胆固醇代谢与非酒精性脂肪性肝炎的研究进展

李潇潇，舒祥兵，张 莉*

(1.上海中医药大学附属龙华医院/脾胃病研究所， 上海 200032；2.上海中医药大学附属曙光医院宝山分院 老年医学科， 上海 201999)

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)已成为最常见的疾病，影响全球约25%的人口。非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)是NAFLD的一种进展形式，其组织学特点为门静脉和肝小叶单核和多核炎性细胞浸润、肝细胞气球样变性、纤维化和肝细胞坏死。NASH可导致肝脏纤维化、肝硬化、肝衰竭及肝脏肿瘤的发生。胆固醇(cholesterol)作为人体重要的脂类物质与信号分子，参与多种细胞功能，如质膜构成，合成胆汁酸、维生素D以及固醇等。研究表明，脂毒性引起的肝脏损伤是NASH形成的重要因素，而胆固醇以及代谢产物作为主要的脂毒性分子，其在肝组织中的累积能够加速NASH的进程。饮食中的胆固醇能够促进NASH的发生， 尤其是巨噬细胞内胆固醇可以通过诱发炎性反应参与NASH的发生和进展。因此，在NASH疾病进展中，胆固醇引起的代谢紊乱与炎性反应发挥着重大作用。本文将主要从胆固醇代谢与炎性反应的关系入手，进行综述。

1 胆固醇的生理代谢

饮食中的胆固醇在肠道中的吸收依赖于胆固醇转运蛋白-NPC1样1[Niemann-Pick disease,type C1(NPC1) like intracellular cholesterol transporter 1, NPC1L1]，其N端结构域可以选择性的结合胆固醇或者氧化固醇[1]。游离胆固醇(free cholesterol, FC)被细胞摄入后并转运至内质网(endoplasmic reticulum, ER)中，参与细胞内乳糜微粒(chylomicron, CM)组装。CM被分泌至胞外，穿过固有层，进入乳糜管和淋巴管，最终释放入血。CM在外周血循环过程中，血管内皮表面的脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase, LPL)会将CM中的三酰甘油水解生成甘油及脂肪酸，而CM残余颗粒则被肝细胞摄取。

血液或者外周组织中过高的胆固醇被ApoA-I载脂蛋白接收，参与形成高密度脂蛋白(high-density lipoprotein, HDL)并向肝脏转运。肝细胞的胆固醇可通过极低密度胆固醇(very low density lipoprotein, VLDL)被分泌到外周。在外周循环中，胆固醇酯转运蛋白(cholesterol ester transfer protein, CETP)将HDL中的胆固醇酯(cholesterol ester, CE)转运至VLDL，参与VLDL向富含胆固醇酯(cholesterol ester，CE)的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)的转化。因此，CETP在HDL以及VLDL、LDL的代谢中具有重要作用。

除了胞外摄取，细胞自身以乙酰CoA为原料，在3-羟基-3-甲羟基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGCR)等关键限速酶的作用下合成胆固醇。细胞内胆固醇稳态受到胆固醇调节元件结合蛋白2(sterol-regulatory element binding proteins 2, SREBP2)以及肝X受体(liver X receptors, LXR)两种信号通路的共同调控[2]。一方面，SREBP2上调低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor, LDLR)、HMGCR的表达，增加胆固醇在细胞内的转运与生成；另一方面，LXR信号通路上调吲哚促进LDLR降解，减少胆固醇的向细胞内转运；同时上调ATP结合盒转运体(ATP binding cassette, ABC)A1以及ABCG1的表达等，促进胆固醇胞外转运。

2 胆固醇诱导非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的机制

2.1 胆固醇诱导巨噬细胞活化

高脂饮食可以诱导单纯性脂肪肝，而高脂高胆固醇饮食则加速NASH进程，甚至可诱导NASH相关肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)的产生。在此过程中，胆固醇作为脂毒性分子，可以诱导巨噬细胞活化，促进巨噬细胞数量显著增加，形成具有促炎状态的肝脏微环境，推进NASH进展；而且随着饮食中胆固醇比例的升高，肝脏中F4/80+CD11b+的浸润型巨噬细胞数量越多，说明胆固醇可以诱导外周单核细胞来源的巨噬细胞向肝脏流入与募集[3]。在NASH疾病状态下，巨噬细胞促进更多的炎性因子以及趋化因子的分泌，同时募集并激活其他免疫炎性细胞，以及肝星状细胞(hepatic stellate cell, HSC)和成纤维细胞，在脂肪变、炎性反应以及纤维化发病过程中的扮演着重要角色。

胆固醇在巨噬细胞中累积可以形成胆固醇结晶(cholesterol crystallization, CC)或者王冠样结构(crown-like structures, CLSs)，CC能够上调巨噬细胞中caspase1 (p20)活体形式，进而促进炎性小体3(nucleotide-binding domain, leucine-rich-containing family, pyrin domain-containing-3, NLRP3)以及白介素1(interleukin-1β, IL-1β)成熟与分泌，而运用NLRP3抑制剂MCC950，可以有效逆转以上炎性细胞因子的水平[4]。此外，巨噬细胞内的CC还可以通过激活补体系统诱导炎性反应。补体片段C1q与ficolin-2分别与CC结合，经过经典途径以及凝集素途径，激活终极补体复合体。单核细胞表面的CR3(CD11b/CD18)和CR1(CD35)能够识别补体片段，促进炎性因子IL-1α、MIP-1α、TNF、IL-6、IL-8等的产生[5]。巨噬细胞吞噬ox-LDL诱导泡沫细胞形成的同时，在门静脉区损伤内皮形成斑块，活化KCs上调IL-1β和植物血凝素样氧化型低密度脂蛋白受体1(lectin like Ox-LDL receptor-1, LOX-1)的释放，进而加速NASH的产生[6]，而沉默CXC 趋化因子配体12( CXC chemokine ligand 12, CXCL12) 能够抑制ox-LDL 诱导巨噬细胞RAW264.7泡沫化，促进ABCA1表达上调[7]。高脂高胆固醇饮食能够上调肝细胞脂滴中CC含量，诱导巨噬细胞中的CLSs形成以及NLRP3炎性小体激活，说明胆固醇结晶体可以激活炎性小体，导致NASH伴纤维化，而依折麦布联合阿托伐他汀可以完全溶解胆固醇结晶，缓解NASH以及纤维化，其效果优于单一使用的依折麦布或者阿托伐他汀[8]。

2.2 胆固醇影响亚细胞器的功能

生理状态下线粒体中胆固醇水平较低，胆固醇在线粒体中的累积会导致线粒体功能紊乱，释放线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)。mtDNA能够激活Kupffer细胞(KC)表面的TLR9，上调TNF-α、IL-6以及趋化因子的表达，加速肝细胞脂质沉积和HSC活化，促进NASH发生和进展[9]。胆固醇累积诱导的mtDNA释放还可以以AIM2依赖的方式促进IL-1β的产生，降低细胞内mtDNA能够抑制胆固醇诱导的IL-1β的释放[10]。此外，高胆固醇饮食能够上调与谷胱甘肽稳态相关基因，同时下调编码线粒体蛋白的核基因，诱导线粒体膜电位以及ATP含量降低，引起ATP耗竭、氧化应激等，最终导致肝细胞损伤[11]。

内质网是生物大分子合成的重要场所，内质网膜上胆固醇水平升高亦可以诱发ER应激。高脂高糖高胆固醇(fat, fructose, and cholesterol, FFC)饮食可以活化内质网膜上的感应器肌醇依赖性激酶1α(inositol requiring enzyme 1α, IRE1α)，诱导肝细胞释放富含神经酰胺的细胞外泌体，募集外周单核细胞来源的巨噬细胞，促进炎性反应的产生和NASH的进展。此外，胆固醇在ER中累积，能够诱导NLRP3以及caspase-1的激活和IL-1β的释放[12]。NLRP3在ER可与Scap-SREBP2复合体结合形成三聚体，Scap将SREBP2以及NLRP3转移至高尔基体，促进SREBP2的成熟以及NLRP3的激活。因此，胆固醇内源性合成可能伴随NLRP3的激活，SREBP2成熟所需的Scap运载以及S1P蛋白酶的切割是NLRP3激活所必须的[13]。

此外，溶酶体中胆固醇累积能够诱导溶酶体释放组织蛋白B，促进NLRP3的激活[4]。当存在溶酶体酸性脂肪酶缺乏症(lysosomal acid lipase deficiency, LALD)或者NPC1(niemann pick C1-Like 1 protein)、NPC2突变时，由于溶酶体释放的FC减少，细胞会负反馈上调HMG-CoA在肝组织中的表达，促进胆固醇合成以及LDLR的表达。同时，ABCA1的表达降低，进而减少细胞内胆固醇的转运[14]。

2.3 胆固醇-胆汁酸代谢与NASH形成

肝脏是胆固醇代谢的主要器官，50%的胆固醇在肝脏内被转化为胆汁酸进入肠肝循环，这是胆固醇主要代谢去路，亦是维持细胞内胆固醇稳态的关键。胆固醇在肝细胞中合成的初级胆汁酸在胆盐输出泵的作用下，经胆管与十二指肠分泌与排泄进入肠道，而95%的胆汁酸经门静脉回流入肝脏，与新合成的胆汁酸一起进入下一个肝肠循环。特定胆汁酸组分可以激活不同的胆汁酸受体进而调控多种功能。其中法尼醇X受体(farnesoid X receptor, FXR)和G蛋白偶联胆汁酸受体1(G-protein-coupled bile acid receptor, GPBAR1, 又作TGR5)是NASH药物研究的重要靶点。FXR具有抑制肝脏脂肪的从头合成，促进脂肪酸氧化，增加胰岛素的敏感性以及抑制炎性反应等作用。目前处于临床开发阶段FXR激动剂有：奥贝胆酸(obeticholic acid, OCA)、TERN-101、Cilofexor、Nidufexor、Tropifexor等[15]。OCA作为FXR激动剂是目前唯一通过III期临床验证的治疗NASH的药物，具有改善NASH脂质累积与减轻纤维化的作用[16]；但是其临床药理效果欠佳，仅有23%的患者纤维化水平改善超过1级；OCA虽然可以显著降低肝脏炎性反应，改善NAS评分，但是OCA又可以通过改变CETP活性，上调低密度脂蛋白胆固醇水平，并降低了高密度脂蛋白胆固醇水平，引起脂质代谢谱紊乱[17]。胆汁酸与TGR5的结合，主要以直接或者间接的方式调控胰岛素分泌，影响糖代谢；也可以通过增加细胞内的环磷酸腺苷，介导巨噬细胞炎性因子的释放，影响免疫与炎性反应。TGR5激动剂能够促进白色脂肪组织棕色化，降低炎性因子水平，促进能量消耗，逆转NASH小鼠模型中肝脏及血管损害[18]。

肠道菌群-胆汁酸互作能够调控胆固醇代谢。抑制具有胆盐水解酶活性的菌群，如Lactobacillus、Bacillus、Streptococcus以及Lactococcusgenera能够上调肠道中结合胆汁酸的水平，结合胆汁酸通过抑制肠道FXR/FGF15信号通路，促进胆汁酸合成通路酶水平，从而使肝脏产生以及排泄更多的胆汁酸，降低细胞内胆固醇的水平，达到降脂的目的。饮食中的胆固醇通过影响肠道菌群-胆汁酸互作，影响NASH的进展。高脂高胆固醇饮食能够抑制拟杆菌、双歧杆菌丰度，上调血中牛磺胆酸(taurocholic acid, TCA)的水平；而TCA可以加速胆固醇诱导的脂质沉积，加速NASH及相关HCC的发生[19]。除了TCA，饮食性的胆固醇可以下调与色氨酸代谢能力相关的肠道菌群，下调血清中3吲哚丙酸水平，促进胆固醇诱导的脂质沉积[19]；吲哚，作为肠道菌群代谢物，既可以通过抑制KC细胞中NLRP3的活化，缓解炎性反应；又可以增加肝组织中与4β-羟基胆固醇有关的转录调控，抑制LPS诱导的胆固醇代谢[20]。肠道菌群代谢产物三甲胺与血清HDL具有负相关，低水平的HDL导致胆固醇逆转运减少[21]。因此，肠道菌群代谢物亦可以影响胆固醇代谢。

3 问题与展望

胆固醇作为生物合成的重要物质，参与人体健康的多个方面功能发挥，因此维持胆固醇在摄入，合成，代谢以及外流等多方面的稳态非常关键。除此之外，NASH的发病机制复杂多变，迄今缺乏有效的治疗手段。胆固醇代谢紊乱介导NASH/NAFLD的进展引起人们广泛的关注，大多集中在肝细胞中胆固醇累积诱导的脂质沉积、炎性反应甚至是纤维化，但巨噬细胞中胆固醇代谢紊乱如何介导NASH走向，这方面的机制知之甚少。目前肠道菌群及其代谢物调控胆固醇代谢防治NASH的机制研究日渐受到关注，是一个比较有价值的研究方向，值得去探究。在治疗方面，他汀类药物已被广泛用于治疗NASH中经常发生的胆固醇异常，但没有充分的临床证据评估降胆固醇可以减轻肝损伤以及纤维化的有效性。而肿瘤患者在化疗时，常加入辛伐他汀作为辅助治疗，说明矫正胆固醇紊乱可以产生协同增效的作用，辛伐他丁对代谢性肿瘤有一定的治疗前景。总之，宿主维持胆固醇稳态是一个相当复杂的动态过程，应当从多方面探讨胆固醇稳态在NASH疾病进展中的作用，为阐明靶向胆固醇代谢防治NASH进展提供理论依据。