張玉秀,姚睿原,孫傳凱,吳璟玥,包麗麗

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特010100)

非酒精性脂肪性肝病(Non-Alcoholic Fatty Liver Disease,NAFLD)是以肝臟脂質(zhì)沉積過多為主要特征并伴有不同程度的炎癥和損傷的一種臨床病理綜合征。NAFLD與酒精攝入無關(guān),通常與肥胖、糖尿病、高血壓和高血脂等代謝綜合征相關(guān)。目前為止,我國大陸地區(qū)患病率約為29.81%高于全球的平均水平(25%),NAFLD已經(jīng)超越乙型病毒性肝炎和酒精性肝病,成為中國最常見的慢性肝病。NAFLD在早期通常沒有明顯的癥狀,但如果不加以控制和治療,可能會進(jìn)一步發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎和肝硬化甚至肝癌。mTOR是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,與不同的蛋白質(zhì)結(jié)合形成mTORC1和mTORC2兩種復(fù)合物。mTOR信號通路在脂質(zhì)代謝調(diào)控以及NAFLD的發(fā)生和發(fā)展中扮演著重要的角色,具體的調(diào)控機(jī)制值得深入研究。

1 NAFLD概述

NAFLD的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜,NAFLD起源于肝臟中甘油三酯(Triacylglycerol,TAG)的過度積累,主要是由于脂質(zhì)獲取和脂質(zhì)處理之間的失衡所致[1]。研究表明,多個因素共同參與了這個過程。首先,脂質(zhì)獲取方面,脂質(zhì)合成增加、飲食中過多的脂質(zhì)和碳水化合物等因素都可能導(dǎo)致肝脂的過度沉積。其次,脂質(zhì)處理的失衡也是導(dǎo)致NAFLD的因素之一[2]。在NAFLD中,脂肪酸氧化異常,導(dǎo)致肝臟對脂質(zhì)的正常處理受到影響,從而引發(fā)了脂質(zhì)的累積最終導(dǎo)致肝脂肪變性。如果不及時干預(yù),能誘發(fā)肝臟氧化應(yīng)激反應(yīng),產(chǎn)生大量的活性氧(ROS),進(jìn)而引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。氧化產(chǎn)物可能對肝細(xì)胞產(chǎn)生損傷,并激活炎癥反應(yīng),進(jìn)一步加劇肝臟損傷。此外,肝星狀細(xì)胞的激活也是NAFLD發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。肝星狀細(xì)胞會釋放細(xì)胞因子,進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)和纖維化過程,甚至是肝細(xì)胞癌等肝臟的終末期疾病[3]。

2 mTOR復(fù)合物結(jié)構(gòu)及分子特征

mTOR是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶,它被廣泛地表達(dá)于各種細(xì)胞類型中。mTOR能夠感應(yīng)和調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的多種信號和刺激,從而對細(xì)胞的功能和代謝進(jìn)行調(diào)控。mTOR通過兩個主要的復(fù)合物,即mTOR復(fù)合物1(mTORC1)和mTOR復(fù)合物2(mTORC2)來實(shí)現(xiàn)其功能[4]。mTORC1主要由mTOR、raptor(Regulatory associated protein of mTOR)和 mLST8(mammalian lethal with SEC13 protein 8)3個亞基組成。其中,mTOR是該復(fù)合物的核心蛋白,具有催化活性。raptor和mLST8是輔助蛋白,參與調(diào)節(jié)mTORC1的相關(guān)功能和底物的選擇。mTORC2也主要由mTOR和mLST8組成,但與mTORC1不同的是,mTORC2的另一個關(guān)鍵亞基是rictor(rapamycin-insensitive companion of mTOR)。rictor在mTORC2中起到結(jié)構(gòu)支持和底物識別的作用[5-6]。

3 mTOR信號通路在脂質(zhì)合成中的作用

3.1 mTORC1通過SREBP調(diào)節(jié)肝脂代謝

肝臟是全身代謝的重要器官,尤其是在脂質(zhì)代謝中起關(guān)鍵作用。固醇調(diào)節(jié)原件結(jié)合蛋白1c(Sterol Regulatory Element-Binding Protein1c,SREP1c)是脂質(zhì)代謝的重要轉(zhuǎn)錄因子存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的脂質(zhì)環(huán)境中[7]。在胰島素刺激下,mTORC1被活化時,激活S6K1,正向調(diào)控 SREBP1c的加工過程,促進(jìn)n-SREBP1c的形成和入核。此外,mTORC1還可以直接磷酸化Lipin1(SREBP-1c活性的負(fù)調(diào)節(jié)因子),阻止Lipin1易位進(jìn)入細(xì)胞核,這樣做可以促使SREBP1c轉(zhuǎn)錄因子的活性增加,進(jìn)而促進(jìn)脂質(zhì)的合成過程[8]。在細(xì)胞核中,mTORC1的活化能夠促進(jìn)SREBP-1c進(jìn)入細(xì)胞核并增加其轉(zhuǎn)錄活性,SREBP-1c可以結(jié)合到脂肪酸從頭合成(De Novo Lipogenesis,DNL)脂質(zhì)合成相關(guān)基因的啟動子區(qū)域,增強(qiáng)編碼脂肪酸合成相關(guān)酶乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)、脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FAS)、硬脂酸輔酶A去飽和酶(stearoyl-CoA desaturase,SCD)基因的轉(zhuǎn)錄活性,最終促進(jìn)脂質(zhì)的合成和積累[9]。

3.2 mTOR通過Foxo1和Lipin1調(diào)節(jié)肝臟IR

胰島素抵抗(insulin resistance,IR)是NAFLD進(jìn)展的主要因素之一。肝臟中的IR嚴(yán)重影響能量平衡和新陳代謝,導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)過度積累,這是脂肪肝發(fā)生的主要原因[10]。胰島素介導(dǎo)的肝糖代謝通過直接調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇依賴性激酶-1(PDK1)和mTORC2的活化來減少肝糖異生。PDK1可以直接磷酸化和激活A(yù)kt,Akt的活化可以抑制磷酸糖異構(gòu)酶活性,抑制糖原的分解,減少血糖的釋放。此外,Akt的活化還可以抑制磷酸酶4(PP4)的活性,從而減少糖異生相關(guān)基因的表達(dá),降低糖異生的程度。另外,Akt的磷酸化也觸發(fā)Foxo1蛋白的磷酸化,在磷酸化狀態(tài)下,Foxo1無法進(jìn)入細(xì)胞核,從而阻止了其對糖代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性[11]。這進(jìn)一步抑制了肝臟中糖原合成酶的產(chǎn)生,從而降低了肝臟糖原的合成[12]。mTORC1活化也會抑制Foxo1的轉(zhuǎn)錄活性,可以減少肝臟中糖異生相關(guān)基因的表達(dá),從而減少血糖產(chǎn)生,有助于胰島素信號的正常傳導(dǎo)。RAJAN等[13]通過全系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和Foxo1相關(guān)胰島素信號傳輸?shù)哪Ｐ头治?需要許多胰島β細(xì)胞來確保NAFLD患者的正常血糖,這導(dǎo)致這些患者的空腹胰島素濃度高。

研究表明,當(dāng)mTORC2的活性增強(qiáng)時,會促進(jìn)Lipin1的表達(dá)。mTORC2可以通過多種途徑增加Lipin1的表達(dá),其中一個重要的途徑是通過某些轉(zhuǎn)錄因子,如CREB(cAMP響應(yīng)元件結(jié)合蛋白),來增加Lipin1基因的轉(zhuǎn)錄活性,增強(qiáng)mTORC2還可以直接調(diào)節(jié)特定的磷酸化酶和脫磷酸酶,從而影響Lipin1蛋白的翻譯后修飾,例如磷酸化或去磷酸化,從而調(diào)控Lipin1的穩(wěn)定性和功能[14]。而A-CREB(active CREB)會降低Lipin1的表達(dá)[15],這意味著mTORC2和CREB復(fù)合物在調(diào)節(jié)肝細(xì)胞中Lipin1表達(dá)上起著核心作用,進(jìn)而影響NAFLD中的脂質(zhì)積累。此外,研究還發(fā)現(xiàn),在健康人中,當(dāng)Lipin1的表達(dá)增加時,蛋白激酶Cε(Protein Kinase Cε,PKCε)介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)二酰基甘油的積累,從而抑制胰島素信號通路、減少肝葡萄糖產(chǎn)生,并進(jìn)一步抑制IR,這個過程在一定程度上阻礙了NAFLD的發(fā)展[16]。這些研究結(jié)果表明,Lipin1在mTORC2和CREB調(diào)控下對脂質(zhì)代謝、胰島素信號通路和NAFLD的調(diào)節(jié)具有重要作用。然而,對于Lipin1和脂質(zhì)代謝之間的關(guān)聯(lián)及其調(diào)控機(jī)制還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.3 mTOR通過調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激調(diào)控脂質(zhì)代謝

當(dāng)向肝臟輸送游離脂肪酸(FFAs)增加時,會導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)的增加。隨著細(xì)胞內(nèi)ROS水平也升高的同時,進(jìn)而激活JNK信號通路[17-18]。JNK信號通路的激活進(jìn)一步導(dǎo)致p53蛋白的激活,從而調(diào)節(jié)多種細(xì)胞進(jìn)程,包括細(xì)胞凋亡、增殖和代謝調(diào)節(jié)。在這個過程中,PIG3作為p53的誘導(dǎo)基因,被認(rèn)為參與了氧化應(yīng)激狀態(tài)下的細(xì)胞應(yīng)答。研究表明,沉默PIG3的表達(dá)會增加PTEN的表達(dá)[19]。PTEN是一個重要的調(diào)節(jié)因子,可以反轉(zhuǎn)PIP3,將其轉(zhuǎn)化為PIP2,從而抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路的正常激活。在氧化應(yīng)激下,PI3K/Akt/PTEN通路的異常激活可能導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡。肝臟特異性PTEN缺失會導(dǎo)致PI3K/Akt信號通路的持續(xù)活化[20],進(jìn)而影響肝細(xì)胞內(nèi)脂肪代謝平衡,增加脂肪堆積、炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的程度,從而進(jìn)一步促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。此外,PTEN在NAFLD和非酒精性脂肪肝性肝炎的發(fā)展過程中通過PI3K/Akt通路發(fā)揮作用。同時,mTOR的激活可能影響NF-κB的表達(dá),并抑制PTEN基因的轉(zhuǎn)錄[21]

3.4 mTOR信號通路在肝炎中的調(diào)控作用

炎癥應(yīng)激反應(yīng)是NAFLD發(fā)展中的一個重要因素,但并不是獨(dú)立的危險(xiǎn)因素。炎癥反應(yīng)通過激活信號通路來招募黏附因子、細(xì)胞因子和趨化因子,其中包括TNF-α、IL-1β、IL-1、IL-12、IL-18和IL-6等炎癥因子對肝臟造成攻擊[22-23]。炎癥可以通過破壞脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)來加劇非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的進(jìn)展。一項(xiàng)研究使用載脂蛋白E(ApoE)基因敲除小鼠或刺激人肝細(xì)胞瘤細(xì)胞系HepG1來誘導(dǎo)慢性炎癥,并觀察其對脂質(zhì)積累的影響[24]。研究結(jié)果表明,炎癥增加了HepG2細(xì)胞和ApoE KO小鼠肝臟中的脂質(zhì)積累。進(jìn)一步的分析表明,炎癥增加了mTOR以及其下游的蛋白(p70 S6激酶、4E-BP1等)的磷酸化。然而,有關(guān)NAFLD中炎癥和mTOR的具體機(jī)制尚不清楚[25]。

另一項(xiàng)研究針對人肝細(xì)胞瘤HepG6細(xì)胞,通過刺激TNF-α和IL-2來誘導(dǎo)炎癥應(yīng)激。研究發(fā)現(xiàn)[26],在注射酪蛋白的小鼠中,炎癥應(yīng)激增強(qiáng)了mTOR及其下游翻譯調(diào)節(jié)因子(p70 S6激酶、eIF4E和4E-BP1)的磷酸化。然而,雷帕霉素即使在炎癥應(yīng)激下,也能降低mTOR信號通路中相關(guān)成分的磷酸化,并減少CD36的翻譯效率和蛋白質(zhì)水平,從而減少炎癥應(yīng)激引起的肝脂積累[27-28]。

3.5 mTOR調(diào)控肝纖維化和肝癌

mTOR 信號通路的激活可以促進(jìn)肝星狀細(xì)胞的活化和纖維基質(zhì)的積累。研究表明,mTORC1 的激活可以通過下調(diào)纖維抑制蛋白 1(Fibroblastic Inhibitory Protein 1,FGF1) 來促進(jìn)肝星狀細(xì)胞的活化和肝纖維化的進(jìn)展[29]。肝癌是肝臟最常見的原發(fā)性腫瘤,mTOR 信號通路的異常激活與肝癌的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。mTOR 的過度激活可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和血管新生。一些研究表明,mTORC1 的激活與肝癌中多種信號通路的異常交叉作用有關(guān),包括 PI3K/AKT 信號通路和 Wnt/β-catenin 信號通路等[30]。

4 小結(jié)及展望

NAFLD的發(fā)展與脂肪酸合成過程中的過量脂肪酸的產(chǎn)生密切相關(guān),mTORC1信號通路通過調(diào)節(jié)SREBP1c的活性,mTORC 1對脂肪酸從頭合成過程中的幾個關(guān)鍵酶的表達(dá)和活性具有調(diào)控作用。此外,mTOR信號通路還通過調(diào)控與IR相關(guān)的多個重要靶點(diǎn),包括Lipn1、FOXO1和PKCε影響胰島素的產(chǎn)生,有助于減輕胰島素抵抗,調(diào)節(jié)胰島素信號通路的正常功能,從而阻斷NAFLD的進(jìn)展。

當(dāng)肝臟暴露與游離脂肪酸濃度過高時,會引發(fā)一系列的細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路的異常激活和調(diào)節(jié),包括JNK信號通路、P53蛋白的激活、PTEN的調(diào)節(jié)以及PI3K/AKT/mTOR信號通路的異常激活等,這些因素相互作用并共同參與了NAFLD的發(fā)展過程。

這些信號通路之間相互關(guān)聯(lián)和相互作用,共同調(diào)控著脂質(zhì)代謝、細(xì)胞應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等過程。通過研究這些信號通路之間的交互作用,我們可以更深入地了解NAFLD的病理機(jī)制,并有望找到新的治療策略。進(jìn)一步的研究有助于揭示這些信號通路在NAFLD中的具體調(diào)控機(jī)制,并為開發(fā)新的治療方法和藥物提供理論基礎(chǔ)。