王宇威, 劉近春, 柴 茹

1 山西醫(yī)科大學(xué)研究生院, 太原 030001; 2 山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院消化內(nèi)科, 太原 030001

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是以肝臟內(nèi)脂質(zhì)過(guò)量沉積為特征的慢性進(jìn)行性肝病。近年來(lái),NAFLD的患病率逐年上升,給家庭及社會(huì)造成了極大負(fù)擔(dān)[1-2]。至今為止,NAFLD尚無(wú)特效療法,目前指南較為推薦的是生活方式干預(yù)[3],然而,因其難以長(zhǎng)期堅(jiān)持,且治療效果因患者依從性的影響差別很大,當(dāng)前迫切需要更為安全有效的方法來(lái)預(yù)防及治療NAFLD。有研究[4]發(fā)現(xiàn),骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(bone morphogenetic protein, BMP4)在NAFLD的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。本文就BMP4在NAFLD發(fā)病機(jī)制中的作用進(jìn)行闡述,同時(shí)思考靶向BMP4在預(yù)防及治療NAFLD中的實(shí)際意義,以期為NAFLD的臨床干預(yù)提供理論依據(jù)。

1 BMP概述

BMP不僅在骨和軟骨形成及修復(fù)中起作用[5-6],在調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)程(如細(xì)胞增殖、分化、凋亡)中也扮演重要角色[7-8]。其可以通過(guò)經(jīng)典和非經(jīng)典途徑發(fā)出信號(hào),經(jīng)典途徑依賴于BMP與Ⅰ型和Ⅱ型絲氨酸-蘇氨酸激酶受體結(jié)合,然后通過(guò)Smad信號(hào)通路由轉(zhuǎn)錄因子Smad1/5/8進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[9]。非經(jīng)典通路主要包括MAPK、p38、ERK、JNK和PI3K-AKT等信號(hào)通路[10]。而BMP的拮抗劑(如Gremlin-1、Noggin等)可阻斷上述途徑[4]。

多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)肝臟是部分BMP的重要靶標(biāo)。例如,Vacca等[11]發(fā)現(xiàn)BMP8b可以通過(guò)促進(jìn)肝脂肪變和炎癥反應(yīng)來(lái)誘發(fā)NAFLD。BMP9被證明可通過(guò)改善糖脂代謝、減輕炎癥反應(yīng)、增加胰島素敏感性等來(lái)緩解NAFLD[12-13]。此外,BMP2被提出可能對(duì)肝纖維化具有預(yù)防和治療作用[14]。另有學(xué)者[15-17]認(rèn)為,BMP4可能通過(guò)調(diào)控肝內(nèi)糖脂代謝、減輕胰島素抵抗、抗炎及纖維化等調(diào)節(jié)NAFLD的發(fā)生發(fā)展。近期Baboota等[15]研究發(fā)現(xiàn),BMP4還可能通過(guò)調(diào)節(jié)肝細(xì)胞衰老進(jìn)程進(jìn)而影響NAFLD。

2 BMP4在NAFLD中的潛在作用機(jī)制

2.1 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

2.1.1 促進(jìn)褐色脂肪樣細(xì)胞生成 哺乳動(dòng)物脂肪組織主要包括白色脂肪組織(white adipose tissue, WAT)和棕色脂肪組織(brown adipose tissue, BAT)。WAT通常以甘油三酯的形式儲(chǔ)存能量;相反,BAT通過(guò)消耗儲(chǔ)存的甘油三酯來(lái)產(chǎn)熱,二者共同維持機(jī)體能量穩(wěn)態(tài)。然而,有學(xué)者[18-19]發(fā)現(xiàn)了一種新的脂肪細(xì)胞類型即棕色樣細(xì)胞(又稱為米色脂肪細(xì)胞),指的是其雖然存在于WAT庫(kù)中,但卻具有棕色脂肪細(xì)胞樣的外觀和功能。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),BMP4可促進(jìn)WAT重塑并誘導(dǎo)其褐變?yōu)槊咨?。Hoffmann等[20]將BMP4靶向到小鼠肝臟中,結(jié)果顯示雖然BAT活化減少,但皮下脂肪細(xì)胞褐變?cè)鰪?qiáng),表明其總體效果是通過(guò)促進(jìn)皮下脂肪組織褐變來(lái)增加全身能量消耗的。Qian等[21]研究小鼠中靶向BMP4過(guò)表達(dá)和敲除的結(jié)果表明,BMP4可通過(guò)p38/MAPK信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)WAT重塑并誘導(dǎo)其褐變。后其團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),BMP4可以抑制促炎型M1巨噬細(xì)胞的活化,同時(shí)激活抗炎型M2巨噬細(xì)胞,后者可通過(guò)p38/MAPK/PI3K-AKT信號(hào)通路促進(jìn)米色脂肪的形成[22]。然而,這些結(jié)果僅支持BMP4在預(yù)防肥胖方面的作用。Hoffmann等[23]提出,BMP4不能逆轉(zhuǎn)成年小鼠中已建立的肥胖,原因可能與肥胖個(gè)體中BMP拮抗劑Noggin、Gremlin-1增加有關(guān),而這可能也是WAT褐變減少的原因。上述發(fā)現(xiàn)預(yù)示了靶向BMP4治療NAFLD的潛力。另外,能否通過(guò)在成年肥胖小鼠體內(nèi)抑制BMP4的拮抗劑來(lái)克服脂肪組織對(duì)BMP4的抵抗性也有待進(jìn)一步研究。

2.1.2 減輕肝臟脂肪積累 研究[16]表明,BMP4在肝臟糖脂代謝中起重要作用。Peng等[24]研究發(fā)現(xiàn)在NAFLD小鼠中BMP4表達(dá)升高,外源性給予BMP4可緩解肝脂肪變性,可能的機(jī)制是BMP4通過(guò)抑制mTORC1信號(hào)通路來(lái)減少肝臟脂肪的積累,進(jìn)而抑制NAFLD的發(fā)展。其中,mTOR是磷脂酰肌醇3-激酶家族中的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,在調(diào)節(jié)新陳代謝中起著重要作用。mTOR可形成兩種不同的蛋白質(zhì)復(fù)合物催化亞基,分別為mTORC1和mTORC2,當(dāng)二者被激活后,可以通過(guò)促進(jìn)脂肪生成和抑制脂肪分解等過(guò)程來(lái)促進(jìn)甘油三酯的積累[25-26]。

2.2 調(diào)節(jié)葡萄糖代謝 NAFLD通常伴隨著糖異生增加、糖原合成減少和胰島素抵抗[27]。Zhong等[28]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)BMP4可以促進(jìn)肝癌細(xì)胞的糖酵解過(guò)程,機(jī)制可能是BMP4促進(jìn)了葡萄糖攝取及通過(guò)Smad信號(hào)通路上調(diào)糖酵解限速酶的活性來(lái)促進(jìn)糖酵解。An等[29]綜合分析14種BMP后發(fā)現(xiàn),BMP4是降低葡萄糖水平和影響糖代謝基因表達(dá)的最有效BMP之一,另外結(jié)果顯示BMP4上調(diào)mTORC2信號(hào)通路的大部分成員如Prr5、Prr51、Rictor、Mtor以及與糖代謝相關(guān)的下游基因如Akt1、Akt2、Akt3、Foxo1、Foxo3和Sgk-1,這表明BMP4可以通過(guò)激活mTORC2信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)肝糖原的積累,進(jìn)而降低肝內(nèi)葡萄糖水平。BMP4調(diào)節(jié)mTORC1/mTORC2信號(hào)通路影響糖脂代謝的過(guò)程間可能存在串?dāng)_,而葡萄糖降低這一過(guò)程可能是BMP4通過(guò)激活A(yù)MP-活化蛋白激酶抑制mTORC1信號(hào)通路的關(guān)鍵因素,但這一點(diǎn)還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 減輕胰島素抵抗 胰島素抵抗是NAFLD發(fā)病的關(guān)鍵因素。Gannon[17]發(fā)現(xiàn)BMP信號(hào)通路可以特異性調(diào)節(jié)參與胰島素產(chǎn)生和分泌的基因,并證明外源性給予BMP4可增強(qiáng)胰島素分泌。Sakhneny等[30]也發(fā)現(xiàn)BMP4下游信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)可促進(jìn)胰島β細(xì)胞中胰島素產(chǎn)生和分泌的核心基因的表達(dá)。此外,Hoffmann等[23]也提出,BMP4可以提高胰島素敏感性,但值得注意的是,在該研究中發(fā)現(xiàn)胰島素敏感性的增加與體質(zhì)量減輕無(wú)關(guān)。提示靶向BMP4療法或許可以為非肥胖型2型糖尿病的治療提供新的思路。

2.4 影響肝纖維化及抗炎作用

2.4.1 與肝纖維化的關(guān)系 肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells, HSC)是參與肝纖維化的關(guān)鍵細(xì)胞。近年來(lái),關(guān)于BMP4與肝纖維化的關(guān)系觀點(diǎn)不一。有學(xué)者[31-32]提出,BMP4可增加HSC中α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin, α-SMA)的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)肝纖維化。Omar等[33]將BMP4-siRNA靶向到HSC中,發(fā)現(xiàn)BMP4-siRNA可以抑制α-SMA的表達(dá),且抑制程度與BMP4水平呈正相關(guān)。以上均支持BMP4可促進(jìn)纖維化過(guò)程。然而Baboota等[15]發(fā)現(xiàn)BMP4可阻止不同損傷處理后的HSC中炎癥因子的分泌,提示BMP4具有抗纖維化和抗炎作用。另有研究[34-35]發(fā)現(xiàn),BMP的拮抗劑Gremlin-1可促進(jìn)HSC的激活,而抑制大鼠肝臟中的Gremlin-1可緩解四氯化碳誘導(dǎo)的肝纖維化。BMP及其拮抗劑與HSC之間復(fù)雜的相互作用增加了HSC調(diào)節(jié)肝纖維化的復(fù)雜性,因此,需要更多的體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)來(lái)明確BMP4及其拮抗劑在肝纖維化方面的作用。

2.4.2 抗炎作用 Baboota等[15]研究發(fā)現(xiàn)BMP4可以顯著降低不同損傷下細(xì)胞中趨化因子受體2(CCL2)、IL-6和IL-1β等細(xì)胞因子的mRNA水平,并抑制TNFα介導(dǎo)IL-1β分泌的增加,這與以往研究[36-37]結(jié)果相似,即BMP4可能通過(guò)過(guò)氧化物酶體增殖物活化受體γ發(fā)揮作用以減少人脂肪細(xì)胞中TNFα介導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。由于其強(qiáng)大的抗炎潛力,BMP4可能成為炎癥相關(guān)疾病如NAFLD、胰島素抵抗、2型糖尿病等疾病的保護(hù)因子。

2.5 抗細(xì)胞衰老作用 細(xì)胞衰老對(duì)NAFLD可能起到潛在作用。在一些對(duì)NAFLD患者進(jìn)行肝活檢的研究[38-39]中發(fā)現(xiàn)其肝臟中衰老細(xì)胞增加。Ogrodnik等[38]也發(fā)現(xiàn)細(xì)胞衰老可以導(dǎo)致小鼠的肝脂肪變性,而衰老細(xì)胞的消除可以防止脂肪變性。為了探究BMP4、細(xì)胞衰老與NAFLD三者之間的關(guān)系,Baboota等[15]研究證明,NAFLD患者體內(nèi)的衰老標(biāo)志物SA-β-Gal、p16、p21和p53與健康對(duì)照組相比顯著增加,而在非酒精性脂肪性肝炎個(gè)體中進(jìn)一步上調(diào),與此同時(shí),NAFLD患者肝臟中BMP4水平也隨疾病進(jìn)展而增高。Baboota等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),BMP4和衰老誘導(dǎo)劑阿霉素(DOX)對(duì)細(xì)胞衰老具有拮抗作用,BMP4主要通過(guò)影響YAP/TAZ信號(hào)通路來(lái)抑制DOX誘導(dǎo)的衰老過(guò)程,表現(xiàn)為增加腫瘤抑制因子如LATS1、pTAZ、TAZ(p53的抑制劑[40])、pYAP和YAP等的表達(dá),并直接抑制p16。以往也有學(xué)者[41]提出,BMP4可以通過(guò)增強(qiáng)BMP信號(hào)級(jí)聯(lián)的早期下游標(biāo)志物的抑制作用來(lái)降低p16。而YAP/TAZ途徑的激活也一直被認(rèn)為在肝臟修復(fù)和再生中起著重要作用[42-43],此外,YAP/TAZ途徑已被證明可以激活HSC,從而導(dǎo)致肝纖維化,而抑制成纖維細(xì)胞中的選擇性YAP/TAZ激動(dòng)劑可以逆轉(zhuǎn)小鼠的肝纖維化[44-45]。Baboota等[15]進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞衰老可能促進(jìn)胰島素抵抗,并增強(qiáng)促炎基因在HSC中的表達(dá)。綜上,肝臟細(xì)胞衰老與肝臟炎癥、肝纖維化、胰島素抵抗等密切相關(guān),肝臟細(xì)胞衰老可能是驅(qū)動(dòng)NAFLD發(fā)展的主要因素,但衰老與NAFLD之間的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。目前可以基本確定BMP4是一種抗衰老劑,其通過(guò)YAP/TAZ途徑調(diào)節(jié)衰老過(guò)程。

3 總結(jié)與展望

BMP4具有多種生物學(xué)功能,其在NAFLD發(fā)生發(fā)展中的作用詳見圖1。除了調(diào)節(jié)肝內(nèi)糖脂代謝、減輕胰島素抵抗、抗炎及影響肝纖維化外,抗細(xì)胞衰老也被提出可能是BMP4調(diào)節(jié)NAFLD發(fā)病的重要機(jī)制之一,同時(shí)參與其中的YAP/TAZ信號(hào)通路也值得引起注意。BMP4靶向療法可能成為預(yù)防及治療NAFLD的新途徑,根據(jù)已有的向人及動(dòng)物體內(nèi)靶向BMP4的研究來(lái)看,尚無(wú)關(guān)于BMP4治療出現(xiàn)嚴(yán)重副作用的報(bào)道,但考慮到BMP4信號(hào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其在NAFLD不同疾病階段具體如何發(fā)揮作用,仍有許多未闡明之處。因此,未來(lái)仍需要進(jìn)行更多的研究來(lái)驗(yàn)證靶向BMP4療法治療NAFLD的效果及安全性。另外,還要繼續(xù)深入探索BMP4及其拮抗劑與NAFLD三者之間的相互聯(lián)系,以期開發(fā)更為精準(zhǔn)、高效、安全的治療方法。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：王宇威負(fù)責(zé)收集文獻(xiàn),撰寫論文;柴茹負(fù)責(zé)收集、篩選文獻(xiàn);劉近春負(fù)責(zé)擬定寫作思路,指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。