PPARa参与脂代谢通路与非酒精性脂肪性肝病

徐文静

非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是非常普遍的慢性肝脏疾病,是指除外乙醇和其他明确的肝损伤因素所致的肝细胞脂质蓄积(甘油三酯在肝脏蓄积超过肝脏重量的5%)，以弥漫性肝大泡性脂肪变为主要病理特征。普通成人NAFLD 患病率在25%左右[1]。在肥胖、患有糖尿病或代谢综合征的成年人中，NAFLD患病率超过70%。通过锻炼和注意饮食，部分脂肪肝患者可自行缓解，但仍有约12%～40%患者可进展为脂肪性肝炎，经10～15年，15%的脂肪性肝炎患者进展为肝硬化、肝癌[2]。另外，NAFLD发病与肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病等代谢综合征密切相关。NAFLD涉及的代谢异常，涉及复杂的多层次、多条通路的基因表达变化，过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)在NAFLD的发病过程起重要的调节作用。

一、PPARα的结构

PPARα核受体按结构及功能不同，分为PPARα (NR1C1)、PPARβ/δ (NR1C2) 和 PPARγ (NR1C3)三种亚型。PPARa在肝脏中高表达，PPARβ/δ主要在骨骼肌中表达，二者主要控制能量分解代谢，PPARγ主要在脂肪组织表达，调控脂质合成[3]。PPAR与视黄酸类受体(retinoid X receptors,RXRs) 结合为异二聚体，静息状态，异二聚体与含有组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDAC)的蛋白结合为复合物，虽然PPARα/RXR异二聚体能结合至靶基因，但由于 HDAC作用不能启动转录。当PPARα被激活后，PPARα/RXR异二聚体可募集并结合含组蛋白乙酰化转移酶的蛋白，随后PPARα结合至靶基因的PPRE区域特定序列(AGGTCANAGGTCA)，启动目的基因的转录。在肝脏中加速脂肪酸氧化、糖异生和糖酵解、甘油三酯清除，抑制肝脏SREBP通路的脂肪酸从头合成，抑制炎症及凋亡等相关基因的表达[4]。

二、PPARα的表达

不同物种PPARα表达不同，小鼠PPARα基因在肝脏的表达水平远高于人类。是由于人PPARα mRNA缺失第6外显子，导致过早引入了终止密码子，形成了截短的功能失调的PPARα蛋白，导致PPARα蛋白缺失配体结合区和部分铰链区，影响肝脏细胞周期相关基因和炎症相关基因的表达[5]。

PPARα在肝脏脂肪酸代谢、脂蛋白代谢方面的功能研究，近年来主要包括利用PPARα基因敲除小鼠、PPARα转基因小鼠及PPARα激动剂。全基因组表达谱分析表明，HepG2细胞和人肝原代细胞对PPARα激动剂的反应存在较大差异，许多基因仅在HepG2细胞中受PPARα激活的调控，在两种细胞系种均受调控的基因包括FABP1、CPT1A、CPT2、ACOX1、KLF10、ANGPTL8、VLDLR、ETFDH、FADS1、PEX11A、LPCAT3、CREB3L3、SLC25A20和PLIN2[6]。HepG2细胞对于研究内源性PPAR作用的重要局限性在于PPARα的表达水平较低， HepG2细胞比人原代肝细胞低约四倍。NAFLD患者PPARα mRNA与正常人相比差别不大，而NASH患者PPARα表达与正常人群相比降低，从气球样变、出现纤维化至肝细胞坏死过程，PPARα mRNA水平均降低[7]。

三、PPARα的功能

PPARα在肝脏中控制多种代谢过程，主要包括线粒体的脂肪酸氧化、脂肪酸的结合和活化、脂肪酸的延伸和降解、甘油三酸酯和脂质的合成和分解、脂蛋白代谢、糖异生和胆汁酸代谢等。

其中包括启动子报告研究，染色质免疫沉淀和电泳迁移率变动分析，鉴定了基因组PPAR结合位点。已知PPARα能启动的靶基因包括过氧化物酶体酶ACOX1、内分泌因子FGF21、载脂蛋白APOA2和APOA5，药物代谢酶CYP2C8和CYP3A4、胆磷脂转运蛋白ABCB4/MDR3、甘露糖结合凝集素MBL、胆汁酸葡糖苷酸化酶UGT2B4和UGT1A1/A3/ A4/A6，以及与解毒阳离子和胆汁酸有关的磺化酶SULT2A1[8]。

与WT小鼠对照相比，饲喂高脂饮食的PPARα-/-小鼠积聚了更多的肝甘油三酸酯，其氧化应激、炎症和细胞死亡的标志物增多[9]。PPARα-/-小鼠蛋氨酸缺乏饮食(MCD)5周，与野生型小鼠相比，PPARα-/-小鼠发展为更严重的脂肪性肝炎。此外，最有效的PPARα激动剂之一的Wy-14643，可缓解野生型小鼠MCD饮食诱导的肝内甘油三酸酯蓄积和肝损伤，但对PPARα-/-小鼠没有影响[10]。PPARα在肝脏中的功能较复杂，涉及细胞的多种功能，但在本文中我们重点关注PPARα对肝脏脂代谢方面的影响。

(一) PPARα与脂肪酸代谢 PPARα活化后可通过增加脂肪酸分解代谢防止甘油三酯的积累，有三种细胞器参与脂肪酸的代谢，过氧化物酶体和线粒体均参与脂肪酸的β氧化，而内质网参与脂肪酸的μ-氧化。短、中、长链饱和脂肪酸主要被线粒体降解，而长链脂肪酸仅在过氧化物酶体中被氧化[11]。PPARα活化缓解肝脏脂质蓄积的主要机制如下：PPARα可通过调控SREBP-1c及LXRα的表达，通过抑制ACC、FAS、SCD等脂肪酸从头合成基因的表达，抑制肝脏甘油三酯合成[12]；(2)PPARα通过诱导脂肪酸结合蛋白1(fatty acid-binding protein，FABP)基因的编码，促进脂肪酸从细胞膜转运到细胞质，进而参与细胞器氧化[13]；(3)PPARα促线粒体中脂肪酸氧化，PPARα活化后，CD36表达增加，一方面，增加长链脂肪酸的跨膜转运，另一方面，增强靶酶，如肉毒碱脂酰辅酶A转移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1，CPT-1)和CPT-2的表达，可促使脂酰辅酶A入线粒体，进入三羧酸循环[14]；(4)PPARα活化后，过氧化物酶体中促进长链(> C22)、支链脂肪酸氧化，脂肪酰基-CoA氧化酶1(acyl-coenzyme A oxidase 1,ACOX1)表达增加，ACOX1 为过氧化物酶体β氧化体系中催化首步反应的酶，也是过氧化物酶体β氧化的限速酶，其高表达后可加速脂肪酸氧化[15]；(5)PPARα活化后，可调节脂联素增加胰岛素敏感性，改善胰岛素抵抗，增强肝脏中编码脂肪酸氧化酶mRNA的表达水平，促进脂质分解代谢[16]；(6)PPARα活化后，通过调节脂蛋白脂酶(LPL)介导VLDL的脂质分解，促进甘油三酯微粒降解，减少VLDL的量[17]。

(二) PPARα与胆固醇代谢 PPARα激动剂通过对脂蛋白转录激活基因的活化，增加脂质分解，促进HDL的代谢及胆固醇逆向转运，发挥脂代谢调节作用。胆固醇逆向转运是将肝外组织细胞内的胆固醇, 主要以HDL形式通过血液循环转运到肝, 在肝细胞中用于合成脂蛋白、胆汁酸及类固醇激素等的过程。PPARα激动剂能促进腺苷三磷酸结合盒转运体A1(ABCA1)及清道夫受体SR-BI在肝脏的表达，SR-BⅠ选择性摄取HDL中的游离胆固醇及胆固醇酯，从而促进巨噬细胞中的胆固醇逆向肝转运[18]。PPARα激动剂还能激活HDL主要载脂蛋白apoAI和apoAⅡ的表达，促进胆固醇从外周组织巨噬细胞中外流。PPARα活化后，上调ABCB4基因，其编码的蛋白是一种磷脂酰胆碱易位酶，可以将磷脂酰胆碱转移入胆汁，乳化胆汁中的胆盐，促进胆固醇排泄，间接调节胆汁酸的合成。另外，在小鼠体内PPARα活化后可上调胆固醇7α-羟化酶(CYP7A1)，此酶催化胆固醇在肝脏分解为胆汁酸，是该反应的限速酶，空腹情况下此作用更显著[19]。

四、PPARa代谢中的关键分子

(一)FGF21 成纤维细胞生长因子21(Fibroblast growth factors 21，FGF21)是PPARα的靶基因，在PPARα激动剂的治疗中发挥重要作用，协调肝脏从进食状态到禁食状态的代谢转变。FGF21是具有核心结构域的信号蛋白，是PPARα的靶基因，有较高的组织特异性，主要在肝脏、白脂肪组织中产生然后分泌入血。FGF21发挥生物学作用需要结合FGFR/β-Klotho受体复合物，即FGF21的N端结合FGFR，C端结合β-Klotho，调节肝脏的生酮作用、糖异生和脂肪分解作用及调节细胞能量代谢，维持肝脏葡萄糖稳态，增加脂肪酸氧化[20]。PPARα激活后，FGF21表达增高，除肝脏能量消耗增加，还可抑制白色脂肪分解，抑制甘油三酯在肝脏蓄积。血浆FGF21浓度和肥胖及胰岛素抵抗呈正相关，FGF21通过上调GLUT1的表达促进脂肪细胞中葡萄糖的摄取，但不刺激其他类型细胞摄糖。肝脏缺乏FGF21的小鼠在高脂饮食下容易出现葡萄糖耐受不良[21]。FGF21转基因小鼠葡萄糖耐受性增强，外源性FGF21可通过增加细胞能量消耗，活化棕色脂肪组织，减轻小鼠高脂饮食诱导的胰岛素抵抗[22]，这是由于FGF21是棕色脂肪线粒体解偶链蛋白1(UCP1)的有效诱导剂，UCP1活性增加，故而能量消耗增加。

(二) ACOX1 ACOX1是PPARα的另一个重要靶基因，PPARα激动剂Wy-14643诱导后，ACOX1表达增高，脂肪酸β氧化增加[23]。过氧化物酶体β氧化循环中，第一部反应由ACOX1催化，也是控制β氧化的限速酶。ACOX1基因敲除小鼠的研究显示ACOX1缺乏，过氧化物酶体β氧化缺陷，并且小鼠表现出严重的炎性脂肪性肝炎和肝细胞再生；小鼠肝脏IL-6、IL-8和TNFα等炎症因子表达增加，其机制可能涉及肝脏氧化应激触发库普弗细胞功能过度活化，引起肝脏损伤[24]。已知的过氧化物酶体ACOX酶都是含FAD的二聚体蛋白，与线粒体酰基辅酶A脱氢酶属于同一超家族，ACOX1酶中FAD的电子直接转移到氧生成H2O2。如果ACOX1持续激活会导致细胞内以H2O2为代表的活性氧簇大量增加，氧化/还原比率失调，引起内质网应激，长期慢性的内质网应激则可能引起DNA氧化损伤，导致肝癌的发生[25]。这也是以PPARα为单一靶标的激动剂在临床难以开展的原因，目前PPARs联合激动剂更受关注。PPARα代谢通路中 ACOX1在维持细胞或组织体内稳态、过氧化物酶体的生物合成及与其他细胞器(如内质网、线粒体)协同作用中发挥重要作用。

(三) ATF6 激活转录因子6(activating transcription factor 6，ATF6)是近年来较受关注的可能与PPARα共同作用的转录因子。肝脏是重要的蛋白质合成器官，新合成的蛋白质转运入内质网折叠成天然构象，NAFLD时错误折叠或未折叠蛋白在内质网中蓄积，引发未折叠蛋白反应(UPR)，而长期慢性的内质网应激则加重NAFLD脂质蓄积[26]。ATF6参与维持细胞稳态，包括参与UPR途径的蛋白稳定作用和通过SREBP途径调节脂质的代谢，ATF6是脂肪酸代谢上游的调节因子。

在肝细胞中敲低ATF6基因，能抑制PPARα在靶基因启动子区域的结合能力，降低PPARα/RXR复合体活性，细胞耗氧率降低；而过表达ATF6，则能促进PPARα的转录活性，增加肝细胞中PPARα的下游基因CPT1α、FGF21和MCAD的表达水平，加速脂肪酸氧化，缓解肝脏脂质蓄积。提示ATF6与PPARα相互作用，促进肝脏脂肪酸氧化，调节肝脏脂质代谢[27]。此外，肝脏ATF6过表达促进饮食诱导的胰岛素抵抗小鼠的肝脂肪酸氧化，减轻肝脂肪变性。但也有研究显示，过表达ATF6下调PPARα活性[28]。在NAFLD中，尤其是肝细胞内质网应激状态下ATF6的PPARα相互作用及通路中的信号交叉还存在争议，还需更深入的研究。

五、展望

在我国，NAFLD患者基数大，且缺少有效的临床用药，但NAFLD攀升的发病率及未来可能会引起的医疗负担并未引起足够重视，NAFLD已成为亟待解决的公共卫生问题。PPARα激活后加速脂肪酸氧化，参与脂蛋白和甘油三酯代谢，参与细胞脂肪酸的摄取和输出，涉及多条复杂的代谢通路。临床PPARα激动剂有非诺贝特、氯贝丁酯、苯扎贝特、PPARα/γ双重激动剂阿格列扎、PPARα/β双重激动剂GFT505。虽然单一PPARα靶标的激动剂在临床实验中未收到预期效果，但PPARα在肝脏脂质代谢通路中的作用不容忽视，PPAR双激动剂或PPARα代谢通路中的其他转录因子的共激活可能是未来的研究重点。PPARα在脂肪酸氧化过程中的重要地位，使PPARα成为开发治疗代谢综合征、2型糖尿病、NAFLD和相关心血管并发症的靶标，PPARα激活后参与代谢相关疾病的机制及重要通路需要进一步深入研究和证实。