脂噬介导的非酒精性脂肪性肝病及其运动调控研究进展

金海秀 漆正堂 丁树哲

1 华东师范大学“青少年健康评价与运动干预”教育部重点实验室（上海200241）

2 华东师范大学体育与健康学院（上海200241）

非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）是由高脂高糖膳食等非酒精因素导致的肝细胞内脂肪过度堆积以及胰岛素抵抗的代谢性肝损伤疾病[1]。随着生活水平的提高，肥胖以及相关代谢综合征诱发的NAFLD流行，严重的NAFLD发展为肝硬化最终致死。肝脏中脂质代谢稳态破坏和甘油三酯的积累是NAFLD的标志[2]。脂质代谢的破坏伴随着脂肪酸生成增加和脂肪酸氧化减少。

肝脏中甘油三酯的过度堆积会导致脂滴代谢不平衡，造成脂质代谢紊乱，诱发疾病。作为高度动态的细胞器，脂滴由双层膜包裹，其核心是中性脂质，外面镶嵌磷脂单层和蛋白质。与其他细胞器类似，脂滴存在着生物发生和凋亡两种机制。作为脂滴的凋亡机制之一，脂噬（lipophagy）可以影响NAFLD的发病机制，已被确定为一种新的介导NAFLD 的发生途径[3，4]。本文总结在NAFLD中，生理状态和运动状态下的脂噬如何影响肝脏中不同类型的脂滴堆积进而影响肝脏的功能。

在NAFLD 患者的血液和肝脏中，运动可以减少甘油三酯堆积、降低胰岛素抵抗并改善肝脏功能。近些年来许多研究利用小鼠模型揭示了运动改善NAFLD的分子机制，运动可以通过围脂蛋白2（perilipin2，Plin2）、能量信号分子AMP 活化蛋白激酶（AMP-acti⁃vated protein kinase，AMPK）和雷帕霉素复合物（mech⁃anistic target of rapamycin kinase，mTOR）促进肝脏脂噬。运动还可以促进肝脏中脂滴降解，降解产物自由脂肪酸进入线粒体氧化代谢[5-10]。另外，运动促进骨骼肌代谢因子与肝脏脂噬中的信号分子进行交互作用，最终降低肝脏脂滴堆积。因此，运动可以通过肝脏中自由脂肪酸氧化代谢增强和肝脏脂噬增加，促进肝脏脂质代谢稳态，对NAFLD起到治疗作用。

1 脂噬介导的NAFLD

1.1 生理性脂噬——脂滴的凋亡机制

作为一种普遍存在的脂肪储存细胞器，脂滴（lip⁃id droplets，LDs）的核心是中性脂质（甘油三酯和胆固醇），外面镶嵌磷脂单层和蛋白质[11]。内质网是脂滴最初生成的地方，并在脂滴的整个生命周期（萌芽、成熟和降解）中发挥至关重要的作用[12]。当内质网双层膜之间的中性脂质堆积到一定程度后，就会生成脂滴。成熟的脂滴进入细胞质后，一方面会分解出自由脂肪酸用于线粒体的β氧化；另一方面如果细胞中脂滴积累过多，这些脂滴将通过脂解或脂噬的方式进行降解。当肝脏中存在长期大量游离脂肪酸堆积时，肝脏细胞会出现不平衡的脂质储存和利用，对肝细胞造成脂质毒性进而损害肝细胞。因此，在这个时期，脂滴的分解代谢途径十分重要[13]。目前已知有两个途径调节储存在脂滴内的甘油三酯分解：脂解（lipolysis）和脂噬。在脂解过程中，胞质脂肪酶依次催化脂肪酸降解，其中包括脂肪甘油三酯脂肪（adipose triglyceride lipase，AT⁃GL）、激素敏感脂肪酶（hormone-sensitive lipase，HLS）和单甘油酯脂肪酶（monoglyceride lipase，MGL）。脂解过程释放的游离脂肪酸具有多重功能，可以为线粒体的β氧化提供底物，也可以作为多种生理活动信号通路中的有效信号分子，还可以重新酯化用于脂滴储存等[13]。

脂噬是一种降解脂滴的生理性过程[14]。与自噬不同，脂噬分为两种类型：大脂吞噬和小脂吞噬。大脂吞噬和巨噬（macroautophagy）信号通路一样，自噬小体与溶酶体（lysosomal）融合产生自噬溶酶体并降解脂滴。大脂吞噬的途径: mTOR 被抑制时，自噬相关基因（au⁃tophagy related gens，ATGs）被激活；含有微管相关蛋白Ⅰ轻链3-Ⅰ（microtubule-associated protein light chain 3-Ⅰ，LC3-Ⅰ）和P62 的自噬体靶定在脂滴的外围，当脂滴全部被自噬体包裹时，自噬小体上LC3-Ⅰ转变为LC3-Ⅱ；接着自噬小体会招募含有溶酶体相关膜糖蛋白（lysosome-associated membrane glycoprotein，LAMP）的溶酶体最终降解脂滴，如图1所示。因此，可以通过测量LC3-Ⅱ/ LC3-Ⅰ的大小估计脂噬水平的高低。小脂吞噬反映了溶酶体与脂滴的直接和短暂相互作用。在酵母模型中，核内质网—液泡连接点（nu⁃clear ER-vacuole junction，NVJ）相关脂滴作为脂肪酸的储存物可以被小脂吞噬清除[15，16]。自噬途径的第三种是伴侣介导的自噬，并不直接负责脂滴降解，但可以间接影响脂噬，例如伴侣自噬可以通过降解Plin2抑制大脂噬[17-19]。

1.2 生理性脂噬的影响因素

生理性脂噬可以被多种方式调节。咖啡因、钙信号和低密度脂蛋白受体相关蛋白1（low-density lipo⁃protein receptor 1，LDL Receptor 1）都可以参与肝脏脂噬的调节。另外，Schulze等发现，对肝细胞超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）基因敲除的小鼠进行48 小时的快速禁食，可以增加脂滴标记物Plin2、脂噬分子LC3-Ⅱ和P62 的含量[19]。脂滴生成过程中关键分子Seipin 对脂肪细胞分化和脂质稳态也很重要。Seipin 可以通过Ca2+-ATP 酶促进内质网和线粒体中的钙稳态，通过三羧酸循环增加柠檬酸水平，加强线粒体功能，进而促进脂滴的生成。在线虫中，Seipin还可以通过多不饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸增加脂滴的堆积。在哺乳动物细胞中，异源表达的Seipin 可以促进脂滴的生成和变大，其中，多不饱和脂肪酸是增加细胞脂肪储存的关键因素，在Seipin 促进脂滴的生成和变大过程中发挥积极作用[20]。因此，推测Seipin可能会通过钙信号和多不饱和脂肪酸抑制脂噬，这为研究高脂膳食诱导脂肪肝的治疗手段提供了线索。

除了上述总结的肝脏细胞中脂滴生成相关分子会影响脂噬，其他组织中脂滴代谢关键分子二酰甘油酰基 转 移 酶1（diacylglycerol O- acyltransferase 1，DGAT1）和鼠双微体基因1（murine double minute 1，Mdm1）也可以影响脂噬。例如，在营养不足情况下，小鼠胚胎成纤维细胞中，DGAT1 可以引导自由脂肪酸进入mTORC1 的脂滴靶点促进脂噬。在这种条件下，DGAT1-自由脂肪酸作为标记物在脂滴中的依赖隔离可以防止脂质毒性破坏线粒体功能，提高细胞生长生存能力[21]。脂滴生成障碍会导致自由脂肪酸的堆积并对细胞产生脂质毒性损害，扰乱内质网和线粒体功能[21]。哺乳动物细胞缺乏DGAT1 合成酶，会发生脂滴生成障碍，自由脂肪酸诱导的细胞毒性敏感性升高，进而诱导细胞死亡[22，23]。在酵母中，脂滴缺乏会引起自噬缺陷，细胞对脂肪酸的敏感性增加，使得细胞更容易产生脂毒性，影响内质网功能[24，25]。Mdm1是唯一定位在内质网、脂滴和液泡之间，能够促进自由脂肪酸合成甘油三酯的分子。针对酵母的研究发现，在营养不足时Mdm1 可以促进应激性脂滴在内质网液泡界面生成。损失Mdm1 会干扰自由脂肪酸代谢和内质网的稳态，增加酵母对自由脂肪酸诱导的脂肪毒性的敏感性[26]。而Mdm1在后生动物（metazoan）中高度保守，人类中的同源基因Snx14 的功能突变与儿童隐性小脑共济失调有关[27，28]。Snx14 的功能可能与中性脂质代谢密切相关[29]。因此，在哺乳动物营养水平下降时，是否也存在着一个由Snx14 基因调节的核内质网—液泡复合物影响着脂滴的生成和脂噬？这是一个值得深入思考和研究的问题。

综上所述，生理性的脂噬被多种信号分子调控。如图1所示，当脂噬发生时，含有LC3-Ⅰ和P62的自噬体靶定在脂滴的外围，当脂滴全部被自噬体包裹的时候，自噬小体上LC3-Ⅰ转变为LC3-Ⅱ。接着自噬小体招募含有LAMP 的溶酶体形成自噬溶酶体泡，最终降解脂滴。脂滴生成过程中的关键分子DGAT1 可以通过抑制mTOR促进脂噬。影响脂滴生成的另一个因子Seipin可能通过钙信号抑制脂噬，而脂滴生成过程中所需的另外一个分子Plin2 可以促进脂噬的发生。SOD1可以通过影响Plin2的表达抑制LC3和P62的表达进而抑制脂噬。

图1 脂滴代谢与生理性脂噬

1.3 脂噬介导的NAFLD

脂噬信号通路中的关键分子能够影响NAFLD 的发生。在肝细胞中，如果缺少自噬相关基因5（autopha⁃gy related 5，Atg5），肝脏内甘油三脂含量增加，线粒体β氧化功能受损。禁食且特异性敲除另一个自噬相关基因7（autophagy related 7，Atg7）和自噬相关基因14（autophagy related 14，Atg14）时，小鼠肝细胞中甘油三酯堆积并伴随着肝脏肿大[14]。LAMP 家族在自噬溶酶体融合过程中起着关键作用[30]。研究发现LAMP3蛋白在NAFLD患者肝脏中表达量升高，LAMP3过表达会导致脂肪生成相关基因的高表达。另外，LAMP在不同程度（轻度、中度、重度）脂肪变性的NAFLD 患者中表达量不同，其中LAMP2A的表达与NAFLD 的程度呈正相关[31]。在NAFLD患者中，负反馈调节自噬体-溶酶体融合的分子Rubicon 的浓度会升高[32]。哺乳动物自噬相关1 的核心亚基复合物，肝特异性缺乏200 kd 黏附激酶家族相互作用蛋白FIP200（focal adhesion kinase family kinase-interacting protein 200 kDa，FIP200）可以促进高脂饮食诱导的肝脏甘油三酯积累，使得小鼠肝脏脂噬缺陷，造成肝脏损伤[33]。在NAFLD 肝脏中，LC3-Ⅱ蛋白水平增加[34]。抗炎药物可以通过增加LC3-Ⅱ/ LC3-Ⅰ的比例，减少高脂高糖膳食诱导的NAFLD脂肪变性和炎症[35，36]。

脂滴代谢中的关键分子影响脂噬进而调控NAFLD。体外肝癌细胞实验显示过表达免疫相关GTP酶家族M 蛋白（immunity-related GTPase family M protein，IRGM）会降低脂滴含量，降低脂噬，增加NAFLD患病率[37]。高脂高糖膳食的小鼠肝脏中脂噬降低，脂肪酸转运蛋白36（cluster of differentiation 36，CD36）表达增加。同时，在肝细胞中，CD36 可以通过AMPK 信号通路调节自噬，在此过程中伴随着Unc-51样自噬激活激酶1（Unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）和自噬基因（Beclin1）的磷酸化，从而抑制脂噬和β氧化，增加脂滴累积。因此，CD36会提高NAFLD 的发生率[38]。Kurahashi 等发现肝细胞SOD1 基因敲除的小鼠，氧化应激增强，脂噬降低，肝脏损伤严重[19]。在NAFLD 后期，脂噬的过度激活可以诱发细胞死亡，加重病情[39]。因此，在NAFLD的不同阶段针对脂噬采取相应的手段更有利于NAFLD的治疗。

脂解是脂噬的上游信号通路，脂解信号通路中关键分子影响脂噬。在肝细胞脂肪变性条件下，脂滴直径可以达到60 nm甚至超过5 μm。有研究显示，甘油三酯脂肪酶ATGL会在大尺寸脂滴中富集，脂噬相关的溶酶体会聚集在小尺寸的脂滴中。抑制脂解关键分子ATGL会使大体积的胞质脂滴增多，而抑制脂噬相关的溶酶体会导致胞浆中大量小体积脂滴积累。所以，肝脏中的脂解可能是优先作用于大体积脂滴并使其降解，而脂噬只针对体积较小的脂滴群体（直径小于1 μm）[40]。另外，还有研究表明脂解是脂噬的上游信号通路，其中ATGL 可以通过介导SIRT1 信号促进脂噬[41]。因此，肝脏中存在多种基因和蛋白质通过影响脂噬调节NAFLD，其相关关系总结在表1中。

表1 脂噬相关分子与NAFLD的相关性

2 脂噬介导运动对NAFLD的调控

运动是改善NAFLD 的有效手段[5，6]。2017年国际肝病杂志[43]总结了24 种不同类型运动方式对人体NAFLD 的改善作用，其中主要包括降低肝脏胰岛素抵抗、脂肪酸和极低密度脂蛋白的含量进而减少脂质储存来改善NAFLD。目前研究中针对NAFLD 的有效运动训练方案时间多数在8 到12 周之间，不同形式的运动（有氧运动、阻力运动或者高强度间歇运动）对人体NAFLD 的改善有类似的作用，其中有氧运动的强度对肝脏脂肪的减少没有显著影响。

运动对高脂膳食诱导的脂质代谢紊乱具有改善作用，表现为脂质氧化、合成和脂滴含量的改善[44，45]。以下相关研究结果可以解释运动改善脂质代谢紊乱的机制：运动激活AMPK 介导的脂噬会降解溶酶体中的脂滴，导致Plin2的表达减少，而Plin2的缺失对NAFLD具有保护作用[46]。其次，被运动激活时，AMPK 会抑制体内的乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）并激活肉碱棕榈酰转移酶1（carnitine palmitoyl trans⁃ferase 1，CPT-1），CPT-1相应地促进长链酯酰基辅酶A从细胞质到线粒体氧化[47，48]。另外，运动可以诱导鸢尾素在肌肉中的表达并分泌进入循环系统，从而改善肝脏的葡萄糖/脂质新陈代谢[7]。运动能够下调脂质代谢密切相关的脂肪酸结合蛋白（fatty acid binding pro⁃tein 1，FABP1）的表达，通过促进溶酶体蛋白水解和溶酶体酸化，增强脂噬清除和减轻肝脏脂肪变性。FABP1 的肝脏特异性过表达则可以抑制脂噬，消除运动对NAFLD小鼠的保护作用[44]。跑步运动会降低高脂高糖膳食小鼠肝脏中脂滴代谢相关蛋白质的表达水平，例如固醇调节元件结合蛋白1（sterol regulatory ele⁃ment-binding protein 1，SREBP-1c）[10]。此外，跑步运动可以降低高脂高糖膳食小鼠空腹血糖中胰岛素和甘油三酯的水平，但是不影响肝脏内甘油三酯和脂滴的数量，可以减少肝脏中脂滴的大小。

运动可以通过脂噬影响脂滴的代谢机制进而改善NAFLD[8]。运动结合饮食干预可以通过骨骼肌脂噬与肝脏的脂滴代谢进行交互作用来改善NAFLD。在体内和体外模型中，研究发现运动结合饮食干预可以降低肝脏中高脂饮食引起的脂滴堆积、脂滴标志物Plin2的表达和肝脏内甘油三酯的水平。运动结合饮食干预还可以通过激活AMPK/ULK1和抑制Akt/mTOR来促进脂噬。此外，长期运动可以通过AMPK 依赖的途径促进肝脏脂噬和成纤维细胞生长因子21（fibroblast growth factor 21，FGF21）表达量的增加，改善肝脏老化。这项研究表明了运动锻炼对肝脏的益处，说明FGF21 调节的AMPK 依赖脂噬可能是NAFLD 中脂滴代谢引起的肝脏功能障碍的潜在药物靶点。

运动可以通过影响肝脏脂噬改善NAFLD。Gao等[49]对大鼠的研究表明，运动干预可以促进脂噬改善肝脏老化。然而，Pino-de la Fuente 等[10]对4周龄小鼠进行跑步运动，与高脂膳食组相比，运动后脂噬信号分子LC3 没有显著性变化。这两项研究的共同点是，参与其中的动物被喂食了一段时间的高脂膳食，然后接受运动训练，实验结果的差异可能是由于使用的小鼠种类及其各自的年龄不同导致。与Gao[50]的研究一致，Hui等研究表明，中等强度游泳运动可以激活高脂膳食诱导NAFLD 中的AMPK/SIRT1，增加脂噬信号分子LC3和溶酶体相关膜蛋白1（lysosomal-associated mem⁃brane protein 1，LAMP1）的表达以及与脂滴的共定位[9]，从而降低肝脏脂肪变性和胰岛素抵抗。此外，运动对NAFLD中脂滴降解的影响与脂解脂肪酶无关。

运动通过骨骼肌围脂蛋白和脂解相关分子对脂噬存在潜在调控。运动可以增加肌纤维中Plin2、Plin3、Plin5 和甘油三酯的含量，Plin 蛋白在运动后肌内甘油三酯再合成中不起关键作用[51]。除了影响围脂蛋白的表达，运动还可以影响骨骼肌中脂解关键分子HSL 和ATGL 的表达。骨骼肌的HSL 在运动过程中可以被重新分配到含有Plin2和Plin5的相关脂滴上，运动后HSL与Plin5靶定的脂滴共定位增加[52]。因为脂滴生成过程中所需的分子Plin2 和脂噬可能存在负相关[8]，而运动可以增加Ⅰ型肌纤维中Plin2和甘油三酯的含量，因此运动可能通过骨骼肌中的Plin2 潜在调控脂噬。由于脂解与脂噬存在上下游调控的作用[40，41]，因此运动是否可以通过骨骼肌中脂解的相关分子调控脂噬值得探究。

综上所述，运动可以通过影响肝脏和骨骼肌的脂噬影响肝脏中脂滴的代谢，如图2所示。在肝脏中，运动可以通过抑制SREBP-1c 从而减少脂滴堆积。运动还可以分别通过AMPK 和SIRT1 信号通路促进脂噬。运动能够抑制肌肉中的Akt/mTOR 和Plin2，促进AMPK/ULK1 从而促进脂噬并减少脂滴堆积。运动结合饮食干预可以通过激活AMPK/ULK1 和抑制Akt/mTOR 来促进脂噬。运动可以激活高脂膳食诱导NAFLD 中的AMPK/SIRT1，增加脂噬信号分子LC3 和LAMP1 的表达以及与脂滴的共定位，从而降低肝脏脂肪变性和胰岛素抵抗。运动还可以通过肌肉释放鸢尾素和FGF21影响肝脏中AMPK信号通路进而降低脂滴堆积。

图2 脂噬介导的运动改善NAFLD机制示意图

3 总结和展望

脂滴和溶酶体是两个会发生甘油三酯水解的细胞器。脂解的作用是分解脂滴内的甘油三脂，其中的分解产物自由脂肪酸会进入线粒体进行氧化供能。溶酶体也具有脂解过程，但是仅限于分解外源性血浆脂蛋白的相关脂质（包括甘油三酯）。脂噬则是溶酶体对脂滴内的甘油三酯进行降解的过程。脂噬过程中的分子调控非常复杂，脂滴生物发生中的关键分子和线粒体相关基因都可以调控脂噬。

细胞中的生理性脂噬是动态变化的，不是简单的合成分解反应。脂噬不仅在脂滴中甘油三酯的分解代谢过程中发挥关键作用，还在脂质合成和脂滴形成过程中起重要作用。研究发现，LC3-Ⅱ与脂滴结合对于肝脏中脂质合成和脂滴生长是必须的。肝细胞特异性敲除Atg7 会抑制脂滴的形成[53，54]。小鼠脂肪特异性Atg7缺乏和新生小鼠全Atg5缺乏会导致脂肪量减少[14，55，56]。因此，NAFLD中脂噬信号通路不仅影响肝脏中脂肪降解，可能还会影响脂滴的合成。那么脂噬是如何调控脂解和脂质合成，进而影响NAFLD 的发病机制？另外，脂滴合成主要在内质网中进行，脂解的产物最终进入线粒体进行氧化分解，脂噬过程所需的细胞器是溶酶体。那么，内质网、线粒体和溶酶体在NAFLD 的病理进展中又存在着怎样的博弈？

运动可以通过多种方式促进肝脏和骨骼肌中的脂噬。运动也会影响骨骼肌代谢因子分泌并进入循环系统与肝脏内的脂噬进行交互作用，改善肝脏中脂滴堆积和脂肪变性。在运动状态下，脂解和脂噬是否可以共同影响NAFLD的病理机制，其中线粒体和溶酶体之间又存在着怎样的信息沟通？这些都是值得深入研究的问题。