酒精性脂肪肝分子机制的研究进展

2002落叶

黎玉

【关键词】  脂肪肝，酒精性； 信号传导； 脂质代谢 Recent advances in research of molecular mechanism in alcoholic fatty liver disease  LI Yu. 【Key words】     Fatty liver, alcoholic;   Signal transduction;   Lipid metabolism 【First author抯 address】   College of Life Sciences, Nanchang University, Nanchang 330047, China Email: [email protected]   酒精性脂肪肝是酒精性肝病的三种组织病理学形式之一，其发病机制非常复杂。最近的研究表明：酒精性脂肪肝发生时脂肪酸的氧化和合成失衡，这主要受两个转录因子的调控，即过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）和固醇调节元件结合蛋白（sterol regulatory element binding protein，SREBP）。乙醇如何作用于PPAR、SREBP？其信号传导通路如何？现综述如下。 1. 乙醇对PPARα的影响：PPAR是一类能被配体激活的核转录因子，其配体包括从外源性化学试剂、合成药物到内源性脂肪酸等结构不同的化合物。目前已知PPAR有三种亚型：PPARα、β/δ和γ。这三种亚型均含有DNA结合区和配体结合区，它们在各种组织中的表达是不同的，通常PPARα高水平表达于线粒体丰富和β氧化活性高的组织，如肝、肾皮质和心脏；PPARγ高表达于脂肪组织；PPARβ/δ几乎在所有组织中均有低水平表达。与其他甾体激素受体一样，PPAR结合配体后被激活，与视黄酸类受体（retinoid X receptor，RXR）结合形成PPAR／RXR异二聚体，然后通过与靶基因启动子上游特异的DNA反应元件——过氧化物酶体增殖物反应元件（peroxisome proliferator response element, PPRE）结合，从而调节靶基因的转录。PPARα可以调节许多与脂肪酸氧化有关的基因的转录，如肉碱脂酰转移酶Ⅰ（carnitine palmitoyltransferaseⅠ，CPTⅠ）、乙酰辅酶A氧化酶、线粒体羟甲基戊二酸单酰辅酶A合酶（mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA synthase,mHMG-CoAS）和丙二酸单酰辅酶A脱羧酶（malonyl-CoA decarboxylase，MCD）等。当细胞内游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）水平升高时，FFA可作为配体活化PPARα，增加PPARα靶基因的表达，促进肝脏脂肪酸的氧化，而PPARα基因的失活则导致肝脏大量的脂质聚集，引起严重的低血糖症、低体温，并增加血浆FFA水平[1-3]。有研究表明PPAR各亚型在脂肪酸代谢、胰岛素敏感、炎症、细胞生长和分化中起着重要作用[4，5]。 由于摄入乙醇后脂肪酸水平显著升高，故推测乙醇对PPARα调控的脂肪代谢酶产生了影响。动物实验显示，小鼠在持续摄入乙醇4周后肝脏出现脂肪堆积，PPARα／RXR结合DNA的能力显著降低，PPARα靶基因如长链脂酰辅酶A脱氢酶、中链脂酰辅酶A脱氢酶的mRNA表达量下降。而WY-14643（PPAR激动剂）组PPARα的蛋白表达增加，PPARα/RXR结合DNA的能力增强，许多PPARα靶基因如长链脂酰辅酶A脱氢酶、中链脂酰辅酶A脱氢酶、脂酰辅酶A氧化酶的mRNA表达量较乙醇组明显升高。乙醇联合WY-14643组，PPARα与DNA的结合能力较乙醇组增强，脂肪酸氧化速度加快，血清FFA和甘油三酯水平恢复正常，肝脏脂肪的堆积发生逆转［6，7］。有证据表明，乙醇的代谢产物乙醛才是直接作用者[8]。在乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH）缺失的培养肝细胞中以及使用ADH抑制剂4-甲基吡唑时乙醇不具有上述作用，而乙醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase，ALDH）抑制剂氨腈可促进乙醇的这种作用。将50～200μmol/L乙醛加入肝细胞培养液，可降低PPARα与DNA的结合能力。这充分表明乙醇代谢为乙醛在脂肪肝的发病机制中至关重要。 脂肪酸的氧化不仅仅受氧化酶的调控，而且还受CPTⅠ的调节，它促使长链脂酰辅酶A进入线粒体。丙二酸单酰辅酶A （malonyl-CoA）对CPTⅠ具有抑制作用，它由乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）合成，被MCD降解。PPARα在调节MCD表达及活性方面的作用近来受到关注。Campbell等[9]研究发现，PPAR（-/-）小鼠心肌脂肪酸氧化速率的降低与丙二酸单酰辅酶A浓度的升高、MCD表达及活性的降低有关，这表明PPARα可以在转录水平调节MCD的表达。用PPARα/RXR表达质粒共转染CV-1细胞株，MCD启动子活性提高17倍，MCD的mRNA表达水平也显著升高。由此推测，乙醇对PPARα的抑制作用可能导致丙二酸单酰辅酶A的增加以及对脂肪酸进入线粒体的抑制。 2. 乙醇对SREBP-1的影响：SREBP是调节动物体内脂肪合成的一类极重要的核转录因子，它有三种同工型：SREBP-1a、SREBP-1c和SREBP-2，分别由SREBP-1和SREBP-2基因编码。SREBP-1a主要在培养细胞中表达，调控细胞膜所必需的胆固醇和脂肪酸的合成；SREBP-1c主要在肝脏和脂肪细胞中表达，动物体内90%的SREBP-1由SREBP-1c构成，是动物脂肪代谢中重要的核转录因子；SREBP-2主要调控胆固醇的合成。SREBP含有高度保守的“碱性区-螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链”结构。合成后的SREBP前体结合在核膜和内质网膜上，氨基末端区和羧基末端区伸入细胞质中，中间区域锚定在内质网膜或核膜上[10]。SREBP前体的氨基末端被蛋白酶水解后，从膜上脱离下来进入细胞核成为成熟的SREBP（nSREBP）。nSREBP可识别靶基因调控区上一特殊的DNA片段——固醇调节元件(sterol regulatory element，SRE)并与之结合，通过调节生脂酶基因的转录来调节这些酶的活性，从而调控脂肪的合成。动物体内的生脂酶主要有脂肪酸合酶（fatty acid synthase,FAS）、ACC、苹果酸酶(malic enzyme)、L-丙酮酸激酶（L-pyruvate kinase）及S14蛋白等。转基因动物实验证实，SREBP-1在脂肪肝形成过程中起着重要作用。转基因小鼠SREBP-1过度表达，导致肝脏SREBP-1靶基因（生脂酶基因）的表达增加，脂肪酸合成和甘油三酯堆积加速，最终形成脂肪肝。 2002年You等[11]首次报道了SREBP在酒精性脂肪肝中的作用。他们的研究表明乙醇可以增加nSREBP水平，促进SREBP靶基因的转录。将H4ⅡEC3细胞置于200μmol/L乙醛中孵育，成熟的SREBP-1蛋白表达量增加约2.5倍，而使用ADH、ALDH抑制剂的实验再次证明乙醇代谢为乙醛是非常关键的一个环节。 另外，用低脂肪含乙醇的饲料喂小鼠，结果显示除了成熟的SREBP-1增加以外，SREBP-1的一些靶基因（FAS、苹果酸酶、ACC）mRNA的表达也显著增加，表明乙醇介导SREBP-1的成熟与SREBP-1靶基因表达的增加有关[12]。综上所述，乙醇代谢的中间产物乙醛可能通过活化肝脏的SREBP-1增加生脂酶基因的表达。 3. PPARα、SREBP-1的上游信号分子及相关信号传导通路：乙醇是如何作用于转录因子PPARα、SREBP-1的呢？研究发现PPARα、SREBP-1的上游信号分子之一是一种激酶——AMP依赖蛋白激酶（AMP-dependent protein kinase，AMPK）。AMPK是一种由α、β、γ亚基形成的异源三聚体，α为催化亚基，β和γ为调节亚基。AMPK能感知细胞能量代谢状态的改变，并通过影响细胞物质代谢的多个环节维持细胞能量供求平衡。当细胞内三磷酸腺苷减少时，AMPK一方面通过抑制糖原、脂肪和胆固醇的合成，减少三磷酸腺苷的利用；另一方面通过促进脂肪酸氧化以增加三磷酸腺苷的产生。故AMPK被称为“细胞能量调节器”。近年来发现其下游靶蛋白质种类和数量众多，具有多种重要的生物学效应。 You等[13]在研究酒精性脂肪肝时发现，乙醇对SREBP-1的作用通过AMPK介导实现，AMPK可在转录水平和转录后水平对SREBP-1进行调节。乙醇对AMPK产生抑制，导致SREBP-1的活性增强，SREBP-1靶基因表达上调，肝脂肪的合成增加。AMPK激动剂二甲双胍可阻断乙醇对SREBP-1依赖的启动子的诱导作用。AMPK还可调节PPARα的活性。研究发现小鼠心脏PPARα被p38MAPK活化，而p38MAPK的活性则由于AMPK的抑制而降低，其具体机制还不清楚。 另外，AMPK是肝脏甘油三酯和胆固醇合成的重要调节因子，它磷酸化并抑制脂肪代谢的一些重要酶如脂肪酸生物合成的限速酶ACC，ACC的产物丙二酸单酰辅酶A是CPTⅠ潜在的抑制剂。AMPK通过抑制ACC减少丙二酸单酰辅酶A水平，促进脂肪酸的氧化。由于这个控制脂肪酸氧化的分子信号传递系统包括AMPK、ACC和丙二酸单酰辅酶A，故有人称之为“AMPK-ACC-丙二酸单酰辅酶Ａ轴”。另外，AMPK还可活化MCD。在AMPK受到乙醇抑制后，通过改变靶酶的磷酸化状态导致ACC活性增加，MCD活性降低，从而使丙二酸单酰辅酶A的浓度增加，CPTⅠ受到抑制，脂肪酸进入线粒体的速率减慢，故脂肪酸氧化的速率减慢。很显然，AMPK在介导乙醇对肝脏PPARα、SREBP-1、ACC与MCD活性的改变，脂肪酸代谢，脂肪肝的形成中起着重要作用。 进一步研究发现，一种脂肪细胞来源的激素——脂联素（adiponectin）具有减轻酒精性脂肪肝的作用[14]，它可能通过活化下游AMPK、PPAR信号传导分子发挥作用[15]。脂联素由Scherer等于1995年在小鼠3T3脂肪细胞中首次发现，其分子量为3.0×104，结构上与补体C1q相似，故也称作脂肪细胞补体相关蛋白30（3.0×104 adipocyte complement-related protein， Acrp30）。脂联素分子结构包括N-末端的信号肽、胶原重复区及C-末端的球状区。球状区脂联素（globular adiponectin，gAcrp30）具有比脂联素更为活跃的生物学功能。Yamauchi等[16]通过克隆表达技术先后从骨骼肌cDNA文库中分离得到脂联素受体（adiponectin receptor，AdipoR）的两个亚型AdipoR1和AdipoR2。脂联素具有三聚体及复合多聚体等形式，同样AdipoR1和AdipoR2亦可能组成同源多聚体和异源多聚体。AdipoR1广泛存在于骨骼肌，对脂联素的球状结构域具有高亲和力，但对脂联素亲和力低；AdipoR2主要存在于肝脏，对二者具有中等亲和力。脂联素对肝脏及骨骼肌的作用可能通过AdipoR1和AdipoR2介导实现。大量实验显示，血浆脂联素水平的降低与肥胖、胰岛素抵抗、Ⅱ型糖尿病以及动脉粥样硬化有关。长期喂饲含乙醇的饲料，小鼠血液脂联素水平显著降低，且降低程度与肝损伤程度呈正相关；补充脂联素则可加快脂肪酸的氧化速度、减少小鼠肝肿大、脂肪肝和肝炎的发生[14]。Yamauchi等[16]用脂联素作用C2C12细胞，发现PPARα活性增加，刺激了脂肪酸的氧化。用特异性抑制剂抑制AdipoR1和AdipoR2的表达，几乎完全阻断脂联素和gAcrp30介导的PPARα活性。他们还发现用脂联素或gAcrp30作用C2C12细胞后，AMPK及ACC的磷酸化增加；在C2C12细胞表达AdipoR1后，上述效应更加明显，说明脂联素通过与AdipoR1结合活化AMPK。酒精性脂肪肝时脂联素活化AMPK、PPAR的具体机制还有待进一步证实。 关于乙醇抑制脂联素的机制正在研究中。就目前所知，肿瘤坏死因子（TNF）α参与了该作用[14]。乙醇能使肠黏膜通透性增加、肠源性内毒素入血，激活库普弗细胞并大量释放以TNFα为主的细胞因子，同时脂联素水平降低。事实上，TNFα和脂联素彼此调控，拮抗彼此的生物学功能。至于乙醇中毒时，是TNFα的增加导致脂联素的减少还是脂联素的减少导致TNFα的增加至今尚不清楚。TNFα对AMPK、PPARα、SREBP-1的作用也有待进一步研究。 图1  酒精性脂肪肝的分子机制 综上所述，乙醇可能通过图１所示的途径引起脂肪肝。酒精性脂肪肝的分子机制错综复杂，除本文涉及的内容外，乙醇还可能影响一些级联反应（如p42/44 MAPK、PKA、p38MAPK、PKB/Akt、Stat5b）而降低转录因子的促转录活性。随着对酒精性脂肪肝分子机制的深入研究，将开发出更有效的药物进行针对性治疗。

2002落叶

参  考  文  献

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4Kostadinova R, Wahli W, Michalik L. PPARs in diseases: control mechanisms of inflammation. Curr Med Chem, 2005, 12: 2995-3009.

5Walcher D, Marx N.Insulin resistance and cardiovascular disease: the role of PPARgamma activators beyond their anti-diabetic action. Diab Vasc Dis Res, 2004, 1: 76-81.

6Fischer M, You M, Matsumoto M,et al. Peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha) agonist treatment reverses PPARalpha dysfunction and abnormalities in hepatic lipid metabolism in ethanol-fed mice. J Biol Chem, 2003, 278: 27997-28004.

7Crabb DW, Galli A, Fischer M, et al. Molecular mechanisms of alcoholic fatty liver: role of peroxisome proliferator-activated receptor alpha. Alcohol, 2004, 34: 35-38.

8Galli A, Pinaire J, Fischer M, et al. The transcriptional and DNA binding activity of peroxisome proliferator-activated receptor alpha is inhibited by ethanol metabolism. A novel mechanism for the development of ethanol-induced fatty liver. J Biol Chem, 2001, 276: 68-75.

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11You M, Fischer M, Deeg MA, et al. Ethanol induces fatty acid synthesis pathways by activation of sterol regulatory element-binding protein (SREBP). J Biol Chem, 2002, 277: 29342-29347.

12You M, Crabb DW. Molecular mechanisms of alcoholic fatty liver: role of sterol regulatory element-binding proteins. Alcohol, 2004, 34: 39-43.

13You M, Matsumoto M, Pacold CM, et al. The role of AMP-activated protein kinase in the action of ethanol in the liver. Gastroenterology, 2004, 127: 1798-1808.

14Xu A, Wang Y, Keshaw H, et al. The fat-derived hormone adiponectin alleviates alcoholic and nonalcoholic fatty liver diseases in mice. J Clin Invest, 2003, 112: 91-100.

15You M, Considine RV, Leone TC, et al. Role of adiponectin in the protective action of dietary saturated fat against alcoholic fatty liver in mice. Hepatology, 2005, 42: 568-577.

16Yamauchi T, Kamon J, Ito Y, et al. Cloning of adiponectin receptors that mediate antidiabetic metabolic effects. Nature, 2003, 423: 762-769.

 

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