非酒精性脂肪肝的發病機制及潛在藥物研究進展

葉子昊 祝可欣 賀宇涵 何棟升 張景正

非酒精性脂肪肝(NAFLD)是一種以脂質過渡堆積為主要臨床癥狀的代謝綜合征, 此類疾病主要是由肥胖、二型糖尿病以及高脂血癥所誘發的。其發病的不同階段主要包括非酒精性單純性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver, NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steato hepatitis, NASH),肝硬化(hepatic sclerosis, HS)和肝癌(hepato cellular carcinoma, HCC)[1]。脂肪性肝病的發病率呈現出逐年升高的趨勢,已經成為影響人們健康的第二大肝臟疾病。相關研究表明, NAFLD發病率在我國約為15%, 而在歐美地區則在20%以上[2,3], 因此, 闡明NAFLD的具體發病機制, 并針對具體機制尋找對應的治療藥物, 具有非常重要的臨床應用價值。本文將重點介紹導致NAFLD的相關發病機制及治療藥物的研究進展, 為NAFLD的治療和新藥的研發提供理論參考。

1 非酒精性脂肪肝(NAFLD)的致病機制

NAFLD的發病機制復雜多樣, 作為機體最主要的代謝器官, 其代謝產物涉及到機體的多個器官和系統, 而器官之間、系統之間及器官和系統之間都存在千絲萬縷的聯系, 并非獨立存在和工作, 除此之外, 肝臟代謝產物與氧化應激、炎性反應以及胰島素抵抗之間也有著相互的聯系。因此, 需要統籌各個器官和系統以及分子生物學基礎, 進行綜合的評價和研究。目前被大多數人認可的NAFLD的發病機制有以下幾種。

1.1 二次打擊學說及多重打擊學說 1998年Day和James共同提出了非酒精性脂肪肝的“二次打擊”學說。該學說認為胰島素抵抗可以引起機體內脂質過度堆積, 從而引發內源性損害因子的釋放, 形成對NAFLD的首次打擊[4]。被活化的內源性損害因子進一步通過氧化應激、脂質過氧化, 損害肝細胞線粒體功能, 導致DNA損傷, 引起肝臟細胞的凋亡和炎性細胞浸潤, 最終形成肝臟纖維化和肝臟炎癥[5]。但是臨床當中NAFLD的誘發因素多種多樣, 二次打擊學說已經出現了一定的局限性, 因此在該學說的基礎上,又提出了“多重打擊”學說[6]。該學說認為, 在NAFLD發生發展過程中, 存在著多種損傷間的相互作用, 包括胰島素抵抗、內源性損害因子、遺傳因素、氧化應激、腸道菌群失衡和環境及飲食因素的多重影響[7]。

1.2 胰島素抵抗(insulin resistance,IR) 臨床研究表明IR是NAFLD的始動及中心環節[8], 并且此類觀點已經從臨床、流行病學和生物化學方面得以證實[9]。胰島素作用的靶器官主要有肝臟、骨骼肌和脂肪組織, 這些組織和器官對胰島素敏感性降低的現象稱為IR。一般情況下, 胰島素與胰島素受體結合后, 可以促進底物的磷酸化。當胰島素作用的效應器官對胰島素的敏感性降低后, 將出現胰島素的代償性增多, 最終發展為高胰島素血癥, 一旦胰島素代償性分泌增多, 可以促進肝臟合成總膽固醇(total Cholesterol, TG), 還可以提升低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL), 導致脂蛋白脂肪酶失活, 減少TG的清除, 大量的TG在肝臟中不斷累積, 最終誘發NAFLD的產生。此外,IR導致脂肪代謝減少, 脂肪分解增多, 肝臟攝取大量的游離脂肪酸, 而脂肪酸的β氧化受到高胰島素血癥的抑制, 大量的游離脂肪酸堆積在肝臟當中, 加重肝細胞脂肪變性[10];另有研究發現, NAFLD患者的胰島素抵抗程度與其病情進展正相關[11]。此外, 近期研究發現,IR與瘦素(leptin, LP)、抵抗素(resistin, RES)和脂聯素(adiponectin, ADPN)的分泌密切相關, 如王雅媛等[12]研究發現, ADPN表達量的多少可以從一定程度上用來預測NAFLD的發生。RES是一種含有一段108個氨基酸的前肽脂肪細胞因子, 因具有對抗胰島素的作用而得名。另有研究發現, 高脂飼料誘導的肥胖鼠和轉基因肥胖鼠的脂肪組織和血清中均出現高表達水平的RES[13]。RES的激活可以誘導炎性因子的釋放, 促進肝臟纖維化的發生[14]。瘦素(Leptin, LP)是一種由脂肪組織分泌的蛋白質類激素, 其表達水平與肝臟中脂肪病變程度呈正相關的關系[15], 其可能的機制主要是通過中樞抑制飲食攝入, 提高交感神經活性, 增加代謝率和糖異生等有關[16]。

1.3 腸道菌群失衡 從胚胎發育的過程可以發現, 腸道和肝之間有著多層次的依賴關系。環境因素、免疫水平、膽汁的分泌、胃液酸堿度的變化、腸道蠕動功能受損等都可能引起腸道微生物紊亂。生理穩態情況下,腸道微生物群和腸道互利共存,表現為共生模式,促進機體健康,因此被人們稱之為人體密不可分的“后天器官”[17]。而重癥患者腸道微生態遭到破壞,益生菌群減少,有害菌群增多。腸道微生物通過感知腸道應激時產生的各種不良信號,改變其表型和毒力,由共生模式向致病模式轉變,造成機體損傷。大量研究發現, 腸道微生物紊亂與NAFLD的發生發展具有非常密切的聯系[18-20]。如有研究發現, 腸道內菌群失調會發生代謝紊亂, 使毒素進入肝臟等器官, 干擾膽汁酸代謝、促進碳水化合物發酵, 最終產生內源性乙醇等, 加重NAFL[18]。Ley等[19]發現, 采用兩種不同飲食之后, 發現與肥胖和胰島素抵抗相關的腸道微生物群落組成發生了變化。IR是NAFLD的一個重要特征, 通過抗生素治療, 能夠改善IR[20]。另有研究報道, 在中國的一個隊列中, 61%的NAFLD患者檢測到產生大量酒精的肺炎克雷伯菌(HiAlcKpn), 為了研究HiAlc細菌與脂肪肝疾病之間的關系, 他們用HiAlc Kpn喂養了無特定病原體(SPF)的小鼠, 值得注意的是, HiAlc-Kpn喂養可誘發慢性肝脂肪變, 其研究了腸道菌群不平衡與嚴重NAFLD病變(即NASH和纖維化)的關系, 結果顯示, 瘤胃球菌數量的增加與纖維化程度的加重呈正相關[21]。在一項比較NAFLD患者和健康人的腸道微生物組的研究中, 相對于健康的非肥胖成人個體水平, NAFLD患者的革蘭氏陰性細菌和擬桿菌含量均升高, 厚壁菌呈現出降低的趨勢[22]。

1.4 遺傳因素 目前已發現NASH的發生風險受單核苷酸基因多態性的影響。Patatin樣磷脂酶域3(patatin like phospholipase domain containing protein 3, PNPLA3)是近年來發現的與NAFLD患病密切相關的patatin樣磷脂酶家族成員之一[23,24]。有研究發現PNPLA3發生突變后, 會對正常的蛋白酶體降解具有拮抗作用, 增加NAFLD的發生危險及嚴重程度。NAFLD患者PNPLA3基因rs738409位點GG基因型和G等位基因分布頻率明顯高于健康人群, 編碼GG基因型和G等位基因攜帶者NAFLD遺傳易感性明顯增加[25]。另有研究發現,編碼肝臟脂滴蛋白17β-羥基類固醇脫氫酶13型的基因高表達,可以促進肝臟細胞的損傷[26]。其他與NAFLD相關的SNP基因包括神經粘蛋白、葡萄糖激酶調節蛋白等。除此之外, 個體的免疫力水平、代謝速率等都與遺傳有關。分子機制的研究發現, PNPLA3-I148M如果不能被有效降解和泛素化, 會增加三酰甘油的堆積[27]。此外, PNPLA3-I148M還可以通過激活星形細胞, 促進肝組織的纖維化和炎癥[28]。TM6SF2是一種重要的跨膜蛋白, 攜帶編碼此蛋白的基因型個體, NAFLD和肝纖維化的發生概率更高。GCKR是葡糖激酶調節蛋白, 攜帶編碼此蛋白的基因型個體, 肝臟纖維化程度以及血清中三酰甘油水平均升高[29]。

1.5 固有免疫調節失衡 NAFLD的發生發展常常伴隨著固有免疫系統的失衡。最新研究發現, 非酒精性脂肪肝炎的主要特征是出現了大量的固有與浸潤的免疫細胞群[30,31]。肝臟中的巨噬細胞活化,可以誘導活性氧的產生,影響NAFLD的發病進程。體內的枯否細胞被活性氧或LDL激活后, 使膽固醇攝取增加, 另外, 枯否細胞的激活, 可以促進TNF-α和IL-1β生成, 最終引起持續的炎性反應[32,33]。另外, T細胞介導的炎性反應可以加速肝細胞的損傷,并促進脂肪肝的形成[34]。此外,有研究發現,淋巴細胞(Lymphocyte, LCs)也可以參與代謝性疾病的調控[35]。如2型ILC (ILC2)可以調節脂肪細胞的分化和促米色脂肪細胞的生成[36], 進而調控白色脂肪組織的分解與代謝, 降低總體脂肪量, 同時也可以通過提升底物對胰島素的敏感性,改善患者的胰島素抵抗和NAFLD癥狀。

2 潛在治療藥物

2.1 降脂類藥物 脂質代謝紊亂是NAFLD患者主要的臨床特征, 而且是NAFLD向肝炎和肝硬化發展的重要因素, 因此, 降脂成為針對NAFLD患者治療的一種重要途徑。目前, 降脂效果最好的藥物為他汀類藥物, 其機制主要是通過抑制羥基甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMG-CoA reductase, HMG-CoA), 從而阻斷肝膽固醇的合成, 進而引起肝臟代償性LDL受體的合成, 從而使血漿LDL及LDL的清除增加, 同時, 他汀類藥物還可以發揮抗氧化和抗炎作用[37]。但他汀類藥物在使用過程中存在較多的問題, 如產生肝臟毒性和肌肉毒性[38]。近年來人們發現抑制前蛋白轉化酶枯草溶菌素9(proprotein conver tase-subtilisin-kexin type 9, PCSK9) 可以明顯降低LDL的水平。另有實驗研究發現, 他汀類藥物聯合使用PCSK9抑制劑, 比單獨使用他汀類藥物效果更好[39]。此外, 對于他汀類藥物不耐受的人群, 可聯合使用依折麥布和PCSK9抑制劑(IIb, C)[40]。

2.2 胰島素增敏類藥物 IR是NAFLD發病進程中的關鍵環節, 因而提升效應器官對于胰島素的敏感性成為治療NAFLD的一種重要途徑。目前, 臨床上常用的胰島素增敏劑主要有以下幾種:(1)二甲雙胍:此類藥物結構中含有兩個胍基, 可以通過減少肝糖的生成、增加糖代謝, 改善效應器官對胰島素的敏感性。有研究顯示, 二甲雙胍可以明顯降低NAFLD患者谷丙轉氨酶、胰島素和C肽水平, 但是對于肝臟纖維化和肝臟炎癥的改善效果并不顯著[41,42]。(2)噻唑烷二酮類:此類藥物可以特異性的結合并活化(peroxisome proliferator activatedreceptor-γ, PPAR-γ, PPAR-γ), 改善胰島素抵抗、參與糖脂代謝, 并能抑制LP表達及TNF-α表達, 從而減少肝臟脂質沉積, 并抑制肝臟炎癥和纖維化形成。(3)胰高糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1, GLP-1):是一種腸促胰島素(incretin), 由小腸L細胞分泌, 它可以促進胰島素的分泌、誘導β細胞增殖、抑制餐后糖原釋放和延緩胃排空。有研究顯示, GLP-1受體激動劑與受體結合后, 可以提升效應器官對胰島素敏感性, 促進脂肪酸氧化、降低脂質生成改善糖代謝[43]。

2.3 調節氧化應激和炎癥的藥物 大量研究顯示, 氧化應激和脂質過氧化參與了NAFLD的“二次打擊”, 并且與肝臟炎癥、肝纖維化和細胞凋亡密切相關[44,45]。如有研究發現, 維生素E可以明顯減輕NASH患者的肝脂肪變性、肝纖維化[44]。另有研究發現, 水飛薊素當中的活性成分水飛薊賓, 可通過減少氧化應激和炎性反應改善肝臟纖維化, 逆轉NAFLD[45]。氧化應激與炎癥存在著密不可分的聯系, 而NAFLD的發生發展也與炎癥密切相關。當肝臟細胞受損后, 炎性因子被大量釋放,并引起炎性浸潤和細胞凋亡,最終誘發NASH。Elafibranor 是過氧化物酶體增殖物激活受-α(PPARα) 和受體-δ(PPARδ) 的激動藥。研究表明, elafibranor具有改善胰島素敏感性、平衡血糖、調節脂質代謝以及降低炎性反應的作用[46]。Cenicriviroc (CVC)是一種強效的C-C趨化因子配體抑制劑。研究表明,CVC通過抑制CCR2和CCR5募集炎性單核細胞、巨噬細胞以及淋巴細胞和肝星狀細胞, 從而抑制NASH向纖維化的發展[47], 目前該藥已經進入三期臨床試驗。

2.4 抗纖維化的藥物 肝纖維化程度常用來判斷NAFLD的進展, 而且臨床治療多以改善肝臟纖維化作為治療的終點。有研究表明, 肝星狀細胞(HSCs) 的激活可以加重肝纖維化的程度[48]。半乳糖凝集素-3(Gal-3) 蛋白與炎癥和肝臟纖維化有著密切的聯系, 通過抑制Gal-3, 可以明顯減少動物肝臟纖維化的癥狀, 并且臨床試驗也顯示其對NASH與橋接性纖維化的受試者具有較好的治療效果[49]。另有研究發現, 通過抑制CC類趨化因子受體2型(CCR2) 和5型(CCR5) 可以明顯減少肝臟炎癥, 削弱HSCs和肌纖維母細胞的遷移、活化和增殖, 最終產生抗炎和抗纖維化作用[50]。吡非尼酮是轉化生長因子-β抑制劑, 臨床用于治療特發性肺纖維化, 另有研究發現, 其可以明顯改善動物肝臟纖維化的病理特征[51]。

2.5 調節腸道菌群和免疫功能藥物 近年來的研究顯示腸道菌群失調與肝臟疾病和癌變密切相關[52], 因此通過飲食、益生菌、益生元和其他藥物操縱微生物組是治療NAFLD在內的肝臟疾病可行的研究方向。有研究發現, 益生元可以通過減少脂肪的生成, 降低(fatty acid synthase, FAS)等基因的表達, 最終減少肝臟TG的積累[53]。另外, 益生菌還可以修復“腸漏”, 并通過調節核受體的表達和改善肝臟和脂肪組織中的胰島素抵抗從而延緩NAFL進展為NASH[54]。Malaguarnera等[55]的臨床研究發現, 雙歧桿菌可以明顯改善NASH患者的血脂、IR指數、肝組織炎癥和肝纖維化。王輝等[56]的研究發現, 雙歧三聯活菌片可以明顯降低NASH大鼠模型血脂、炎性因子、脂多糖及脂聯素的水平。

3 展望

NAFLD是多器官、多系統之間相互關聯和影響而產生的,單純針對某一發病機制采取干預難以達到理想的治療效果,因此, 針對NAFLD的治療,應綜合考慮多方面的發病因素, 采取多靶點多途徑的治療措施。針對NAFLD的多重打擊途徑,設計多靶點的治療藥物可能是未來此類藥物研發的一種趨勢。