氧化應激與核因子E2相關因子2在非酒精性脂肪性肝病中的作用

陸孝良， 蔣元燁， 曹 勤

上海中醫藥大學附屬普陀醫院， 上海 200062

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的肝細胞內脂肪過度沉積為主要特征的臨床病理綜合征，是與胰島素抵抗和遺傳易感性密切相關的獲得性代謝應激性肝損傷[1]。由于甘油三酯的異常積累，非酒精性脂肪肝可以發展成非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，最后進展為肝硬化乃至肝癌[2]。隨著肥胖及其相關代謝綜合征全球化的流行趨勢，NAFLD現已成為歐美等發達國家和我國富裕地區慢性肝病的重要病因。在全球，約有25%的普通成年人患有NAFLD[3]。在亞洲人群中NAFLD患病率相對較高，為27.37%[4]，在我國發達城市的患病率也有20%左右[5]。NAFLD的病因及機制復雜，涉及多個因素，例如胰島素抵抗[6]、內質網應激[7]、氧化應激、細胞凋亡與自噬[8]、腸道微生物[9]等。文獻[10]報道，氧化應激在NAFLD的發展中起關鍵作用。核因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是cap’n’collar家族中的一種堿性亮氨酸拉鏈轉錄因子，是細胞中的一組保護轉錄因子。在機體受到氧化應激時，Nrf2通過與抗氧化劑應答元件的結合來激活下游多種抗氧化因子及谷胱甘肽氧化還原系統，來保護細胞免受氧化應激損傷，是細胞抗氧化應激的關鍵因子。而機體Nrf2基因的缺失會自發地導致NAFLD的發展[11]，因此Nrf2被認為是治療NAFLD的一個新的治療靶點。本文結合近年來的最新研究，將從氧化應激及Nrf2與NAFLD的關系來進行綜述。

1 NAFLD的發病機制

迄今為止，NAFLD的發病機制尚未完全闡明。在20世紀90年代，Day和James[12]提出的“二次打擊”學說是比較有說服力的機制。“二次打擊”學說認為胰島素抵抗是NAFLD發病的第一重打擊，胰島素抵抗會導致肝臟中的甘油三酯沉積，從而導致脂肪變性，使其更容易受到第二次打擊，例如氧化應激、ATP耗盡和內毒素，最終導致肝臟炎癥、纖維化和癌癥。

“二次打擊”學說曾是NAFLD發病機制的經典闡釋，而如今“多重打擊”學說被更多的學者所認可。“多重打擊”學說認為NAFLD的發生是多因素綜合作用的結果，包括飲食因素、代謝功能紊亂、肝腸軸、肝細胞壓力、肝細胞死亡、核受體、免疫、遺傳等[13]。

2 氧化應激對NAFLD的影響

氧化應激在NAFLD的致病和發展中起著關鍵作用。當機體產生過多的氧自由基或者氧化程度超過氧化物的清除能力時，便會產生氧化應激，從而導致組織損傷。大量文獻報道導致NAFLD的主要氧化應激機制原因包括：線粒體功能障礙[14]、內質網應激[6]、鐵代謝紊亂[15]、腸道菌群紊亂[16]。

2.1 線粒體功能障礙 在線粒體功能障礙的情況下，氧化應激是產生肝損傷和纖維化發展的關鍵因素[14]。肝臟是脂質代謝的重要器官，機體通過肝臟的轉運蛋白從血清中攝取游離脂肪酸。肝細胞中脂肪和能量的穩態受線粒體的調節，包括游離脂肪酸的β氧化、電子轉移和ATP，以及活性氧(ROS)的產生[17]。

當肝臟細胞脂質過載時，線粒體β氧化活性增加導致ROS增多，直至超過機體清除ROS的能力時便產生氧化應激反應[18]。而產生的大量ROS又會導致線粒體功能障礙，脂肪代謝水平下降，肝臟出現脂肪變性。而且ROS的增加促進了脂肪酸的氧化, 導致了脂質過氧化產物的增多。另外，脂質過氧化產物的細胞毒性作用可誘導中性粒細胞趨化，使肝臟發生炎癥性壞死，激活肝星狀細胞。持續活化的肝星狀細胞釋放促纖維化因子，促進非酒精性脂肪肝進一步發展為肝纖維化、肝硬化，甚至肝細胞癌[19]。

2.2 內質網應激 內質網的主要功能是合成蛋白質、膽固醇、甘油磷脂等脂類[20]。但在應激條件下，例如脂質超載時、未折疊和錯誤折疊的蛋白質在內質網腔中積累，激活未折疊蛋白質反應的特定信號傳導途徑。為了恢復內質網穩態，未折疊蛋白質反應會延長和重復激活，導致內質網應激增加，從而引發細胞凋亡和炎癥反應[21-22]。內質網應激還可以導致炎性小體的激活，例如NLRP3，從而導致嚴重的肝臟炎癥和肝細胞凋亡[23]。因此抑制內質網應激導致的炎性小體激活是治療NAFLD的潛在方法之一。

2.3 鐵代謝紊亂 鐵是紅細胞生成和多種細胞代謝功能所必需的物質[24]。然而，過量的鐵會引起芬頓反應產生ROS，導致氧化應激產生，損傷細胞。大約三分之一的NAFLD患者表現出鐵代謝紊亂的跡象，鐵的過載加重了肝臟炎癥，通過減少體內鐵含量可以恢復胰島素的敏感性，減緩NAFLD的發展[25]。Handa等[26]發現在給予瘦素受體蛋白缺陷小鼠膳食鐵負荷后，肝細胞發生氧化應激，炎癥小體激活，炎癥和免疫介質誘導肝細胞氣球樣損傷，并因此導致NAFLD向NASH轉變。Atarashi等[27]也通過給大鼠喂食正常、高脂肪、高脂肪高鐵和高鐵飲食30周發現，高脂肪組和高脂肪高鐵組較正常組血清轉氨酶升高，肝臟的炎癥反應增強，促炎細胞因子上調，并且出現脂肪變性。同時，高脂肪高鐵組的炎癥反應，促炎因子水平顯著高于高脂肪組。這表明鐵超載顯著加重了肝臟的炎癥，體內鐵還能通過產生內質網應激而導致NAFLD的肝損傷[28]。

2.4 腸道菌群紊亂 腸道微生物可以通過多種途徑促進NAFLD。研究[29]表明，飲食因素可導致腸道菌群改變和腸道屏障破壞，從而促進代謝性內毒素血癥和低度炎癥的發生，加重NAFLD。內源性乙醇是腸道菌群的代謝物，被肝臟吸收后通過門靜脈到達肝臟，在肝臟經乙醇脫氫酶氧化，形成乙醛等過氧化物，活化肝臟的Kupffer細胞，引起氧化應激和炎癥反應[30]。腸道菌群失調導致膽汁酸代謝的失衡，抑制了法尼醇X受體，使得肝臟甘油三酯和血漿膽固醇水平上升[31-32]。另外腸道菌的衍生毒素，例如，脂多糖(LPS)會激活肝巨噬細胞中促炎性細胞因子的產生，從而導致肝炎的發生[33]。

3 Nrf2與氧化應激

Nrf2是機體抗氧化應激的一個重要因子。在機體發生氧化應激時，Nrf2基因被激活并轉錄，啟動下游抗氧化蛋白、氧化酶和Ⅱ相解毒酶等。人類的Nrf2蛋白由605個氨基酸組成，含有7個高度保守的Nrf2-ECH同源(Neh)結構域，依次命名為Neh1至Neh7[34]。在穩態條件下，Neh2分子通過兩個結合位點與兩個Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白-1(Keap1)分子相互作用，此時Nrf2是被抑制的[35]。當ROS和親電試劑水平大于細胞解毒的能力時，Nrf2開始活化，Nrf2與Keap1解偶聯，磷酸化的Nrf2轉運進入細胞核，與Maf蛋白結合成異質二聚體后與抗氧化劑應答元件結合，激活靶基因，調控Ⅱ相解毒酶、抗氧化酶的表達，清除超氧化物，從而發揮抗氧化損傷作用(圖1)[36]。

圖1 Nrf2參與氧化應激的過程

4 Nrf2在NAFLD病理生理過程中的作用

Nrf2通路在NAFLD的病理生理中主要通過調節氧化應激來發揮作用。Du等[37]使用骨鈣素激活Nrf2通路發現，它可以通過改善氧化應激和抑制JNK通路來改善NAFLD，這是參與NAFLD發病機制的重要途徑。同時，在NASH小鼠中，通過激活Nrf2，可以抑制內質網應激來改善NAFLD和肝纖維化[38]。如上文所說脂質超載和鐵代謝紊亂會產生氧化應激。Wang等[39]研究顯示，Nrf2在NAFLD中參與了肝臟的脂質代謝，Nrf2無效型小鼠相比于野生型小鼠肝甘油三酯和鐵濃度有增加的趨勢。Nrf2的缺失加速了NASH的進展。有研究[40]顯示，通過抗生素治療NAFLD小鼠減少腸道菌群后，小鼠部分抗氧化因子提高，肝臟Nrf2表達上升，減緩了NAFLD的發展。

5 Nrf2通路激活劑干預NAFLD進展

已發現的Nrf激活化劑有酚類、二硫代硫酮類、異硫氰酸鹽類、三萜類[41]。大量研究[42]表明，各類Nrf2激活劑在干預NAFLD實驗中取得了滿意的效果。例如，具有抗氧化應激活性的類黃酮糖苷燈盞花素通過Nrf2途徑改善NAFLD。來自青錢柳的三萜類化合物在NAFLD體內外模型中可以通過激活Nrf2來保護線粒體功能和改善氧化應激[43]。洋紅素通過Nrf2/ HO-1信號通路抑制脂質積累和氧化應激改善NAFLD[44]。盡管已有Nrf2活化劑藥物臨床試驗階段, 如富馬酸酯口服液治療復發緩解型多發性硬化癥已進入Ⅲ期臨床階段[45]，但由于NAFLD發病機制尚未完全了解，Nrf2活化劑特異性不夠等原因，尚未有治療NAFLD的Nrf2活化劑藥物進入臨床試驗。當前，對于Nrf2活化劑的研究方興未艾，大量天然藥物的提取物已經證明，通過Nrf2通路可以干預NAFLD的發展，相信隨著藥物研究的深入，Nrf2臨床藥物也將會出現。

6 小結與展望

氧化應激與Nrf2通路在NAFLD的發生發展中有著重要作用且聯系密切。調節氧化應激、清除ROS，是NAFLD防治的重要方向之一。而Nrf2作為氧化應激中的重要通路在避免肝臟脂質變性、防止ROS引起的肝細胞氧化應激損傷和線粒體障礙等方面起到了重要的調控作用。盡管NAFLD的發病機制復雜，現在仍未完全闡明，但越來越多的研究表明，氧化應激與Nrf2通路在NAFLD疾病的發生發展中起到了重要的作用。深入探索氧化應激與Nrf2通路的分子機制，或可為今后NAFLD的治療和新藥研發提供新的候選靶點。