細(xì)胞衰老在非酒精性脂肪性肝病中的作用與機(jī)制

董琳菲 王艷

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一組累及全球約25%人口的連續(xù)疾病譜,包括非酒精性脂肪肝( NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化以及肝硬化。目前其發(fā)病率在我國已超越慢性肝炎,躍居第一大慢性肝病。NAFLD不僅發(fā)病率高,而且還會(huì)增加肝臟相關(guān)并發(fā)癥及死亡率,同時(shí)與心血管疾病、2型糖尿病、腎臟疾病等發(fā)生也密切相關(guān)。然而除減重外,NAFLD目前缺乏有效的治療方法。因此,找到有效、針對(duì)性的治療手段勢(shì)在必行。

有研究表明,慢性肝損傷與衰老肝細(xì)胞的堆積有關(guān),且衰老細(xì)胞堆積與肝纖維化進(jìn)展相平行。NASH時(shí),肝細(xì)胞持續(xù)衰老與不恰當(dāng)修復(fù)和旁分泌途徑介導(dǎo)的組織損傷有關(guān)。衰老細(xì)胞轉(zhuǎn)化為分泌表型,分泌高水平炎性細(xì)胞因子、免疫調(diào)節(jié)劑、生長因子和蛋白酶,進(jìn)一步誘導(dǎo)旁分泌介導(dǎo)的組織損傷。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)已證實(shí),去除衰老細(xì)胞可改善肝內(nèi)脂肪變性,可作為一種有效治療策略。同時(shí),NASH時(shí)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞衰老加速肝竇毛細(xì)血管化,通過抑制中央周圍內(nèi)皮衍生的C-kit活性,重新編程肝竇內(nèi)皮細(xì)胞,促進(jìn)脂肪變性。而肝星狀細(xì)胞HSC的細(xì)胞衰老則控制肝纖維化的程度,在NASH發(fā)病中發(fā)揮保護(hù)性抗肝纖維化機(jī)制。因此,調(diào)控細(xì)胞衰老及其相關(guān)信號(hào)通路可為今后靶向治療的進(jìn)一步研發(fā)提供思路。

有研究顯示,在NALFD發(fā)病過程中,衰老肝細(xì)胞上調(diào)表達(dá)血栓調(diào)節(jié)蛋白(THBD)-蛋白酶激活受體(PAR-1)信號(hào)。THBD是一種在內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)的膜結(jié)合糖蛋白,具有與凝血酶結(jié)合的高親和力,可把凝血酶從促凝劑轉(zhuǎn)為抗凝劑。凝血酶可以通過其特異性細(xì)胞膜受體(PAR-1、PAR-3和PAR-4)、炎癥和細(xì)胞死亡被激活。而平滑肌細(xì)胞過表達(dá)THBD可下調(diào)增殖,提示THBD可以通過PAR-1調(diào)控細(xì)胞增殖。此外,在NAFLD、NASH等動(dòng)物模型中進(jìn)行的相關(guān)研究結(jié)果顯示,受損組織中可見衰老細(xì)胞堆積以及THBD和PAR-1陽性細(xì)胞。THBD信號(hào)通路作為一種對(duì)衰老很重要的促生存通路,為治療NAFLD提供了新的機(jī)制研究理論依據(jù),或可引領(lǐng)未來研發(fā)。

細(xì)胞衰老的相關(guān)研究已開展近60年。上世紀(jì)60年代,美國科學(xué)家Hayflick及其同事首先描述了細(xì)胞衰老現(xiàn)象。細(xì)胞衰老是指持續(xù)性不可逆的細(xì)胞周期停滯狀態(tài),主要包括兩種機(jī)制:一種是端?？s短導(dǎo)致的復(fù)制性衰老,另一種是應(yīng)激誘導(dǎo)的過早衰老,應(yīng)激因素可以包括老齡化、癌基因表達(dá)、氧化應(yīng)激、放療和化療等[1]。

細(xì)胞衰老是一個(gè)十分復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程,目前發(fā)現(xiàn)p16INK4a/Rb和p53/p21信號(hào)通路持續(xù)激活可促使細(xì)胞周期停滯趨于穩(wěn)定,早期衰老細(xì)胞進(jìn)一步下調(diào)核纖層蛋白B1,引發(fā)衰老相關(guān)異染色質(zhì)灶(SAHFs)的形成,這是衰老相關(guān)分泌表型(SASP)出現(xiàn)的基礎(chǔ)[2]。此外,衰老細(xì)胞還具有扁平形態(tài)、分泌衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶(SA-β-GAL)的特征。SASP是衰老細(xì)胞分泌的物質(zhì)的混合物,通常由炎癥因子、趨化因子、生長因子和蛋白酶等物質(zhì)組成,其確切成分會(huì)隨著刺激因素的不同而有所差別,這也預(yù)示著受不同種類衰老細(xì)胞影響的生物過程的多樣性。這些分泌因子通過誘導(dǎo)炎癥、吸引免疫細(xì)胞去除衰老細(xì)胞并以旁分泌方式誘導(dǎo)鄰近細(xì)胞衰老而改變組織微環(huán)境。其中,已發(fā)現(xiàn)SASP中的炎癥因子和趨化因子在細(xì)胞類型和衰老誘導(dǎo)刺激中能夠保持高度保守,這也表明吸引免疫細(xì)胞和誘導(dǎo)局部炎癥是衰老細(xì)胞的共同特性[3]。

細(xì)胞衰老對(duì)于生物個(gè)體的影響是利害并存的。一方面,細(xì)胞衰老可通過SASP分泌趨化因子吸引免疫細(xì)胞,導(dǎo)致衰老細(xì)胞的免疫清除,起到抑制腫瘤和組織修復(fù)的作用;另一方面,持續(xù)的細(xì)胞損傷導(dǎo)致衰老細(xì)胞的連續(xù)產(chǎn)生,由于免疫衰老導(dǎo)致免疫介導(dǎo)的清除失敗,最終與衰老相關(guān)慢性疾病的發(fā)生產(chǎn)生直接因果關(guān)系[4]。

一、肝細(xì)胞衰老與NAFLD

NAFLD疾病組中最典型的病理特征為肝細(xì)胞脂肪變性。脂肪酸代謝異常及線粒體能量代謝功能障礙可導(dǎo)致氧化應(yīng)激的增加及肝細(xì)胞衰老的發(fā)生[5]。而衰老細(xì)胞的積累又促進(jìn)了肝細(xì)胞脂肪的積累和變性,已證實(shí)NAFLD患者中衰老肝細(xì)胞的數(shù)量增加與疾病預(yù)后相關(guān)[6]。衰老的肝細(xì)胞可引起肝臟葡萄糖、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝相關(guān)基因的改變,導(dǎo)致代謝失調(diào)[7]。另一方面,線粒體因酶學(xué)改變而失去有效代謝脂肪酸的能力,可導(dǎo)致細(xì)胞自主脂肪變性,活性氧(ROS)產(chǎn)生增加,超出抗氧化系統(tǒng)去除能力,導(dǎo)致更嚴(yán)重的脂質(zhì)沉積[8]。為了確定細(xì)胞衰老和NAFLD的因果關(guān)系,Ogrodnik等[8]實(shí)施了兩種不同的實(shí)驗(yàn)策略:在INK-ATTAC轉(zhuǎn)基因小鼠中誘導(dǎo)消除表達(dá)p16的衰老細(xì)胞,使用Senolytics藥物達(dá)沙替尼(dasatinib)和一種天然類黃酮槲皮素(quercetin)(D+Q)的組合在體外和體內(nèi)消除衰老細(xì)胞,在這兩種實(shí)驗(yàn)條件下得出相同的結(jié)論,衰老細(xì)胞數(shù)量減少能夠伴隨著肝臟脂質(zhì)積累的改善;相反,誘導(dǎo)肝細(xì)胞衰老會(huì)促進(jìn)體內(nèi)和體外脂肪的堆積。

肝細(xì)胞衰老也參與NAFLD向NASH的進(jìn)展過程,目前已證實(shí)多種信號(hào)通路或蛋白在此過程中發(fā)揮作用。DNA甲基化是其中的途徑之一。Murphy等[9]收集了NAFLD患者的冷凍肝活檢組織,并根據(jù)纖維化的組織學(xué)嚴(yán)重程度將樣本分組,相較于輕度NAFLD樣本,在晚期NAFLD樣本中,許多組織修復(fù)基因低甲基化和過表達(dá),而某些代謝途徑中的基因如1-碳代謝呈現(xiàn)出高甲基化和低表達(dá)。一項(xiàng)研究在NASH患者的肝臟活檢中以及NASH小鼠模型中均檢測(cè)到線粒體蛋白mitofusin 2(Mfn2)表達(dá)降低,小鼠肝臟特異性消融Mfn2可引起甘油三酯積累、炎癥、纖維化和肝癌,肝臟Mfn2缺乏減少磷脂酰絲氨酸(PS)傳遞和磷脂合成,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激和NASH樣表型的發(fā)展。因此證明ER-線粒體PS轉(zhuǎn)移的破壞參與NAFLD發(fā)展[10]。此外,還有轉(zhuǎn)錄因子 NF-κB、JAK2/STAT3 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,炎性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 TRAF6/TAK1,蛋白激酶 mTOR等參與SASP促炎性組分表達(dá),參與NAFLD向NASH的進(jìn)展過程[11]。

二、非實(shí)質(zhì)性肝細(xì)胞衰老與NAFLD

(一)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞(LSECs) 人們除了關(guān)注肝細(xì)胞在NAFLD發(fā)病機(jī)制中的作用,也越來越認(rèn)識(shí)到非實(shí)質(zhì)性肝細(xì)胞同樣參與疾病發(fā)展的調(diào)控。LSECs屬于非實(shí)質(zhì)性肝細(xì)胞,參與形成肝血竇,其上有很多窗口且無基底膜,這種特殊結(jié)構(gòu)保證了營養(yǎng)物質(zhì)及代謝產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)在血液和肝實(shí)質(zhì)之間的雙向運(yùn)輸,從而調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和肝臟微環(huán)境。有研究發(fā)現(xiàn),LSECs衰老通過重新編程肝內(nèi)皮區(qū)帶和使中心周區(qū)內(nèi)皮來源的C-kit失活來加速肝竇毛細(xì)血管化[12]。這種病理狀態(tài)下,LSECs的窗口數(shù)量減少直接影響肝細(xì)胞與血液的脂質(zhì)交換,導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)堆積,LSECs窗口數(shù)量和直徑與升高的游離脂肪酸含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[13]。LSECs衰老除了參與肝臟脂肪變性,還可影響肝臟炎癥反應(yīng)。例如,衰老的 LSECs 功能障礙可增加細(xì)胞粘附分子(例如 ICAM-1)的表達(dá),從而在肝臟中積累中性粒細(xì)胞和 CD68 巨噬細(xì)胞,形成炎性病灶;同時(shí)還可導(dǎo)致抗氧化分子HO-1表達(dá)下調(diào),使氧化應(yīng)激反應(yīng)增加,其中ROS能夠進(jìn)一步導(dǎo)致LSECs老化[14]。

二、肝星狀細(xì)胞(HSCs) HSCs位于肝血竇和肝細(xì)胞之間的竇周隙,在正常健康的肝臟中處于靜止?fàn)顟B(tài),但在肝損傷后可被激活。代謝相關(guān)的肝纖維化往往是由于活化HSCs引起的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)沉積導(dǎo)致的。在肝纖維化的發(fā)展過程中,活化HSCs會(huì)因持續(xù)慢性損傷而自發(fā)衰老。一方面,衰老活化的HSCs分泌ECM減少而分泌細(xì)胞外基質(zhì)降解酶增加,可阻斷進(jìn)展中的纖維化過程;另一方面,衰老活化的HSCs也可增強(qiáng)免疫監(jiān)視,使免疫細(xì)胞優(yōu)先殺傷衰老活化的HSCs,這也反映了細(xì)胞衰老在腫瘤抑制中的作用[15]。持續(xù)肝細(xì)胞衰老可通過誘導(dǎo)HSCs活化參與調(diào)節(jié)肝纖維化,Yu等[16]證實(shí),核轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子2(Nrf2)-抗氧化反應(yīng)通路參與這一過程。LSECs衰老也可參與調(diào)節(jié)肝纖維化, LSECs毛細(xì)血管化后,通過分泌TGF-β1、血小板衍生生長因子、內(nèi)皮素等促進(jìn)HSCs活化,加重肝纖維化的形成[17]。目前誘導(dǎo)活化的HSCs衰老的途徑多樣。例如,姜黃素可通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)/p53信號(hào)促進(jìn)HSCs衰老[18];多沙唑嗪通過拮抗α-1腎上腺素能受體促進(jìn)HSCs衰老[19]。最近,Pan等[20]的研究又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)藥理學(xué)上可利用的衰老靶點(diǎn),他們發(fā)現(xiàn)在衰老的哺乳動(dòng)物組織和衰老細(xì)胞模型中,血栓調(diào)節(jié)蛋白(TM)可通過穩(wěn)定并啟動(dòng)早期內(nèi)體中蛋白酶激活受體(PAR)-1信號(hào)復(fù)合物的不可逆激活,引發(fā)一個(gè)前饋循環(huán)來確保衰老細(xì)胞的存活,證實(shí)了使用vorapaxar(PAR-1受體拮抗劑)可減少HSCs活化及抑制肝纖維化進(jìn)展。

三、針對(duì)細(xì)胞衰老的藥物治療

目前針對(duì)衰老細(xì)胞的靶向藥物大致可以區(qū)分為senomorphics和senolytics兩大類。前者為SASP阻滯劑,從機(jī)制上講,可以通過拮抗或中和SASP成分而阻滯 SASP 的發(fā)生、發(fā)展或靶向其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程;而后者則從根本上清除釋放病理性 SASP 組分的衰老細(xì)胞,因此是目前研究的一大熱點(diǎn)。senolytics 這類藥物最初被報(bào)道于 2015 年,當(dāng)時(shí)Kirkland 實(shí)驗(yàn)室注意到衰老細(xì)胞中促凋亡通路的活性顯著上調(diào),在此基礎(chǔ)上,他們提出了衰老細(xì)胞依賴于自身的抗凋亡通路(SCAPs)拮抗凋亡,從而得以存活[21]。研究人員進(jìn)一步揭示了衰老細(xì)胞 SCAP 網(wǎng)絡(luò)中的一些潛在的靶點(diǎn),并成功研發(fā)出了第一個(gè) senolytics 藥物,即 D+Q組合。之后隨著越來越多的拮抗細(xì)胞凋亡的靶點(diǎn)被發(fā)現(xiàn),相應(yīng)的藥物被研發(fā)出來,例如fisetin(類黃酮)、UBX0101(BCL-2 家族抑制劑)等。但是至今大多數(shù)被報(bào)道的 senolytics 只能特異性清除某種或某幾種特定類型的衰老細(xì)胞,這也導(dǎo)致目前尚無專門批準(zhǔn)用于治療NAFLD的藥物,預(yù)防和治療NAFLD的首要原則仍然是健康的生活方式。

綜上所述,不同肝臟細(xì)胞的衰老在脂肪變性、炎癥、纖維化等NAFLD疾病進(jìn)程中均扮演著不同的角色。近年來針對(duì)細(xì)胞衰老的分子機(jī)制的研究成果層出不窮,這也為針對(duì)細(xì)胞衰老的靶向藥物治療提供了基礎(chǔ),但大多數(shù)小分子藥物還是具有缺乏效力、普遍性或表現(xiàn)出明顯的脫靶效應(yīng)的缺點(diǎn),同時(shí)用藥安全性、有效性等問題都需得到重視[22]。因此我們需要更深入研究細(xì)胞衰老如何誘導(dǎo)獲得這些特定表型的確切機(jī)制,使相關(guān)藥物治療將來成為可能。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。