空氣污染物PM2.5與非酒精性脂肪性肝病發(fā)病研究進(jìn)展*

吳偉杰 綜述，丁雯瑾，范建高 審校

隨著我國近些年來工業(yè)化的高速發(fā)展，在物質(zhì)財富的不斷積累中，同時也伴隨生態(tài)環(huán)境的破壞，如大氣、水、土壤的問題。而各類燃料焚燒后產(chǎn)生的PM2.5(空氣動力學(xué)直徑≤2.5μm的顆粒物)一直以來是科學(xué)人員的重點研究對象。因為其體積小，比表面積大，在空中懸浮時間長的物理特性和富集多種重金屬及有機(jī)物的化學(xué)特性，使之更容易進(jìn)入機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重不良后果。已有研究暗示大氣中的PM2.5污染是肝臟疾病發(fā)生的一個危險因素，PM2.5會造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的氧化應(yīng)激及肝臟的脂質(zhì)代謝紊亂，肝轉(zhuǎn)氨酶升高[1-4]。目前NAFLD對于我國的疾病負(fù)擔(dān)也在日益加重，但是其發(fā)病機(jī)制尚未明確,多次打擊學(xué)說是如今解釋NAFLD發(fā)病機(jī)制最為認(rèn)可的一種理論，第一次打擊是主要是肥胖、IR引起體內(nèi)出現(xiàn)大量游離脂肪酸(free fatty acids,FFAs)進(jìn)一步導(dǎo)致肝內(nèi)的脂質(zhì)異常積累，此種狀態(tài)可逆，但是出現(xiàn)脂質(zhì)以脂滴呈現(xiàn)的肝脂肪變性的狀態(tài)便更加容易遭受第二次打擊，過量FFAs氧化后可導(dǎo)致自由基生成，線粒體功能障礙進(jìn)而出現(xiàn)氧化應(yīng)激，肝臟炎癥通路的激活，促炎癥因子的大量產(chǎn)生，同時細(xì)胞凋亡和內(nèi)臟來源的細(xì)菌內(nèi)毒素也參與其中，上述過程聯(lián)合推動NFALD進(jìn)一步發(fā)展為肝硬化甚至肝癌，第三次打擊是關(guān)于NAFLD的遺傳易感性，而且其疾病發(fā)展相較于沒有遺傳因素的患者更加嚴(yán)重[5-8]。可以看出NFALD與IR，脂代謝紊亂，肥胖等關(guān)系密切，因此我們可以通過對PM2.5與上述疾病之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)一步探索NAFLD的可能發(fā)病機(jī)制和診治靶點的所在之處。

1 PM2.5在胰島素抵抗發(fā)生中的作用

IR普遍被認(rèn)為是肝臟，白色脂肪組織及骨骼肌等儲存或利用能量的組織對胰島素的敏感度降低所造成的。IR作為NAFLD發(fā)病的一個主要危險因素，同時多篇文獻(xiàn)也均表示在PM2.5的暴露下會通過炎癥反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體功能障礙等導(dǎo)致IR、糖耐量降低等一系列的損傷，通過這些可以提示PM2.5與NFALD發(fā)病之間具有一定程度的相關(guān)性[9，10]。

1.1 PM2.5與炎癥因子 通過對暴露在PM2.5的小鼠的附睪脂肪組織進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)F4/80+巨噬細(xì)胞數(shù)目增加，并對其脂肪組織巨噬細(xì)胞富集部位的特異性基因的進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)PM2.5會引起巨噬細(xì)胞內(nèi)促炎癥基因的表達(dá)上升，進(jìn)而腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、NO合成酶2、白細(xì)胞介素-6(IL-6)等合成增多，而TNF-α，IL-6均可使人體胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生異常導(dǎo)致IR，但是在p47phox—的小鼠中并不會出現(xiàn)巨噬細(xì)胞增多的情況，p47phox是活化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶的一個重要調(diào)節(jié)分子，所以我們有理由相信NADPH氧化酶在PM2.5誘導(dǎo)IR發(fā)展中扮演了一個關(guān)鍵角色[11-15]。

1.2 PM2.5與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會引起未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response, UPR)來維持細(xì)胞生存的穩(wěn)態(tài)。UPR的激活降低了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的未折疊蛋白負(fù)荷，改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)，是解決內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的一種適應(yīng)性反應(yīng)。目前認(rèn)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起IR主要是與UPR相關(guān)的兩個分支通路引起的，第一種是激活了c-Jun氨基末端激酶(JNK)而引起胰島素受體底物-1的絲氨酸磷酸化從而減弱了胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的能力。第二種是通過激活蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶/真核生物翻譯起始因子2 /激活轉(zhuǎn)錄因子4 (PERK/eIF2/ATF4)信號通路導(dǎo)致蛋白激酶B的抑制物Tribbles同源蛋白3(TRB3)表達(dá)增加，損傷了胰島素信號通路促進(jìn)了IR的發(fā)生[16，17]。Li et al表示吸入PM2.5后產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以激活分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)進(jìn)而與ATF6結(jié)合并促進(jìn)其釋放，之后ATF6被高爾基體轉(zhuǎn)運，經(jīng)由位點1和位點2的蛋白酶被剪切成活性片段后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核當(dāng)中激活增強子結(jié)合蛋白同源蛋白(CHOP)等應(yīng)激性轉(zhuǎn)錄因子，這是細(xì)胞對外源性刺激的一種防御性措施，但是在PM2.5持續(xù)作用下會導(dǎo)致GRP78/ATF6/CHOP信號通路的過度激活，CHOP可以激活下游基因TRB3和caspase12，進(jìn)而激活了caspase級聯(lián)凋亡通路,信號通路反而從保護(hù)作用變成了促凋亡的應(yīng)激反應(yīng)，同時伴隨著肝臟炎癥反應(yīng)和纖維化的出現(xiàn)。

1.3 PM2.5與線粒體應(yīng)激 PM2.5可以造成線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷而對線粒體呼吸功能產(chǎn)生不良影響，線粒體功能障礙能夠引起減少ATP生成，進(jìn)一步導(dǎo)致活性氧簇(ROS)在細(xì)胞內(nèi)的堆積過多，適量ROS對于維持體內(nèi)平衡氧化還原環(huán)境至關(guān)重要，但是當(dāng)ROS過多時會損傷線粒體呼吸鏈功能，同時也會導(dǎo)致線粒體能力不足而引起脂質(zhì)大量的沉積，繼而血漿中會出現(xiàn)大量FFAs[18，19]。大量FFAs會激活絲氨酸激酶來抑制胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路進(jìn)而降低靶器官對胰島素的敏感程度參與胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)。Nrf2基因在長期暴露于PM2.5中的小鼠表達(dá)上調(diào)，研究通過對Nrf2傳導(dǎo)通路的激活發(fā)現(xiàn)其可以通過抑制線粒體的凋亡使機(jī)體免受PM2.5產(chǎn)生的氧化損傷，因此Nrf2的進(jìn)一步研究對于會產(chǎn)生線粒體應(yīng)激的疾病治療可能會提供幫助[20-22]。

2 PM2.5與肥胖

肥胖與NAFLD流行的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，目前研究表示肥胖不僅與單純性脂肪變有關(guān)，而且對于非酒精性脂肪肝疾病進(jìn)一步的發(fā)展也存在著緊密聯(lián)系。甚至有研究表示在親代小鼠在遭受到PM2.5不僅僅對自身產(chǎn)生影響也會對后代產(chǎn)生影響，導(dǎo)致后代脂肪堆積使肥胖發(fā)生的概率提高[23-28]。

2.1 瘦素 在墨西哥城市兒童中的一項調(diào)查中顯示在不同濃度PM2.5暴露下的體質(zhì)指數(shù)(BMI)和瘦素之間存在著明顯差異，而且瘦素與PM2.5的長期暴露呈現(xiàn)出強正相關(guān)。瘦素是一種胰島素增敏劑，而且瘦素在體內(nèi)的循環(huán)水平對于NAFLD發(fā)展也發(fā)揮著一定作用。肥胖人員體內(nèi)瘦素水平和可溶性瘦素受體均會升高，說明了肥胖與瘦素抵抗之間存在著一定關(guān)聯(lián)[29，30]。 胰島素和瘦素兩者相輔相成，胰島素可以誘導(dǎo)瘦素的產(chǎn)生，反過來瘦素可以增加組織對胰島素的敏感性加速對葡萄糖的攝取，利用和存儲，但是在肥胖的背景下，通過瘦素對胰島素的負(fù)反饋機(jī)制反而導(dǎo)致IR的發(fā)生。研究表示可以通過減少瘦素的水平可以有效提高胰島素的敏感程度，循環(huán)中大量瘦素的持續(xù)存在會對下丘腦弓狀核形成一個強有力的反饋機(jī)制，該機(jī)制主要依賴于產(chǎn)生細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3 (SOCS3)和蛋白酪氨酸磷酸酶1B，SOCS3的表達(dá)依賴于瘦素，瘦素水平越高會使得SOCS3的表達(dá)越多，而大量SOCS3則通過對Janus家族酪氨酸激酶/信號傳導(dǎo)轉(zhuǎn)錄啟動子3(STAT3)信號通路的抑制實現(xiàn)對瘦素的調(diào)節(jié)[31，32]。瘦素一開始被認(rèn)為是通過中樞進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，后面有實驗表示瘦素對周圍組織存在直接作用，瘦素與細(xì)胞表面受體結(jié)合激活Ca2+/鈣調(diào)素依賴蛋白激酶β信號級聯(lián)從而使得含有鉀離子通道的囊泡被大量轉(zhuǎn)運到細(xì)胞膜上使得細(xì)胞膜超極化而降低了胰島B細(xì)胞的興奮性抑制胰島素的分泌[20]。

2.2 FTO基因 FTO基因編碼的是一種核酸去甲基酶，與體重和脂肪含量密切相關(guān)，在調(diào)節(jié)肝細(xì)胞脂質(zhì)積累中起關(guān)鍵作用，F(xiàn)TO基因會在高PM2.5暴露組中出現(xiàn)過表達(dá)，而且在NAFLD患者的血清和肝臟FTO的表達(dá)水平也高于正常人群。FTO基因的表達(dá)上調(diào)被認(rèn)為是導(dǎo)致肥胖產(chǎn)生的重要危險因素，目前已證實FTO基因多態(tài)性可以導(dǎo)致BMI指數(shù)上升，與重度肥胖高度相關(guān)，而且FTO基因多態(tài)性配合高脂飲食則會更加容易導(dǎo)致人們肥胖的產(chǎn)生。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP1c)是啟動脂肪酸合成相關(guān)基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的DFF45樣效應(yīng)因子C(CIDEC)可以通過改變脂滴大小來提高脂質(zhì)的存儲，F(xiàn)TO可以促進(jìn)SREBP1c的轉(zhuǎn)錄，SREBP1c過度表達(dá)可以顯著上調(diào)CIDEC在細(xì)胞內(nèi)mRNA和蛋白的水平，這提示CIDEC可能是參與SREBP1c調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)積累的下游分子，所以FTO可能通過一種FTO/SREBP1c/CIDEC信號通路在肝細(xì)胞中促進(jìn)脂質(zhì)積累，F(xiàn)TO極有可能通過這一通路部分參與了NAFLD的發(fā)病機(jī)制。

3 PM2.5與脂代謝

脂代謝是NAFLD發(fā)生的重要一環(huán)，吸入PM2.5會上調(diào)TNF-α的表達(dá)而引起肝臟氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)而導(dǎo)致肝功能異常，破壞脂質(zhì)代謝的功能平衡，對PM2.5暴露下的小鼠肝組織染色后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了不同程度的炎癥、肝臟脂肪變性和氣球樣變，說明了通過吸入PM2.5可以導(dǎo)致肝臟內(nèi)脂質(zhì)異常沉積。值得注意的是，通過電鏡可以觀察到PM2.5處理組的肝細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)了斷裂，導(dǎo)致脂滴在細(xì)胞中聚集，提示PM2.5對肝臟脂質(zhì)積累存在一定程度的促進(jìn)作用，并與肝臟血脂異常存在濃度依賴性。Chen et al實驗發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露下不活躍菱形蛋白2(iRhom2)在肝臟組織中的表達(dá)上調(diào)，而且iRhom2與葡萄糖耐量、脂代謝紊亂、炎癥反應(yīng)之間都存在一定程度的關(guān)聯(lián)，iRhom2能夠使 TNF-α轉(zhuǎn)化酶(TACE)順利從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排出轉(zhuǎn)運到細(xì)胞表面發(fā)揮作用，TACE可以促進(jìn)TNF-α的合成從而誘導(dǎo)炎癥的發(fā)生，使循環(huán)代謝之中出現(xiàn)了TNF-α相關(guān)性浸潤，加快機(jī)體代謝性紊亂的發(fā)生，那么長期暴露PM2.5引起的肝臟脂肪變性、代謝綜合征和血脂異常的發(fā)生至少部分是依賴于iRhom2/TACE/TNF-a通路來進(jìn)行調(diào)控[33-35]。報道稱親代小鼠接觸PM2.5后對自身的空腹胰島素含量、低密度脂蛋白膽固醇、總膽固醇、IL-17A、IL-6、IL-10都會產(chǎn)生的影響，而此結(jié)果可能是通過免疫微環(huán)境的變化使后代更易產(chǎn)生糖尿病、IR、脂代謝異常、肥胖等不良結(jié)果,但是此發(fā)病機(jī)制仍需進(jìn)一步探索。Notch信號通路是調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡和炎癥反應(yīng)等的復(fù)雜通路，在后續(xù)的研究還發(fā)現(xiàn)Notch信號通路還具有脂質(zhì)特異性調(diào)控作用。另外Zhang通過對Notch信號通路進(jìn)行抑制，將PM2.5暴露組與對照組的血脂比較后并無統(tǒng)計學(xué)差異，表明暴露于PM2.5的大鼠有可能是通過Notch信號通路來影響血脂水平。有趣的是，有研究表示在PM2.5暴露下的高脂飲食組的小鼠有關(guān)脂代謝的調(diào)控物過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)下調(diào)，而PPAR-α出現(xiàn)相反的情況，這可能與Myd88基因被誘導(dǎo)而導(dǎo)致肝臟自噬能力增強使得肝脂肪變性減輕而出現(xiàn)的結(jié)果，但是這一結(jié)論還需進(jìn)一步的探究。

4 PM2.5與NAFLD相關(guān)性肝病

NAFLD是一個包括單純性脂肪肝病、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，NASH后肝硬化以及導(dǎo)致肝相關(guān)性死亡的肝病,病理上以炎癥、細(xì)胞凋亡、氣球樣變、Mallory玻璃樣變、纖維化等為特征的肝病。氧化應(yīng)激和炎癥因子(IL-6、TNF-α等)過表達(dá)通常被認(rèn)為是空氣污染持續(xù)對肝造成損傷的病因。Xu在實驗中將小鼠暴露于不同濃度的PM2.5中發(fā)現(xiàn)小鼠的全身炎癥和氧化應(yīng)激顯著增加，與脂質(zhì)積累相關(guān)的基因表達(dá)如膽固醇從頭合成的關(guān)鍵酶3-羥基3-甲基戊二酰輔酶A還原酶、SREBP-1c、PPAR-γ等發(fā)生了上調(diào)；而對于減輕脂質(zhì)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累的基因表達(dá)如膽固醇分解的限速酶膽固醇7α-羥化酶、PPAR-α等出現(xiàn)下調(diào)[36，37]。并從處理組的肝臟組織病理中觀察到肝細(xì)胞的炎性浸潤、脂肪變性、氣球樣變均有增加，并且隨著暴露時間的推移，上述病理變化也變的愈加嚴(yán)重，說明長期吸入PM2.5會加重與NAFLD相關(guān)的脂質(zhì)代謝異常和肝臟內(nèi)脂質(zhì)的異常積累。轉(zhuǎn)氨酶升高在臨床上常常作為肝臟損傷的生化指標(biāo)，通過PM2.5處理后的小鼠發(fā)現(xiàn)ALT、AST和AKT的表達(dá)都會高于未經(jīng)處理的組別，而且隨著暴露濃度的增加，ALT、AST、AKT水平也會達(dá)到一個新的高度，并且在人群PM2.5暴露下的調(diào)查也出現(xiàn)了同樣的結(jié)果，尤其是ALT和GGT的上升，但是機(jī)制未明確，是由PM2.5直接或者間接引起這一過程需要進(jìn)一步的探索。PM2.5可以激活肝星狀細(xì)胞，同時誘導(dǎo)肝星狀細(xì)胞向成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)變使得細(xì)胞外基質(zhì)增多從而進(jìn)一步加重了肝纖維化的進(jìn)程，肝相關(guān)性死亡的風(fēng)險也往往伴隨肝纖維化程度的加重而迅速增加，這一系列的炎癥、氧化應(yīng)激、脂質(zhì)異常積累均提高了NAFLD的風(fēng)險值就此方面來看PM2.5在推動NAFLD進(jìn)展的關(guān)系是難以忽視的。

5 結(jié)語

PM2.5無疑會對肝臟造成不良影響，但是這是一個長期慢性的結(jié)局，此過程還需要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究以明確機(jī)制，為以后的治療提供幫助。目前可以確定PM2.5通過IR、肥胖、脂代謝異常來間接影響肝功能，或者直接通過肝內(nèi)的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)破壞肝臟正常的生理變化并可以加快肝臟疾病進(jìn)程。可是大部分的研究都是對實驗動物進(jìn)行的，而直接研究人群對PM2.5暴露，會涉及到暴露時間、醫(yī)療條件、經(jīng)濟(jì)狀況、地理因素等方面約束，毫無疑問這是一項巨大的挑戰(zhàn)。因此具體PM2.5在人體上是否會和實驗小鼠產(chǎn)生類似或者更加嚴(yán)重的結(jié)果還需進(jìn)一步的探索。但是以上結(jié)果都提醒我們早期對PM2.5污染的治理，對于NAFLD的治療及預(yù)防會有很大的幫助。