部分植物性天然产物在非酒精性脂肪肝中的研究进展

管玲玲 张恒 门秀丽

华北理工大学基础医学院(河北省慢性疾病重点实验室) 河北唐山 063210

非酒精性脂肪肝疾病(Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)是一种严重的慢性代谢性疾病，也是当今世界范围内慢性肝病最常见的病因之一，其特征是肝实质细胞中脂肪堆积增加[1]，发病机制复杂，通常与氧化应激、炎症和胶原纤维组织以及胰岛素抵抗密切相关。进行性NAFLD从简单的脂肪堆积发展为非酒精性脂肪性肝炎，进而形成肝胶原纤维组织，最后发展为肝硬化，成为导致肝移植最常见的肝脏疾病[2]。目前已有一些预防或治疗NAFLD的药物研究，但尚无经美国食品药品监督管理局(FDA)认证的、已显示出显著疗效或长期安全性的药物；近年来，越来越多的研究集中在开发天然植物治疗NAFLD，因其具有的潜在的抗炎、抗氧化、抗糖尿病、胰岛素增敏、抗肥胖、降血脂和保肝等特性，已成为治疗肝脏疾病包括非酒精性脂肪肝(Non-alcoholic fatty liver，NAFL)的重要疗法[3]。最近的研究表明：水果、香料、茶、咖啡和其他植物及其生物活性化合物，如白藜芦醇、花青素、姜黄素和茶多酚等物质可以通过改善肝脂肪变性、氧化应激、炎症、肠道菌群失调和细胞凋亡，以及调节自噬来缓解 NAFLD[4]。另外，临床试验证实了植物性食物对脂肪肝患者的有益作用。总之，某些植物性食品是具有预防和缓解NAFLD的生物活性化合物的天然来源。

1 NAFLD发病机制研究

NAFLD是指在没有过量饮酒的情况下，超过5%的肝细胞有脂肪蓄积(肝脏脂肪变性)，主要以甘油三酯为主，这是由于调节肝脏中脂肪合成的稳态机制发生了异常。NAFLD是全世界最为普遍的肝脏疾病，影响全球约 17 亿人，相当于全球人口的 25%[5]。在中国，近几十年来 NAFLD的患病率从18% 急剧增加到 29%[6]。NAFLD发病分为四个阶段：第一阶段是肝脏脂肪沉积，也称为NAFL；第二阶段是非酒精性脂肪性肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis，NASH)，其特征是肝脏脂肪沉积过多和炎症；第三阶段是持续性肝脏炎症(肝炎)导致肝脏瘢痕组织形成，此阶段称为胶原纤维组织；第四阶段是肝硬化，是 NAFLD 的一种严重形式，其中胶原纤维组织取代了大部分肝细胞，因此肝细胞的结构和功能受到损害，最终导致肝衰竭[7]。

代谢相关脂肪性肝病是一种复杂和具备不同病因的异质性表型，起因于环境因素、饮食、生活方式、代谢和遗传因素之间的动态相互作用，涉及多个器官和肠道微生物群之间的串扰[8]。从机制上看，氧化应激、肝脏炎症、线粒体功能障碍、促炎细胞因子失衡、胶原纤维组织、胰岛素抵抗、高胰岛素血症、血浆游离脂肪酸、脂肪肝和肝细胞损伤是支持NAFLD和胶原纤维组织发生的病理机制。目前认为该疾病是由于高能量摄取、久坐的生活方式等导致脂肪酸输入/输出平衡失调，从而导致肝脏脂质过度积累[9]。肝脏中游离脂肪酸的增加与高能量饮食、脂肪组织的脂解能力增加和肝脏从头脂肪生成增加有关，此时脂肪酸的氧化和极低密度脂蛋白(Very low density lipoprotein，VLDL)分泌相关的输出机制不足以抵偿甘油三酯的积累[10]。脂肪变性之后是氧化应激导致脂质过氧化和炎症。研究表明肝脏中的饱和脂肪酸会引起肝细胞内质网应激相关的脂毒性以及线粒体紊乱引起的脂质氧化反应[11]。此外，富含饱和脂肪、精制碳水化合物和含糖饮料的高能量饮食及肠道微生物菌群与NAFLD发病机制密切相关。NAFLD 患者的不良饮食可能会导致短链脂肪酸 (Short-chain fatty acid，SCFA) 产量低、肠道通透性增加以及肠道细菌或其产物易位至肝脏相关的微生物群发生变化，包括生态失调引起的肠道内皮屏障功能失调，允许细菌成分易位从而促进炎症的发生。此外，肠道微生物群产生的各种代谢物可能会影响肝脏，从而调节NAFLD 的易感性[12]。

目前，有研究表明 NAFLD与代谢综合征相关的每个危险因素之间均有较强的相关性，尤其是肥胖、2型糖尿病(T2DM )和血脂异常[13]。肥胖被认为是NAFLD的主要危险因素，因为体重指数 (BMI) 和腰围与NAFLD的存在和疾病进展呈正相关[14]。此外，T2DM与NAFLD的进展密切相关，事实上超过50%的T2DM患者患有NAFLD[15]。

另有研究表明，几个重要信号通路的紊乱在NAFLD 的进展中起着至关重要的作用，如腺苷 5'-单磷酸激活蛋白激酶 (AMPK)、沉默调节蛋白抗原1 (sirtuin 1 /SIRT1)、过氧化物酶体增殖物激活受体 (PPAR)等。因此，通过调控NAFLD相关的重要通路是减轻NAFLD的重要途径[16-18]。

2 植物性食物与 NAFLD 关系的流行病学证据

流行病学的研究显示以植物为基础的高纤维、低脂肪的食品与NAFLD的改善成正相关[19]。一项基于2130名NAFLD患者的前瞻性队列研究，通过4年随访发现， 较多的食用水果和蔬菜可降低女性患NAFLD的风险[20]。一项针对2687名受试者的前瞻性研究表明，番茄红素的较高摄入能改善中老年人的NAFLD[21]。此外，还有研究表明，摄入大蒜和洋葱等可以降低NAFLD的风险[22]。同样，一项涉及91436名受试者的研究表明，咖啡消费量的增加与韩国男性患NAFLD的风险降低有关。回顾性横断面研究评估了NAFLD患者的咖啡摄入量，结果表明每天喝两杯以上的咖啡可以降低肝脏的脂肪蓄积[23]。另外，一项基于58名患者的横断面研究表明，包含全谷物和豆类等其他植物性食物的饮食模式也可以降低NAFLD的风险[24]。其他涉及1639名参与者的横断面研究报告称，摄入全谷物可以降低NAFLD的风险[25]。一项基于23529名参与者的大型横断面研究表明，摄入不溶性膳食纤维(一种广泛存在于全谷物中的非淀粉多糖)与NAFLD的风险呈负相关[26]。总之，根据流行病学研究结果，多种植物性食物(如大蒜、洋葱和全谷物)及其生物活性成分(如不溶性膳食纤维)有利于降低患者非酒精性脂肪肝的风险。

3 植物性食品中与NAFLD 相关的有益生物活性化合物

近年来的研究表明，多种植物性生物活性化合物和植物化学成分以及植物性食品如多酚、类胡萝卜素等，可通过多种机制来预防和改善NAFLD[27]。研究NAFLD相关的有益生物活性化合物的潜在作用机制，以促进抑制NAFLD发生进展的新型治疗化合物的开发。

3.1多酚 水果和蔬菜富含多酚，天然多酚是蔬菜中含有的一类异质多酚化合物，根据其化学结构进行描述：类黄酮和非类黄酮包括白藜芦醇、花青素、姜黄素、表没食子儿茶素没食子酸酯、槲皮素、香豆雌酚等。大多数多酚类化合物具有很强的抗氧化性能，这些化合物的有益作用与其抗氧化特性有关，可以抑制氧化应激和脂质过氧化，防止肝细胞损伤，减少炎症。有研究发现在血清和肝脏中添加不同的多酚后，超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase， SOD)、氧化氢酶(Catalase，CAT)、还原型谷胱甘肽(Glutathione，GSH)和谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathion peroxidase，GpX)等抗氧化酶均升高；另有研究发现多酚通过降低促凋亡基因B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，bcl-2)和bax蛋白的表达起到抗炎作用。上述结果表明不同的多酚具有较高的抗氧化能力，因此即使在NAFLD发病时也可能对疾病的进展有抑制作用。此外，许多多酚也对肝脏和肝外葡萄糖、脂质体内平衡产生多种有益作用，可以调节脂类相关的代谢过程，包括从头合成脂类、脂类积累和脂类氧化等。然而，不同类型的多酚可能涉及不同的调控靶点和信号转导途径。有文献还表明多酚除了具有抗氧化、抗炎、改善脂质、糖类和氨基酸代谢等作用外，尚具有抑制血小板聚集、改善内皮素功能等治疗作用[28-31]。因此，各种多酚通过不同的机制在NAFLD的发病机制中发挥作用。

白藜芦醇是一种广泛存在于葡萄等水果中的有益生物活性化合物，属于天然酚类二苯乙烯，具有许多有益特性。白藜芦醇可以预防肝脂肪变性甚至改善胶原纤维组织，还可以改善胰岛素抵抗[32]。鉴于白藜芦醇对NAFLD的抑制作用，目前的研究多集中在其与SIRT1相关通路的相互作用上，有研究表明，白藜芦醇作为 SIRT1 的天然激活剂，通过诱导腺苷酸活化蛋白激酶(AMP activated protein kinase，AMPKα)-SIRT1通路抑制核因子活化B细胞κ轻链增强子(Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB)炎症通路从而改善小鼠脂肪肝。此外，Khaleel等[33]的研究表明，白藜芦醇可能通过三种不同的机制阻止NAFLD的发展，并显著恢复对胰岛素的敏感性。花青素(Anthocyanin，ACN)是一组水溶性黄酮类化合物，大多数浆果，尤其是黑浆果富含花青素和原花青素。据报道花青素可减少肝脏脂质积累，并可能抵消氧化应激和肝脏炎症，具有改善胰岛素抵抗、肝损伤和NAFLD临床进展的生物学作用[34]。Song等[35]使用樱桃花青素提取物作为补充来治疗由高脂肪饮食引起的小鼠肝脂肪变性，对其肝组织的芯片分析显示，在氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)信号通路、类固醇生物合成、脂肪酸代谢和不饱和脂肪酸生物合成等16个通路中富集的1119个基因的基因表达发生了差异。Wang等[36]〗利用从黑莓、野生蓝莓、草莓和苦果中提取的花青素，发现不同的花青素对油酸诱导的肝脂肪变性小鼠的作用存在显著差异。

此外，一些香料也具有改善NAFLD的作用。例如姜黄素是一种从姜黄中提取的天然多酚化合物。姜黄素具有抗氧化、抗炎和保肝等多种生物活性，随机对照试验的系统评价和剂量反应荟萃分析表明，姜黄素可以改善NAFLD患者的内脏脂肪和腹部肥胖[37]。大蒜素是一种来自大蒜水提取物的生物活性成分，可以降低酒精性肝脂肪变性小鼠肠道微生物群的丰度，如克里斯滕菌科和瘤胃球菌科，使肝脏甘油三酯水平降低[38]。

此外，一些来自茶叶的有益生物活性化合物也具有减轻NAFLD的作用。茶多酚是从茶叶中提取的生物活性化合物，主要包括儿茶素等酚类化合物。儿茶素具有改善氧化应激、炎症、糖尿病和肥胖等多种生物学效应，且儿茶素还具有调节脂肪组织和肝脏等代谢组织的功能。表没食子儿茶素-3-没食子酸酯 (EGCG) 是茶中含量最丰富的儿茶素，可以有效调节能量代谢、脂质氧化和胰岛素抵抗。因此，茶多酚可被用于调节NAFLD患者代谢综合征的潜在辅助疗法[32]。

其他植物，如红景天、水飞蓟和人参等是功能性食品或具有抗NAFLD作用的传统草药。红景天苷是来自红景天的天然酚类次级代谢产物，具有改善脂质代谢和抗氧化活性[39]。水飞蓟素是从水飞蓟中提取的亲脂性活性复合物，并含有多种黄酮木脂素，保肝作用显著。人参皂苷是从人参中提取的无定形化合物，可以通过影响下丘脑腹内侧核来抑制食欲，同时抑制肠道对脂肪的吸收[38]。

除了上述已被广泛研究的多酚类化合物外，研究人员还在多种植物中发现了许多对NAFLD治疗有益的天然多酚，包括从迷迭香中分离出的迷迭香酸、覆盆子酮、桂皮素、杨梅素等。

3.2类胡萝卜素 类胡萝卜素是一类由数百个相关分子组成的萜类化合物，是一种黄到红的类异戊二烯色素[39]。植物、藻类等光合植物、原生生物和细菌以及一些异养细菌和真菌都能合成这些色素。类胡萝卜素分为两类，即含氧的叶黄素和不含氧的胡萝卜素，这取决于其中是否存在氧分子。由于叶黄素和胡萝卜素的结构中都含有共轭双键，它们通过转移电子具有很高的还原能力，这使得类胡萝卜素具有抗氧化的特性。此外，众所周知，类胡萝卜素能产生抗炎反应，因此，摄入类胡萝卜素可预防NAFLD的发生[40-41]。

番茄红素是从番茄中提取的一种不具有维生素原A活性的脂溶性类胡萝卜素，肝脏是番茄红素的主要储存地之一[40]，番茄红素可以改善氧化应激和炎症状态，调节代谢过程和肝功能[42]。除了抗氧化作用外，类胡萝卜素还可以调节巨噬细胞极化，从而阻止NASH的进展[43]。一项在不同的啮齿动物模型(包括大鼠、小鼠和沙鼠)中进行的研究发现，通过不同的方法补充番茄红素，发现其在改善肝脏脂肪变性和炎症方面均有有益的效果，且肝脏抗氧化状态也得到提升[44]。综上所述，番茄红素对肝脏有预防NAFLD的有益作用，这可能是由其抗氧化作用。

虾青素(Astaxanthin，ASTX)是主要来源于微生物和海洋生物的抗氧化应激天然类胡萝卜素，主要存在于虾、蟹、鲑鱼、藻类和其他海洋生物中[45]，由于其特殊的具有亲水和亲脂的特性化学结构，可以直接进入细胞，扑灭活性氧和自由基。因此具有很强的抗氧化活性，其抗氧化功能是维生素E的500倍。虾青素可以通过防止氧化应激来保护线粒体，被认为是防治NASH和抑制胶原纤维组织的重要化合物[46]。有研究表明虾青素可降低高脂饲料喂养小鼠的脂质积累并诱导能量消耗[47]。Wu L等[48]还发现虾青素可通过上调成纤维细胞生长因子21(Fibroblast growth factors21，FGF21)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(Peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α，PGC-1α)通路减轻NAFL患者的肝损伤和线粒体功能障碍。同时，Kim B等[49]发现虾青素能够降低高脂(HF)/高蔗糖(HS)饮食诱导小鼠肝脂滴形成、巨噬细胞浸润、炎症和胶原纤维组织。 Ni等[50]报道，添加虾青素显著降低HF/HC饲粮小鼠肝脏中f4 /80阳性细胞的数量和促炎细胞因子的表达。

3.3其他有益生物活性化合物 此外，还有一些生物活性化合物，如咖啡酸、葫芦巴碱、omega-3多不饱和脂肪酸、异硫氰酸酯等，由于其具有改善肝脏甘油三酯代谢、氧化应激和胶原纤维组织进展的特性，有益于保护肝功能。因此，这些化合物与NAFLD的治疗密切相关[51]。

4 结论

综上所述，NAFLD是世界范围内存在的日益严重的健康问题，患病率达25%[5]。在NAFLD发病过程中，脂质积累、胰岛素抵抗、氧化应激、炎症、脂毒、肝细胞凋亡和胶原纤维组织等多种损伤均可诱发肝脏损伤。有研究表明，抑制一种或多种损伤可防止NAFLD的发展，然而目前尚缺乏FDA批准的治疗NAFLD的药物。改善生活方式如增强锻炼或改变饮食方式以最终减轻体重仍然是NAFLD最有效的治疗方法[52]。然而，这些非医疗的治疗手段对于一般患者来说难以坚持。全世界范围内每年新增NAFLD患者数百万，而且患病人数仍在逐年增加[53]，因此迫切需要开发治疗NAFLD的药物。增加植物性食物摄入量的健康饮食模式可以降低患NAFLD的风险，其机制可能与改善肝脂肪变性、氧化应激、炎症、肠道菌群失调、细胞凋亡、自噬和乙醇代谢有关[54-55]，且已有几项临床试验证实了植物性食物对NAFLD的保护作用[56]。本文综述了植物性食品中多酚、类胡萝卜素等有益生物活性化合物对NAFLD发生的保护作用。归纳了各种多酚在NAFLD发病机制中发挥作用的不同的机制，包括抗氧化、抗炎，改善脂质、糖类和氨基酸代谢。 而类胡萝卜素对NAFLD的保护作用主要通过其抗氧化、降脂、抗炎、抗胶原纤维组织和胰岛素增敏特性介导的。尽管植物性食物及其生物活性化合物在NAFLD 患者中的实际应用耐受性良好，但安全有效剂量有待进一步证实。未来需要对更多植物性食品进行研究以预防或治疗NAFLD，并进一步对其主要生物活性化合物进行分离和鉴定。