肝病肌肉減少癥發病機制研究進展*

藺 寧，孔 明 綜述，段鐘平 審校

全世界每年約有200萬人死于肝病，其中一半死于肝病相關并發癥[1]。由于肝臟是人體重要的代謝器官，肝臟疾病時可出現營養素代謝改變，引起一系列營養相關并發癥，如營養不良，肌肉減少癥和骨質疏松等。其中肌肉減少癥是指全身性肌肉質量降低和力量減退，機體生理功能障礙，并導致生活質量下降，甚至死亡的綜合征，簡稱肌少癥(sarcopenia)[2]。肌少癥可影響高達70%的晚期肝病患者，使患者生活質量和生存率降低，肝病并發癥和感染發生率增加，以及肝移植術后預后不良[2, 3]。研究表明，肌肉減少癥是肝病預后的重要預測因素[4]。但其發病機制尚不完全清楚，并且目前大多數治療以營養、運動等干預為主，尚缺乏療效肯定的針對發病機制的治療藥物。因此，本文將肝病肌少癥的發病機制進行總結，以便確定干預治療的靶點，改善臨床預后。

1 肝病患者肌肉減少癥的發病機制

1.1 營養物質缺乏和代謝改變 骨骼肌質量是通過蛋白質合成和分解以及骨骼肌再生能力之間的平衡來維持的，該過程需要多種營養物質參與。在肝病患者中，腹脹、食欲降低等消化道癥狀導致進食減少，肝病相關并發癥如胃腸道瘀血、腸道菌群紊亂等引起腸道吸收功能減弱，以及肝臟合成功能減退導致營養物質合成障礙等，均可影響營養物質的攝入和吸收。另外，肝臟的高分解代謝狀態也使骨骼肌消耗增加，導致肝病患者出現肌肉減少[3]。研究發現，晚期肝病患者常出現蛋白質和氨基酸代謝異常，表現為芳香族氨基酸(aromatic amino acids，AAA)水平升高，支鏈氨基酸(branched chain amino acid，BCAA)水平下降，導致血清支鏈氨基酸/芳香族氨基酸比值(BCAA/AAA)降低。芳香族氨基酸的增加是因為肝臟合成功能減退和門體分流，肝臟和肌肉中蛋白質降解釋放增加所致。而支鏈氨基酸的減少是因為它參與了骨骼肌中氨的處理，消耗增加[5]。低BCAA/AAA已證實與肝硬化相關并發癥肝性腦病的發病機制有關[6]。肌肉質量的降低不僅受蛋白質代謝異常的影響，還與碳水化合物和脂肪代謝異常有關。研究表明，肝病患者可出現糖異生增加、胰島素抵抗增加、脂解增加和酮體生成等營養素代謝異常[2]，促使肌肉萎縮的發生。

1.2 激素水平異常 骨骼肌生長發育受多種激素調節，其中最重要的是肌生成抑制素。肌生成抑制素是轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)超家族成員，是一種強效自分泌生長抑制劑，通過損傷哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合體1(mammalian target of rapamycin complex1，mTORC1)及其在Akt/mTORC1通路的下游信號反應，抑制骨骼肌生長，從而降低肌肉質量。肌生成抑制素還可通過減少肌衛星細胞增殖和分化抑制肌肉生成[7]。

在對肝硬化患者的研究中發現，肝硬化是一種獲得性生長激素抵抗狀態，可導致胰島素樣生長因子1(insulin like growth factor-1，IGF-1)、睪酮等促進生長的激素生成減少。并且其減少的程度與肝病嚴重程度相關[8]。IGF-1可通過激活Akt/mTORC1途徑，促進骨骼肌蛋白質合成。體內外研究發現，IGF-1還可以抑制肌生成抑制素mRNA表達，促進肌肉生長。因此低水平IGF-1可導致骨骼肌肌肉萎縮。睪酮水平的降低也與肌少癥的發生相關，睪酮能夠通過抑制肌生成抑制素的產生，增加骨骼肌肌肉質量[9]。一項體外研究中觀察到睪酮可以刺激肌細胞培養皿中衛星細胞的有絲分裂，增加肌衛星細胞數量，提高骨骼肌細胞內氨基酸的利用率，增加蛋白質合成。此外，睪酮還可通過增加骨骼肌內Ca2+濃度促進G蛋白相關受體的激活，有利于骨骼肌細胞生長。在一項隨機試驗研究中，對101例肝硬化、血清睪酮低的男性進行12個月雙盲、安慰劑對照實驗，結果顯示肌注睪酮后肌肉和骨骼質量增加、脂肪減少，但沒有觀察到患者生存率增加[10]。

1.3 高氨血癥 氨在肝臟中代謝生成尿素。除了肝臟外，骨骼肌也是處理氨的主要場所。肝硬化患者出現肝細胞功能障礙和門體分流導致血氨升高，此時骨骼肌處理氨的作用尤其重要。因此肌肉質量的降低會影響氨的解毒作用，反之亦然。高氨血癥通過激活p65核因子kB(NF-kB)介導的經典途徑，誘導肌生成抑制素轉錄，上調其表達[11]，引起肌肉質量降低。

高氨血癥還可通過肝-骨骼肌軸導致肌肉萎縮。骨骼肌中氨的積累，阻止α-酮戊二酸(α-Ketoglutaric acid，AKG)的生成。AKG是三羧酸循環(tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)的底物。AKG 生成減少，TCA循環受損，ATP合成減少。由于蛋白質合成是一個消耗能量較大的過程，低濃度ATP導致蛋白質合成減少[12]。此外，骨骼肌中氨濃度增加會抑制脫氫酶，例如丙酮酸脫氫酶和AKG脫氫酶，使乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A生成減少，導致持續的線粒體功能障礙和蛋白質合成受損。從而引起肌肉萎縮。

此外，高氨血癥還導致來自線粒體內膜中電子傳遞鏈的復合物Ⅲ的電子泄露，使活性氧產生增加引起細胞損傷并誘導肌肉自噬[13]以及肌肉收縮性受損[14]。

1.4 泛素蛋白酶體途徑和自噬的激活 泛素蛋白酶體途徑(ubiquitin proteasome pathway，UPP)是肌肉蛋白質水解的主要途徑，用來降解錯誤折疊或未折疊蛋白。蛋白質與泛素結合標記后，在26S蛋白酶體降解。過度激活的UPP促使骨骼肌蛋白質分解，導致肌肉萎縮。其特征是肌肉特異性E3型泛素-蛋白連接酶增加，調控骨骼肌中蛋白質分解。Atrogin-1/MAFbx(muscle atrophy F-box protein)和MuRF-1(muscle-specific RING finger protein 1)是兩種常見的肌肉特異性E3型泛素-蛋白連接酶，可作為骨骼肌萎縮的早期標志物[15]。Atrogin-1通過降解真核翻譯起始因子3(eIF3)，從而抑制蛋白質合成，導致肌肉萎縮。MuRF-1通過降解肌球蛋白重鏈(MHC)、肌動蛋白等肌肉結構蛋白，導致肌肉質量下降。此外，在肌少癥中主要降解的骨骼肌蛋白質是肌原纖維蛋白，例如MHC，它是肌肉收縮過程中的關鍵組成部分，從而引起肌肉功能減退。肌肉自噬是通過UPP的激活介導的，慢性肝病中的炎癥、循環中的促炎細胞因子(如TNF-α和IL-6)增加均可上調UPP，激活自噬[7, 15]。

1.5 氧化應激 氧化應激也存在于骨骼肌萎縮過程中，其主要類型是活性氧(reactive oxygen species , ROS)，ROS的增加可導致骨骼肌蛋白質合成和降解失衡。ROS通過激活Atrogin-1和MuRF-1的表達蛋白酶體依賴的蛋白質降解，也可激活鈣蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶(caspase-3)，從而增加蛋白質分解。研究報道在二氫三甲吡啶處理的慢性肝病小鼠模型中，小鼠出現肌肉質量降低和力量減退，檢測發現除ROS增加外，依賴于氧化應激的蛋白質修飾也增加，如4-羥基壬烯醛(4-HNE)和羰基化[15]。氧化損傷的收縮蛋白會堆積在骨骼肌中進而損傷肌肉功能?？寡趸攀衬芊窀纳坡愿尾⌒∈蟮募∪鉁p少癥還有待研究。

1.6 身體活動減少 研究報道，肝硬化患者和動物模型身體活動增加后，肌肉質量得到改善[3, 15]，提示身體活動是導致肌少癥的重要因素。研究表明，身體活動通過調節肌動蛋白的釋放，抑制炎癥反應[16]。因此，身體活動減少可引起炎癥反應，導致肌肉質量降低和力量減弱。另外一項研究中，肝硬化患者接受抵抗力訓練后， IGF-1上調，抑制肌生成抑制素生成，從而防止肌肉衰竭并維持身體功能[7]，但還需要更多證據證實。最近的研究顯示，慢性適度運動可減少小鼠肝臟、心臟和骨骼肌組織中的自噬通量，增加組織功能適應[17]。但抑制肝病小鼠骨骼肌自噬機制的最佳運動類型及運動頻率仍需探討。研究訓練計劃時還應考慮蛋白質和碳水化合物的攝入情況。

1.7 腸道菌群失調 研究報道，肝硬化患者可出現腸道菌群改變和上皮細胞緊密連接喪失，從而引起腸道通透性增加，導致細菌代謝產物如內毒素及脂多糖，被淋巴組織中的模型識別受體Toll4識別，介導炎性細胞釋放促炎細胞因子如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和白細胞介素6(interleukin 6，IL-6)，激活TNF-α和IL-6受體。此時機體處于慢性炎癥狀態，UPP活性增加，導致肌肉蛋白質分解[18]。此外，肝細胞癌、免疫功能紊亂和門體分流均可導致腸道屏障功能受損，腸內細菌過度生長，從而使營養物質吸收障礙。此外，還可干擾機體代謝和影響腸道運動，導致細菌移位和感染相關并發癥，如自發性細菌性腹膜炎，進而引起全身炎癥，導致肌肉質量減少。但目前尚未獲得相關證據，腸道菌群改變對肌少癥的影響有待進一步研究[3, 16]。

腸道內的微生物代謝產物，如短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)已被證實是骨骼肌的營養物質和代謝調節劑。目前研究表明，SCFA能夠促進骨骼肌細胞ATP生成，抑制骨骼肌蛋白質分解和凋亡，增加蛋白質合成、葡萄糖攝取及肌肉脂質周轉，降低胰島素抵抗，從而維持骨骼肌質量[19]。研究發現，小鼠的抗生素治療可降低血清IGF-1并抑制骨骼肌生成，補充微生物代謝產物SCFA可使抗生素治療小鼠的IGF-1和骨骼肌質量恢復到非抗生素治療的小鼠水平，表明腸道微生物代謝產物SCFA可能是增加血清IGF-1的一種重要機制[20]。

2 不同肝病引起肌肉減少的發病機制

2.1 酒精性肝病 與非酒精性肝病患者相比，酒精性肝病患者更易出現骨骼肌肌肉質量減少[2]。酒精性肝硬化患者的全身蛋白質周轉代謝研究顯示，即使攝入足夠的營養物質，蛋白質合成仍不足。具體機制為乙醇及其代謝產物乙醛可抑制mTORC1及其信號靶標，使蛋白質合成減少。乙醇還可損傷骨骼肌線粒體功能，線粒體功能受損導致ATP生成減少，從而損害蛋白質合成[21]。肌肉量減少不僅因為蛋白質合成減少，同時也出現蛋白質水解增加。研究報道酒精性肝病患者的肌肉自噬增加[22]。酒精性肝病患者的肌肉自噬并非通過UPP介導，因為乙醇及其代謝產物可損害線粒體功能，從而抑制UPP。此時肌肉自噬的激活是由于線粒體功能受損導致的活性氧產生增加和細胞應激。如前所述，乙醇及其代謝產物乙醛可抑制mTORC1使蛋白質合成減少，與此同時還可以激活自噬。Akt/PKB1和AMPK是mTORC1上游調控因子，也是乙醇抑制mTORC1的潛在靶點。目前研究中AMPK的激活機制尚不清楚，在肝細胞和成肌細胞中的研究發現，乙醇磷酸化可激活肝細胞中的AMPK[23, 24]，而在另外一項研究中發現，喂食乙醇的小鼠肌管和肌肉組織中AMPK的激活減少，說明mTORC1和AMPK通過蛋白磷酸酶介導的機制去磷酸化[21]。

但目前酒精性肝病的體外和動物模型研究僅為短期酒精處理，不能等同于長期存在的酒精性肝病。人體內乙醇代謝產物乙醛具有細胞毒性，會損害尿素生成過程中的關鍵限速酶，鳥氨酸轉氨酶。因此在酒精性肝病患者中，即使沒有嚴重的肝功能障礙和門體分流，也會出現高氨血癥。乙醇攝入增加和高氨血癥在內的其他代謝產物刺激增加共同導致酒精性肝病患者肌肉自噬。具體機制仍需進一步研究。

2.2 膽汁淤積性肝病 膽汁淤積是指膽汁分泌及排泄障礙，有毒的膽汁酸和其他肝內代謝物累積以及全身循環膽汁酸增加[25]。膽汁淤積性肝病，如原發性膽汁性膽管炎(primary biliary cirrhosisPBC)和原發性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis，PSC)引起膽汁酸代謝和分泌功能障礙，膽管腔內膽汁鹽濃度降低，導致脂肪和脂溶性維生素吸收不良，例如A、D、E和K。膽汁淤積性肝病患者血漿中膽酸和脫氧膽酸增加。最近一項研究發現，膽汁淤積小鼠較正常小鼠膽酸和脫氧膽酸升高、肌肉直徑減小和肌球蛋白重鏈(MHC)水平降低，當小鼠的TGR5基因敲除后，膽汁淤積小鼠肌肉直徑和MHC水平與正常小鼠相似。這表明膽酸和脫氧膽酸引起骨骼肌萎縮的機制可能與膽汁酸受體TGR5有關[26]。

2.3 非酒精性脂肪性肝病 研究表明，骨骼肌肌肉質量降低與非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)患病率增加獨立相關[27]，并且可使NAFLD患者胰島素抵抗增加[28]。骨骼肌是胰島素介導的葡萄糖代謝的重要器官，骨骼肌代謝功能異常會引起胰島素抵抗，使骨骼肌脂質沉積、脂肪細胞功能紊亂和細胞分泌模式改變，從而導致肌肉萎縮[29]。此時NAFLD患者可同時出現骨骼肌質量減少、脂肪組織增加和體脂百分比增高，稱為少肌性肥胖。

2.4 肝移植術后 終末期肝病患者經肝移植治療后出現體重和體重指數增加，然而增加的大部分是脂肪質量，肌肉質量仍減少。因此，肝移植術后出現少肌性肥胖的患者越來越多見[2, 30, 31]。但發病機制尚不清楚，有研究報道皮質類固醇和mTOR抑制劑對骨骼肌有負性作用，可導致肝移植術后肌肉減少的發生[1]，仍需要更多證據證實。

3 總結

肌肉減少癥是肝臟疾病的常見營養相關并發癥，且預后不良。肝病肌肉減少的主要機制包括營養物質缺乏和代謝改變、激素水平異常、高氨血癥、泛素蛋白酶體途徑和自噬的激活等。不同病因的肝病涉及機制不甚相同。但目前臨床上肌少癥的治療以營養、運動等干預為主，研發針對肝病患者肌少癥相關信號通路關鍵蛋白的治療藥物刻不容緩。PIK3/AKT信號通路的激活劑、外源性IGF-1、mTOR調節劑和AMPK激活劑等都是較有潛力的肌少癥治療藥物，但其療效及能否改善肝病患者預后有待大規模臨床試驗研究。