代谢性脂肪酶在肝病发病和治疗中的作用

杨菁 范建高

代谢相关性脂肪性肝病(MAFLD)旧称非酒精性脂肪性肝病，是与遗传易感和代谢功能障碍相关的全球第一大慢性肝病[1-2]。重油、重糖等不合理膳食结构以及久坐少动等不健康生活方式，通过肝脏脂肪合成/输入过多、脂质氧化代谢障碍等机制，导致肝细胞甘油三酯过度聚集，从而发生肝脏脂肪变性及其相关脂肪性肝炎和肝硬化，其中脂肪酶扮演重要角色。在脂质正常代谢过程中，甘油三酯分解成为游离脂肪酸(FFA)是进行脂肪氧化分解以及合成内源性脂肪酸的必需步骤。通过脂肪酶的一系列有序调控,胞内脂肪酶水解切割引起胞浆甘油三酯降解，释放FFA。随后，脂质在内质网中被重新合成，并由主要含甘油三酯、胆固醇和磷脂的乳糜微粒分泌。其中，FFA可作为能量底物、脂质合成的前体和细胞信号传导的介质，具有重要的生理意义，但过度供应可触发脂毒性，进而引起细胞膜功能受损、内质网应激、线粒体功能障碍、细胞死亡和炎症等。与此同时，FFA和其他脂质介质释放受损也可破坏调节代谢和炎症过程的关键细胞信号功能[3]。本文从脂质代谢及脂肪酶功能角度阐述代谢性脂肪酶在MAFLD等慢性肝病发生、发展中的作用及其治疗对策。

一、脂肪组织甘油三酯脂肪酶(ATGL)

ATGL是执行甘油三酯水解的第一步和限速步骤，主要参与甘油三酯水解为甘油二酯的过程。ATGL在大多数组织中表达，在ATGL缺乏小鼠心脏中发现甘油三酯大量积累，引起心功能不全和死亡[4]。同时，ATGL缺乏导致能量底物FFA不足也进而影响胰岛素敏感性和葡萄糖耐量。

为了达到最大的脂解活性，ATGL需要CGI-58作为共激活因子，使脂滴的甘油三酯核心暴露于脂肪酶，从而增强其活性[5]。即使在ATGL基因缺失的情况下，CGI-58本身也能调节肝脏脂质储存和炎症。同时脂肪细胞分化相关蛋白G0/G1开关基因2(G0S2)等其他蛋白被证实，即使在CGI-58激活后也可调节ATGL活性。

肝脏ATGL为刺激PPARα活性所必需的FFA提供燃料，参与调节线粒体β-氧化。ATGL缺乏导致小鼠肝脏脂肪变性，高脂饮食喂养下ATGL的shRNA腺病毒转染小鼠肝脏线粒体氧化下调[6-7]。

二、PNPLA3 含patatin样磷脂酶结构域蛋白 3

PNPLA3(又称脂联素)属于含patatin样磷脂酶结构域的蛋白家族，定位于细胞膜及胞质内脂滴上，具有非特异性水解酰基活性，与ATGL(即PNPLA2)属同一组脂质代谢酶[8]。PNPLA3可通过与CGI-58相互作用并隔离，显示出对脂质代谢的间接影响，从而限制ATGL或其他脂肪酶进入脂滴。尽管从2001年起已收集大量关于其临床意义的证据，PNPLA3的酶作用仍未知。

肝细胞体外实验表明， 葡萄糖和胰岛素通过SREBP-1c促进PNPLA3表达，SREBP-1c随后控制参与新生脂肪生成的关键酶表达[9-10]。SREBP-1c结合在PNPLA3的启动子上，肝细胞SREBP-1c过表达可导致PNPLA3基因表达增加。此外，新生脂肪代谢产物(如FFA)可增强PNPLA3蛋白半衰期，保护其免受蛋白酶降解。然而，体内基因敲除致PNPLA3缺乏的小鼠没有表现出相关表型或代谢改变， Pnpla3-/-小鼠也没有表现出对ATGL或脂肪生成酶的代偿作用，显示了该蛋白在体内甘油三酯代谢中的非排他作用。

PNPLA3 I148M基因变异与脂肪性肝炎、肝纤维化/肝硬化和肝癌的风险增加相关[11]。该遗传变异体中胞嘧啶(C)被鸟嘌呤(G)取代，导致翻译蛋白氨基酸序列不同。来自欧洲白种人的横断面研究显示[12]，与CC基因型相比，CG和GG基因型患者患HCC的风险分别增加2倍和5倍。此外，I148M多态性可促进慢性丙型肝炎患者发生肝纤维化和HCC，并且是HCV和HIV混合感染个体肝硬化高发的危险因素[13]。PNPLA3 I148M与HBV感染、肥胖和饮酒患者重度肝脂肪变显著相关，与肝豆状核变性和炎症性肠病患者肝脂肪变患病率增高有关，与原发性硬化性胆管炎患者生存率降低相关。携带I148M的原发性胆汁性胆管炎患者胆汁淤积性瘙痒则更少见[14]。

PNPLA3 I148M也与人肝细胞释放极低密度脂蛋白减少相关，可能是由于它能诱导肝脂肪变性。PNPLA3 I148M患者肝脏脂肪变性程度与饱和脂肪酸和神经酰胺等毒性脂质增加无关，并且PNPLA3 I148M携带者对心血管疾病有保护作用[15]。提示PNPLA3重塑甘油三酯和甘油二酯中的多不饱和脂肪酸含量，而其基因变异导致肝脏多不饱和脂肪酸滞留增多，可能有助于防止胰岛素抵抗和心血管疾病。

无论肝病归因于MAFLD、丙型肝炎抑或是酒精性肝病，PNPLA3变异都与发生重度肝纤维化的风险较高相关。PNPLA3 I148M突变使肝星状细胞脂质蓄积增加、FFA组成异常和视黄醇含量减少，从而上调JNK信号，使PPARγ磷酸化降低其转录活性。较低的PPARγ信号一方面促进AP-1驱动的促炎细胞因子产生，伴免疫细胞募集；另一方面，PPARγ信号减少引起LXR下调，游离胆固醇积聚，加重肝星状细胞诱发纤维化[15]。

尽管其酶活性仍是未解之谜，PNPLA3 I148M代表了一个重要的、新的危险分层的预后标记和潜在治疗靶点，靶向肝星状细胞和核受体信号可能代表了限制携带I148M变异患者纤维化发生和发展的潜在干预靶点。

三、激素敏感性脂肪酶(HSL)

HSL能水解甘油三酯、甘油二酯、甘油一酯等酰基酯，环磷酸腺苷依赖性蛋白激酶的磷酸化可使HSL不再对激素敏感，使其从细胞质重新分布到脂滴。调节脂肪细胞中的HSL是脂解剂(如儿茶酚胺、胰岛素)刺激FFA释放和调控血脂水平的主要手段。除脂肪细胞外，HSL还存在于骨骼肌、心脏、脑、肾上腺、睾丸和巨噬细胞中，通过影响巨噬细胞胆固醇酯的代谢调节泡沫细胞的形成[16]。此外，肾上腺和生殖组织中HSL通过调节游离胆固醇的可用性，在类固醇生成和精子发育中发挥作用，在缺乏HSL的小鼠中表现出少精。小鼠系统性HSL缺乏导致脂肪肝呈年龄依赖性，而在肝脏中缺乏HSL并不影响肝脏脂肪含量。相反的是，HSL敲除小鼠表现为脂肪肝伴炎性浸润、脂肪因子分泌异常和系统性胰岛素抵抗。此外，HSL的腺病毒过表达对高脂饮食小鼠和对照小鼠都有减少肝脏甘油三酯水平的作用， 提示肝脏HSL/ATGL可能促进FFA氧化及释放，并改善肝脏脂肪变性。总之，HSL涵盖了对不同脂质分子的多效性活性谱。

HSL中的单核苷酸多态性启动子变体-60 C > G能显著降低空腹血液非酯化脂肪酸、低密度脂蛋白、胆固醇水平。编码HSL的脂肪酶E基因的移码缺失会增加胰岛素抵抗和2型糖尿病发病风险[17]。HSL的破坏下调了PPARγ应答信号通路，因为相应核受体的内源性配体产生减少。

四、单酰甘油脂肪酶(MGL)

MGL可高效地将甘油一酯裂解为甘油和FFA，是FFA降解途径的限速酶。MGL将内源性大麻素系统内的强效配体2-花生四烯酸甘油酯水解为花生四烯酸，它是前列腺素合成的前体及PPARα、PPARγ和RXR的配体。 MGL在脑、肾脏、卵巢、睾丸、肾上腺、脂肪组织和心脏等组织中均有表达。高脂饮食喂养MGL敲除小鼠的肝脏甘油一酯水平增加，伴体质量增加减少、胰岛素敏感性增加和葡萄糖耐量改善[18]。MGL缺失可以抑制结直肠癌生长，并导致肿瘤相关巨噬细胞脂质超负荷[19]。这可能是由于MGL缺陷促进大麻素受体2/toll样受体4依赖的巨噬细胞活化，进而抑制肿瘤相关CD8 + T细胞的募集。

在肝脏， MGL抑制LPS诱导的炎症,可减轻缺血再灌注肝损伤。MGL在HCC中的表达高于其他组织，可促进细胞生长和侵袭。由于巨噬细胞自噬介导的抗炎特性，缺乏MGL可促进纤维化消退。MGL敲除能够挽救肝脏线粒体呼吸作用，从而改善胆汁淤积性肝损伤[20]。MGL破坏引起肠道中花生四烯酸的积累，可通过结合维甲酸X受体，激活PPARs和FXR竞争来减轻炎症。

五、羧酸酯酶基因家族

尽管ATGL和HSL是水解甘油三酯和胆固醇酯的主要脂肪酶，羧酸酯酶仍参与肝脏脂质代谢和能量平衡，在内质网管腔脂滴脂解中发挥作用。管腔甘油三酯水解是极低密度脂蛋白-甘油三酯产生的底物，并通过微粒体甘油三酯转移蛋白进行脂质转移。临床研究聚焦在羧酸酯酶的两种主要亚型(CES1和CES2)的药物和毒物代谢。肥胖患者肝活检组织CES2活性降低，脂肪性肝炎患者肝脏CES2表达减少。小鼠Ces2c基因位于内质网腔， 在肝脏和十二指肠中高表达[21]；肝脏Ces2c表达减少与脂肪变和胰岛素抵抗有关。Ces2c过表达导致脂肪酸氧化增加，从而改善HFD诱导的MAFLD。相反，敲除肝脏Ces2c通过内质网应激相关的脂肪生成诱导肝脏脂肪变性[21]。

总之，ATGL、HSL和MGL的生理活性受到不同蛋白和共激活因子相互作用的调节，从而保证脂解速率对代谢需求的按需分配。正常的脂解活性对不同组织的能量稳态至关重要，它提供了关键的FFA介质，后者作为信号因子参与复杂的代谢途径。尽管已采取多种方法理解脂质网络和信号传导的复杂调节，但许多问题仍亟待解答。加强脂质代谢机制的研究可望为代谢紊乱的治疗提供新策略。