運動誘導細胞自噬在非酒精性脂肪性肝病防治中的作用

廖粵生， 白莉莉

天津師范大學 體育科學學院， 天津 300387

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一種與胰島素抵抗(IR)和遺傳易感密切相關的代謝應激性肝損傷，主要包括非酒精性單純性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎以及在此基礎上發生的肝硬化和肝細胞癌(HCC)[1]。近年來，NAFLD的患病率呈現逐漸上升趨勢，在我國，NAFLD的患病率高達29.81%[2]，預計到2030年，我國NAFLD患者將達到3.145 8億，成為全球增速最快的國家[3]。就現有研究來看，NAFLD的治療主要集中于對疾病過程和危險因素的控制，其發病機制還未完全清楚，并且尚無理想的有效治療藥物。因此，亟需挖掘更多的治療方案并探索其內在機理。自噬是真核細胞生物體內普遍存在的一種新陳代謝現象，是細胞的一種自我更新過程和機體組織的一種自我防御機制[4]。研究[5]表明，自噬失調是誘發NAFLD的重要原因之一。此外，有證據[6]顯示，運動能夠提高機體肝細胞、心肌細胞和骨骼肌細胞的自噬活性，并以此起到防治NAFLD的作用。但目前運動通過調節細胞自噬活性防治NAFLD的具體機制尚不十分明確。因此，本文梳理與總結自噬與NAFLD的關系、運動誘導細胞自噬對NAFLD的影響及運動誘導細胞自噬防治NAFLD的潛在分子機制的相關理論研究和應用成果，從而為NAFLD的預防與治療提供新思路。

1 自噬概述

20世紀60年代，美國科學家Ashford和Porter通過透射電鏡對大鼠的肝臟進行研究時首次發現大鼠肝臟的自噬現象。此后，比利時科學家Christian de Duve在溶酶體國際會議上將這種細胞中存在的降解細胞質和細胞器的現象定義為“細胞自噬”[7]。自噬的過程主要在于細胞通過形成自噬體降解破損細胞器及有害蛋白碎片，該過程也是細胞應對外界刺激時維持細胞內環境穩態的一種機制[8]，細胞自噬在氧化應激、饑餓、病原體感染等環境因素發生變化時被激活，并以此調控細胞內衰老及異常蛋白、清除受損細胞器并維持細胞的正常功能[9]。自噬的過程主要包括5個階段，即自噬啟動、自噬體成核、自噬體膜擴張、選擇包裹底物、自噬體和溶酶體融合以及降解。此外，根據底物進入溶酶體途徑的不同，又可將自噬分為巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy)[10]。其中，巨自噬為主要代表，就是目前通常所指的細胞自噬，是最早檢測到的自噬現象，也是唯一產生自噬體結構的自噬過程，該過程在于細胞在受到外界刺激的情況下形成雙層膜囊泡，將胞質中的蛋白質和細胞器包裹形成自噬泡并運送至降解細胞器進行消化降解，其發生過程主要分為3個階段：細胞受損時細胞質中形成杯狀的雙層膜結構的自噬前體逐漸延長完全包繞將要被降解的胞漿成分形成自噬體；自噬體運輸至溶酶體，融合成自噬溶酶體并降解其內成分；自噬體膜脫落再循環利用[11]。研究[12-14]發現，自噬與病毒性肝炎、酒精性脂肪肝、NAFLD、急性肝損傷、藥物性肝損傷、肝纖維化、肝癌等都密切相關。因此，探索自噬與NAFLD的關系及運動干預的潛在機制有望成為防治NAFLD及相關肝臟類疾病的新策略。

2 自噬與NAFLD的關系

肝臟是人體脂肪酸氧化最活躍的器官，在脂質的消化、吸收、合成、分解及運輸等過程中均發揮了重要作用，肝臟中過量的脂質堆積將刺激細胞產生大量的活性氧(ROS)，并因此引起肝細胞內質網應激、線粒體功能障礙及脂毒性[15]。研究[16]表明，肝臟內過度脂質積累會引起細胞自噬水平降低，發生炎癥向NAFLD及其并發癥演變；然而，降低肝臟的脂質積累可以恢復肝臟自噬水平，起到防治NAFLD及其并發癥的作用。Singh等[17]在Nature上首次報道了自噬在肝細胞內的脂質降解作用，并將其命名為“Macrolipophagy”，發現自噬不僅可以通過清除因過量ROS而受損的細胞器或蛋白質，降低ROS對細胞的毒性損傷，還能促進抗炎因子分泌，并以此抑制肝臟的炎癥反應來減輕肝損傷。研究[18-19]發現，在營養不良或者應激狀態下，自噬通過降解和再利用細胞內衰老或者失能細胞元件、細胞器和蛋白質，維持細胞內的能量；在饑餓狀態，自噬通過降解肝細胞內脂滴，將脂肪酸釋放到細胞內線粒體進行β-氧化，調節肝細胞內的脂質儲藏和能量平衡。此外，有研究[20-21]證實，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是自噬干預NAFLD的主要通路，mTOR的靶標是調控細胞自噬的核心樞紐，生長因子、胰島素等與酪氨酸激酶受體(RTK)結合可激活Ⅰ型磷脂酰肌醇三磷酸激酶(Class I PI3K)，激活后的PI3K可在質膜上產生第二信使磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)，以此活化蛋白激酶B(AKT)并通過磷酸化作用激活mTOR信號通路，自噬體在mTOR活性受到抑制時形成，肝臟的脂質積累也因此逐步被清除。上述研究結果提示，自噬與NAFLD密切相關，調節細胞自噬可促進肝臟中過量脂質的降解，有利于減輕脂毒性和內質網應激對肝細胞的損害，從而促進肝膽脂質代謝平衡。因此，激活細胞自噬是防治NAFLD的重要途徑。

3 運動誘導細胞自噬對NAFLD的影響

自噬的激活受到內在和外在等多種因素共同影響，如饑餓、氧化應激、病原體感染等，不同運動方案也同樣會影響細胞的自噬作用。

3.1 有氧運動誘導細胞自噬對NAFLD的影響 臨床研究[22]證實，IR是NAFLD發生的始動因素，當IR發生時，胰島素對脂解的抑制作用被逐步削弱，導致脂肪分解增加，體內游離脂肪酸(free fatty acid，FFA)明顯增多，而運動可通過上調骨骼肌細胞自噬增加外周組織對胰島素的敏感性，并減少FFA的生成，從而減輕肝臟脂肪的沉積，以此達到防治NAFLD的目的。因此，激活骨骼肌細胞自噬是防治NAFLD的重要機制。研究[23]發現，有氧運動可顯著增加小鼠骨骼肌自噬基因Beclin1(又稱Atg6)蛋白表達，并顯著降低p62蛋白表達，提示有氧運動可有效增加骨骼肌自噬水平。Liu等[24]研究證實了這一結論，發現有氧運動可以作用于AMPK/mTOR等信號通路，提高細胞自噬水平。以上研究提示，有氧運動可通過上調骨骼肌細胞自噬水平，糾正胰島素分泌紊亂，以此防治NAFLD。

3.2 抗阻運動誘導細胞自噬對NAFLD的影響 抗阻運動是指肌肉在克服外來阻力時進行的主動運動。研究[25]發現，抗阻運動致使細胞強烈收縮，ATP在此程中將被快速消耗，從而使細胞內AMP/ATP比值升高，腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)得到激活。Steiner等[26]對小鼠進行2周抗阻運動干預后，發現AKT Thr308、mTOR Ser2448與ULK1 Ser757的磷酸化水平升高，提示抗阻運動通過PI3K/AKT/mTOR通路抑制了細胞自噬。此外，國內學者馮燕等[27]的研究證實了這一結果，對高脂飲食誘導的肥胖大鼠進行10周抗阻運動干預后，發現大鼠內臟脂肪組織的自噬活性受到了抑制，提示抗阻運動會降低細胞自噬水平。然而，有研究[28]發現，8周抗阻運動提高了大鼠骨骼肌LC3 Ⅱ、Beclin1和Atg7的表達水平，大鼠趾深屈肌骨骼肌的自噬活性得到了顯著提升。因此，就現有研究來看，抗阻運動對細胞自噬的影響仍存在爭議，大部分研究結果提示抗阻運動會對細胞自噬產生抑制作用，但其是否是受到受試對象、運動強度等因素的影響而導致結果不一致仍不清楚，尚待進一步研究確認。

3.3 單次運動誘導細胞自噬對NAFLD的影響 不同運動方案的單次運動對自噬會產生不同的影響。有研究[29]發現，小鼠在進行1次跑臺訓練(50 min，12.3 m/min)干預后，其體內LC3Ⅱ、Beclin1、Atg7、AMP2表達水平明顯下降，自噬活性顯著降低；而另一項研究[30]在同等條件下對小鼠進行1次有氧運動(90 min，55% VO2max)干預后，LC3Ⅱ表達水平顯著升高，LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值有升高趨勢。因此，推測運動強度的差異導致小鼠能量消耗的不同是致使小鼠細胞自噬結果產生差異的主要原因。Schwalm等[31]對兩組運動員進行1次不同強度的運動干預后，發現55%VO2max組的運動員體內LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值下降，p62不變，而70%VO2max組的運動員體內LC3Ⅱ/ LC3Ⅰ比值顯著升高，p62表達顯著下降，提示運動強度是激活細胞自噬的關鍵。以上研究提示，患者進行單次運動就能提高細胞自噬水平，但似乎中等強度(50% VO2max)以上的單次運動對細胞自噬具有更好的激活作用，根據受試者的個人情況合理的安排運動強度是有效激活細胞自噬的關鍵。

3.4 長時間運動誘導細胞自噬對NAFLD的影響 Lira等[32]研究發現，4周有氧運動干預后小鼠比目魚肌LC3Ⅱ、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ蛋白表達顯著升高，p62蛋白水平顯著降低，Beclin1、Bnip3和Atg7等蛋白表達水平也有明顯的升高趨勢，基礎自噬通量和自噬蛋白表達水平均顯著上升。Rocha-Rodrigues等[33]研究證實了這一結果，發現8周有氧運動(5次/周，60 min/次，25 m/min)可以增加大鼠白色脂肪組織Beclin1、LC3Ⅱ等自噬相關蛋白的表達，提示長時間有氧運動能顯著增加細胞自噬活性。然而，有研究[34]發現，在對大鼠進行36周中等強度運動干預后，大鼠骨骼肌、海馬體、心肌、肝組織中Beclin1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比例均未出現變化，提示過長時間運動導致機體產生的生理適應是自噬活性不變的主要原因。

綜上所述，長時間的有氧運動能對NAFLD起到更好的干預效果。另外，應該注意的是，適度運動可通過上調細胞自噬水平保持細胞內環境穩態，過度運動則會導致細胞自噬被過度激活誘發多種自噬相關疾病。因此，根據上述研究結果(表1)及中華醫學會肝病學分會發布的《非酒精性脂肪性肝病防治指南(2018更新版)》[35]，建議NAFLD患者在醫護人員的監督下以長期中等強度(50%VO2max～70%VO2max，≥30 min/次，3～5次/周，≥3周)的有氧運動進行干預，并在此基礎上不定期的調整運動方案，以避免機體產生生理適應導致干預療效的降低。此外，醫護人員應根據NAFLD患者的性別、年齡、疾病嚴重程度、體能等情況的不同，科學、合理的制訂運動處方，以提高運動防治NAFLD的依從性、安全性與有效性。

4 運動誘導細胞自噬防治NAFLD的分子機制

4.1 運動通過激活AMPK信號通路防治NAFLD 研究[36]證實，AMPK可通過調節乙酰輔酶A羧化酶磷酸化水平，以此促進肝細胞內脂質氧化并降低脂質水平，從而達到治療NAFLD的目的，提示激活AMPK是防治NAFLD的重要靶點。研究[37]發現，AMPK除了能夠激活細胞生物體中的分解代謝水平，抑制脂質、蛋白質和碳水化合物生物合成以外，同時也是自噬啟動過程的關鍵因子，ATP在有氧運動過程中逐漸被消耗并促進AMP生成，致使AMP/ATP比值升高激活AMPK信號通路，并通過磷酸化結節性硬化復合物2(TSC2)Thr-1227/Ser-1345和Raptor蛋白Ser722/Ser792，抑制mTORC1信號，進而降低ULK1 Ser757磷酸化，AMPK與ULK1相互作用致使ULK1的Ser317/Ser777磷酸化，從而激活細胞自噬。此外，Pagano等[38]也發現，有氧運動能夠降低小鼠mTOR的表達水平，促使比目魚肌AMPK Thr172、ULK1 Ser317和Ser555磷酸化增加并降低AKT Ser473和mTOR Ser2448的磷酸化，自噬標志物LC3-II表達也隨之增加。以上研究結果提示，運動可通過激活AMPK信號通路，調節乙酰輔酶A羧化酶磷酸化水平，以此促進肝細胞內脂質氧化，并降低脂質水平，從而達到治療NAFLD的目的。

4.2 運動通過激活叉頭轉錄因子O亞型3(FOXO3)信號通路防治NAFLD 研究[39]表明，激活FOXO3信號通路可增強NAFLD大鼠肝細胞自噬，改善線粒體結構，促進ROS和丙二醛的清除，增強抗氧化酶CATASE和MNSOD的活性，減輕氧化應激及脂質過氧化，降低小鼠肝臟甘油三酯水平，同時降低NAFLD大鼠肝組織炎癥水平。因此，激活FOXO3信號通路是防治NAFLD的有效途徑。Vainshtein等[40]對小鼠進行90 min的跑臺運動干預后，發現小鼠趾長伸肌FOXO3信號通路被激活，細胞自噬水平顯著提高，提示有氧運動可通過激活FOXO3信號通路，誘導自噬相關分子LC3-Ⅱ、Gabarapl1和Beclin1的表達，從而增強細胞自噬。此外，還有研究[38]發現，在有氧運動干預后，小鼠比目魚肌中AMPK Thr172被激活，降低了FOXO3 Thr32/Ser253的磷酸化，從而誘導了細胞自噬。上述研究結果提示，運動可通過激活FOXO3信號通路誘導細胞自噬，促進肝膽脂質代謝平衡，從而達到防治NAFLD的目的。

4.3 運動通過誘導B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)/Beclin1復合體解離防治NAFLD Bcl-2是一種癌基因，主要作用在于抑制細胞凋亡，它與自噬相關蛋白Beclin 1的BH3結構域結合，組合成Bcl-2/Beclin1復合體，從而抑制自噬的發生。運動可以誘導Bcl-2/Beclin1復合體解離，以此激活細胞自噬。He等[41]通過轉基因方法，在凋亡抑制蛋白Bcl-2分子上敲除3個保守磷酸化位點，以此構建BCL2 AAA小鼠模型，小鼠表現為基礎細胞自噬水平正常，但運動誘導的細胞自噬活性受損，研究發現，運動可促使Bcl-2分子上的3個磷酸化位點Thr69/Ser70/Ser84磷酸化，引起Bcl-2/Beclin1復合體解離，從而促進Beclin1與Class Ⅲ PI3K結合，提示運動可通過調節凋亡抑制蛋白Bcl-2磷酸化，誘導Bcl-2/Beclin1復合體解離，達到激活肝細胞自噬的目的。因此，運動可通過誘導Bcl-2/Beclin1復合體解離，激活細胞自噬，促進肝臟中過量脂質的降解，減輕脂毒性和內質網應激對肝細胞的損害，以此起到防治NAFLD的作用。

表1 不同運動類型/周期誘導細胞自噬對NAFLD的影響

5 小結與展望

綜上所述，細胞自噬與NAFLD的發生及發展密切相關，運動可通過誘導細胞自噬防治NAFLD。從各項研究數據來看，長期中等強度(50%VO2max～70%VO2max，≥30 min/次，3～5次/周，≥3周)的有氧運動是治療NAFLD的最佳方案，醫護人員應根據NAFLD患者的性別、年齡、疾病嚴重程度、體能等相關情況合理的制訂運動處方，以提高運動干預的依從性、安全性與有效性。此外，從機制上來說，運動主要通過激活AMPK/FOXO3信號通路，促進Bcl-2/Beclin1復合體解離，從而誘導細胞自噬以防治NAFLD(圖1)。目前，雖然臨床研究證實了運動誘導細胞自噬對防治NAFLD的積極作用，但仍存在許多亟需解決的問題，相信隨著相關研究的不斷深入，未來NAFLD的臨床治療會取得突破性的進展。

圖1 運動誘導細胞自噬防治NAFLD的分子機制

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：廖粵生負責課題設計，收集與分析資料，撰寫和修改論文；白莉莉負責擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿。