Betatrophin與非酒精性脂肪性肝病

韓仕杉 綜述,趙彩彥 審校

非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver diseases,NAFLD)的疾病譜包括非酒精性單純性肝脂肪變、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steato hepatitis,NASH)、肝硬化和肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)[1,2]。其主要發生機制目前集中在毒性脂質、炎癥、氧化應激、內質網應激、IR等[1]。Betatrophin是一種非典型血管生成素樣蛋白,對糖脂代謝發揮重要的作用,有研究發現其與NAFLD發生進展密切相關。本文將這一新的代謝調控因子與NAFLD的相關研究作一綜述,以期更好地明確其在NAFLD發生發展過程中發揮的重要作用,挖掘其潛在的臨床應用價值。

1 Betatrophin

在2012年,多位研究者先后發現了一個新的脂質代謝調節因子,分別命名為再喂養誘導的肥胖肝(refeeding induced fat and liver,RIFL)、lipasin、血管生成素樣蛋白-8(angiopoietin-like protein 8,ANGPTL8)[3-5]。隨后,在2013年Yi et al[6]通過IR小鼠模型發現一個編碼分泌蛋白的基因,該蛋白表達水平在IR時升高,稱這個基因為Betatrophin。以上研究發現的為同一種基因,在本文統一采用Betatrophin命名。

Betatrophin屬于分泌性糖蛋白。在小鼠中,betatrophin在白色和棕色脂肪組織以及肝臟中高度富集;在人類中,主要表達在肝臟中,在脂肪、大腦、直腸和心臟中的表達有限,在間質血管細胞中缺乏表達[3-6]。Betatrophin基因產物編碼一個由198個氨基酸組成的分泌性蛋白質,其相對分子質量為22000。人類betatrophin位于染色體位置19p13.2,小鼠基因存在于染色體9上[7]。Betatrophin主要定位于細胞質中,呈囊泡樣分布,其與溶酶體相關膜蛋白2(recombinant lysosomal associated membrane protein 2,LAMP2)和脂滴蛋白2(perilipin 2,PLIN2)相關,表明betatrophin定位于核內體/溶酶體和脂滴(lipid droplets,LDs),參與了水解降解和脂質調節途徑[8]。目前大部分研究認為betatrophin參與了糖脂代謝,但仍有爭議,且其作用機制也仍不明確,需要更多的臨床研究來確證。

2 Betatrophin在NAFLD發生發展過程中的作用

根據流行病學調查,目前NAFLD在全球各地的平均患病率為24%,患病率最高的為南美洲和中東,而在非洲最低。在近20年中,亞洲地區NAFLD患病率呈現明顯升高趨勢,約為27.4%(95%CI:23.3%～31.9%)[9]。目前關于NASH患病率的報道較少,大多通過NAFLD中NASH的比例進行間接估算,在亞洲NASH在NAFLD患者中的比例為10%～20%[10]。

NAFLD的發病機制尚不明確,曾經提出的“兩次打擊”學說已經失去了一些支持,現提出的“多重命中”假設,考慮了多因素誘導NAFLD,并對NAFLD發病機制提供了更準確的解釋,其提出IR、腸道微生物群通過腸-肝軸、脂肪組織分泌的激素、高脂飲食、肥胖和遺傳因素等發揮了關鍵作用[11]。據流行病學調查,在中國NAFLD患病率與MetS、肥胖和2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)流行趨勢相平行[12],而betatrophin受糖尿病、肥胖、高脂飲食、IR等因素調控,可能在NAFLD病程進展中發揮重要作用。此外,目前大部分臨床研究表明[13-16]:NAFLD患者的血清betatrophin水平升高,也有研究認為betatrophin是 NAFLD 及其進展的獨立危險因素,且隨病情嚴重程度的加重而上升,并與肝纖維化、肝硬化以及肝癌密切相關[17-21]。這有助于進展期 NAFLD 人群的早期診治、病情嚴重程度評估,以及改善預后等。

2.1 Betatrophin與糖脂代謝 在2020年發表的國際專家共識中將NAFLD重新定義為代謝功能障礙相關性脂肪肝(metabolic dysfunction-associated fatty liver disease,MAFLD),該共識提出了明確的診斷標準:基于肝臟脂肪變性的同時滿足以下三項條件之一:超重/肥胖、存在T2DM或代謝功能障礙的證據。此標準更加強調了NAFLD、肥胖及T2DM之間的相關性[22]。據統計,高脂血癥、T2DM患者NAFLD患病率分別高達27%～92%和28%～70%,NAFLD 患者合并高脂血癥(69.2%,95%CI 49.9%～83.5%)、T2DM(22.5%,95%CI 17.9%～ 27.9%)及 MetS(42.5%,95%CI30.1%～56.1%)[23]。同時,在臨床觀察中,大部分研究認為betatrophin與糖脂代謝相關,這可能為臨床血脂、血糖異常治療提供了新的思路。

盡管關于betatrophin的生理功能和分子靶點的報道很少,但通過人體和小鼠模型,betatrophin這一生物標志物已被認為是T2DM發展的獨立預測因子[24]。Yi et al[6]通過小鼠實驗發現過表達的betatrophin可以促進胰島β細胞增殖,而且這些增殖的β細胞擁有正常的分泌功能,因而betatrophin可能成為糖尿病治療的新靶點。但是betatrophin對血糖的影響在不同研究中出現了不同的結果。Zhao et al[25]通過糖尿病小鼠實驗發現過度表達的betatrophin通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide-3 kinase,PI3K)/Akt信號通路抑制肝臟糖異生相關基因的表達來改善糖代謝。最近的體外實驗也表明,過表達的betatrophin可以促進糖原的合成,并能通過增強胰島素抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase,G6Pase)表達的能力影響糖異生[26]。因此,我們認為betatrophin可能在糖代謝中促進糖原合成,抑制糖異生。且在Espes[27,28]的研究中無論1型或2型糖尿病患者的betatrophin水平都較健康人群升高,但Gómezambrosi[29]卻通過研究發現T2DM患者的 betatrophin水平與血糖呈負相關。同時在一些小鼠實驗中也出現相反的結果[30,31],他們認為betatrophin不會促進小鼠胰島β細胞增殖,betatrophin的高表達不會改變餐后血糖濃度和糖耐量,在Fenzl[32]的研究中也提出T2DM患者的betatrophin不直接影響血糖,此外,Espes[27]認為高血糖本身并不會導致betatrophin 水平升高,而是IR使肝臟分泌 betatrophin 增加。由此可見,betatrophin與血糖之間的關系還沒有達成共識,仍需進一步研究探討。

目前認為,betatrophin可能是一個重要的血脂代謝開關,血清betatrophin水平與甘油三酯(triacylglycerol,TG)呈正相關。脂肪主要以TG的形式積聚在NAFLD患者的肝臟中[33],TG來源于甘油和游離脂肪酸(free fat acid,FFA)的酯化反應,一旦合成,TG將進入儲存或分泌池。Lee[34]發現高脂飲食喂養的小鼠的betatrophin水平明顯升高,高脂血癥或脂中毒激活的內質網應激高度誘導了betatrophin表達。而脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase,LPL)是血漿TG代謝的關鍵酶,betatrophin可以通過抑制LPL影響脂質代謝。血管生成素樣家族目前有8個成員,分別被命名為ANGPTL1-8,其中betatrophin(ANGPTL8)與ANGPTL3和ANGPTL4的關系最為密切,其與ANGPTL3氨基酸序列的NH2末端半部具有22%的同源性,在較短區域與ANGPTL4有顯著的同源。而除betatrophin外,所有的血管生成素樣蛋白家族成員的C-末端有一個與血管生成有關的纖維蛋白原樣結構域,N-末端有一個或兩個與脂質代謝有關螺旋結構域[7]。Kovrov et al發現betatrophin在與ANGPTL3或ANGPTL4形成復合物后可以促進ANGPTL3 裂解釋放 N 端結構域,而該結構域可抑制 LPL 的活性,導致TG清除減少,進而使血清 TG 的水平升高。其中ANGPTL3/ANGPTL8復合物能夠增強對LPL活性的抑制作用,ANGPTL4/ANGPTL8復合物的活性比單獨使用ANGPTL4低。另一方面,betatrophin的表達可調節TG代謝,缺乏betatrophin的小鼠具有更高的LPL活性,從而提高TG的清除率,而betatrophin的過度表達會使TG水平顯著升高。此外,betatrophin也可以通過自噬過程加強LDs的分解代謝來調節肝細胞的脂質代謝[8]。也有研究發現:維生素D受體(vitamin D receptor,VDR)信號通路可能介導了betatrophin在NAFLD中的作用。在 NASH患者中,betatrophin和VDR表達升高,而激活的VDR又上調betatrophin表達,導致人肝細胞中TG的積累。同時,隨著血清betatrophin水平的升高,肝臟脂肪含量逐漸累積,而脂肪含量和NASH有相關性,肝臟脂肪含量越高,發生NASH可能性就越大[20]。 考慮到肥胖、IR和脂質代謝之間的相關性,肥胖被認為影響了betatrophin的表達。一項動物實驗證實了肥胖會使betatrophin水平升高[4],基于人群的一項研究[24]也表明肥胖會上調血清betatrophin水平,且betatrophin與BMI、腰臀比呈正相關。然而,在部分研究中出現了不一樣的結果,hong[14]認為betatrophin與肥胖無關,而在Guo的研究中超重個體的betatrophin水平高于對照組,但肥胖個體的betatrophin水平低于超重和對照組。上述研究結果不同的原因可能與疾病并發癥相關,這些變量本身可以調節肥胖人群的betatrophin水平。

2.2 Betatrophin與IR IR是指在正常的血漿胰島素水平下,靶組織不能產生正常的協同葡萄糖降低反應。肝臟是胰島素作用的主要靶器官,可調控血糖與脂質的均衡,肝臟IR的特征是胰島素抑制肝臟葡萄糖輸出的能力下降,主要表現為肝糖原合成、肝葡萄糖利用減少。IR在脂肪毒性、氧化應激和炎癥級聯激活中發揮重要作用,是NAFLD發病機制的中心環節,是易患NAFLD并進展為NASH的關鍵因素之一。在IR狀態下,胰島素抑制脂肪組織脂解的作用受損,導致FFA向肝臟的流出增加。同時,FFA的氧化受到抑制,繼發脂肪細胞釋放FFA增多,肝臟的FFA輸入和合成增多,超過了肝臟FFA輸出和分解代謝的速度從而進一步促進肝脂質的積累,而FFA的升高又削弱了胰島素作用于肝臟的能力,導致肝臟IR。此外,IR作用于脂肪組織,加重脂肪細胞功能障礙,誘導脂肪分解,釋放脂肪因子和促炎細胞因子,如TNF-α和IL-6,有助于維持IR狀態[11]。而betatrophin可以損害胰島素敏感性,研究發現[6,7]由脂飲食誘導的肥胖小鼠易出現IR,其血清betatrophin水平也更高,同時IR的誘導劑S961可以顯著上調betatrophin的表達。但Hong[14]認為betatrophin可能獨立于肝臟IR參與NAFLD的發病機制,betatrophin升高可能是由于肝臟脂質過多積累所致,而不是NAFLD背景下IR的激發,同時Wang也在研究中得到了相反的結論,其發現缺乏betatrophin的IR小鼠血糖正常,說明betatrophin與IR無關。經年齡調整后,循環betatrophin與胰島素受試者工作特征(ROC)曲線下面積大小(AUC)相關,但在肝脂降低45%并伴有betatrophin降低后,這種相關性消失[13]。雖然有研究認為betatrophin水平與IR相關,但目前關于IR與betatrophin關系的結論尚未一致,betatrophin與IR之間的具體關系及相應的機制還需要進一步研究。

2.3 Betatrophin與肝纖維化 根據“多重打擊”學說,環境、氧化應激、IR、炎癥、內質網應激、飲食因素等多重因素參與 NASH 肝損傷和纖維化發生[11]。NAFLD患者持續存在的慢性肝臟損傷可引起一系列反應,如內質網應激,活性氧(reactive oxygen species,ROS)和其他氧化應激相關介質產生等,這將導致肝細胞死亡凋亡,并進一步激活核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(C-Jun N-terminal kinase,JNK)通路,使肝星狀細胞(hepatic stellate cell,HSC)產生大量細胞外基質引起肝纖維化。通過小鼠實驗發現betatrophin可加速高脂飲食(high fat diet,HFD)誘導的NAFLD相關肝纖維化,血清betatrophin水平可能是肝纖維化潛在的特異性診斷標志物,而betatrophin可能是腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor- α,TNF-α)和轉化生長因子β(Transforming growth factor β,TGFβ)相互調控的關鍵連接基因。其中HFD中的脂肪酸會上調肝臟betatrophin的表達,從而促進炎癥因子TGFβ1的表達和分泌,分泌的TGFβ1反過來促進betatrophin的表達,而betatrophin通過與白細胞免疫球蛋白樣受體亞家族B成員2(leukocyte immunoglobulin-like receptor subfamily B member 2,LILRB2)受體相互作用,激活HSCs,誘導細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)信號,促進肝纖維化的基因表達。同時,血清betatrophin水平升高會進一步增加血清TG水平,促進進展為NASH[34]。然而在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導的炎癥模型中,細胞內betatrophin通過促進kappa B抑制因子激酶γ(inhibitor of kappa B kinase γ,IKKγ)的選擇性自噬降解,負調控NF-κB的激活,從而避免過度炎癥反應。同時,Cengiz et al[19]發現在NAFLD中,血清betatrophin水平與肝纖維化和炎癥反應相關,輕度肝纖維化組血清betatrophin水平高于顯著肝纖維化組。但在該研究中提示NAFLD患者的血清betatrophin水平低于正常人群,因此,炎癥反應可促進betatrophin的表達,其中循環中的betatrophin升高會進一步誘導肝纖維化,而細胞內的betatrophin升高可能阻止NF-κB的激活(即抗炎作用),同時在肝纖維化過程中可能有其他影響betatrophin表達的因素,這需要更多相關的臨床研究來驗證。也有研究發現血清betatrophin水平隨NAFLD患者病情嚴重程度加重而升高,并可反映肝硬化嚴重程度,可能可作為評估NAFLD嚴重程度的非侵入性指標[18,20],這將有利于臨床更好地明確并監測疾病所處階段及進展,進一步改善對NAFLD患者的臨床治療及預后管理。

2.4 Betatrophin與HCC HCC的發病率逐年上升,目前是我國第四大最常見的癌癥與第二大癌癥死亡原因。HCC是原發性肝癌最常見的組織學類型,其主要病因包括乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)和丙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HCV)慢性感染、酒精性肝病和NAFLD。目前,糖尿病和肥胖已經被確定為HCC的獨立危險因素。NAFLD患者HCC發病率為0.29‰～0.66‰,危險因素包括隱源性肝硬化、MetS和T2DM[2],雖然其發生機制仍部分不清楚,也有學者認為IR、氧化應激、細胞凋亡、鐵超載以及炎癥是NAFLD發展為肝癌的主要機制。而在糖尿病、肥胖以及MetS患者中,血清betatrophin水平明顯升高,且隨著糖尿病和肥胖的患病率增加,NASH的發病率以及與其相關的肝硬化和HCC的發病率也會增加。目前有研究發現betatrophin通過影響Wnt信號通路兩個關鍵調節因子β-連環蛋白(β-catenin)和Wnt抑制因子1(Wnt inhibitory factor-1,WIF-1)的mRNA表達抑制肝癌細胞株HepG2的增殖[21,35]。但也有研究認為betatrophin是通過影響纖維化和肝硬化進展間接促進HCC的發生。所以關于betatrophin水平與NAFLD導致的HCC之間的關系我們需要更多的樣本量進行進一步的探討。