噪音对肥胖小鼠肝脏损伤机制的研究进展

冯孟钠，马 佼，赵 婷，王 雪，薛 松，高陈林，2，3

（西南医科大学：1临床医学院临床医学专业；2附属医院内分泌科；3四川省肾脏疾病临床医学研究中心，四川泸州 646000）

世界卫生组织指出，噪声是影响人类健康最严重的环境风险之一。《2019中国环境噪声污染防治报告》中2018年全国环境噪声举报投诉占全部举报的35.3%，仅次于大气污染，排第二位。噪音是一种公认的健康危险因素，人长期处于噪音环境下会导致听力受损，并导致内分泌、神经、消化和免疫等多个系统功能紊乱，引起食欲下降、消化不良、剧烈的血压变化和心律失常。Oliveira 等[1]发现啮齿动物和人类长期暴露于工业宽带噪声会增加肝脏中的结缔组织，引起肝脏纤维化。许多证据已经表明噪音对肝脏有损伤作用，其机制可能为以下所述。

1 噪音诱发氧化应激损伤肝脏

研究表明，下丘脑-垂体-肾上腺轴（the hypotha⁃lamic-pituitary-adrenal axis，HPA axis）和交感神经系统的激活会介导炎症和氧化应激的发生[2]。噪音作为一种非特异性应激源可导致精神压力，在神经元水平激活交感神经系统，导致儿茶酚胺的增多，并激活HPA轴，导致皮质醇的增多和循环因子的延迟增加，包括IL-6 和IL-1β[3]。这些增多的激素会被氧气氧化或促进氧化还原循环来形成过量的超氧化物，诱发氧化应激[4]。噪音刺激也可直接增加活性氧（re⁃active oxygen species，ROS）的产生，包括超氧化物，过氧化氢和羟基自由基，并且降低超氧化物歧化酶（super oxide dismutase，SOD）的含量，这在噪音的慢性暴露中更加显著[5]。升高的ROS导致线粒体膜通透性转换孔道（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）开放，线粒体膜电位降低，吸水涨破，细胞色素C等促凋亡因子释放到胞浆中，激活Capase9/Apaf-1-Capase3/7 级联反应，最终激活DNA 酶降解DNA；mPTP开放同时导致线粒体外模间隙上的凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor，AIF）释放，AIF进入细胞核会引起染色体聚集和DNA 片段化[6]，进而引起细胞凋亡。ROS 升高能激活三磷酸肌醇受体（inositol trisphosphate receptor，IP3R），内质网释放Ca2+增加，再摄入减少，胞浆Ca2+超载，又进一步导致内质网应激、mPTP开放和ROS增加，形成恶性循环。噪音刺激下，内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的表达增加，NO 减少，导致血管内皮的功能障碍[7]。研究发现氧化应激会对肝窦内皮细胞造成损伤。

另外，儿茶酚胺和皮质醇的增多还会增强脂肪分解作用，使循环游离脂肪酸（free fat acid，FFA）增多，过多的FFA 发生β-氧化产生ROS，促进氧化应激的发生。高脂饮食者因其肝脏和循环FFA 本就偏高，在受到噪音刺激时更容易发生氧化应激，会导致脂质过氧化和蛋白质的氧化，脂质过氧化的产物丙二醛（malondialdehyde，MDA）会激活肝星状细胞，导致肝纤维化[8]。Lu等[9]发现高脂饮食小鼠血清中MDA升高时谷胱甘肽S 转移酶（glutathione-S-transfer⁃ase，GST）也升高，表明GST参与了肝细胞的氧化应激，机制可能是氧化应激激活凋亡信号调节蛋白激酶（Apoptosissignal-regulatingkinase1，ASK1），从而激活应激激活蛋白激酶（ASK1-MKK4/MKK7-JNK）通路，使GSTA1-JNK 复合物解离[10]，游离的GSTA1释放到血清中使其血清表达水平升高。

ROS 还能启动多种细胞因子，如生长转化因子β、IL-8和NF-κB，在一定程度上导致中性粒细胞浸润，促进炎症反应加强，导致肝细胞损伤。损伤的肝细胞干扰胆汁酸（bile aciide，BA）代谢，肝细胞中未结合的有毒BAs积累，随后泄漏到血清中，血清总胆汁酸浓度升高[11]。Stefano Gitto 等[12]发现与其他肝损伤患者相比较，在高脂情况下所造成的肝损伤患者的血清TBA升高得更多。研究发现，肝损伤患者血清miRNA-122 表达也会上调[13-14]，其表达量与肝脏中的酶具有很好的相关性，且miRNA-122具有高度的肝组织特异性，约占肝脏miRNAs的70%，因此，miR⁃NA-122 的循环水平作为早期诊断和评估肝组织学病变严重性具有潜在的价值[15-16]。

2 噪音导致胰岛素抵抗损伤肝脏

2.1 噪音引起胰岛素抵抗

研究显示，噪音会诱发胰岛素抵抗。长期的噪声暴露是一种慢性应激源，会引起皮质醇水平升高。人群调查显示[17]，皮质醇浓度与胰岛素抵抗显著相关，这种慢性应激导致的胰岛素抵抗在出现代谢异常的临床表现之前就已存在。小鼠实验中[18]发现，长期应激和皮质醇治疗会导致小鼠胰岛素指数和血浆胰岛素水平的升高。噪声暴露还会引起炎症因子的释放和细胞内氧化应激的发生，这两者会导致胰岛素抵抗已得到人们的共识，已有多项数据表明其主要通过激活蛋白激酶C、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）来发挥胰岛素抵抗作用。

噪音引起的应激反应通过阻碍胰岛素受体后的信号转导通路来引起胰岛素抵抗，蛋白激酶B（pro⁃tein kinase B，Akt）的充分活化对启动胰岛素作用的下游通路至关重要[19]。有研究[20-21]发现，慢性噪声暴露会使骨骼肌中的JNK和胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate-1，IRS-1）磷酸化增强，Akt磷酸化和葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，GLUT-4）易位减低，在另一项对高脂饮食模型小鼠进行慢性噪声暴露的研究[22]发现，小鼠肝脏中的IRS-1 Ser307磷酸化增加，而Akt Ser473磷酸化减少。这些研究同时对血清应激激素水平、炎症因子TNF-α、IL-6 和氧化应激产物进行检测，发现其水平均升高，他们共同促进胰岛素抵抗的发生。

2.2 胰岛素抵抗损伤肝脏

肝脏发生胰岛素抵抗时，胰岛素不能发挥抑制糖异生的作用而使葡萄糖水平升高，进而刺激胰岛β细胞分泌更多的胰岛素，造成高血糖和高胰岛素血症，加重胰岛素抵抗形成恶性循环，另一方面肝脏胰岛素抵抗不能抑制肝脏脂肪合成，相反，肝脏脂质的从头合成处于亢进状态，导致脂肪肝、肝损伤[23-24]。胰岛素在肝脏主要通过PI3K/Akt通路调控葡萄糖和脂质的合成。研究表明，PIK3/AKT/mTOR 信号通路复合体在胰岛素激活的从头合成占主导地位[25]，这可能与胰岛素抵抗下哺乳动物雷帕霉素靶复合体1处于过度活化状态[26]，并通过非依赖胰岛素信号通路促进固醇调节因子结合蛋白1c 的成熟和转录来促进脂质合成有关，即胰岛素抵抗通过增加肝脏脂质可促进非酒精性脂肪肝的发生[27]。

另外，胰岛素通过Ras-MAPK 途径与PI3K-Akt途径共同调节细胞的生长，增殖和分化[28]。虽然在慢性实质性肝病患者中证明衰老的肝细胞比例与胰岛素抵抗之间存在密切的联系，但胰岛素抵抗在肝脏增殖和凋亡中的作用还有待进一步明确。

2.3 噪音加剧肥胖者胰岛素抵抗

肥胖患者体内Ca2+水平升高，激活胞内钙调蛋白激酶，使肝脏胰岛素的信号传递受到抑制，同时内质网钙平衡紊乱会导致肝脏持续性内质网应激的发生，继而激活增强子结合蛋白同源蛋白、JNK等下游因子，加剧胰岛素抵抗及脂质代谢紊乱。肥胖还会导致慢性低度炎症，进而导致肌肉，肝脏和脂肪细胞中的细胞自主胰岛素抵抗。所以当肥胖患者暴露于噪音中，会加剧肝脏的胰岛素抵抗，使代谢紊乱、肝脏受损。

3 噪音介导肠道菌群紊乱损伤肝脏

3.1 噪音引起肠道菌群紊乱

长期的噪音刺激作为一种日常困扰，不仅会引起机体的慢性应激，导致神经、内分泌等各系统一系列的功能改变，还会通过许多机制引起肠道功能的紊乱。噪音作为一种应激因子，一方面会使交感神经自主神经系统过度激活，激活HPA 轴，增加皮质醇水平[29-31]。另一方面，中枢和外周神经系统广泛表达促皮质激素释放因子受体1（corticotropin-releasing hormone receptor 1，CRFR1）和促皮质激素释放因子受 体2（corticotropin-releasing hormone receptor 2，CRFR2），而二者在肠道功能中相互拮抗，CRFR1 激活可促进结肠运动和增加肠道通透性，而后者激活延缓肠道的运动[32]。CRFR1/2平衡理论认为，应激状态下二者平衡的打破可以导致肠道动力异常[33]。在Cui等[33]的研究中显示，大鼠在慢性噪声的暴露下会引起门和属水平上的肠道菌群总数均较对照组显著升高，此外在噪声暴露的大鼠盲肠中，革兰氏菌和放线菌数量减少，同时Roseburia和粪便中的细菌也会减少。在该研究中，慢性噪声暴露还会引起大鼠肠道的炎症反应，使大鼠肠匀浆中IgA、IL-1β和TNF-α水平持续升高[34]，引起肠道菌群的紊乱。

3.2 肠道菌群紊乱损伤肝脏

生理情况下肝脏通过门静脉获得大部分血液供应，通过肠-肝轴来持肠道和肝脏之间恒定。研究表明，肠-肝轴功能失调，如肠道菌群紊乱、小肠细菌过度生长、肠道通透性增加等，在非酒精性脂肪肝的发生和发展过程中具有重要作用[35]。研究认为，肠道菌群可以通过多种机制加剧非酒精性脂肪肝[36]，包括影响免疫炎症反应、调节饮食当中能量的代谢与吸收、参与胆碱、调节胆汁酸的代谢等[37]。

3.2.1 调节胆汁酸的代谢 胆汁酸对脂肪的消化吸收具有重要作用，其合成受回肠及肝脏细胞核受体法尼酯受体（farnesoid X receptor，FXR）[38]及G蛋白胆汁酸偶联受体1的调节。此外，胆汁酸作为自身的信号分子，与胆汁酸受体结合，产生激动或拮抗作用，调节脂质和葡萄糖代谢，并参与调节肝脏和其他组织的炎症反应。FXR 是胆固醇和胆汁酸稳态的关键调节因子，也是参与肝脏中葡萄糖和脂质代谢调节的主要转录因子[39]，FXR 及其下游基因可以参与调控肝脏脂质合成、极低密度脂蛋白的输出和甘油三酯的运输。实验表明[40]，用胆汁酸或特定的FXR激动剂对糖尿病小鼠、肥胖小鼠进行治疗可降低血浆甘油三酯、脂肪酸和胆固醇，并降低肝脂质水平。肠道菌群参与胆汁酸的代谢与转化，对胆汁酸信号传导有重要作用。肠道菌群中表达胆汁盐水解酶的细菌解偶联初级胆汁酸，表达7-α羟化酶的细菌将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，而维持调节整个肠道胆汁酸池。鹅脱氧胆酸是最强大的FXR 激动剂，而脱氧胆素和胆石酸则是FXR的抑制剂。肠道菌群失调可导致胆汁酸代谢失衡，产生拮抗作用增强，抑制肝FXR-SHP 通路，影响脂质代谢，从而加速脂肪合成和诱发非酒精性脂肪肝[41]。

3.2.2 产生脂多糖（LPS）引起免疫炎症 研究表明，非酒精性脂肪肝的发生与小鼠肠道菌群微生物多样性降低和硬菌与拟杆菌的比率增加密切相关，当菌群失调时，肠绒毛变短、塌陷，肠黏膜通透性增高，屏障功能减弱，导致大量细菌及衍生物经门静脉到达肝脏[42]。内毒素是G-杆菌细胞膜的主要成分，脂多糖为内毒素的主要活性成分。脂多糖与脂多糖结合蛋白结合，再与CDl4受体结合，形成脂多糖-脂多糖结合蛋白-CDl4 复合体激活TLR4，产生促炎因子和趋化因子，在肝脏Kupffer 细胞最终激活炎症瀑布，从而导致肝脏损害[43]。

3.2.3 调节饮食当中能量的代谢与吸收 肠道菌群主要参与糖和脂质代谢从而调节宿主能量代谢。当肠道菌群紊乱时，多糖被肠道细菌转化为单糖和短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAS）增多，SC⁃FAS 可为宿主提供能量。SCFAS 影响G 蛋白耦联受体41和G蛋白耦联受体43，刺激胰高血糖素样肽-1产生和释放，抑制胃肠蠕动，胃肠转运时间延长，使宿主从饮食中吸收的能量增加，进而促进肥胖及其相关脂肪肝病的发生。

3.2.4 参与胆碱代谢 饮食中胆碱缺乏会导致肝脏脂肪变性，而这种脂肪变性可通过补充胆碱而逆转。肠道菌群紊乱时产生的酶可催化膳食胆碱转化为有毒的甲胺（二甲胺和三甲胺），一方面这些二甲胺和三甲胺被转运到肝脏转化为三甲胺氧化物引发肝脏的炎症反应[44]，另一方面还会降低胆碱的生物利用度，产生类似胆碱缺乏饮食相似的肝脏表现。

4 其他

除上述机制外，噪音会引起炎症因子的释放，激活肝脏的炎症；噪音造成的压力还会降低机体的免疫系统功能，促进肝损伤的发生；另外，噪音引起的振动或共振也可能对肝脏造成损害。

5 结语

噪音是一种应激原，可引起机体神经和内分泌的一系列应激反应，诱发氧化应激、胰岛素抵抗以及肠道菌群失调，从而导致肝脏的损伤。对于本身肥胖的个体，这种伤害更加迅速和显著。目前，关于噪音对肝脏损伤机制方面的研究相对较少且研究方向比较局限。大多数研究都是从应激反应入手。是否还有其他机制参与这种损伤过程，是否还有其他因素能影响肝脏在噪音下的损伤程度和速度，不同分贝、不同时长、不同类型的噪音产生的效力有何差别，都是值得进一步研究的问题。因此，为防治肝脏损害，减少噪音污染，指导人们健康生活，还需对其他机制和可干预靶点进一步研究。