張潔 邸阜生

基礎(chǔ)研究

·綜述·

運動防治非酒精性脂肪性肝病的機制

張潔 邸阜生

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)目前已經(jīng)成為全球流行的慢性肝臟疾病。運動能夠改善NAFLD。研究證實，運動能夠減輕肝臟脂肪沉積及炎性反應(yīng)，但其具體機制尚不明確，有待進一步研究。

運動；非酒精性脂肪性肝??； AMPK；自噬

目前研究證明，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)不僅可發(fā)展為肝硬化及肝癌，并且與機體胰島素抵抗、2型糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生密切相關(guān)。眾所周知，運動是機體保持自身健康的重要方法和手段之一, 運動療法作為NAFLD最基本的治療方法之一已逐步應(yīng)用于臨床。但運動治療NAFLD的機制尚不明確。本文將對國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀加以綜述，為闡明運動在改善NAFLD過程中的作用提供理論依據(jù)。

1 NAFLD的發(fā)病機制 ——“二次打擊學(xué)說”

NAFLD是由肝細胞內(nèi)脂肪異常沉積，并在此基礎(chǔ)上引發(fā)的炎性反應(yīng)造成的肝臟疾病。其發(fā)生、發(fā)展與營養(yǎng)過剩、能量代謝失調(diào)導(dǎo)致的機體肥胖、胰島素抵抗、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等密不可分，被認為是代謝綜合征在肝臟的表現(xiàn)[1]。NAFLD的發(fā)病機制目前尚無定論，“二次打擊”學(xué)說作為NAFLD的經(jīng)典發(fā)病機制被廣泛接受。該學(xué)說認為 “第一次打擊” 是肝細胞內(nèi)甘油三酯合成與轉(zhuǎn)運紊亂致肝臟中脂質(zhì)沉積，“第二次打擊”是在第一次打擊的基礎(chǔ)上觸發(fā)的一系列的細胞毒素事件，導(dǎo)致肝臟實質(zhì)細胞內(nèi)的氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)[2]。

2 有氧運動與NAFLD

2.1 有氧運動與 “第一次打擊” 肝臟脂質(zhì)沉積是NAFLD發(fā)病的始動因素，當進入肝臟的脂肪酸和肝臟自身從頭合成的脂肪酸超過肝臟的氧化能力，或因肝臟合成極低密度脂蛋白(VLDL)障礙，肝臟內(nèi)的甘油三酯不能以VLDL的形式從肝臟輸出時，均可導(dǎo)致脂質(zhì)在肝細胞內(nèi)蓄積，形成脂肪肝。有氧運動能夠有效的作用于上述多個環(huán)節(jié)，減少肝內(nèi)脂質(zhì)的沉積。

2.1.1 有氧運動改善外源性脂肪酸在肝內(nèi)沉積 目前研究認為，胰島素抵抗是NAFLD發(fā)生的始動因素。在生理情況下，一些脂解激素如兒茶酚胺等通過調(diào)節(jié)激素敏感性脂肪酶的活性，促進白色脂肪分解成游離脂肪酸(FFA)，而胰島素能夠抑制脂解[3]。當發(fā)生胰島素抵抗時，脂肪分解增加導(dǎo)致體內(nèi)FFA明顯增多[4]。血漿中過多的 FFA可以通過多種途徑增加肝細胞內(nèi)脂質(zhì)沉積。研究證實，有氧運動能夠增加外周組織特別是脂肪組織的胰島素敏感性、調(diào)控脂肪因子的分泌，減少了血漿中及運輸至肝臟內(nèi)的FFA的含量，從而減少肝內(nèi)脂肪沉積[5]。

骨骼肌作為一種新興的內(nèi)分泌器官，能夠分泌多種肌肉因子。運動可促進肌肉因子的表達，這些肌肉因子不僅作用于骨骼肌本身，還可通過血液循環(huán)到達外周組織，調(diào)節(jié)全身代謝過程[6]。Irisin是一種具有減肥作用的肌肉因子，研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動可以誘導(dǎo)小鼠骨骼肌產(chǎn)生過氧化物酶體增殖物活化受體γ協(xié)同刺激因子-1α(PGC-1α)，并利用基因芯片技術(shù)檢測出5種依賴 PGC-1α的分泌蛋白上調(diào)，其中與耐力運動最為相關(guān)的一種蛋白為Ⅲ型纖連蛋白組件包含蛋白5(FNDC5)，在體內(nèi)FNDC5被剪切轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新形式——irisin[7]。用 腺 病 毒 轉(zhuǎn) 染FNDC5到小鼠體內(nèi)，10 d后小鼠血清irisin含量較對照組明顯增加，同時皮下脂肪組織表現(xiàn)出明顯的棕色化趨勢，增加了脂肪組織內(nèi)脂肪酸的有氧氧化，從而減少了白色脂肪的含量，減輕了胰島素抵抗及脂肪組織內(nèi)FFA的產(chǎn)生。

2.1.2 有氧運動減少肝內(nèi)脂肪酸從頭合成，增加脂肪酸β氧化 AMP活化蛋白激酶 (AMPK) 被稱為真核細胞的“能量感受器”。當機體受到各種代謝應(yīng)激如低氧、缺血和運動時會導(dǎo)致ATP產(chǎn)生下降，AMP/ATP比值增加，從而導(dǎo)致AMPK蘇氨酸172磷酸化的增加，AMPK被迅速激活，通過AMPK/乙酰 CoA 羧化酶/丙二酸單酰輔酶A途徑，解除了丙二酸單酰輔酶A對肉堿轉(zhuǎn)移酶-1的抑制，增加了FFA的β氧化，從而改善肝臟脂代謝紊亂。此外，脂肪酸合酶是合成長鏈脂肪酸最為重要的酶，其表達受固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1 (SREBP-1) 調(diào)節(jié)，同時SREBP-1也是調(diào)節(jié)乙酰CoA羧化酶的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。在肝臟中, 有氧運動或者用二甲雙胍處理及持續(xù)活化狀態(tài)的AMPK過表達均能夠減少SREBP-1的基因及蛋白表達[8-9]。最新的研究也證實，AMPK能夠直接磷酸化SREBP-1的ser372位點，抑制SREBP-1的蛋白水解及入核，并抑制其靶基因的表達，從而緩解小鼠肝細胞中脂肪合成及脂質(zhì)的積累[10]。Cintra等[11]研究表明，8周的高脂飲食能夠增加肝臟內(nèi)SREBP-1的表達，而有氧運動能夠抑制SREBP-1的表達，提示有氧運動能夠通過減低SREBP-1來減少肝內(nèi)脂肪的從頭合成，從而改善肝內(nèi)脂質(zhì)沉積。Cho等[12]研究證實，長期有氧運動在增加肝臟AMPK磷酸化的同時也減低了SREBP-1的表達。在骨骼肌中運動通過AMPK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 (mTOR) /核糖體蛋白S6激酶β-1途徑減低SREBP-1的表達，這提示在肝臟中，運動可能也是通過激活A(yù)MPK通路調(diào)控SREBP-1的表達[13]。其具體機制有待進一步探討。

線粒體是肝細胞最重要的細胞器之一，是脂肪酸進行β氧化、三羧酸循環(huán)以及ATP及活性氧簇合成的重要場所。研究證實，線粒體功能障礙是NAFLD發(fā)生的原因之一。線粒體生物合成的過程受到眾多因素的調(diào)控，其中PGC-1α被認為在線粒體的生物合成中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[14]。研究證實,運動能夠增加肝臟PGC-1α及其下游線粒體生物合成及功能相關(guān)的基因表達，增加了線粒體生物合成及線粒體功能，這也可能是運動防治NAFLD的機制之一[15]。

2.2 有氧運動與 “第二次打擊” 在第一次打擊中肝細胞中過多的FFA聚集增加了線粒體內(nèi)氧化的反應(yīng)率，并且使細胞色素P450 2E1的表達升高，后者具有很強的氧化活性，其氧化產(chǎn)物是活性氧簇的主要組成成分[16]?；钚匝醮丶捌渌趸a(chǎn)物的異常增多、炎性反應(yīng)及肝細胞壞死等構(gòu)成了 NAFLD 發(fā)病的第二次打擊[17]。有氧運動能夠?qū)垢渭毎难趸瘧?yīng)激及炎性反應(yīng)，從而避免肝臟遭受第二次打擊。

氧化應(yīng)激在非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的發(fā)生、發(fā)展中起了關(guān)鍵作用，并與NASH的嚴重程度存在密切聯(lián)系。因此，抑制氧化應(yīng)激可阻止NASH進程，對于NAFLD的預(yù)防和治療具有重要意義。當肝臟發(fā)生氧化應(yīng)激時，一方面，體內(nèi)高活性分子如活性氧簇和活性氮自由基產(chǎn)生過多，活性氧簇/活性氮自由基的累積加速NAFLD的發(fā)生、發(fā)展[18]。另一方面抗氧化酶類如內(nèi)源性過氧化氫酶及谷光氨肽過氧化物酶生成減少，從而使肝臟內(nèi)抗氧化能力減低，進一步加速了NAFLD[19]。眾多研究均證明，運動能夠起到抗氧化的作用。Salminen和Vihko[20]研究證實，長期有氧運動能夠通過增加小鼠肝臟內(nèi)超氧化物歧化酶及谷胱氨肽過氧化物酶水平，對抗高脂引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)。炎性反應(yīng)是從單純性脂肪肝轉(zhuǎn)變?yōu)橹拘愿窝椎年P(guān)鍵步驟。研究證實，高脂飲食能夠增加炎性介質(zhì)如腫瘤壞死因子-α及白細胞介素-6等的產(chǎn)生，從而促進肝臟的炎性反應(yīng)[21-22]。人體研究證實，運動能夠減低體內(nèi)炎性介質(zhì)的產(chǎn)生并且改善炎性反應(yīng)[23-24]。動物實驗也顯示，運動能夠減低肥胖小鼠肝臟及脂肪組織中腫瘤壞死因子-α mRNA的表達[25]。Kawanishi等[26]研究提示，長期運動能夠減低脂肪性肝炎模型小鼠肝臟內(nèi)趨化因子及黏附因子的表達，從而減輕肝內(nèi)的脂肪沉積及巨噬細胞浸潤。

2.3 有氧運動激活肝細胞自噬 自噬是真核細胞特有的一種生命現(xiàn)象，其作用是維持細胞的自我穩(wěn)態(tài)和促進細胞生存[27]。在饑餓、氧化應(yīng)激、病原體感染等環(huán)境因素改變的情況下，組織細胞自噬被激活，從而調(diào)控細胞內(nèi)衰老及異常蛋白、清除受損細胞器、維持細胞的正常功能[28]。肝臟是體內(nèi)最為重要的代謝器官，并在機體內(nèi)起著儲存肝糖元、合成分泌性蛋白質(zhì)、抗氧化等角色。肝細胞內(nèi)存在眾多與自噬溶酶體相關(guān)的種類豐富的蛋白質(zhì)，因此自噬與肝細胞關(guān)系極為緊密。大量研究均證實，自噬功能減低促進了NAFLD的發(fā)生與發(fā)展，而運動可以顯著提高肝細胞自噬活性，從而達到治療脂肪肝的目的。自噬的發(fā)生受到不同的自噬相關(guān)蛋白的調(diào)控。目前研究最廣泛的兩條自噬通路包括： mTOR通路及磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)通路[29]。mTOR是控制細胞自噬的關(guān)鍵蛋白，能感受細胞的多種變化信號，增強或降低自噬的水平。胰島素、生長因子等與酪氨酸激酶受體結(jié)合后, 激活PI3K，PI3K被激活后通過質(zhì)膜上產(chǎn)生的第二信使磷脂酰肌醇三磷酸活化蛋白激酶B，并通過磷酸化作用激活mTOR信號通路，當mTOR活性被抑制時，自噬體形成。另外，運動可以通過增加AMPK 活性，從而通過磷酸化作用激活自噬相關(guān)蛋白1以激活自噬，而mTOR也可以通過抑制自噬相關(guān)蛋白1的磷酸化抑制自噬[30]。AMPK又能通過結(jié)節(jié)性硬化蛋白1/2依賴或非依賴的方式抑制mTOR。因此，當機體受到運動刺激時，AMPK既能直接激活自噬又能通過抑制mTOR而上調(diào)細胞的自噬水平，因此AMPK/mTOR信號通路在運動調(diào)節(jié)的自噬過程中起著非常重要的作用。

PI3K通路是不依賴于AMPK及mTOR的另一條自噬通路，一些經(jīng)典的自噬抑制劑如3-MA、wortmannin等都是通過抑制此通路的活性而抑制自噬的。自噬正調(diào)控子beclin1 和抑癌基因UVRAG以及自噬負調(diào)控子抗凋亡因子 bcl-2與Class Ⅲ PI3K，共同組成Class Ⅲ PI3K復(fù)合體，調(diào)控自噬[31]。研究人員采用轉(zhuǎn)基因方法在Bcl2 分子上敲除了3個保守的磷酸化位點(Thr69、Ser70、Ser84)，構(gòu)建了BCL2 AAA小鼠，這種小鼠表現(xiàn)為基礎(chǔ)自噬水平正常，但運動誘導(dǎo)的自噬活性受損，提示運動激活肝細胞自噬是通過調(diào)節(jié)凋亡抑制蛋白Bcl2這3個磷酸化位點磷酸化引起的。運動可以通過增強Bcl2磷酸化，引起 Bcl2-beclin1復(fù)合體解離，促進beclin1與Class Ⅲ PI3K結(jié)合激活自噬[32]。這提示運動對自噬的激活可能是通過這一通路完成的。目前國內(nèi)、外對于運動激活肝細胞自噬的相關(guān)機制鮮見報道，對此機制的深入研究將有助于為NAFLD的治療提供依據(jù)。

綜上所述，運動參與了NAFLD形成與發(fā)展，長期有氧運動能夠減輕肝臟脂質(zhì)沉積及肝細胞內(nèi)的氧化應(yīng)激及炎性反應(yīng)，對抗NAFLD形成的“二次打擊”，達到安全有效的防治NAFLD及代謝相關(guān)疾病的目的。目前運動治療NAFLD領(lǐng)域的研究還處于初步階段，許多問題亟待解決，闡明其中的作用機制可能為NAFLD的治療提供新的方向。

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Mechanismofexerciseonnon-alcoholicfattyliverdisease

ZhangJie,DiFusheng.

DepartmentofEndocrinology,TheThirdCentralHospital,TianjinKeyLaboratoryofArtificialCells(TKL),Tianjin300170,China

Correspondingauthor:DiFusheng,Email:difusheng@vip.163.com

Non-alcoholic fatty liver disease(NAFLD) is the most common liver disease around the world. Physical activity enables to improve NAFLD. According to researches, exercise can reduce the liver fat deposition and inflammation. However, the mechanisms responsible for these effects are incompletely understood and need further study.

Exercise; Non-alcoholic fatty liver disease; AMPK; Autophagy

天津市衛(wèi)生局科技基金重點資助項目(2010KR02)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.06.12

300170 天津市第三中心醫(yī)院內(nèi)分泌科，天津市人工細胞重點實驗室

邸阜生，Email:difusheng@vip.163.com

FundprogramTianjin Health Bureau Technology Fund (2010KR02)

2015-12-02)