OPG/RANKL/RANK信号通路在非酒精性脂肪性肝病进展中的作用

2020-12-13杨晋辉

临床肝胆病杂志 2020年7期

向照，杨晋辉

昆明医科大学第二附属医院消化内科，昆明 650000

目前，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)已成为全球范围内最常见的肝脏疾病，全球患病率约为25%，已成为美国肝移植第二病因[1]。近期，一项澳大利亚NAFLD患者的研究[2]表明，在即将到来的数十年内，NAFLD将持续增多，不断增加澳大利亚医疗费用的负担，而非酒精性脂肪性肝炎(NASH)将成为澳大利亚肝移植的主要指标。NAFLD包括一系列肥胖相关肝疾病：简单肝细胞脂肪变、NASH、非酒精性脂肪性肝硬化，最后演变成为肝细胞癌。随着研究的深入,“多重打击”学说已逐渐替代了经典的“二次打击”学说。包括神经内分泌免疫炎症网络在内的“多重打击”学说认为, 胰岛素抵抗、炎症激活、线粒体功能障碍、内质网应激、脂肪组织功能障碍、脂肪酸、肠道菌群、铁超载、饮食因素以及遗传和表观遗传因素等均参与NAFLD的疾病进展[3]。研究[4]表明，调节骨细胞代谢的骨保护素(osteoprotegerin,OPG)、核因子-κB(NF-κB)受体活化因子(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)、NF-κB受体活化因子受体(receptor activator of NF-κB,RANK)系统，即OPG/RANKL/RANK信号通路也参与NAFLD疾病的发生发展。本文概括介绍了OPG/RANKL/RANK信号通路在NAFLD发生发展中的作用及最新研究进展。

1 OPG/RANKL/RANK信号通路成员

1.1 骨保护素(OPG) 一种可溶性糖蛋白，由间充质细胞衍生的细胞如成骨细胞和骨髓间充质干细胞分泌。与RANK和RANKL不同，OPG是肿瘤坏死因子受体超家族的一员，不具有跨膜和胞质内的结构域，OPG分子由401个氨基酸组成，包括富含半胱氨酸的N端，2个死亡结构域，含有肝素钠结合的 C端和一个 21 个氨基酸组成的信号肽，OPG可表达于多种组织，包括成年人肺部、心脏、肾脏、肝脏、淋巴细胞、骨髓等，但在不同组织的功能仍旧未明确[5]。

1.2 NF-KB受体活化因子(RANKL) 为Ⅱ型跨膜蛋白，与肿瘤核因子超家族的肿瘤相关诱导凋亡配体(TNF related apoptosis inducing ligand,TRAIL)、Fas配体(Fasligand，Fasl)和TNF具有高度同源性。鼠类RANKL由316个氨基酸组成，35 KD(N-末端糖基化后45 KD)，鼠类与人类有83%序列相同[6]。RANKL蛋白其C端一半为链接点，同时有作为胞膜连接处和可溶性因子存在的跨膜蛋白部位[7]。RANKL mRNA可在脑、心、肾、骨骼肌和鼠胚胎上皮检测到，已被认为是E15软骨细胞所特有[7-8]。

1.3 NF-KB受体活化因子受体(RANK) RANK为I型跨膜蛋白，在细胞表面形成一个三聚体。由616个氨基酸组成，383个氨基酸构成细胞内区域[9]。信号转导由调节蛋白肿瘤坏死因子相关因子(TRAFs)调节。TRAFs已知6种(1-6)[10]，TRAFs6在RANK的信号转导途径中最为重要[11]。RANK广泛表达，在心、肺、脑、骨骼肌、肾、肝、皮肤系统都有信号转导的发现[9-12]。

2 OPG/RANKL/RANK激活NF-κB形成炎症因子

在肝细胞中，RANKL与RANK结合后，激活丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase, MAPK)-c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)-抑制性κB激酶(inhibitor of unclear factor kappa-B kinase, IKK)通路，进而激活NF-κB，调节炎症因子的生成[13]。MAPK信号通路是生物体内重要的信号转导系统之一，参与细胞生长、发育、分裂和分化等多种生理及病理过程。MAPK 信号转导是以三级激酶级联的方式进行的，MAPK家族的信号通路主要包括ERK、JNK端激酶/SAPK、P38MAPK 以及 ERK5/BMK1四条途径[14]。NF-κB是一个具有转录调节作用的蛋白家族，在NAFLD中通过参与炎症因子生成导致胰岛素抵抗和线粒体功能障碍、内质网应激。

2.1 NF-κB调节炎症因子生成引起胰岛素抵抗正常情况下，胞质内NF-κB与抑制性κB蛋白(inhibitor of κB,IκB)结合，当肝细胞受损时，胞内出现少量炎症因子如TNF α、IL-2，在炎症因子的刺激下，IκB的激酶IKKβ被激活，引起IκB蛋白中的丝氨酸磷酸化，NF-κB进入胞核，与基因组DNA结合，调节炎症因子的生成，炎症因子生成增加，最终引起胰岛素抵抗[15]。

2.2 NF-κB引起线粒体功能障碍、内质网应激 NF-κB参与线粒体功能障碍已知以下两条路径：血清内大量非酯化脂肪酸集聚，激活肝细胞内非酯化脂肪酸敏感的NF-κB-Orai1(细胞跨膜蛋白的一种)通道，Orai1通道被激活，线粒体外大量Ca2+进入，引起线粒体压力增高，活性氧(ROS)聚集，从而造成线粒体氧化应激反应增高，线粒体功能受损。而在此过程中NF-κB参与Orai1蛋白的生成调节[16]。另一方面，增加的ROS刺激半胱氨酸分子氧化，IκB的谷胱甘肽和P50的S-谷胱甘肽激活NF-κB并转录特定的基因。

进一步大量激活IκB激酶复合体，从而引起磷酸化和泛素化，降解IκB蛋白，释放NF-κB二聚体，紧接着进入细胞核，与特定DNA序列结合，促进目的基因如IL-2、IL-6、IL-8的转录[17]。激活NF-κB使肝细胞线粒体膜损伤, 导致呼吸链功能受损, 线粒体结构破坏和功能障碍, 最终引发肝细胞炎性坏死和肝纤维化[18]。ROS聚集，ROS作为内质网压力平衡的重要维持条件之一，促使内质网压力增加，造成内质网应激[16]。ROS与NF-κB蛋白作用明显形成了一个恶性循环，而有相关研究[19]表明，NF-κB目的基因在大量聚集ROS的同时也在通过减少ROS从而提高细胞存活率。

胰岛素抵抗、线粒体功能障碍、内质网应激都是NAFLD发病的重要机制，NF-κB作为调节蛋白有重要作用。目前，针对NF-κB的治疗，常通过过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)和法尼醇X受体(farnesoid X receptor,FXR)激活剂而起作用，减少炎症因子的生成。结合激活配体后，PPARs和FXR通过与细胞核内视黄酸X受体(retinoic X receptor ,RXR)结合形成异二聚体，分别与PPARs反应要素、FXR反应要素结合调节基因转录，减少NF-κB及其通路的激活。PPARs属于由链激活转录的核内激素受体超家族，包括 PPARβ/δ、PPARα and PPARγ，主要调节脂肪酸的摄取和氧化、脂质和碳水化合物代谢、血管生物学、炎症、细胞增殖和衰老有关的基因；FXR也属于核内受体，是胆汁酸敏感的转录因子，在调节各种代谢过程中起着必不可少的作用[20-21]。目前，PPARs、FXR激活剂依然是治疗NAFLD的热点[22]。与PPARs、FXR激活剂不同，阻断OPG/RANKL/RANK通路可以直接减少NF-κB的形成，是NAFLD治疗的潜在靶点。

3 OPG参与肝细胞凋亡调节、脂质代谢

OPG在代谢紊乱相关疾病中已有研究，实验发现，OPG常规结合与其有高度相似性的RANKL，但偶尔也会结合与其低相似性的TRAIL[23]。OPG的选择性结合主要与温度敏感性有关。即OPG除作为RANKL的可溶性受体外，也是TRAIL的可溶性受体，TRAIL是一种与肝细胞凋亡相关的诱导物，OPG与其结合后减少几种相关细胞的凋亡，而肝细胞凋亡在NAFLD从肝细胞脂肪变到NASH中具有关键作用，文章还提到OPG是肝细胞脂质代谢的重要调节因子，OPG与肝细胞内脂质的聚集正相关，促使肝细胞脂肪变[4]。然而，肥胖和胰岛素抵抗动物以及NAFLD患者的肝脏中OPG的表达被下调，OPG基因敲除小鼠的体内脂肪和TG的蓄积以及肝脏脂肪的生成降低，关于肥胖和(或)NAFLD受试者OPG“反常”下调的原因尚不清楚[24]。尽管OPG在肝细胞脂肪变中的调节作用仍存在争议，但其参与NAFLD的发生发展却毋庸置疑，OPG在OPG/RANKL/RANK信号通路中研究较多，尤其是NAFLD及代谢紊乱疾病，有望成为NAFLD诊断新指标和治疗新靶点。

4 RANKL在NAFLD中的作用

在NAFLD中，通过RANKL/RANK通路生成NF-κB，从而产生炎症因子，促使肝细胞由脂肪变发展为肝细胞炎症。然而，实验发现，体内长期高水平RANKL可以减轻促炎症因子反应，另外，当内毒素进入体内发生作用时也可减轻内毒素的作用[25]。可见，RANKL可单独用于抑制炎症反应。由于大多数NAFLD患者常同时合并其他疾病，RANKL的研究也多见于NAFLD合并骨代谢病，有研究[26-28]显示，RANKL作为辅助诊断NAFLD的指标，可预测骨代谢疾病变化，有望用于治疗骨代谢疾病。实验[13]表明，RANKL除了参与骨代谢和免疫反应外，在其他器官组织如乳腺、血管、肝脏的生理过程及乳腺癌、肺癌、多发性骨髓瘤等肿瘤的代谢中都发挥作用。RANKL有望成为NAFLD合并其他代谢病的研究靶点。

OPG/RANKL/RANK信号转导通路是成骨细胞与破骨细胞之间通讯的重要信号通路。但相继在自身免疫病中都有发现，在原发性胆汁性肝硬化中也已开始作为诊断因素进行研究[29]。在NAFLD中，除了作为信号通路共同作用外，OPG、RANKL也分别参与了NAFLD的发生发展，具有单独研究的价值。