朱瀟旭，段小花，李瑞霞，陳園園，張超

(云南中醫(yī)學(xué)院民族醫(yī)藥學(xué)院，云南昆明650000)

線粒體作為一種重要的膜性細(xì)胞器不僅為細(xì)胞和機(jī)體提供能量，還調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程，是連接多信號(hào)通路的綜合平臺(tái)。完整的線粒體呼吸鏈可以保證線粒體能量代謝。非酒精性脂肪肝(NAFLD)臨床高發(fā)，且出現(xiàn)低齡化趨勢(shì)。但該病機(jī)制尚不明確，無特效療法。諸多研究表明，線粒體功能障礙與NAFLD密切相關(guān)，本文就線粒體與NAFLD發(fā)生的關(guān)系進(jìn)行了綜述，為NAFLD發(fā)病機(jī)制的研究及臨床治療提供理論支持。

1 線粒體功能

線粒體是有氧真核生物中最重要的一種膜性細(xì)胞器[1]。從生物進(jìn)化起源來說，線粒體來源于“內(nèi)共生”的好氧型古細(xì)胞，是細(xì)胞的能源中心和胞質(zhì)遺傳中心[2]。一方面，通過生物氧化作用，線粒體利用其遺傳基因(mtDNA)編碼氧化磷酸化酶復(fù)合體的關(guān)鍵亞基，控制合成高能磷酸化合物三磷酸腺苷(ATP)，為細(xì)胞和機(jī)體提供能量，且ATP參與絕大多數(shù)重要的細(xì)胞過程[3]；另一方面，線粒體還產(chǎn)生作為細(xì)胞氧還原電勢(shì)和Redox信號(hào)的原發(fā)因子活性氧(ROS)。因此研究認(rèn)為，線粒體是調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程，連接多信號(hào)通路的綜合平臺(tái)[4]。

1.1 線粒體呼吸鏈 線粒體呼吸鏈?zhǔn)侵冈谏镅趸^程中，從代謝物上脫下來的氫經(jīng)過一系列傳遞體傳遞后與氧結(jié)合生成水，同時(shí)釋放能量的過程。最早在20世紀(jì)初期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一些參與呼吸作用的酶類，隨著研究的深入逐漸認(rèn)識(shí)到呼吸作用是一系列酶共同作用的結(jié)果，之后形成了呼吸鏈或電子傳遞鏈的概念[5]。上世紀(jì)中葉，線粒體呼吸鏈上所有進(jìn)行電子傳遞的輔基大多數(shù)都被科學(xué)家們鑒定出來了，包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、核黃素-5-磷酸、黃素腺嘌呤二核苷酸、泛醌、Fe-S中心、Cu中心和細(xì)胞色素(Cyt)a、a3、bH、bL、c、c1，并且確定了這些輔基在呼吸鏈上的排列順序[6]。格林(D.E.Green)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)的酶類與輔基結(jié)合可以形成4種功能互不影響的呼吸鏈蛋白復(fù)合物——呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ～Ⅳ，又稱為NADH-泛醌氧化還原酶、琥珀酸-泛醌氧化還原酶、CytC還原酶和CytC氧化酶，它們的縮寫為CⅠ、CⅡ、CⅢ和CⅣ。

據(jù)研究報(bào)道，呼吸鏈復(fù)合物(CⅠ～CⅣ)使呼吸作用過程中有害分子ROS產(chǎn)量下降的途徑是形成呼吸體，使暴露的氧化還原反應(yīng)位點(diǎn)數(shù)量下降，又因?yàn)閱为?dú)的呼吸復(fù)合物對(duì)輔酶Q(CoQ)和CytC的利用率遠(yuǎn)低于呼吸體對(duì)其的利用率，所以呼吸作用過程中的能量轉(zhuǎn)換也更高[7]。

1.2 線粒體能量代謝 線粒體氧化磷酸化過程就是能量代謝過程：氧化供能的主要代謝產(chǎn)物即底物通過脫下的成對(duì)H+進(jìn)入位于線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈，通過三條呼吸途徑(NADH氧化呼吸鏈途徑、琥珀酸氧化呼吸鏈途徑和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸氧化呼吸鏈途徑)中的任意一條，與氧結(jié)合形成水，并在三磷酸腺苷合成酶的作用下合成ATP,為機(jī)體提供所需能量。

1.3 線粒體的損傷 ROS是機(jī)體新陳代謝的產(chǎn)物，包括自由基和過氧化氫，其化學(xué)性質(zhì)非?；钴S，在各類細(xì)胞中不斷產(chǎn)生和被清除。高濃度的ROS可打破促氧化物和抗氧化物的動(dòng)態(tài)平衡,通過氧化應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的凋亡；同時(shí)化合形成脂質(zhì)過氧化物丙二醛等，導(dǎo)致內(nèi)源性ROS增加，毒性上升并抑制抗氧化。當(dāng)氧化應(yīng)激增強(qiáng)發(fā)生，ROS氧化生物膜時(shí)稱為脂質(zhì)過氧化，該過程會(huì)嚴(yán)重影響細(xì)胞膜的通透性和流動(dòng)性。

2 NAFLD

2.1 NAFLD的由來 Falchak等[8]在上個(gè)世紀(jì)90年代末首次提出了與肥胖相關(guān)的脂肪肝病概念。1980年3月,Ludwig等[9]第一次定義了NAFLD。同年7月，梅奧診所對(duì)20例不明原因的NAFLD患者的肝活檢標(biāo)本進(jìn)行了描述，同時(shí)指出肝臟腫大和功能異常是該病最常見的臨床表現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)許多患者同時(shí)患有與肥胖相關(guān)的疾病[10]，此后，隨著代謝綜合征的出現(xiàn)，除乙醇等明確的肝損傷因素外，由肝臟脂肪沉積所引起的一系列疾病譜被統(tǒng)稱為“NAFLD”。近年，隨著人們生活習(xí)慣和飲食習(xí)慣的改變，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)的NAFLD流行程度越來越大，故該病的機(jī)制研究與防治已成為代謝領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2.2 NAFLD的定義及流行病學(xué)特征 NAFLD是指除乙醇和其他明確的肝損害因素外，所引起的以彌漫性肝細(xì)胞大泡性脂肪變?yōu)橹饕R床特征的病理綜合征。NAFLD在臨床上主要是指一系列造成肝臟損害的疾病譜，包括單純性脂肪變以及由其演變的脂肪性肝炎(NASH)、進(jìn)展性肝纖維化和肝硬化等[11]。在世界范圍內(nèi),成年人NAFLD患病率可達(dá)30%,在糖尿病患者和肥胖群體中,NAFLD患病率高達(dá)80%[12],在我國一線城市NAFLD的發(fā)病率為15%[13]，近年還呈現(xiàn)出低齡化趨勢(shì)[14]。

2.3 NAFLD的病程進(jìn)展及危險(xiǎn)因素 NAFLD的病程進(jìn)展最初可由單純性脂肪變發(fā)展為NASH，又過渡為肝纖維化，之后進(jìn)入脂肪性肝硬化期，甚則繼續(xù)發(fā)展為原發(fā)性肝癌(HCC)。臨床上，超重、腹型肥胖、高血壓、糖代謝紊亂、血脂異常、高尿酸血癥、胰島素抵抗等單個(gè)或多個(gè)代謝綜合征總是伴隨NAFLD發(fā)生[15],蘇劍鋒等[16]甚至提出把脂肪肝也界定為代謝綜合征的組成成分。

2.4 發(fā)病機(jī)制 雖然NAFLD已成為最常見的危害人類健康的慢性肝臟疾病之一，但是對(duì)該病的機(jī)制研究仍停留在假說階段，尚無明確論斷。目前被廣泛接受的經(jīng)典發(fā)生機(jī)制是1998年Day和James提出的“二次打擊”學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為，第一次打擊是胰島素抵抗為主導(dǎo)的引起大量甘油三酯和脂肪酸堆積于肝細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的反應(yīng)，誘導(dǎo)機(jī)體對(duì)內(nèi)源性損害因子的敏感性增加。氧化應(yīng)激反應(yīng)和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)是一系列由ROS誘導(dǎo)的發(fā)生在肝臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞毒素事件，可引起細(xì)胞炎癥反應(yīng)[17]，被稱為第二次打擊。它使肝損傷加劇，甚至出現(xiàn)纖維化和壞死。

3 線粒體損傷與NAFLD的關(guān)系

線粒體結(jié)構(gòu)的完整性和功能的完備性才能保證肝細(xì)胞的正常生理功能。一般來說，線粒體消耗ROS而產(chǎn)生ATP。NAFLD時(shí)，線粒體功能降低，ATP合成減少，ROS的消耗量減少但含量仍在增加，可能會(huì)引起肝臟脂質(zhì)沉積,從而加劇肝臟的氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡?！岸未驌簟睂W(xué)說中，第二次打擊以線粒體為主要靶點(diǎn)，通過一條或多條途徑促發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生過量ROS，耗竭還原型谷胱甘肽，線粒體Hsp70表達(dá)增加，致線粒體功能障礙和細(xì)胞毒性。而過量的ROS又能再次引起氧化應(yīng)激反應(yīng)和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[18]，導(dǎo)致線粒體呼吸鏈損傷，能量代謝障礙、線粒體損傷[23]，從而形成惡性循環(huán)，加劇NAFLD發(fā)展。NAFLD/NASH嚙齒類動(dòng)物模型和人類患者均表現(xiàn)出線粒體氧化通量的不適應(yīng)，這是肝臟單純性脂肪變的一個(gè)主要特征[19]。

3.1 線粒體脂肪酸氧化異常 線粒體脂肪酸氧化是經(jīng)過細(xì)胞攝取脂肪酸后進(jìn)行活化、轉(zhuǎn)脂化作用,通過線粒體膜的再脂化,在線粒體內(nèi)氧化、產(chǎn)生電子H+并轉(zhuǎn)運(yùn)，又與乙酰輔酶A在肝臟內(nèi)形成酮體等約20個(gè)步驟,為機(jī)體提供能量。游離脂肪酸進(jìn)入肝臟的量增加可以誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，損傷線粒體功能，加劇NAFLD。

3.2 線粒體呼吸鏈?zhǔn)軗p、能量代謝障礙 線粒體呼吸鏈功能紊亂直接導(dǎo)致ROS大量堆積，引起氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。ROS主要在線粒體合成，也主要打擊線粒體。超過正常水平的氧化應(yīng)激反應(yīng)會(huì)引發(fā)線粒體呼吸鏈功能異常，發(fā)生能量代謝障礙。有研究表明，NASH患者肝細(xì)胞中線粒體呼吸鏈的酶類有異常改變[20]。當(dāng)線粒體呼吸鏈?zhǔn)軗p時(shí)，線粒體生成的ATP不足，同時(shí)產(chǎn)生大量的ROS。此時(shí)，線粒體既無法為機(jī)體提供充足能量，又會(huì)導(dǎo)致新生成的ROS進(jìn)一步損害線粒體，造成肝組織氧化損傷。已證明線粒體能量產(chǎn)生障礙會(huì)導(dǎo)致單純性脂肪變向NASH發(fā)展[21]。

3.3 線粒體損傷 具有完整結(jié)構(gòu)和功能的線粒體是肝細(xì)胞正常生理活動(dòng)的基礎(chǔ)保障。線粒體損傷時(shí)會(huì)出現(xiàn)形態(tài)結(jié)構(gòu)上和功能上的雙重?fù)p傷。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)有一種亞晶體的內(nèi)涵體出現(xiàn)在NAFLD患者的線粒體內(nèi)，與此同時(shí)線粒體出現(xiàn)反復(fù)腫脹，發(fā)生形態(tài)學(xué)改變。在對(duì)NASH患者進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肝臟線粒體的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生異常改變時(shí)，線粒體呼吸鏈活性及線粒體脂肪酸氧化能力均降低[22]。Kaser等[23]研究發(fā)現(xiàn)，線粒體轉(zhuǎn)錄因子A是主要的mtDNA包裝和轉(zhuǎn)錄因子，其消融后引發(fā)的mtDNA丟失還可以導(dǎo)致小鼠高血糖。

3.4 氧化應(yīng)激加劇肝細(xì)胞損傷、凋亡 合成游離原子團(tuán)與清除游離原子團(tuán)的動(dòng)態(tài)平衡被打破，這種狀態(tài)稱為氧化應(yīng)激反應(yīng)，其后果是導(dǎo)致大量氧化產(chǎn)物聚集，使機(jī)體內(nèi)的氧化作用明顯強(qiáng)于抗氧化作用[24]。對(duì)氧化應(yīng)激動(dòng)態(tài)失衡狀態(tài)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)NASH患者體內(nèi)促氧化物(CytP450中CYP1A1、CYP2E1，H2O2和過量的游離鐵等)高表達(dá)[25]。CYP家族蛋白中CYP1A1和CYP2E1是肝臟脂肪酸ω氧化的關(guān)鍵酶，與脂質(zhì)代謝關(guān)系密切。大量聚集的氧化產(chǎn)物又會(huì)導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷、凋亡。肝細(xì)胞損傷的一種形式是肝細(xì)胞膨脹，它是只有少量細(xì)胞質(zhì)的腫脹肝細(xì)胞，通常在3區(qū)最明顯，即在脂肪肝細(xì)胞附近。經(jīng)北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激作為重要病理因素，是啟動(dòng)和維持NAFLD的關(guān)鍵[26]。

由單純性脂肪變發(fā)展為NASH的重要標(biāo)志是肝細(xì)胞凋亡。NASH的肝細(xì)胞凋亡通路有兩條，第一條為外通路——死亡受體通路，第二條是內(nèi)通路——線粒體通路[27]。經(jīng)體外實(shí)驗(yàn)線粒體通路研究發(fā)現(xiàn)，不論是多種肝細(xì)胞系，還是原代肝細(xì)胞，用游離脂肪酸處理后均出現(xiàn)脂肪性變，肝細(xì)胞內(nèi)線粒體膜產(chǎn)生去極化并釋放CysC，最終導(dǎo)致Caspase通路介導(dǎo)的凋亡。

3.5 線粒體靶向治療 NAFLD的諸多發(fā)病因素都不是孤立存在的，而是相互協(xié)調(diào)、彼此互為因果，共同作用導(dǎo)致疾病病的加劇。線粒體靶向治療是指藥物在機(jī)體作用時(shí)，只與特定組織部位的線粒體相結(jié)合，從而發(fā)揮藥效的一種治療方法，具有減毒增效的優(yōu)點(diǎn)。NAFLD是由于線粒體脂肪酸氧化異常、呼吸鏈?zhǔn)軗p、能量代謝障礙致線粒體損傷，氧化應(yīng)激加劇,肝細(xì)胞損傷、凋亡。所以靶向治療NAFLD的目的主要是改善能量供應(yīng)，減少氧化應(yīng)激，具有極大的臨床意義和研究價(jià)值。

總之，諸多研究證明線粒體功能障礙與NAFLD發(fā)病密切相關(guān)，但其具體機(jī)制和途徑尚待進(jìn)一步研究。