自噬與非酒精性脂肪性肝病脂質代謝關系的研究進展

鄧穎勛，蔣卓勤，王宇琦(綜述)，紀桂元(審校)

(1.中山大學公共衛(wèi)生學院，廣州 510080； 2.廣東省疾病預防控制中心 廣東省公共衛(wèi)生研究院，廣州 511430)

自噬與非酒精性脂肪性肝病脂質代謝關系的研究進展

鄧穎勛1△，蔣卓勤1，王宇琦1△(綜述)，紀桂元2※(審校)

(1.中山大學公共衛(wèi)生學院，廣州 510080； 2.廣東省疾病預防控制中心 廣東省公共衛(wèi)生研究院，廣州 511430)

非酒精性脂肪性肝病以脂質代謝紊亂和三酰甘油過度蓄積為主要特征，單純性脂肪肝如不及時進行干預，可發(fā)展為脂肪性肝炎，甚至進展為肝纖維化、肝硬化和肝細胞癌。因此，減輕肝組織的脂質堆積在防治非酒精性脂肪性肝病中發(fā)揮基礎性作用。自噬是真核細胞中普遍存在的一種物質降解途徑，Debeer等[1]早在1979年就曾提出自噬可能與脂質代謝有緊密聯(lián)系，Singh等[2]在2009年首次證實脂滴也是自噬降解的底物之一，認為自噬是一種新的選擇性降解脂質的途徑，并且稱之為“噬脂”。但是Shibata等[3]表示自噬對于脂滴的合成而非降解有更重要的作用。自噬對脂質代謝的作用還需進一步明確。現(xiàn)對自噬在脂質代謝過程中的不同作用進行綜述。

1自噬與脂質代謝關系的共同點

首先，脂滴與微管相關蛋白輕鏈3(microtubule-associated protein light chain 3,LC3)相關。免疫熒光顯微鏡發(fā)現(xiàn)，肝組織和細胞中的LC3與脂滴共定位[3]。同時，免疫組織化學發(fā)現(xiàn)LC3B陽性的點聚集在脂滴表面[4]。免疫金染色進一步證實了自噬調控著脂滴[2-3,5]。當抑制自噬體-溶酶體融合或敲除自噬時，這種共定位不受影響，說明LC3的活性形式(LC3-Ⅱ)的結合不僅存在于自噬體上，也可以發(fā)生在脂滴的表面[2]。其次，肝細胞脂肪變性大部分出現(xiàn)在腺泡3區(qū)[6]，類似的，免疫組織化學染色發(fā)現(xiàn)LC3染色也多集中在中央靜脈附近[7]。于是有學者提出了自噬的帶狀分布假設，基礎水平的自噬分布于門靜脈周圍，而能量充足時高水平的自噬發(fā)生于中心靜脈周圍，這個假設可能可以解釋肝臟脂肪變的模式。再次，脂滴與溶酶體相關。免疫熒光顯微鏡發(fā)現(xiàn)在脂質超載的細胞中，脂滴與溶酶體標志物-溶酶體相關膜蛋白1[2]或lysotracker[8]的共定位增加，而抑制自噬時，這種共定位減少[2]。

2自噬作為脂質分解的機制

自噬作為一種大分子物質降解機制，可以吞噬細胞器和蛋白質等多種細胞成分。最近研究發(fā)現(xiàn)，脂滴也是自噬降解的底物之一[2]。自噬泡捕獲部分或整個脂滴，將其運送到溶酶體，脂滴在溶酶體內(nèi)被降解為脂肪酸[2]。與脂肪細胞比較，肝細胞內(nèi)脂肪酶水平較低，然而可以快速處理大量脂類物質，應該與上述旁路的作用有關[9]。

噬脂最早在肝細胞中發(fā)現(xiàn)，肝細胞是除脂肪細胞外全身最大的脂質儲存地。當受到外源性(油酸刺激)或內(nèi)源性(蛋氨酸-膽堿缺乏培養(yǎng)基中培養(yǎng))脂質刺激時，通過使用3-甲基腺嘌呤或敲除重要的自噬相關基因Atg5來抑制自噬都明顯增加了肝細胞內(nèi)三酰甘油和膽固醇的水平。這是由于脂解作用減弱、脂肪酸β氧化的速率減慢，而三酰甘油的合成不受影響。并且，當使用藥物誘導自噬時，肝細胞內(nèi)的脂質蓄積減少[2]。

自噬對于肝細胞脂滴的降解作用在動物實驗中也得到了證實。Atg7特異性敲除的小鼠中三酰甘油和膽固醇水平均顯著高于對照組小鼠。饑餓24 h后，正常小鼠和特異性敲除Atg7的小鼠肝臟中三酰甘油水平均升高，但正常小鼠這種升高并不明顯。電鏡下發(fā)現(xiàn)含自噬小體的溶酶體和脂滴的數(shù)量增多。這些都支持了自噬的降脂作用[2]。Ding等[10]認為過量酒精攝入的大鼠氧化應激加強，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號減弱，激活自噬，可逆轉脂肪肝的形成，這是自噬選擇性降解線粒體和脂滴，發(fā)揮保護作用的體現(xiàn)；而用藥物抑制自噬活性后，肝細胞脂肪變性，凋亡增加，甚至形成脂肪肝；且抑制自噬后，脂滴大量聚集，可激發(fā)內(nèi)質網(wǎng)應激，活化炎癥信號，形成胰島素抵抗，誘導2型糖尿病和代謝綜合征。可見自噬激活通過抑制非脂肪組織脂質沉積，促進脂代謝平衡，對機體發(fā)揮保護性作用；抑制自噬則可能誘發(fā)脂質沉積相關代謝疾病的發(fā)生、發(fā)展。

一項關于肥胖小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，Atg7蛋白的表達及自噬水平均下降，當肝臟特異性過表達Atg7時，ob/ob小鼠(一種研究肥胖和2型糖尿病的小鼠)的代謝狀態(tài)得到明顯改善，并且脂肪變也明顯減輕[11]。進一步證實了自噬的降脂作用。但是，誘導的自噬對于脂質代謝的作用只在ob/ob小鼠中得到證實，而高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠還少有報道。

除肝臟細胞，自噬缺陷還能導致胚胎纖維母細胞、內(nèi)皮細胞、淋巴母細胞、樹突狀細胞、神經(jīng)膠質細胞甚至神經(jīng)元細胞中脂質蓄積，暗示自噬普遍存在于脂質代謝中[2]。

研究表明，F(xiàn)ox轉錄因子的O亞家族(subfamily O of forkhead transcription factors,FOXO)缺陷與脂肪變和高脂血癥關系密切[12]。特異性敲除肝臟FOXO1/3/4會導致脂肪肝和高三酰甘油血癥，同時自噬水平降低，說明FOXO調控著主要的自噬相關基因[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)，Atg14受FOXO的調控。當敲除Atg14時，肝組織和血清三酰甘油增多；在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中過表達Atg14可以減輕脂肪變性；在敲除FOXO的小鼠中過表達Atg14，可以改善脂質代謝紊亂[13]。但是也有相反的結果，Valenti等[15]的一項人群研究顯示，非酒精性脂肪性肝炎患者的FOXO是升高的。

對于自噬調控的一項最新研究是轉錄因子EB(transcription factor EB，TFEB)的發(fā)現(xiàn)，TFEB 被認為是調節(jié)自噬的一個主要調節(jié)器[16]。TFEB 也參與脂質代謝，當TFEB過表達時抑制脂肪變性，而抑制TFEB則可以誘導脂肪變性[17]。它對于脂質代謝的作用受過氧化物酶體增殖物激活受體α和自噬的調控。TFEB過表達不能抵消自噬功能異常引起的脂肪變性，說明TFEB的功能依賴于自噬[17]。

研究已經(jīng)證實抗逆轉錄病毒的治療方法可以誘導脂肪變性[18]，在一項體外研究中，胸苷類似物齊多夫定和司他夫定均會抑制肝細胞自噬，從而導致脂質蓄積和線粒體功能紊亂[19]。體內(nèi)外實驗證明了胰高血糖素樣肽1類似物可以通過激活自噬減少肝臟內(nèi)質網(wǎng)應激和脂質蓄積[20]。卡馬西平、雷帕霉素因其誘導自噬從而在非酒精性脂肪性肝病模型中發(fā)揮了減少脂肪變的作用[21]。最新研究發(fā)現(xiàn)，咖啡因也可以誘導自噬，從而減輕脂質蓄積[8]。但是也可能存在其他機制可以解釋這些現(xiàn)象。

對于自噬的脂解作用人群研究較少，主要是由于研究方法的限制，如不能在人群使用藥物干預或者進行連續(xù)的活體檢查，免疫組織化學也只能反映自噬一個瞬間的狀態(tài)，很難區(qū)分自噬的增加與自噬小體降解的減少等[4]。盡管如此，還是有一項針對死亡患者肝組織的免疫組織化學分析，結果發(fā)現(xiàn)LC3水平降低，p62升高，脂質蓄積嚴重，說明嚴重脂肪肝時自噬水平是下降的[7]。同樣，確診的非酒精性脂肪性肝病患者肝組織活檢發(fā)現(xiàn)，自噬泡和p62的數(shù)量均增加[22]。

3自噬作為脂質合成的機制

饑餓會誘導脂肪變性，這是因為在饑餓時，機體啟動代償性機制，胰島素水平下降，脂肪組織的脂解作用不再受到抑制，非酯化脂肪酸釋放入血。這些非酯化脂肪酸被肝臟捕獲，或形成酮體或暫時以三酰甘油形式儲存于脂滴中，導致肝內(nèi)三酰甘油大量蓄積[3,23]。人饑餓36 h后磁共振成像也會顯示肝臟脂質水平升高[24]。但是自噬缺陷的小鼠不會表現(xiàn)出饑餓誘導的脂肪變。僅有的脂滴形態(tài)更小，數(shù)量更少，肝臟總三酰甘油水平也是降低的[3]，說明自噬對于脂滴的形成和成熟有重要作用。電鏡下LC3和脂滴的共定位進一步支持了這一發(fā)現(xiàn)[3]。緊接著在不同種類的細胞實驗中進一步證實了該結論。在LC3形成受阻的細胞內(nèi)脂滴和三酰甘油水平均降低，但是非酯化脂肪酸的攝取、三酰甘油的合成和降解均不受影響，說明這些細胞儲存已合成三酰甘油的功能受損[5]。

Singh等[2]的研究顯示，自噬對于脂肪細胞內(nèi)脂滴的調節(jié)作用與肝細胞內(nèi)的作用完全相反。在3T3-L1前脂肪細胞中敲除自噬相關基因Atg5或Atg7抑制自噬時，脂滴形成減少。脂肪組織脂質沉積以白色脂肪為主，而棕色脂肪主要通過β氧化降解脂肪酸供能。自噬激活，誘導脂肪祖細胞向白色脂肪分化，而抑制自噬，脂質沉積減少，而棕色脂肪生成增加。這一結論也在動物實驗中得到證實[25-26]。在小鼠脂肪組織中特異性敲除Atg7可使小鼠體質量減輕，胰島素敏感性增加，白脂肪組織明顯減少，而解偶聯(lián)蛋白1和過氧化物酶體增殖物激活受體γ激活物1這些棕色脂肪細胞的標志物升高，說明抑制自噬有利于棕色脂肪細胞的形成。Kovsan等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，肥胖人群脂肪組織的自噬活性是增強的，所以通過調節(jié)自噬作用介導脂肪細胞的分化，可以為肥胖及肥胖相關疾病的治療提供一個新的思路。

4與脂質代謝相關的自噬水平的改變

動物實驗發(fā)現(xiàn)，高脂飼料喂養(yǎng)小鼠16周，自噬水平在兩周時開始升高，到10周時開始下降[28]，電子顯微鏡下脂滴不能進入自噬囊泡中，表明高脂誘導下自噬的功能受到損傷。支持細胞內(nèi)脂質蓄積會損害自噬功能的另外一個證據(jù)來自肥胖基因模型ob/ob小鼠的一項早期發(fā)現(xiàn)，ob/ob小鼠中自噬功能受到抑制[29]，但其機制尚不清楚。可能的機制是高脂飲食引起脂滴膜組成的改變[30]，自噬體與溶酶體融合受阻，同時胰高血糖素發(fā)揮協(xié)同作用，通過下調自噬相關基因的水平來降低自噬活性[14]。但是也有學者在ob/ob小鼠中沒有發(fā)現(xiàn)融合功能的下降，反而是因為溶酶體酸性環(huán)境的紊亂[29]或組織蛋白酶表達減少[21,29]引起自噬小體清除功能降低。過多的脂質蓄積通過抑制自噬使脂滴增多，這反過來又加重了脂質蓄積，形成一個惡性循環(huán)。

對于自噬在脂質代謝中的不同作用至今還沒有明確的解釋，但是很多學者提出了各種假設，如年齡的不同[31]、動物實驗小鼠品系的差異[32]、誘導脂肪變和評價自噬水平及脂質蓄積的實驗方法不同[33]等。到目前為止，自噬的脂解作用比較明確并且有比較多的數(shù)據(jù)支持，但是脂質合成的作用仍不可小覷。將來還需進一步明確這兩個作用是共存的還是只有一個起主導作用，以及它們是如何調控的。

5小結

自噬與細胞脂質代謝密切相關，可能參與脂質沉積的調節(jié)，但是它對脂質代謝的具體作用還未完全闡明，存在一定的爭議，可能會因環(huán)境、組織不同而作用不同。但可以明確的是，自噬功能的病理性改變可以改變細胞內(nèi)的脂質代謝途徑，并且促進疾病的發(fā)生、發(fā)展。因此，自噬功能的修飾可以成為治療非酒精性脂肪性肝病等以脂質代謝和沉積異常為特點的相關代謝性疾病的新靶點。

參考文獻

[1]Debeer LJ,Thomas J,De Schepper PJ,etal.Lysosomal triacylglycerol lipase and lipolysis in isolated rat hepatocytes[J].J Biol Chem,1979,254(18):8841-8846.

[2]Singh R,Kaushik S,Wang Y,etal.Autophagy regulates lipid metabolism[J].Nature,2009,458(7242):1131-1135.

[3]Shibata M,Yoshimura K,Furuya N,etal.The MAP1-LC3 conjugation system is involved in lipid droplet formation[J].Biochem Biophys Res Commun,2009,382(2):419-423.

[4]Martinet W,Schrijvers DM,Timmermans JP,etal.Immunohistochemical analysis of macroautophagy:recommendations and limitations[J].Autophagy,2013,9(3):386-402.

[5]Shibata M,Yoshimura K,Tamura H,etal.LC3,a microtubule-associated protein1A/B light chain3,is involved in cytoplasmic lipid droplet formation[J].Biochem Biophys Res Commun,2010,393(2):274-279.

[6]Kleiner DE,Brunt EM.Nonalcoholic fatty liver disease:pathologic patterns and biopsy evaluation in clinical research[J].Semin Liver Dis,2012,32(1):3-13.

[7]Kashima J,Shintani-Ishida K,Nakajima M,etal.Immunohistochemical study of the autophagy marker microtubule-associated protein 1 light chain 3 in normal and steatotic human livers[J].Hepatol Res,2014,44(7):779-787.

[8]Sinha RA,Farah BL,Singh BK,etal.Caffeine stimulates hepatic lipid metabolism by the autophagylysosomal pathway in mice[J].Hepatology,2014,59(4):1366-1380.

[9]Zechner R,Madeo F.Cell biology:Another way to get rid of fat[J].Nature,2009,458(7242):1118-1119.

[10]Ding WX,Li M,Chen X,etal.Autophagy reduces acute ethanol-induced hepatotoxicity and steatosis in mice[J].Gastroenterology,2010,139(5):1740-1752.

[11]Yang L,Li P,Fu S,etal.Defective hepatic autophagy in obesity promotes ER stress and causes insulin resistance[J].Cell Metab,2010,11(6):467-478.

[12]Tikhanovich I,Cox J,Weinman SA.Forkhead box class O transcription factors in liver function and disease[J].J Gastroenterol Hepatol,2013,28 Suppl 1:125-131.

[13]Xiong X,Tao R,DePinho RA,etal.The autophagy-related gene 14 (Atg14) is regulated by forkhead box O transcription factors and circadian rhythms and plays a critical role in hepatic autophagy and lipid metabolism[J].J Biol Chem,2012,287(46):39107-39114.

[14]Liu HY,Han J,Cao SY,etal.Hepatic autophagy is suppressed in the presence of insulin resistance and hyperinsulinemia:inhibition of FoxO1-dependent expression of key autophagy genes by insulin[J].J Biol Chem,2009,284(45):31484-31492.

[15]Valenti L,Rametta R,Dongiovanni P,etal.Increased expression and activity of the transcription factor FOXO1 in nonalcoholic steatohepatitis[J].Diabetes,2008,57(5):1355-1362.

[16]Settembre C,Fraldi A,Medina DL,etal.Signals from the lysosome:a control centre for cellular clearance and energy metabolism[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2013,14(5):283-296.

[17]Settembre C,De Cegli R,Mansueto G,etal.TFEB controls cellular lipid metabolism through a starvation-induced autoregulatory loop[J].Nat Cell Biol,2013,15(6):647-658.

[18]Brivet FG,Nion I,Mégarbane B,etal.Fatal lactic acidosis and liver steatosis associated with didanosine and stavudine treatment:a respiratory chain dysfunction[J].J Hepatol,2000,32(2):364-365.

[19]Stankov MV,Panayotova-Dimitrova D,Leverkus M,etal.Autophagy inhibition due to thymidine analogues as novel mechanism leading to hepatocyte dysfunction and lipid accumulation[J].AIDS,2012,26(16):1995-2006.

[20]Sharma S,Mells JE,Fu PP,etal.GLP-1 analogs reduce hepatocyte steatosis and improve survival by enhancing the unfolded protein response and promoting macroautophagy[J].PLoS One,2011,6(9):e25269.

[21]Lin CW,Zhang H,Li M,etal.Pharmacological promotion of autophagy alleviates steatosis and injury in alcoholic and non-alcoholic fatty liver conditions in mice[J].J Hepatol,2013,58(5):993-999.

[22]Fukuo Y,Yamashina S,Sonoue H,etal.Abnormality of autophagic function and cathepsin expression in the liver from patients with non-alcoholic fatty liver disease[J].Hepatol Res,2014,44(9):1026-1036.

[23]Guan HP,Goldstein JL,Brown MS,etal.Accelerated fatty acid oxidation in muscle averts fasting-induced hepatic steatosis in SJL/J mice[J].J Biol Chem,2009,284(36):24644-24652.

[24]Gan SK,Watts GF.Is adipose tissue lipolysis always an adaptive response to starvation implications for non-alcoholic fatty liver disease[J].Clin Sci (Lond),2008,114(8):543-545.

[25]Singh R,Xiang Y,Wang Y,etal.Autophagy regulates adipose mass and differentiation in mice[J].J Clin Invest,2009,119(11):3329-3339.

[26]Zhang Y,Goldman S,Baerga R,etal.Adipose-specific deletion of autophagy-related gene 7 (atg7) in mice reveals a role in adipogenesis[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2009,106(47):19860-19865.

[27]Kovsan J,Blüher M,Tarnovscki T,etal.Altered autophagy in human adipose tissues in obesity[J].J Clin Endocrinol Metab,2011,96(2):E268-277.

[29]Inami Y,Yamashina S,Izumi K,etal.Hepatic steatosis inhibits autophagic proteolysis via impairment of autophagosomal acidification and cathepsin expression[J].Biochem Biophys Res Commun,2011,412(4):618-625.

[30]Koga H,Kaushik S,Cuervo AM.Altered lipid content inhibits autophagic vesicular fusion[J].FASEB J,2010,24(8):3052-3065.

[31]Singh R,Cuervo AM.Lipophagy:connecting autophagy and lipid metabolism[J].Int J Cell Biol,2012,2012:282041.

[32]Kim KH,Jeong YT,Oh H,etal.Autophagy deficiency leads to protection from obesity and insulin resistance by inducing Fgf21 as a mitokine[J].Nat Med,2013,19(1):83-92.

[33]Mei S,Ni HM,Manley S,etal.Differential roles of unsaturated and saturated fatty acids on autophagy and apoptosis in hepatocytes[J].J Pharmacol Exp Ther,2011,339(2):487-498.

摘要：自噬是一種重要的溶酶體介導的物質降解途徑，通過凈化自身多余或受損的細胞器，維持細胞內(nèi)物質的再循環(huán)和調節(jié)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，對機體生長、發(fā)育和衰老均起重要作用。近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，自噬在肝臟脂質代謝方面有重要作用，自噬功能異常可能是非酒精性脂肪性肝病的一個潛在病因。但是，自噬在脂質代謝過程中的確切作用還不十分清楚，甚至有相反的結論。

關鍵詞：非酒精性脂肪性肝病；自噬；脂質代謝

Research Progress in Autophagy and Lipid Metabolism of Nonalcoholic Fatty Liver DiseasesDENGYing-xun1,JIANGZhuo-qin1,WANGYu-qi1,JIGui-yuan2.(1.SchoolofPublicHealth,SunYat-senUniversity,Guangzhou510080,China; 2.GuangdongProvincialInstituteofPublicHealth,GuangdongProvincialCenterforDiseaseControlandPrevention,Guangzhou511430,China)

Abstract:Autophagy is a lysosomal pathway by which intracellular organelles and proteins are degraded to supply the cell with energy and to maintain cellular homeostasis.A growing body of evidence indicates that autophagy and lipid metabolism are correlated.Dysfunctional autophagy may therefore contribute to the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver diseases.However,controversies still exist and the exact role of autophagy in the hepatic lipid metabolism is not entirely elucidated yet.

Key words:Non-alcoholic fatty liver disease; Autophagy; Lipid metabolism

收稿日期：2014-11-03修回日期：2015-01-19編輯：相丹峰

基金項目：國家自然科學基金(81200295)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.16.007

中圖分類號：R575.5

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)16-2898-04