergheim等[8]發(fā)現(xiàn)，果糖喂養(yǎng)8周的小鼠會(huì)出現(xiàn)肝內(nèi)脂肪顯著聚積以及門(mén)靜脈血內(nèi)毒素水平顯著增加；如果喂養(yǎng)果糖的同時(shí)給這些小鼠口服抗生素，則可以顯著改善肝內(nèi)脂肪聚積。Spruss等[9]同樣喂食小鼠果糖8周，發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的肝臟變化；但如同時(shí)口服二甲雙胍則可以減輕這些異常；還發(fā)現(xiàn)果糖喂養(yǎng)小鼠的十二指腸樣本中緊密連接蛋白o(hù)ccludin和ZO-1等表達(dá)降低，而二甲雙胍同時(shí)喂養(yǎng)時(shí)，這些情況則不明顯。一般認(rèn)為二甲雙胍的作用機(jī)制在于改善主要代謝器官組織的胰島素耐受。服用果糖的同時(shí)使用二甲雙胍如何能阻止與單用果糖相關(guān)的腸道通透性增加，其作用機(jī)制仍未知。一些研究認(rèn)為，果糖介導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞緊密連接蛋白表達(dá)降低導(dǎo)致腸道通透性增加，腸道通透性增加又導(dǎo)致內(nèi)毒素進(jìn)入門(mén)靜脈系統(tǒng)，可能是NAFLD/NASH進(jìn)展的一個(gè)觸發(fā)因素[10-11]。然而，一項(xiàng)經(jīng)典的單中心橫斷面觀察性研究發(fā)現(xiàn)，較健康對(duì)照者，確有較多NAFLD患者存在腸道通透性增加和小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的現(xiàn)象；這兩種表現(xiàn)都與肝臟脂肪變程度成正相關(guān)，但均與是否NASH(包括小葉間炎癥、肝細(xì)胞氣球樣變、纖維化)無(wú)關(guān)；NAFLD患者中的小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)又與腸道通透性增加以及存在代謝綜合征呈顯著正相關(guān)[12]。近期，一項(xiàng)采用隨機(jī)對(duì)照雙盲設(shè)計(jì)的II期臨床試驗(yàn)(NCT02442687)觀察到，使用TLR-4抑制劑對(duì)NASH并無(wú)改善作用。因此，除了增加腸道通透性這一作用途徑，果糖本身對(duì)于肝組織炎癥發(fā)生或許另有機(jī)制影響，而且腸道通透性增加、小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)、肝脂肪變?nèi)咧g的機(jī)制關(guān)系目前也尚未探明。

至今比較明確的是，果糖大量攝入可以增加腸道通透性。一些研究認(rèn)為其機(jī)制可能與腸上皮細(xì)胞中果糖激酶C的作用有關(guān)。果糖激酶C是果糖在細(xì)胞內(nèi)代謝的主要限速酶，也是引起細(xì)胞內(nèi)磷酸鹽和ATP耗竭等系列反應(yīng)的關(guān)鍵酶。果糖激酶C在肝細(xì)胞、腎上皮細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞都有表達(dá)，可以發(fā)生類(lèi)似的細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，即磷酸鹽和ATP耗竭。與野生型對(duì)照小鼠相比，果糖激酶C缺陷小鼠在經(jīng)過(guò)果糖長(zhǎng)期喂食后，小腸上皮組織中occludin和ZO-1基因表達(dá)水平?jīng)]有顯著減少[13]。另一些研究認(rèn)為，果糖改變腸道通透性的機(jī)制還可能與腸上皮細(xì)胞中細(xì)胞色素P450酶2E1(CYP2E1)有關(guān)。Cho等[14]利用大、小鼠模型發(fā)現(xiàn)，飲用果糖會(huì)引起腸上皮細(xì)胞間緊密連接和粘附連接相關(guān)蛋白分子表達(dá)水平降低，并且這些蛋白的硝基化修飾程度升高；同時(shí)，作為硝基化反應(yīng)的特征酶CYP2E1水平也升高；敲除CYP2E1后，這些不良變化的程度會(huì)減輕，肝臟損傷的表現(xiàn)也較輕。值得一提的是，這些研究中的關(guān)鍵分子敲除涉及了所有器官組織，因此其直接因果機(jī)制尚需進(jìn)一步分析判斷。

果糖還可以直接與腸道微生態(tài)發(fā)生相互作用。一方面，果糖可以改變結(jié)腸菌群譜和豐度。Volynets等通過(guò)觀察喂食西方飲食與同時(shí)補(bǔ)充喂食果糖飲料12周的小鼠模型發(fā)現(xiàn)，僅聯(lián)合喂食小鼠的腸道微生物譜發(fā)生了顯著變化，同時(shí)腸道通透性指標(biāo)發(fā)生了顯著改變[15]。該研究組近期通過(guò)分析20名健康成人的糞便菌群發(fā)現(xiàn)，經(jīng)大量果糖糖漿補(bǔ)充飲食(>100 g 果糖/d)1周后，人體腸道菌群中的厚壁菌門(mén)豐度顯著減低，同時(shí)擬桿菌門(mén)豐度增高，后者變化程度又與血膽固醇和低密度脂蛋白水平成正相關(guān)[16]。以上前后研究中菌群變化的趨勢(shì)基本一致。反過(guò)來(lái)，腸道微生物可以直接顯著影響果糖代謝。服用抗生素可以減輕果糖飲食誘導(dǎo)的小鼠肝臟脂肪累積[8]。近期，Zhao等[17]使用同位素示蹤技術(shù)在小鼠模型發(fā)現(xiàn)，腸道微生物可將果糖代謝為醋酸鹽，醋酸鹽通過(guò)門(mén)靜脈到達(dá)肝臟，然后由酰基輔酶A合成酶短鏈家族成員2(ACSS2)將其合成乙酰輔酶A，為肝臟DNL提供合成原料；果糖攝入后，ACSS2的表達(dá)受到ChREBP和SREBP雙方面調(diào)控通路的影響，這提示來(lái)自腸道的果糖分解物醋酸鹽應(yīng)是肝臟DNL的固有重要通路。與此同時(shí)，在肝臟僅敲除DNL通路的重要代謝酶，三磷酸腺苷-檸檬酸裂解酶，對(duì)果糖誘導(dǎo)的肝臟DNL水平則并無(wú)顯著影響。這一發(fā)現(xiàn)為果糖誘導(dǎo)NAFLD形成的多通路機(jī)制補(bǔ)充了新內(nèi)容。隨著分析測(cè)試技術(shù)不斷進(jìn)步，如Han等[18]應(yīng)用全新方法繪制腸道微生物代謝譜，可以在單一微生物水平對(duì)多種微生物代謝譜進(jìn)行分析，更多的與NAFLD相關(guān)的腸道微生物代謝新線(xiàn)索將很快會(huì)出現(xiàn)。此外，腸道菌群可能還介導(dǎo)了果糖飲食相關(guān)的慢性腸道炎癥[19]，由此腸道損傷又會(huì)對(duì)果糖相關(guān)NAFLD形成和進(jìn)展產(chǎn)生影響[20]。

總之，果糖長(zhǎng)期過(guò)量攝入以及其伴隨的各種因素可能是造成NAFLD/NASH發(fā)病率不斷上升的一個(gè)重要原因。肝腸之間的復(fù)雜作用通路及其成分是果糖參與NAFLD病生作用機(jī)制研究中的難點(diǎn)，也是新線(xiàn)索、新靶點(diǎn)不斷涌現(xiàn)的熱點(diǎn)。但目前，其中確切可控、有顯著臨床效果的診療靶點(diǎn)尚未出現(xiàn)，減少果糖以及總熱量的攝入仍然是預(yù)防和控制NAFLD疾病進(jìn)展的最重要手段。