梁 晨， 白 麗， 鄭素軍

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院肝病中心，北京 100069; 2.肝衰竭與人工肝治療研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是我國乃至全球最常見的慢性肝臟疾病，發(fā)病率高達(dá)25%，可能由單純肝臟脂肪變性進(jìn)展為非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)、肝纖維化、肝硬化，甚至肝癌[1-2]。當(dāng)前，NAFLD年輕化、大眾化趨勢日益顯著，已成為重要的公共健康問題之一。因此，深入探究NAFLD的發(fā)病新機(jī)制，以期獲得新的有效治療策略已成為目前亟待解決的問題。鞘脂(sphingolipids, SLs)，特別是神經(jīng)酰胺(ceramide，Cer)和1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)，參與細(xì)胞增殖、分化、基因表達(dá)及凋亡等生理過程，具有重要的生物活性[3-4]。目前已有研究利用NAFLD的細(xì)胞和動物模型證明，鞘脂參與了NAFLD的發(fā)生發(fā)展過程，調(diào)控鞘脂代謝可以減輕或延緩NAFLD病理學(xué)改變或進(jìn)展[5]。鐵死亡是鐵依賴的脂質(zhì)過氧化物過量蓄積誘發(fā)的細(xì)胞死亡，已被證明參與NAFLD的發(fā)生發(fā)展。鞘脂是否通過鐵死亡調(diào)控NAFLD尚不清楚。本文將對鞘脂代謝及其在NAFLD中的作用，以及鐵死亡與鞘脂、NAFLD的關(guān)系作一概述，以期為開發(fā)NAFLD新的治療策略提供思路。

1 鞘脂結(jié)構(gòu)及代謝過程

鞘脂是一種以鞘氨醇為骨架、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的兩性脂類，在真核生物的細(xì)胞膜中普遍存在，也是調(diào)控細(xì)胞生長、分化、衰老和凋亡的信號分子。鞘脂主要包括神經(jīng)酰胺類、鞘氨醇(sphingosine，Sph)類、鞘磷脂(sphingomyelin，SM)等。神經(jīng)酰胺是鞘脂生物合成、分解代謝的中心，主要通過從頭合成、補(bǔ)救合成、神經(jīng)鞘磷脂水解三種途徑產(chǎn)生，可被神經(jīng)酰胺合成酶(CerS1、CerS2、CerS3、CerS4、CerS5和CerS6)、鞘氨醇激酶、鞘氨醇裂解酶等催化分解，形成各種復(fù)雜鞘脂(如鞘磷脂等)。從頭合成途徑開始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，絲氨酸和棕櫚酰輔酶A在絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶催化下縮合生成3-酮-二氫鞘氨醇，隨后被還原成二氫鞘氨醇(dihydrosphingosine, dhSph)，在神經(jīng)酰胺合成酶作用下連接長鏈或超長鏈脂肪酸后形成二氫神經(jīng)酰胺(dihydroceramide，dhCer)，再被二氫神經(jīng)酰胺脫氫酶還原生成神經(jīng)酰胺。補(bǔ)救合成途徑是指復(fù)雜鞘脂在溶酶體內(nèi)被降解為鞘氨醇，鞘氨醇通過與替代?；o酶A進(jìn)行再?；铣缮窠?jīng)酰胺。神經(jīng)鞘磷脂水解途徑是指鞘磷脂在堿性、中性和酸性鞘磷脂酶的作用下水解為神經(jīng)酰胺。其中，酸性鞘磷脂酶占總神經(jīng)酰胺酶活性的90%，在多種病理生理功能中起著重要作用[3-4](見圖1)。

圖1 鞘脂類化合物的代謝過程

2 鞘脂代謝在NAFLD中的作用

NAFLD是代謝綜合征的肝臟表現(xiàn)，其主要特征是肝臟脂質(zhì)合成(即游離脂肪酸攝取和脂質(zhì)從頭合成)的能力超過了脂質(zhì)水解和利用(即脂肪酸氧化和極低密度脂蛋白產(chǎn)生)的能力，最終導(dǎo)致肝臟游離脂肪酸慢性過度蓄積。NAFLD的不同階段涉及多種生物學(xué)過程，包括脂質(zhì)代謝、細(xì)胞增殖與凋亡、胰島素抵抗(insulin resistance, IR)、炎癥、纖維化等[6]。近年研究顯示，鞘脂及其相關(guān)產(chǎn)物參與NAFLD上述生物學(xué)過程的調(diào)節(jié),具體如下。

2.1 脂質(zhì)代謝基礎(chǔ)方面有學(xué)者報(bào)道[7-8]，在高脂飼料(high fat diet group，HFD)喂養(yǎng)的NAFLD大鼠模型中，肝臟鞘脂含量顯著增加，其中，有研究[7]認(rèn)為，肝臟鞘脂含量增加與神經(jīng)酰胺代謝相關(guān)的酶的表達(dá)增加有關(guān)，與酸性鞘磷脂酶無關(guān)；另一研究[8]證明，肝臟鞘脂的積累是由于PI3K/Akt/mTOR信號通路的激活所引起的。臨床方面，本團(tuán)隊(duì)分析了慢性丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)相關(guān)脂肪變性與血漿鞘脂的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在慢性丙型肝炎(chronic hepatitis C，CHC)(尤其是基因型2型)患者中，血漿鞘磷脂(d18∶1/22∶0)水平與肝臟脂肪變性成正相關(guān)[9]。這表明，鞘脂可能與NAFLD密切相關(guān)。FFA可通過擴(kuò)散作用進(jìn)入細(xì)胞，但部分長鏈脂肪酸(如棕櫚酸)需要由脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族(fatty acid transport protein，F(xiàn)ATPs)、脂肪型脂肪酸結(jié)合蛋白(adipocyte fatty acid binding protein，F(xiàn)ABPM)、脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(CD36/FAT)等蛋白質(zhì)介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)[10]。值得注意的是，不同CerS合成的神經(jīng)酰胺在碳鏈長度、組織分布和功能上均有差異。CerS2是CerS生成超長鏈神經(jīng)酰胺(C22-24)的主要亞型[11]。研究[12]顯示，提高CerS2表達(dá)水平或外源性予以C22-24治療，可以恢復(fù)CD36/FAT對游離脂肪酸的正常攝取，并糾正CD36/FAT的錯誤定位。CerS2表達(dá)不足可導(dǎo)致CerS6代償性上調(diào)，使長鏈神經(jīng)酰胺C16代償性增加，通過抑制線粒體β-氧化加重脂肪變性[13]。相反，CerS6+/-小鼠中C16表達(dá)減少，線粒體β-氧化增加，CD36/FAT表達(dá)減少，肝臟脂質(zhì)的利用率增加[14]。因此，不同長度神經(jīng)酰胺間的平衡對于肝臟中游離脂肪酸攝取、儲存和代謝穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，CerS2和CerS6可能成為治療飲食誘導(dǎo)的代謝性疾病的靶點(diǎn)。

2.2 細(xì)胞增殖與凋亡NAFLD進(jìn)展的病理生理機(jī)制主要涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)、伴隨的未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)失調(diào)、自噬(autophagy)和凋亡(apoptosis)[15]。酸性鞘磷脂酶可通過破壞Ca2+穩(wěn)態(tài)來誘導(dǎo)ERS，還可以通過作用于自噬以及調(diào)節(jié)溶酶體膜通透性增加(lysosomal membrane permeabilization，LMP)調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖的代謝[16]。dhCer抑制了游離脂肪酸介導(dǎo)的人肝細(xì)胞的自噬水平，導(dǎo)致TG在肝臟中蓄積[17]。酸性鞘磷脂酶和神經(jīng)酰胺被證明是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)介導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡信號通路的關(guān)鍵酶，抑制酸性鞘磷脂酶和CerS2的活性可以減弱細(xì)胞凋亡[18-19]。一些鞘脂，如S1P，除通過Ras/Raf/MEK/ERK、PI3K/Akt等途徑發(fā)揮抗凋亡作用外，還可以通過上調(diào)人肝竇內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-6和血管內(nèi)皮生長因子,促進(jìn)肝細(xì)胞增殖[20]。另外，我們之前的研究發(fā)現(xiàn)，糖鞘脂代謝的關(guān)鍵酶-葡萄糖神經(jīng)酰胺合成酶(glucosylceramide synthase，GCS)可以通過bcl-2/bax通路調(diào)控體外肝細(xì)胞(HL-7702)的增殖和凋亡[21]。

2.3 IRIR是NAFLD發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵過程之一。IR可抑制線粒體β氧化，導(dǎo)致脂肪在肝臟沉積，促進(jìn)NAFLD發(fā)生。近年來一些學(xué)者對不同種類鞘脂和IR的關(guān)系進(jìn)行了研究。Zhou和Summers團(tuán)隊(duì)用含短鏈神經(jīng)酰胺(C2)的培養(yǎng)液培養(yǎng)肝細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，C2通過抑制Akt激酶的活性，除了可以抑制神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡外，還能導(dǎo)致IR[22-23]。Sztolsztener等[8]發(fā)現(xiàn)，Sph和dhSph(而非神經(jīng)酰胺)的過度積累導(dǎo)致了HFD誘導(dǎo)的時間依賴性IR。隨后有學(xué)者對鞘脂代謝途徑相關(guān)的酶和IR之間關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果[13]表明，CerS2缺乏造成CerS6代償性升高，特異性增加了C16和C18的表達(dá)，并導(dǎo)致HFD誘導(dǎo)的IR，而CerS6缺乏能減輕HFD誘導(dǎo)的IR。上述研究均表明，鞘脂及其衍生物影響了IR的穩(wěn)態(tài)水平。

2.4 炎癥20%～30%的NAFLD患者會進(jìn)展到NASH，其進(jìn)展的關(guān)鍵病理改變是肝細(xì)胞在脂肪變性的基礎(chǔ)上出現(xiàn)炎癥和壞死。目前的動物及細(xì)胞研究均已證實(shí)，S1P是與NAFLD炎癥最直接相關(guān)的鞘脂代謝產(chǎn)物，調(diào)控其代謝的酶為鞘氨醇激酶(sphingosine kinase，SphK)。研究[24]顯示，在NAFLD患者和經(jīng)高飽和脂肪酸(saturated fatty acids，SFA)飲食喂養(yǎng)的NAFLD小鼠模型中，肝臟SphK水平升高了2倍，且伴有NF-κB激活、促炎細(xì)胞因子表達(dá)增加及免疫細(xì)胞浸潤；而SphK1基因敲除小鼠的促炎因子水平較低，免疫細(xì)胞浸潤減少。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，敲除SphK1可減弱SFA誘導(dǎo)的NF-κB激活、促炎細(xì)胞因子TNF-α和MCP1 mRNA表達(dá)下調(diào)；利用SphK1抑制劑(FTY720)預(yù)處理可抑制炎癥的發(fā)展，進(jìn)一步支持了SphK1信號通路在NAFLD炎癥中的作用。不同的神經(jīng)酰胺對NAFLD炎癥也會產(chǎn)生不同的作用。有研究通過動物及體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堿性神經(jīng)酰胺酶3(alkaline ceramidase 3，ACER3)缺乏可抑制CerS分解代謝，使CerS1的產(chǎn)物C18∶1水平增高，減輕NASH中的炎性反應(yīng)，但不能減輕脂肪變性[25]。另外，本團(tuán)隊(duì)前期驗(yàn)證了慢性乙型肝炎(chronic hepatitis B, CHB)患者血清鞘脂表達(dá)水平與肝組織活檢炎癥分級的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在CHB患者中，血清鞘磷脂(d18∶1/24∶0)水平與肝組織炎癥程度呈負(fù)相關(guān)[26]。

2.5 纖維化纖維化是具有不良肝臟結(jié)局的NAFLD患者的主要病理學(xué)改變。近年研究報(bào)道，鞘脂參與NAFLD的纖維化。酸性鞘磷脂酶通過調(diào)節(jié)肝星狀細(xì)胞中的溶酶體組織蛋白酶促進(jìn)肝纖維化，而阿米替林可抑制溶酶體中酸性鞘磷脂酶，從而減輕肝纖維化。另外，酸性鞘磷脂酶還被發(fā)現(xiàn)通過作用于TNF/Fas誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡以促進(jìn)肝纖維化[27]。諸多研究表明，S1P可通過趨化免疫細(xì)胞和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞改善肝纖維化。S1P/S1P(3)信號通路通過介導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的歸巢，在膽汁淤積誘導(dǎo)的肝纖維化中發(fā)揮重要作用[28]。有學(xué)者[29]將肝癌及肝轉(zhuǎn)移瘤患者的非腫瘤肝組織按不同纖維化程度進(jìn)行分組并對比，發(fā)現(xiàn)S1P可能在肝臟中生成，后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，并與其特異性受體結(jié)合，在肝臟纖維化或炎癥中發(fā)揮作用。本團(tuán)隊(duì)前期基礎(chǔ)研究[30]發(fā)現(xiàn)，S1P/S1P受體通過誘導(dǎo)肝內(nèi)肌成纖維細(xì)胞的定向遷移參與人肝纖維化的發(fā)生發(fā)展；臨床研究[31]發(fā)現(xiàn)，血漿HexCer(d18∶1/12∶0)與CHC重度肝纖維化密切相關(guān)，可能是CHC重度肝纖維化的潛在標(biāo)志物。另外，研究證明dhCer通過抑制自噬促進(jìn)肝纖維化[17]。此外，有學(xué)者[32-33]對NAFLD患者的肝組織進(jìn)行了鞘脂譜分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)神經(jīng)酰胺含量普遍增加，且單純脂肪變性和NASH患者中Cer的差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。增加的神經(jīng)酰胺均來自于鞘脂從頭合成途徑，由dhCer濃度決定。研究提示絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶的異?？赡茉谥咀冃砸鸬腘ASH的進(jìn)展中發(fā)揮作用。

3 鞘脂、NAFLD與鐵死亡的關(guān)系

鐵死亡是一種非凋亡調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡形式，其特征是鐵依賴的活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生過多，導(dǎo)致谷胱甘肽(reduced glutathione，GSH)依賴的脂質(zhì)過氧化物蓄積。鐵死亡可通過抑制胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體系統(tǒng)或谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4, GPX4)活性被誘發(fā)[34]。

Novgorodov等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)GSH下降可導(dǎo)致酸性鞘磷脂酶激活和鞘氨醇水平上調(diào)，進(jìn)而抑制線粒體呼吸鏈，促使ROS生成、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放和鐵死亡。而SIRT3作為一種多效性基因，可通過刺激和特異性靶向底物的方式調(diào)控多種細(xì)胞死亡途徑(包括酸性鞘磷脂酶/鞘氨醇介導(dǎo)的鐵死亡途徑)，發(fā)揮保護(hù)作用。另有學(xué)者[36]對鞘脂和鐵死亡間的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，酸性鞘磷脂酶介導(dǎo)的氧化還原激活了GPX4的自噬降解，最終導(dǎo)致了脂質(zhì)過氧化和鐵死亡，并且NADPH氧化酶依賴的ROS蓄積和酸性鞘磷脂酶激活之間存在正反饋調(diào)節(jié)環(huán)路，進(jìn)一步加重鐵死亡。

約1/3的NAFLD患者的肝臟中存在鐵超載。代謝功能障礙引起的鐵超載可加重NASH患者的肝損傷，而減輕鐵超載后可以改善肝損傷。鐵超載被認(rèn)為是鐵死亡的生化特征，而鐵死亡的標(biāo)志之一—ROS相關(guān)的氧化應(yīng)激已被證實(shí)在NASH發(fā)生發(fā)展中起著重要作用[37]。這些結(jié)果提示，鐵死亡可能在NAFLD患者向NASH轉(zhuǎn)換中發(fā)揮重要作用。下列研究結(jié)果支持該推測：(1)日本學(xué)者[38]利用膽堿缺乏同時補(bǔ)充蛋氨酸飲食建立了NAFLD小鼠模型，他們發(fā)現(xiàn)在NAFLD向NASH發(fā)展的初始階段，抑制鐵死亡引起的炎癥和脂質(zhì)過氧化能改善肝功能，阻止NASH的發(fā)生；(2)Valenti等[39]利用蛋氨酸-膽堿缺乏(methionine-choline-deficient，MCD)飼料喂養(yǎng)小鼠構(gòu)建NASH小鼠模型，并發(fā)現(xiàn)其肝臟中存在多不飽和脂肪酸代謝增強(qiáng)、鐵蓄積、ROS蓄積、線粒體異常和鐵代謝相關(guān)基因表達(dá)增加。而應(yīng)用鐵死亡抑制劑(Fer-1)可以抑制上述表現(xiàn)，減輕肝臟脂肪變性、肝臟損傷、炎癥和纖維化；(3)機(jī)制上，GPX4抑制劑(RSL-3)能夠誘導(dǎo)MCD-NASH小鼠的鐵死亡以促進(jìn)NASH的進(jìn)展，而GPX4激活劑(亞硒酸鈉)可改善NASH的嚴(yán)重程度[40]。另外，Tβ4可以通過上調(diào)GPX4表達(dá)、抑制鐵死亡，從而減輕NAFLD。Fer-1可增強(qiáng)Tβ4對肝細(xì)胞的保護(hù)作用，而鐵死亡激活劑(erastin)則減弱了Tβ4的保護(hù)作用[41]。

由上可知，鞘脂可以激活鐵死亡信號通路，鐵死亡又在NAFLD疾病進(jìn)展中起著重要作用。因此，鐵死亡可能是鞘脂調(diào)控NAFLD的一個潛在通路(見圖2)。

圖2 鞘脂和鐵死亡在NAFLD進(jìn)展中的潛在機(jī)制

4 結(jié)語與展望

綜上，過量FFA誘導(dǎo)的鞘脂代謝和鞘脂譜的改變可能在NAFLD的各個過程發(fā)揮作用。不同鞘脂及其代謝關(guān)鍵酶對NALFD的作用不同。除了目前已經(jīng)報(bào)道的鞘脂代謝通路外，酸性鞘磷脂酶還可能通過調(diào)控GPX4的表達(dá)抑制鐵死亡，進(jìn)而減輕NAFLD，從而有望成為未來治療NAFLD的新靶點(diǎn)。準(zhǔn)確理解鞘脂代謝在NAFLD中的作用，鐵死亡與鞘脂、NAFLD間的關(guān)系，有利于尋找并發(fā)現(xiàn)NAFLD的治療新策略。