自噬與脂質代謝的研究新進展

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(1.深圳市龍華區中心醫院，廣東 深圳 518110；2.湖南省中醫藥大學干細胞中藥調控與應用研究室；3.湖南省第二人民醫院)

·小專論·

自噬與脂質代謝的研究新進展

寧潔1,2,3，劉嬌1，廖端芳2*

(1.深圳市龍華區中心醫院，廣東 深圳 518110；2.湖南省中醫藥大學干細胞中藥調控與應用研究室；3.湖南省第二人民醫院)

自噬是細胞內分解、清除聚合大分子及老損細胞器的一系列重要的代謝過程。肝臟和脂肪組織是脂質代謝的主要部位。“噬脂”是除了胞漿脂肪酶途徑外，脂肪分解的另一重要途徑。脂質急需期、短期內脂質增加，肝臟自噬水平增強，長期高脂飲食和肥胖者，肝臟自噬水平減弱。同時，自噬干預脂肪細胞分化方向。調控自噬可作為治療非酒精性脂肪性肝病、肥胖等慢性代謝性疾病的一個新靶點。

自噬； 脂質代謝； 藥物

自噬是細胞在自噬相關基因(autophagy related gene,Atg)的調控下降解胞內大分子物質及老化或損壞的細胞器，如高爾基體、線粒體、內質網、過氧化物酶體等的一系列重要的代謝過程。自噬是唯一能夠轉運大分子到溶酶體的途徑，該途徑參與細胞自主清除胞內物質，降解產物氨基酸、脂肪酸被運送到細胞漿去，供細胞重新利用，生成ATP提供能量，殘渣被排出細胞外，最終實現細胞的物質代謝、能量代謝、細胞更新。但如果該功能受損，細胞只能通過其他途徑導致細胞死亡，然后被巨噬細胞吞噬。

細胞內脂質成分以甘油三酯(triglyceride,TG)和膽固醇酯(cholesteryl ester,CE)為主，以脂滴(lipid drop,LD)的形式存在，LD并非脂肪細胞特有，還可存在于肝細胞和肌肉細胞等組織細胞中。LD在脂類代謝、存儲、膜轉運、蛋白降解中起著重要的作用。除胞漿脂肪酶途徑外，LD發生自噬是調節細胞內脂質平衡的另一個重要途徑。脂質進入自噬體后被運送到溶酶體，降解為脂肪酸，稱為脂肪耗失，又稱“噬脂”，是自噬調節脂質代謝的主要途徑[1]。自噬主要作用于機體肝臟和脂肪組織，對于調節機體脂質代謝的平衡至關重要。

細胞內脂質自噬水平隨營養狀況不同而有所改變。脂質急需期、短期內脂質增加如高脂飲食初期，自噬水平增強，從而使過多脂質分解，為β-氧化或其他途徑提供脂肪酸，大部分細胞激活巨自噬以防止胞內脂質蓄積；而長期高脂飲食和肥胖者，肝臟自噬水平減弱。脂肪酸可促進LD生長并修復損壞的LD，這是脂質分解釋放的游離脂肪酸產生的反饋抑制所致，但是長期高脂飲食和肥胖者的體內這種反饋抑制卻起相反的作用[2]。

1 自噬在肝臟脂質代謝中的作用

1.1自噬與肝臟脂質代謝紊亂的相互影響既往研究表明，在高脂飲食、慢性肥胖和胰島素抵抗的小鼠模型中，持續性脂質上升，胞內LD長期蓄積導致肝細胞自噬水平降低，自噬體與溶酶體融合效率降低，抑制TG的β氧化，TG與CE一起形成的LD數目和體積增加，導致非酒精性脂肪性肝病(Nonalcoholic Fatty Liver Disease,NAFLD)等疾病。體外實驗發現肝細胞自噬功能被抑制時不影響脂質的生成和分泌，但可導致脂質β氧化速率降低，從而導致胞漿LD蓄積。

極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)是肝輸出的主要脂質，運輸內源性TG及部分CE。載脂蛋白B100(apolipoprotein B100,apoB100)是VLDL的載脂蛋白，主要由肝細胞合成，是VLDL組裝及分泌所必需的，因此肝臟輸出VLDL-TG的量由脂蛋白顆粒中TG的量及apoB100的量決定。而肝內apoB100總量并非由apoB100合成水平調控，而由apoB100降解水平決定，Apo B100的降解主要是內質網相關性降解，但自噬同樣可以分解apoB100。NAFLD肝組織脂質貯存增加，且存在輸出VLDL顆粒障礙導致TG肝內蓄積，誘導自噬可減少脂質蓄積。

1.2肝細胞的自噬調節機制以往研究表明，自噬的調節途徑有3種，其中Ⅰ型PI3K/Akt/mTOR信號途徑和Ⅲ型PI3K/Beclin1通路被認為是自噬的經典信號通路。第3種調節途徑是由自噬基因Atg3和Atg7調節的LC3-Ⅰ與膜脂質磷脂酰乙醇胺結合形成LC3-Ⅱ的過程。最近研究表明，在NAFLD的肝細胞中還存在調控自噬的其他信號調節通路。①ATGL-SIRT1途徑：既往認為肝臟LD由脂肪酶催化分解，如甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)，或者通過“噬脂”途徑分解，Aishwarya Sathyanarayan等發現此兩種途徑均需要ATGL參與，ATGL活化去乙酰化酶1(sirtuin1,SIRT1)，SIRT1可去乙酰化多個自噬重要蛋白如ATG5、ATG7、ATG8等，同時還可調控PGC-1α、PPARα從轉錄水平調控自噬[3]。②TAK1、JNK信號通路：TAK1、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)通路均隸屬于MAPK通路。Tu[4]觀察到對JNK2進行干擾后，自噬活性降低，JNK2基因可能參與自噬的非經典途徑的調節。Sayaka Inokuchi-Shimizu等[5]發現TAK1激活下游IKK-NF-κB、JNK，啟動自噬，改善NAFLD。③AMPK/ULK1信號途徑：Jiang等[6]用H2O2和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)處理脂肪酸培養的小鼠和人HepG2細胞，發現H2O2和TNF-α能夠激活自噬，細胞中磷酸化ULK1(一種與酵母Atg1蛋白同源的哺乳動物自噬調控蛋白)、磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶(Adenosine Monophosphate Activated Protein Kinase,pAMPK)顯著升高，證明AMPK參與由氧化氫和腫瘤壞死因子-α激活ULK1的過程，引發HepG2細胞自噬啟動。④PKCα途徑：Cai等[7]用軟脂酸鈉(palmitic acid sodium,PA)培養肝細胞發現PA可激活自噬。PKCα是蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)家族中的一員，通過檢測肝細胞中的PKCα后發現存在磷酸化的PKCα，證明其被激活，因此認為PA可能是通過激活PKCα途徑[7]。⑤p53-PUMA-Bax信號通路：此通路是介導細胞凋亡發生的經典信號通路。自噬也被認為是一種促細胞凋亡機制，引起Ⅱ型程序性細胞死亡[8]。⑥SREBP-2/PNPLA8軸：Kim等[9]發現洛伐他汀聯合伊澤替米貝通過SREBP-2/PNPLA8軸調控自噬改善NAFLD。⑦MAPK1/3信號通路：Yuzhong Xiao等[10]激活MAPK1/3可改善瘦素受體缺乏小鼠(db/db小鼠)肝脂肪變性，同時發現MAPK1/3可激活自噬，而采用氯喹或者ATG7敲除處理db/db小鼠后，可阻斷MAPK1/3對肝脂肪變性的改善作用。此外，成纖維細胞生長因子21(fibroblast growth factor-21,Fgf21)、磷酸化熱休克蛋白27、轉錄因子E3、GTP酶發動蛋白-2(dynamin-2,DNM2)心磷脂酰基轉移酶1(lysocardiolipin acyltransferase 1，ALCAT1)等[11]多個因子均可參與調控自噬改善NAFLD。而Lin YC等[11]研究表明免疫相關GTP酶家族M(immunity-related GTPase family M,IRGM)基因變異可改變人體“噬脂”能力從而使人體易感NAFLD。

2 自噬在脂肪細胞中的作用

2.1自噬調控成脂細胞分化脂肪細胞主要有兩類，白色脂肪細胞和棕色脂肪細胞。白色脂肪組織是可導致肥胖的脂肪儲存組織，而富含線粒體的棕色脂肪組織分解葡萄糖和脂類產生熱量而非ATP。自噬調控前脂肪細胞的分化，抑制自噬可阻止白色脂肪組織的分化。Hahm等[12]觀察到在小鼠3T3-L1前脂肪細胞和鼠胚胎成纖維細胞(Mouse Embryonic Fibroblasts,MEFs)的分化過程中，細胞內均發現LC3-Ⅱ的表達、AMPK的活性及酸性囊泡的形成，而抑制細胞自噬水平，則前脂肪細胞內LD的聚集受阻，使得前脂肪細胞分化為成熟脂肪細胞的過程受到抑制。特異性敲除自噬基因Atg7、沉默自噬基因Atg5或使用自噬抑制劑(如氯喹、α-硫辛酸、3-MA)的小鼠白色脂肪組織均表現出明顯棕色脂肪組織的典型特征[2,12]。這些結果表明自噬是正常白色脂肪細胞生成所必需的。

2.2自噬調控脂肪細胞分化的機制研究自噬調控脂肪細胞分化的機制目前尚不明確，自噬缺陷能改變前脂肪細胞分化方向，可檢測到脂肪細胞分化標記物和脂肪形成相關轉錄因子水平發生變化Atg5基因敲除的MEFs細胞內的TG含量及與成脂分化有關的一系列蛋白的基因表達量均低于野生型MEFs[13-14]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)是調控脂肪細胞分化的主要轉錄因子，采用自噬抑制劑氯喹和RNA干擾Atg5后，發現3T3-L1前脂肪細胞PPAR-γ2蛋白水平減少，阻止成脂的分化，而解偶聯蛋白1和PPAR-γ1這些棕色脂肪細胞的標志物升高。Zhao等[14]發現在Atg7-/-小鼠白色脂肪組織中，過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(peroxlsome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α,PGC-1α)的表達增加。Kim KH等發現自噬缺陷促進Fgf21的表達，PGC-1α、Fgf21均能使白色脂肪組織具有棕色脂肪組織的特征[13]。此外，促炎癥消退介質maresin-1可抑制3T3-L1前脂肪細胞腫瘤壞死因子TNF-α引起的脂質分解和自噬[15]。內吞蛋白1(Bax-Interacting factory 1,Bif1)也是維持脂質代謝平衡的一個重要影響因子，而高脂飲食誘導的肥胖或下調Bif1表達，可抑制脂肪組織自噬[16]。

3 自噬與肝臟及脂肪組織脂質代謝紊亂相關疾病

NAFLD以肝臟TG積聚和脂類代謝紊亂為特征。持續的饑餓或長期營養過剩可導致肝臟發生自噬以調控LD的生長，若在此條件下無法上調自噬水平，將會導致良性脂質積累，表現為NAFLD，并不斷加劇進展至非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)和肝硬化的過程。目前認為NAFLD是在整個機體代謝紊亂狀態下的肝臟病變，常見的代謝綜合征危險因素如肥胖、胰島素抵抗、血脂異常和高血壓等對其進展有影響。考慮NAFLD與胰島素抵抗相關，研究表明運動鍛煉、GLP-1類似物、胃空腸Roux-en-Y吻合術均能改善NAFLD，此外大量的中藥成分，如蕓香苷、蜂膠多糖、木通皂苷D、白藜蘆醇、蝦青素、佛手柑多酚、咖啡因、咖啡、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、枸杞多糖等均可通過自噬改善NAFLD。此外，活性維生素D3、亞硝酸鈉、脂聯素類似物、伊澤替米貝、鈣離子通道阻滯劑均可改善NAFLD。

肥胖是一種脂質代謝異常、體內脂質尤其是TG蓄積過多使人體超重的病理狀態。白色脂肪組織的過度沉積與肥胖癥、2型糖尿病、高血脂、心血管疾病以及乳腺癌等疾病的發生密切相關。早期研究認為成人體內脂肪細胞數量是恒定的，肥胖個體病理主要表現為脂肪細胞體積增大。近年來研究表明成人體內脂肪細胞每年存在約10%的更新，這提示成人脂肪組織中也存在前體細胞向成熟脂肪細胞的分化。肥胖人群脂肪組織的自噬活性是增強的。肥胖小鼠脂肪組織自噬小體蓄積，但自噬清除能力下降[17]。3T3-L1細胞線粒體解偶聯誘導的脂肪酶如HSL/ATGL分解脂肪，自噬為其調控機制之一[18]。

4 小結與展望

肝臟與脂肪組織脂質代謝受自噬調控的方向截然相反，同一種藥物是否對肝臟及脂肪組織自噬的干預方向相反，需要進一步驗證。如Slutsky N等[19]發現肥胖患者脂肪組織自噬活性增加，內分泌功能紊亂，這可能與脂聯素分泌減少有關。而Guo R等[20]發現脂聯素缺乏可改善高脂飲食引起的自噬障礙及肝臟損傷。自噬主要對脂肪細胞分化方向產生影響，目前藥物研究較少。藥物干預脂質代謝研究多集中在藥物干預自噬對血脂、肝臟脂質代謝或NAFLD的影響，研究藥物臨床應用少，其人群有效性及安全性研究數據缺乏。需注意的是，目前細胞自噬對代謝的研究只在動物模型中進行，自噬作用的調控作用也只在一定生理范圍內進行分析。目前脂肪組織與肝組織對于脂肪代謝紊亂治療自噬調控的方向不一致，因此這為治療藥物的選擇帶來難度，且未來自噬調控治療方案的選擇需考慮組織特異性。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2017.05.027

2016-11-29；

2017-07-30

*通訊作者，E-mail：dfliao@hotmail.com.

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