雌激素對絕經期女性非酒精性脂肪肝病影響的研究進展

王海強 李冰琪 周千瑤 王思穎 馮曉玲

非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是指肝臟脂質蓄積過多所致肝細胞變性的代謝相關性肝病(排除酒精和其他損傷肝臟因素),其病理過程進展包括單純肝脂肪變性、炎癥和非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)、肝纖維化,最后可能進展為肝癌[1]。NAFLD發病機制多因胰島素抵抗和脂質代謝紊亂導致脂肪酸(fatty acid,FA)蓄積,誘發氧化應激、脂毒性、炎性反應等病理改變,加重肝細胞變性和損傷。雌激素是脂質代謝、炎性反應和血管穩態的重要調節因子,絕經期女性因卵巢功能不足,血清中雌激素水平降低和循環雄激素水平升高,促使體內脂質代謝發生紊亂,改變血液中的脂質水平,例如脂蛋白、載脂蛋白、低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)、極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)和甘油三酯(triglyceride,TG),進而導致代謝綜合征,例如NAFLD[2]。因此補充雌激素是絕經期女性防治NAFLD的關鍵。

一、女性體內的雌激素

雌激素的生物活性形式是17β-雌二醇(17β-estradiol,17β-E2,以下簡稱E2),主要在卵巢中產生,在血漿中與性激素結合球蛋白結合并運輸到靶組織中發揮作用。雌激素不僅是女性發育和生殖所必需的主要性激素,在調節體重、能量消耗和保持代謝穩態等方面也起著關鍵作用。女性體內雌激素的水平是動態變化的,在女性生育期,總雌激素的平均水平為100～250pg/ml,女性進入絕經期后,卵巢中卵泡發育停止,雌激素下降至10pg/ml[3]。雌激素可以增加臀部和股骨皮下區域的外周脂肪儲存,絕經期女性體內雌激素水平降低后會擾亂脂質正常代謝,改變體脂分布,增加女性腹型肥胖的風險,所以維持雌激素水平穩定是減少絕經期女性易患NAFLD等代謝相關性疾病的關鍵方法之一。

二、雌激素及其受體在肝臟中的傳導

雌激素在肝臟中主要通過雌激素受體α(estrogen receptor α,ERα)和雌激素受體β(estrogen receptor β,ERβ)與雌激素反應元件(estrogen response element,ERE)結合來調節脂質代謝和葡萄糖穩態[4]。E2與ER受體結合誘導ER的同源或異二聚化后易位到細胞核與ERE結合以調節靶基因的轉錄。研究表明,當ERE依賴性信號缺失時會降低敲除ERE雌性小鼠的胰島素敏感度,使其葡萄糖穩態受損,并增加肝脂質變性的風險[5]。ERα可以與其他轉錄因子結合到基因組位置進行傳導。小異源二聚體伴侶受體(small heterodimer partner,SHP)是調節肝脂代謝和減輕肝臟炎癥的重要轉錄因子,被敲除肝臟ERα的小鼠通過改變SHP轉錄相關機制促使肝脂肪變性[6]。E2還可以與質膜上的受體結合來改變細胞信號轉導,例如G蛋白偶聯的雌激素受體(G protein coupled estrogen receptor,GPER)。研究發現,E2可以調控GPER以激動非基因組雌激素信號通路,包括蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)、磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol-3 kinase,PI3K)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/細胞外信號調節激酶 (extracellular signal-regulated kinase,ERK)ERK通路來調節脂質代謝[7]。總之,在肝臟中雌激素信號可以通過ERE、ERα、ERβ和GPER受體調節脂質和葡萄糖代謝。

三、絕經期女性代謝特征

絕經期女性易患NAFLD的最重要危險因素是高甘油三酯,主要危險因素是高血糖和高血壓[8]。研究發現,絕經期女性雌激素缺乏,肝細胞ERα表達降低,造成脂質合成、分解過程中的關鍵酶和基因表達發生變化,引起血清中總膽固醇、TG、LDL水平增加,HDL水平下降,而且這種脂質譜的變化主要發生在末次月經前后的2年內[9]。Bermingham等[10]對于絕經期女性血糖水平變化情況進行研究,對絕經期女性進行口服葡萄糖耐量試驗和血糖變異性參數計算,發現絕經期女性的平均每日葡萄糖濃度和血糖變異性高于絕經前女性,使用雌激素替代治療后上述諸癥減輕,總膽固醇、LDL和餐后TG濃度均降低。此外,有研究顯示,舒張壓是NAFLD發病的一個強有力的預測因子。絕經前女性的血壓與同齡男性血壓相比較低,但是絕經期女性血壓呈上升趨勢。有研究發現,在絕經前女性中,高雌激素水平會通過ER鈍化醛固酮的合成,以維持正常的血壓,而絕經期女性因雌激素分泌不足可能會導致血壓升高[11]。

四、絕經期女性肝臟結構變化

絕經期女性的肝臟預期形態變化可能由于衰老過程而發生,包括肝血流量和體積減少以及再生能力的變化。肝臟的其他結構變化與絕經期的脂質代謝改變有關,單純脂肪變性是良性的,這是因為甘油三酯在血液中積聚,使肝臟代謝途徑發生改變,也導致氧化反應的激活,在線粒體和過氧化物酶體水平上產生活性氧,進而刺激肝細胞產生炎癥。如果肝臟炎癥不能及時控制,就會進一步促進肝脂肪變性。脂肪變性主要是細胞中存在一些脂滴,脂滴表現為大小不等的近圓性空泡,這些結構變化可能影響到與內皮細胞和肝細胞的凋亡,進而發展為NASH。隨著病情發展,假小葉之間的間質會有纖維組織增生,并進一步發展為肝硬化甚至肝細胞癌。

五、雌激素治療NAFLD的機制

現有研究提出NAFLD的病理進展暫時遵循“三次打擊”過程[12]。“第一次打擊”是指肝臟特異性胰島素抵抗和脂質代謝紊亂導致過量FA在肝細胞中蓄積,超過肝臟處置能力而發生的單純脂肪變性。“第二次打擊”是指在外界環境應激和體內代謝應激物誘導下,促氧化物與抗氧化物平衡失調產生氧化應激,促進肝細胞損傷和凋亡。“第三次打擊”是指在“前兩次打擊”基礎上,促炎途徑激活,持續存在的肝臟炎癥誘發肝臟細胞外基質增生,加速NAFLD發展為NASH、脂肪性肝纖維化甚至肝硬化[13]。雌激素通過抑制“三次打擊”過程治療NAFLD的作用機制如下。

1.胰島素抵抗:胰島素抵抗(insulin resistance,IR)是指肝臟對胰島素敏感度降低,糖代謝降低,脂肪生成增多引起脂質過度蓄積。IR促進外周脂肪降解,肝臟攝取大量FA,使線粒體氧化超載,又加重FA蓄積,被稱作NAFLD的“第一次打擊”。

胰島素可以通過PI3K /蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)途徑發揮生物學效應。Toda等用E2治療缺乏芳香酶基因(aromatase knockout,ARKO)的雄性小鼠和單純ARKO小鼠比較,胰島素在ARKO小鼠中效果較差且信號轉導效率較低[14]。蛋白激酶B的蛋白底物160kDa(Akt substrate 160kDa,AS160)可以調節葡萄糖轉運體4(glucose transporter 4,GLUT4)的易位和葡萄糖的攝取與利用。研究發現,E2可以通過激活Akt/AS160途徑提高胰島素敏感度[15]。叉頭盒轉錄因子O1(fork head box transcription factor O1,FOXO1)可以直接結合啟動子區域的胰島素反應元件來激活6-磷酸葡萄糖酶(glucose-6-phosphatase,G6PC)和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1的轉錄,促進糖異生途徑。在用E2治療的OVX女性和FOXO1敲除小鼠中,發現E2可以通過PI3K/Akt途徑間接抑制FOXO1及其靶標G6PC表達進而降低血糖[16]。這些數據表明,因E2缺乏導致的IR可能是絕經期女性NAFLD進展的關鍵因素。

2.脂質代謝紊亂:肝細胞脂肪變性特征是過量FA在肝細胞中堆積,FA供應過量或處置受損時,可能作為產生脂毒性的底物,引起氧化應激和肝細胞損傷。因此改善脂質代謝紊亂即減少循環FA攝取、肝臟脂肪生成、提高FA氧化速率,可以有效抑制脂肪變性。

研究人員關于雌激素缺乏對肝臟脂質代謝的影響在動物及臨床實驗中進行了大量研究。有研究發現,卵巢切除術(ovariectomy,OVX)誘導大鼠腹膜后白色脂肪組織的中甘油單酯、甘油二酯和膽固醇酯脂肪酸譜發生顯著變化,補充雌激素后可以恢復部分脂肪酸譜的組成比例[17]。在喂食高脂高果糖飲食的OVX雌性嚙齒動物中,雌激素聯合運動可以上調過氧化物酶增殖物受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor γ,PPARγ)和腺苷酸激活蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)活性,增加β氧化和乙酰輔酶A羧化酶磷酸化失活,抑制FA合成,降低血清TG、LDL水平和增加HDL/CH比值,改善循環脂質分布[18]。所以雌激素缺乏會下調FA氧化或上調脂質合成等基因的表達,這是絕經期或者卵巢切除術后女性易患NAFLD的原因之一。

3.氧化應激:外界環境應激物例如高脂飲食,代謝應激物例如肝細胞異常脂質堆積,肝臟炎癥和線粒體功能障礙等因素可能會誘導肝臟出現氧化應激。氧化應激可以啟動凋亡程序,引起細胞損傷和凋亡,間接促進NAFLD進展,被稱作“第二次打擊”[19]。線粒體應激實質是線粒體功能障礙,引起活性氧(reactive oxygen species,ROS)釋放,反過來增加FA超載到線粒體中,使線粒體膜電位耗散,又增加ROS的釋放,加重氧化應激[20]。

PPARγ是一類由配體激活的核轉錄因子,PPARγ共激活因子1α(peroxisome proliferato ractivated receptor-γ coactivator-1α,PGC-1α)是雌激素依賴性抗氧化反應所必需的。PGC-1α以配體依賴和協同方式共激活ERα,增加ROS基因的表達。當E2缺乏時會降低肝臟中PGC-1α水平,增加炎癥和纖維化標志物水平,降低抗氧化酶基因表達[21]。過氧化物還原蛋白3(peroxiredoxin 3,PRX3)有抗氧化的活性作用,補充E2的小鼠白色脂肪細胞中PRX3和硫氧還蛋白3上調,能夠減輕氧化應激帶來的損傷[22]。有研究用植物雌激素和E2處理NAFLD人肝癌細胞模型,發現二者均可激活AMPK、PPARγ、GPER信號轉導途徑,減輕下游ER應激、炎性反應,減少循環FA攝取以及保護線粒體膜電位,保護肝細胞[23]。

雌激素通過促進線粒體的生物合成,提高線粒體的呼吸功能,減輕氧化應激發揮保肝作用。ERα的丟失伴隨著參與線粒體生物合成例如PPARγ輔激活因子、核因子E2相關因子1以及轉錄例如線粒體RNA聚合酶關鍵基因的表達減少,會使線粒體增殖和脂肪酸β氧化途徑受阻[24]。此外,ERα可以直接控制線粒體DNA復制以及裂變融合介導的線粒體重塑和周轉[25]。研究發現E2恢復了用棕櫚酸酯處理小鼠的過氧化氫酶水平,增加線粒體抗氧化酶保護活性,同時,E2還改善了胰島素抵抗[26]。所以雌激素可以減輕氧化應激,考慮將植物雌激素作為絕經期女性NAFLD治療的藥物,以替代因缺乏雌激素引起的氧化應激級聯反應。

4.肝臟炎癥:炎性反應是NAFLD發病機制中“第三次打擊”的關鍵,炎性反應是許多信號通路的下游,脂質過度堆積、氧化應激、線粒體功能障礙等可以促進炎性細胞因子包括白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)的產生和釋放,啟動炎性反應的級聯激活,促進肝臟脂肪細胞變性和壞死。

雌激素可以通過下調促炎性細胞因子來抑制炎癥。Sucedaram等[27]研究發現,高脂肪飲食(high-fat diet,HFD)喂養的OVX大鼠與單純HFD喂養大鼠的肝臟比較,OVX大鼠肝細胞脂肪變性(微泡和大泡)更廣泛,IL-6、TNF-α、MCP-1的水平更高。另外一項研究中用E2治療HFD喂養的小鼠顯示出白色脂肪組織炎癥顯著降低,表現在血漿和脂肪組織TNF-α和IL-6濃度的降低[28]。對HFD喂養的4個月和19～21個月兩組小鼠給予4周E2治療,發現E2降低幼老小鼠TNF-α的增長幅度,升高IL-10的水平以抑制單核-吞噬細胞釋放炎性介質[29]。所以雌激素可以通過抑制肝臟脂肪細胞中促炎性細胞因子釋放減輕炎性反應,起到保護肝組織的作用。

5.肝臟纖維化:肝纖維化是包括NASH在內的慢性肝病的常見病理特征。肝星形細胞(hepatic stellate cell,HSC)是肝臟纖維化基質的主要生產者,前“兩次打擊”即肝臟脂肪蓄積過多,脂肪細胞變性,刺激產生氧化應激,激活炎癥通路,促進HSC增殖、轉型并分泌細胞外基質,最終導致肝纖維化。因此,促進HSC凋亡可以阻斷肝纖維化發展的進程。

臨床研究表明,絕經期雌激素缺乏會增加女性NAFLD/NASH患者肝纖維化的風險和嚴重程度[30]。Ohashi等研究發現,用HFD喂食12周的OVX雌性小鼠肝臟中膠原纖維積累顯著,而喂食相同飲食的假手術雌性小鼠幾乎沒有發生肝纖維化,這表明E2的缺失可能加重HFD喂養小鼠的肝臟纖維化[31]。此外有研究對OVX肝硬化小鼠給予ERα激動劑,結果顯示,小鼠肝臟纖維化評分和HSC細胞水平均降低。因此推測E2可以通過抑制HSC的活化和增殖發揮纖維抑制作用[32]。此外,E2可以抑制硬脂酰輔酶A去飽和酶1表達,使雄性小鼠肝臟中轉化生長因子β1和賴氨酰氧化酶樣蛋白2含量下降,降低膠原蛋白合成速率,增加膠原蛋白降解速率,從而減輕肝纖維化的程度[33]。因此雌激素缺乏會促進肝細胞損傷和肝纖維化,所以補充雌激素對于降低絕經期女性NAFLD以及肝纖維化發病風險是很有必要的。

6.其他:除了上述機制之外,雌激素也可以通過影響腸道菌群、調節免疫等減輕肝臟脂肪細胞變性與損傷。

NAFLD的嚴重程度與腸道生態失調和腸道微生物群代謝功能的轉變有關。Limin等[34]研究發現,OVX小鼠腸道中抗菌肽、β-防御素和腸上皮緊密連接蛋白的表達減少,即E2缺乏會引起腸道微生物群及其代謝物短鏈脂肪酸的變化。雌激素是免疫調節類固醇,可以調節促炎和抗炎性細胞因子的水平。研究發現,E2可以降低肝臟中2型先天淋巴細胞(group 2 innate lymphoid cell,ILC2)與白細胞共同抗原(cluster of differentiation 45,CD45)以及3型先天淋巴細胞(ILC3)與CD45的比率,抗肝細胞凋亡的M2巨噬細胞數量也下降[35]。

六、展 望

雌激素缺失及絕經期的亞臨床代謝紊亂如輕度血脂異常、糖尿病前期、高血壓等可能是絕經期女性NAFLD風險增加的原因。一方面當女性進入絕經期,雌激素缺乏引起脂肪重新分布,內臟脂肪增加,肝臟脂肪過度分解使游離FA水平升高,致胰島素抵抗;另一方面因雌激素缺失后與β氧化相關的基因下調,過量FA不能通過β氧化正確用作能量來源,致使脂肪蓄積和肝脂肪細胞變性。

本文通過對雌激素缺乏動物模型或者絕經期女性體內肝臟脂質代謝紊亂的臨床研究進行歸納總結,發現雌激素可以通過減輕“三次打擊”方面防治NAFLD,包括減輕肝臟胰島素抵抗、抑制氧化應激、減少促炎性細胞因子產生等途徑改善肝臟脂質代謝紊亂和肝細胞損傷,因此補充雌激素治療可能成為有效防治絕經期女性NAFLD的有效方法。此外,在今后的治療中我們應該認識到NAFLD診斷中潛在的性別偏見,提高對絕經期女性NAFLD監測,對絕經期女性肝臟脂質代謝紊亂進行及時預防和干涉,包括采取適當補充植物雌激素、提倡健康飲食和體育活動等方法,從而降低女性絕經后患NAFLD的風險。