果糖引起的非酒精性脂肪性肝病相关机制的研究进展

陈 晔， 吴锦露， 潘文婷， 李海鹰

(1 温州医科大学附属第一医院 a. 心血管内科, b. 感染内科, 浙江 温州 325000；2 温州医科大学第一临床医学院， 浙江 温州， 325000)

果糖引起的非酒精性脂肪性肝病相关机制的研究进展

陈 晔1a， 吴锦露1b， 潘文婷2， 李海鹰1a

(1 温州医科大学附属第一医院 a. 心血管内科, b. 感染内科, 浙江 温州 325000；2 温州医科大学第一临床医学院， 浙江 温州， 325000)

近年来非酒精性脂肪性肝病的发病率在发达国家及发展中国家均呈上升趋势，这与果糖消耗量增加有着重要的联系。介绍了慢性持续性果糖摄入能够显著促进肝脏脂肪从头合成，引起肝脏ATP消耗及肝细胞再生抑制，并导致肝细胞内质网应激和活性氧化物质产生增加，最终出现非酒精性脂肪性肝病。认为研究果糖引发非酒精性脂肪性肝病的具体机制、破坏肝脏中的果糖代谢可为非酒精性脂肪性肝病的治疗提供新的选择。

非酒精性脂肪性肝炎； 果糖； 综述

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精或其他明确因素(如药物、HCV或特定的内分泌疾病等)所引起的、以肝脏脂肪变性累及超过5%肝细胞为病理表现的临床病理综合征[1]。NAFLD最早阶段为单纯性肝脏脂肪变性，随之发展为以肝细胞损伤和胶原沉积为特征的非酒精性脂肪性肝炎，其中，约10%～29%的患者在10年内会进展为肝纤维化或肝硬化[2]，部分患者会出现肝衰竭、肝细胞癌，甚至需要肝移植治疗[3]。

当前，NAFLD在全球非肥胖人群中的患病率为15%，在肥胖(BMI=30.0～39.9 kg/m2)与极重度肥胖(BMI≥40.0 kg/m2)人群中的患病率分别为65%与85%[4]。随着对NAFLD研究的进一步深入，已有研究结果表明，过度消耗高脂肪饮食和增加甜味饮料摄入量是引起NAFLD发生发展的主要危险因素。目前，人们最常摄入的糖为高果糖玉米糖浆(high fructose corn syrup, HFCS)，而HFCS最常见的形式为HFCS55，其可被制成任何比例的果糖，最高纯度可达90%。通过果糖摄取的碳水化合物是肝脏脂肪从头合成(hepatic de novo lipogenesis, DNL)的主要刺激因素，能够直接促进NAFLD。

果糖是一种左旋六碳糖，是葡萄糖的同分异构体，在自然界中以游离状态大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中。近十年来，果糖的消费量大幅度上涨。据统计，在1900年之前，美国人每天的果糖摄取量为15 g(约占总热量的4%)，主要通过水果和蔬菜摄入；20世纪40年代，果糖的每天摄入量达到24 g(占总热量的5%)；到1994年，果糖每日摄取量增长到55 g(占总热量的10%)[5]。目前，在工业生产中，果糖因其具有更甜的口感和缺乏饱食感已经被广泛应用于饮料、糖果、面包等食品工业。一些当今流行的苏打水和其他饮料中含有近65%的果糖[6]。在人体内，果糖能被小肠细胞吸收，进而通过门静脉运输到肝脏，并被肝细胞表面的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter, GLUT)2、GLUT5和GLUT8转运蛋白摄取[7]。尽管果糖和葡萄糖都通过糖酵解途径代谢，但它们在糖酵解过程中的关键酶并不相同。葡萄糖糖酵解过程中重要的限速酶是6-磷酸果糖激酶-1，胰岛素能够诱导该限速酶的生成。而果糖可绕过6-磷酸果糖激酶-1，通过果糖激酶和 1- 磷酸果糖醛羧酶两种关键酶生成 1, 6- 二磷酸果糖, 从而进入糖酵解途径。因此，在高果糖状态下, 其不需胰岛素也可代谢为糖原，并促进脂肪储存及脂肪氧化[8]。此外，肝脏脂肪从头合成是NAFLD发病的中心点，肝脏果糖代谢比高脂肪饮食更有利于肝脏脂肪从头合成。因此，研究果糖饮食与NAFLD发病机制之间的因果关系对NAFLD的治疗具有重要意义。

1 肝脏脂肪从头合成(DNL)

肝脏脂肪主要源于膳食摄入、血浆游离脂肪酸(free fatty acids,FFA)酯化或DNL。通过脂质饮食摄入及FFA酯化确实在NAFLD发生发展过程有着重要作用，但有关啮齿动物基因敲除小鼠相关实验和NAFLD患者的研究均表明，NAFLD发展主要异常为DNL，NAFLD患者的DNL显著升高。一项同位素示踪剂实验结果显示，增加的DNL(增加的肝细胞碳水化合物转化为脂肪)是NAFLD中肝脏甘油三酯含量增加的重要因素[9]。在高果糖饮食的情况下，95%以上的果糖能通过肠道、门静脉吸收并以高浓度被转运到肝脏中，而只有在通过肝脏的首次代谢之后，饮食碳水化合物才能进入体循环。因此，大量的果糖摄入会使肝脏暴露于高浓度的碳水化合物的负荷中，更大程度地刺激DNL。其中，果糖促进DNL的主要机制有如下4个方面。

1.1 酶 Softic等[10]的研究结果显示，在小鼠饮用水中加入30%的果糖可明显上调DNL途径蛋白酶水平，主要包括乙酰辅酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase, ACC)1、脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FAS)和硬脂酰辅酶A去饱和酶(steary coenzyme A desaturase, SCD)1；Wang等[9]在基因敲除小鼠实验中发现，食用果糖高碳水化合物能使三羧酸腺苷柠檬酸裂解酶和甘油三酯脂肪酶显著上调。这些酶的表达及其活性的增加，显著促进DNL进程。

1.2 转录因子 甾体调节元件结合蛋白(steroid regulatory element binding protein, SREBP)是调控体内胆固醇、脂肪酸、甘油三酯及脂肪细胞分化的关键转录因子，糖应答元件结合蛋白能调节糖酵解酶及脂质合成酶相关基因表达，在肝脏脂肪合成相关基因的转录调控中起着重要的决定作用[11]。当果糖经糖酵解被代谢为两个碳中间体乙酰辅酶A(coenzyme A, CoA)时，肝脏中的脂质转录因子SREBP-1c和糖应答元件结合蛋白会被直接激活，它们通过诱导脂肪酸合成所需的整个级联基因，刺激DNL中乙酰CoA转化为甘油三酸脂，进而促进肝细胞脂肪变性，从而导致NAFLD的发生[12]。

1.3 胰岛素 一方面，胰岛素也能够以浓度依赖的方式通过激活脂肪生成的主要转录调节因子SREBP-1c促进肝脏DNL，同时胰岛素浓度依赖性的FFA也能刺激肝脏摄取FFA，导致肝脏脂质堆积，进一步促进DNL[13]。另一方面，果糖与葡萄糖不同，其代谢过程可不需要胰岛素参与，具有肝特异性敲除胰岛素受体的小鼠实验[14]结果表明，果糖可以在完全缺乏胰岛素的情况下刺激脂肪生成。

1.4 内质网应激 X盒结合蛋白(X-box binding protein, XBP)1是一种对细胞生长和分化具有重要调控作用的转录因子，是内质网应激信号通路的重要下游因子，也与肝脏脂代谢密切相关。实验[15]证明，肝特异性XBP-1敲除的小鼠模型中，肝脏ACC、FAS和SCD1的表达降低，血清中甘油三酯也呈下降趋势，即使给予高热量饮食也不会出现脂肪肝；同样，在进行减肥手术的肥胖受试者的肝活组织检查中发现，XBP-1比正常人升高，并且随着体质量减轻而下降[16]； Lee等[17]也在用60%果糖饲养的小鼠试验中证实果糖可刺激肝脏XBP-1显著表达。因此，果糖可以通过促进内质网应激，导致转录因子XBP-1的活化，从而上调脂质合成酶ACC、FAS和SCD1的表达，导致NAFLD的发生。

2 果糖依赖的肝脏再生和ATP消耗紊乱

ATP是肝细胞再生过程中的重要分子，能为肝细胞新陈代谢提供能量。当果糖经果糖激酶催化并快速磷酸化成1-磷酸果糖和DNL将碳水化合物转化为脂质时，均需消耗肝脏中的ATP[18]。研究[19]表明，健康人类受试者果糖负载后，肝脏ATP含量在5 min内即下降，并伴随着无机磷酸盐和磷酸酯单酯的增加。尽管无机磷酸盐和磷酸单酯水平在10 min内恢复正常，但ATP水平被抑制至少达60 min。慢性持续性果糖摄入可导致肝脏能量耗尽，肝细胞ATP储存的补充受损，肝细胞增殖受阻，甚至出现肝细胞凋亡[20]，并可能会导致肝脏炎症反应，影响所有再生阶段的肝前体细胞，引起肝脏纤维变性、瘢痕形成并进展为非酒精性脂肪性肝炎。此外，果糖代谢在消耗ATP的同时，其代谢产物二磷酸腺苷和次黄嘌呤核苷酸产生增加并转化为尿酸，尿酸可以通过促进线粒体氧化应激、抑制线粒体脂肪酸氧化，导致活性氧产生增加，从而促进肝脂肪变性，导致NAFLD[21]。

3 果糖摄入和氧化应激

Day和Jame等学者曾提出NAFLD肝损伤的两个特征性步骤(“双击”理论学说),“初次打击”主要为各种原因所导致的肝细胞脂肪沉积，即单纯性脂肪肝；“二次打击”则为各种致病因素引发的氧化应激使反应性氧化物增多，导致脂质过氧化伴线粒体损伤、及解偶联蛋白-2等细胞因子活化，进而引起肝细胞气球样变和坏死性炎症，即脂肪性肝炎[22]。在第一次“打击”中，肝脏果糖代谢能促进肝内脂质积聚，即肝脏脂肪变性，并抑制长链脂肪酸在线粒体中的β-氧化，促进肝脏脂肪样变；在第二次“打击”中，由于果糖结构分子中的五元呋喃环具有不稳定性，可引起蛋白质果糖基化和活性氧的形成。果糖通过果糖基化反应和抑制线粒体脂肪酸氧化，导致活性氧的产生增加，引起肝脏氧化应激损伤、线粒体功能障碍及脂肪酸在线粒体的β氧化减少，从而导致肝脏脂肪变性和肝细胞损伤[23]。此外，果糖代谢产生的活性氧可通过激活胰岛素依赖的磷酸肌醇3-激酶途径增加肝脏脂肪变性[24]。

4 果糖和肠道微生态及肝脏炎症

新的研究表明肠道微生物是NAFLD进展的关键组成部分。由于肝脏与肠道的解剖联系密切，一旦肠道菌群及其代谢产物穿过肠道屏障系统，肝脏是首先暴露于通过门静脉输送的肠道内毒素的器官，因此肝脏起到人体抗内毒素的第一道防线的作用[25]。Wigg等[26]发现，NAFLD患者肠道中会出现细菌过度生长、肠道菌群紊乱的现象；Spruss等[27]学者在果糖喂养的Tlr4基因敲除的小鼠研究中发现，野生型小鼠长期摄入果糖会导致小鼠十二指肠中的紧密连接蛋白浓度显著降低，并导致肠道微生物成分易位，激活肝脏中Kupffer细胞的TLR4信号通路，促进NAFLD的发生，而果糖喂养的TLR4-/-基因敲除小鼠与野生型小鼠相比，肝脂肪变性、脂质过氧化和TNFα水平显著降低[27]。因此，持续性果糖摄入会导致肠道菌群失衡，肠道屏障功能减弱，出现菌群易位，并激活肝脏中的TLR4炎症通路，加重肝脏炎症。

5 果糖与肝脏铜代谢

金属铜在真核生物脂质代谢、维护氧化还原平衡及铁转移中都发挥着重要的作用。近期有研究[28]表明，铜对多种常见疾病的发生发展可能有着重要的影响，其中包括肥胖、缺血性心脏病及代谢综合征。已有报道称，边缘铜缺乏症(dietary copper deficiency, CuD)是以脂质代谢紊乱为特征的疾病(如NAFLD)的潜在致病因素，Aigner等发现NAFLD患者肝脏脂肪变性程度与肝铜含量呈负相关。而几项[29-30]通过饮食诱导NAFLD来研究膳食糖与铜之间相互关系的动物实验均表明，果糖可以通过下调十二指肠铜转运体-1表达阻碍铜的吸收、减少肝细胞铜的含量从而导致CuD；而肝细胞铜缺乏可引起肝脏脂质代谢紊乱、肝细胞脂肪变性，并从某种程度上加剧果糖诱导的NAFLD。

6 小结

大量证据表明，随着西式饮食的流行与果糖摄入量的急剧增加，肥胖、胰岛素抵抗和脂肪肝疾病的流行率也在逐步升高。同时，果糖摄入量也与肝脏疾病的进展有着密切的联系，减少果糖的摄入能改善NAFLD。因此，果糖参与NAFLD发生发展机制的研究对NAFLD患者的治疗、膳食结构的调整及饮食指导均有重要意义。未来的研究应当致力于将临床及实验研究中所得的数据转化为NAFLD健康饮食的建议，为代谢性疾病的治疗提供指导。

[1] WANG H, TENG T, WANG L, et al. Research advances in the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver disease[J]. J Clin Hepatol, 2017, 33(4): 769-773. (in Chinese)

王虎, 滕田, 王莉, 等. 非酒精性脂肪性肝病发病机制的研究进展[J]. 临床肝胆病杂志, 2017, 33(4): 769-773.

[2] CALDWELL S, ARGO C. The natural history of non-alcoholic fatty liver disease[J]. Dig Dis, 2010, 28(1): 162-168.

[3] WONG VW, VERGNIOL J, WONG GL, et al. Diagnosis of fibrosis and cirrhosis using liver stiffness measurement in nonalcoholic fatty liver disease[J]. Hepatology, 2010, 51(2): 454-462.

[4] YOUNOSSI ZM, KOENIG AB, ABDELATIF D, et al. Global epidemiology of nonalcoholic fatty liver disease-Meta-analytic assessment of prevalence, incidence, and outcomes[J]. Hepatology, 2016, 64(1): 73-84.

[5] LIM JS, MIETUS-SNYDER M, VALENTE A, et al. The role of fructose in the pathogenesis of NAFLD and the metabolic syndrome[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2010, 7(5): 251-264.

[6] BASARANOGLU M, BASARANOGLU G, SABUNCU T, et al. Fructose as a key player in the development of fatty liver disease[J]. World J Gastroenterol, 2013, 19(8): 1166-1172.

[7] SAKAR Y, NAZARET C, LETTÉRON P, et al. Positive regulatory control loop between gut leptin and intestinal glut2/glut5 transporters links to hepatic metabolic functions in rodents[J]. Plos One, 2009, 4(11): e7935.

[8] LYSSIOTIS CA, CANTLEY LC. Metabolic syndrome: fstands for fructose and fat[J]. Nature, 2013, 502(7470): 181-182.

[9] WANG Q, LI S, JIANG L, et al. Deficiency in hepatic ATP-citrate lyase affects VLDL-triglyceride mobilization and liver fatty acid composition in mice[J]. J Lipid Res, 2010, 51(9): 2516-2526.

[10] SOFTIC S, COHEN DE, KAHN CR. Role of dietary fructose and hepatic de novo lipogenesis in fatty liver disease[J]. Dig Dis Sci, 2016, 61(5): 1282-1293.

[11] HIGUCHI N, KATO M, SHUNDO Y, et al. Liver X receptor in cooperation with SREBP-1c is a major lipid synthesis regulator in nonalcoholic fatty liver disease[J]. Hepatol Res, 2008, 38(11): 1122-1129.

[12] HORTON JD, BASHMAKOV Y, SHIMOMURA I, et al. Regulation of sterol regulatory element binding proteins in livers of fasted and refed mice[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1998, 95(11): 5987-5992.

[13] SOFTIC S, KIRBY M, BERGER NG, et al. Insulin concentration modulates hepatic lipid accumulation in mice in part via transcriptional regulation of fatty acid transport proteins[J]. PLoS One, 2012, 7(6): e38952.

[14] HAAS JT, MIAO J, CHANDA D, et al. Hepatic insulin signaling is required for obesity-dependent expression of srebp-1c mrna but not for feeding-dependent expression[J]. Cell Metab, 2012, 15(6): 873-884.

[15] JURCZAK MJ, LEE AH, JORNAYVAZ FR, et al. Dissociation of inositol-requiring enzyme (ire1 alpha)-mediated c-jun n-terminal kinase activation from hepatic insulin resistance in conditional x-box-binding protein-1 (xbp1) knock-out mice[J]. J Biol Chem, 2012, 287(4): 2558-2567.

[16] GREGOR MF, YANG L, FABBRINI E, et al. Endoplasmic reticulum stress is reduced in tissues of obese subjects after weight loss[J]. Diabetes, 2009, 58(3): 693-700.

[17] LEE AH, SCAPA EF, COHEN DE, et al. Regulation of hepatic lipogenesis by the transcription factor XBP1[J]. Science, 2008, 320(5882): 1492-1496.

[18] NAKAGAWA T, HU H, ZHARIKOV S, et al. A causal role for uric acid in fructose-induced metabolic syndrome[J]. Am J Physiol Renal Physiol, 2006, 290(3): F625-F631.

[19] BOESIGER P, BUCHLI R, MEIER D, et al. Changes of liver metabolite concentrations in adults with disorders of fructose metabolism after intravenous fructose by 31P magnetic resonance spectroscopy[J]. Pediatr Res, 1994, 36(4): 436-440.

[20] SPEICHER T, KÖHLER UA, CHOUKR A, et al. Fructose protects murine hepatocytes from tumor necrosis factor-induced apoptosis by modulating jnk signaling[J]. J Biol Chem, 2012, 287(3): 1837-1846.

[21] LANASPA MA, SANCHEZ-LOZADA LG, CHOI YJ, et al. Uric acid induces hepatic steatosis by generation of mitochondrial oxidative stress: potential role in fructose-dependent and -independent fatty liver[J]. J Biol Chem, 2012, 287(48): 40732-40744.

[22] DAY CP, JAMES OF. Steatohepatitis: a tale of two "hits"?[J]. Gastroenterology, 1998, 114(4): 842-845.

[23] ALWAHSH SM, GEBHARDT R. Dietary fructose as a risk factor for non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD)[J]. Arch Toxicol, 2017, 91(4): 1545-1563.

[24] KOHLI R, PAN XM, MALLADI P, et al. Mitochondrial reactive oxygen species signal hepatocyte steatosis by regulating the phosphatidylinositol 3-kinase cell survival pathway[J]. J Biol Chem, 2007, 282(29): 21327-21336.

[25] HAN ML, GONG ZH. Mechanism of action of gut microbiota in hepatobiliary disease[J]. J Clin Hepatol, 2017, 33(2): 384-388. (in Chinese)

韩美林, 龚振华. 肠道菌群在肝胆疾病中的作用机制[J]. 临床肝胆病杂志, 2017, 33(2): 384-388.

[26] WIGG AJ, ROBERTS-THOMSON IC, DYMOCK RB, et al. The role of small intestinal bacterial overgrowth, intestinal permeability, endotoxaemia, and tumour necrosis factor alpha in the pathogenesis of non-alcoholic steatohepatitis[J]. Gut, 2001, 48(2): 206-211.

[27] SPRUSS A, KANURI G, STAHL C, et al. Metformin protects against the development of fructose-induced steatosis in mice: role of the intestinal barrier function[J]. Lab Invest, 2012, 92(7): 1020-1032.

[28] MATAK P, ZUMERLE S, MASTROGIANNAKI M, et al. Copper deficiency leads to anemia, duodenal hypoxia, upregulation of HIF-2alpha and altered expression of iron absorption genes in mice[J]. PLoS One, 2013, 8(3): e59538.

[29] SONG M, SCHUSCHKE DA, ZHOU Z, et al. High fructose feeding induces copper deficiency in Sprague-Dawley rats: a novel mechanism for obesity related fatty liver[J]. J Hepatol, 2012, 56(2): 433-440.

[30] SONG M, SCHUSCHKE DA, ZHOU Z, et al. Modest fructose beverage intake causes liver injury and fat accumulation in marginal copper deficient rats[J]. Obesity (Silver Spring), 2013, 21(8): 1669-1675.

Researchadvancesinthemechanismoffructose-inducednonalcoholicfattyliverdisease

CHENYe,WUJinlu,PANWenting,etal.

(DepartmentofCardiology,TheFirstAffiliatedHospitalofWenzhouMedicalUniversity,Wenzhou,Zhejiang325000,China)

In recent years, the incidence rate of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) tends to increase in both developed and developing countries, which is associated with an increase in fructose consumption. This article points out that chronic persistent fructose intake can significantly promote de novo lipogenesis (DNL) in the liver and induce ATP depletion and inhibition of hepatocyte regeneration, which further causes endoplasmic reticulum stress and increased production of reactive oxygen species in the liver and finally leads to the development of NAFLD. It is believed that detailed mechanism of fructose-induced NAFLD and disruption of fructose metabolism in the liver may provide new therapeutic strategies for NAFLD.

nonalcoholic fatty liver disease； fructose； review

R575.5

A

1001-5256(2017)12-2449-04

10.3969/j.issn.1001-5256.2017.12.044

2017-07-13；修回日期：2017-08-22。 基金项目：浙江省自然科学基金(LY14H020007) 作者简介：陈晔(1992-)，男，主要从事代谢性疾病的研究。 通信作者：李海鹰，电子信箱：wzlhy1967@163.com。

引证本文：CHEN Y, WU JL, PAN WT, et al. Research advances in the mechanism of fructose-induced nonalcoholic fatty liver disease[J]. J Clin Hepatol, 2017, 33(12): 2449-2452. (in Chinese)

陈晔, 吴锦露， 潘文婷， 等. 果糖引起的非酒精性脂肪性肝病相关机制的研究进展[J]. 临床肝胆病杂志, 2017, 33(12): 2449-2452.

(本文编辑：林 姣)