Betatrophin与非酒精性脂肪性肝病

韩仕杉 综述,赵彩彦 审校

非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver diseases,NAFLD)的疾病谱包括非酒精性单纯性肝脂肪变、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steato hepatitis,NASH)、肝硬化和肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)[1,2]。其主要发生机制目前集中在毒性脂质、炎症、氧化应激、内质网应激、IR等[1]。Betatrophin是一种非典型血管生成素样蛋白,对糖脂代谢发挥重要的作用,有研究发现其与NAFLD发生进展密切相关。本文将这一新的代谢调控因子与NAFLD的相关研究作一综述,以期更好地明确其在NAFLD发生发展过程中发挥的重要作用,挖掘其潜在的临床应用价值。

1 Betatrophin

在2012年,多位研究者先后发现了一个新的脂质代谢调节因子,分别命名为再喂养诱导的肥胖肝(refeeding induced fat and liver,RIFL)、lipasin、血管生成素样蛋白-8(angiopoietin-like protein 8,ANGPTL8)[3-5]。随后,在2013年Yi et al[6]通过IR小鼠模型发现一个编码分泌蛋白的基因,该蛋白表达水平在IR时升高,称这个基因为Betatrophin。以上研究发现的为同一种基因,在本文统一采用Betatrophin命名。

Betatrophin属于分泌性糖蛋白。在小鼠中,betatrophin在白色和棕色脂肪组织以及肝脏中高度富集;在人类中,主要表达在肝脏中,在脂肪、大脑、直肠和心脏中的表达有限,在间质血管细胞中缺乏表达[3-6]。Betatrophin基因产物编码一个由198个氨基酸组成的分泌性蛋白质,其相对分子质量为22000。人类betatrophin位于染色体位置19p13.2,小鼠基因存在于染色体9上[7]。Betatrophin主要定位于细胞质中,呈囊泡样分布,其与溶酶体相关膜蛋白2(recombinant lysosomal associated membrane protein 2,LAMP2)和脂滴蛋白2(perilipin 2,PLIN2)相关,表明betatrophin定位于核内体/溶酶体和脂滴(lipid droplets,LDs),参与了水解降解和脂质调节途径[8]。目前大部分研究认为betatrophin参与了糖脂代谢,但仍有争议,且其作用机制也仍不明确,需要更多的临床研究来确证。

2 Betatrophin在NAFLD发生发展过程中的作用

根据流行病学调查,目前NAFLD在全球各地的平均患病率为24%,患病率最高的为南美洲和中东,而在非洲最低。在近20年中,亚洲地区NAFLD患病率呈现明显升高趋势,约为27.4%(95%CI:23.3%～31.9%)[9]。目前关于NASH患病率的报道较少,大多通过NAFLD中NASH的比例进行间接估算,在亚洲NASH在NAFLD患者中的比例为10%～20%[10]。

NAFLD的发病机制尚不明确,曾经提出的“两次打击”学说已经失去了一些支持,现提出的“多重命中”假设,考虑了多因素诱导NAFLD,并对NAFLD发病机制提供了更准确的解释,其提出IR、肠道微生物群通过肠-肝轴、脂肪组织分泌的激素、高脂饮食、肥胖和遗传因素等发挥了关键作用[11]。据流行病学调查,在中国NAFLD患病率与MetS、肥胖和2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)流行趋势相平行[12],而betatrophin受糖尿病、肥胖、高脂饮食、IR等因素调控,可能在NAFLD病程进展中发挥重要作用。此外,目前大部分临床研究表明[13-16]:NAFLD患者的血清betatrophin水平升高,也有研究认为betatrophin是 NAFLD 及其进展的独立危险因素,且随病情严重程度的加重而上升,并与肝纤维化、肝硬化以及肝癌密切相关[17-21]。这有助于进展期 NAFLD 人群的早期诊治、病情严重程度评估,以及改善预后等。

2.1 Betatrophin与糖脂代谢 在2020年发表的国际专家共识中将NAFLD重新定义为代谢功能障碍相关性脂肪肝(metabolic dysfunction-associated fatty liver disease,MAFLD),该共识提出了明确的诊断标准:基于肝脏脂肪变性的同时满足以下三项条件之一:超重/肥胖、存在T2DM或代谢功能障碍的证据。此标准更加强调了NAFLD、肥胖及T2DM之间的相关性[22]。据统计,高脂血症、T2DM患者NAFLD患病率分别高达27%～92%和28%～70%,NAFLD 患者合并高脂血症(69.2%,95%CI 49.9%～83.5%)、T2DM(22.5%,95%CI 17.9%～ 27.9%)及 MetS(42.5%,95%CI30.1%～56.1%)[23]。同时,在临床观察中,大部分研究认为betatrophin与糖脂代谢相关,这可能为临床血脂、血糖异常治疗提供了新的思路。

尽管关于betatrophin的生理功能和分子靶点的报道很少,但通过人体和小鼠模型,betatrophin这一生物标志物已被认为是T2DM发展的独立预测因子[24]。Yi et al[6]通过小鼠实验发现过表达的betatrophin可以促进胰岛β细胞增殖,而且这些增殖的β细胞拥有正常的分泌功能,因而betatrophin可能成为糖尿病治疗的新靶点。但是betatrophin对血糖的影响在不同研究中出现了不同的结果。Zhao et al[25]通过糖尿病小鼠实验发现过度表达的betatrophin通过激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide-3 kinase,PI3K)/Akt信号通路抑制肝脏糖异生相关基因的表达来改善糖代谢。最近的体外实验也表明,过表达的betatrophin可以促进糖原的合成,并能通过增强胰岛素抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase,G6Pase)表达的能力影响糖异生[26]。因此,我们认为betatrophin可能在糖代谢中促进糖原合成,抑制糖异生。且在Espes[27,28]的研究中无论1型或2型糖尿病患者的betatrophin水平都较健康人群升高,但Gómezambrosi[29]却通过研究发现T2DM患者的 betatrophin水平与血糖呈负相关。同时在一些小鼠实验中也出现相反的结果[30,31],他们认为betatrophin不会促进小鼠胰岛β细胞增殖,betatrophin的高表达不会改变餐后血糖浓度和糖耐量,在Fenzl[32]的研究中也提出T2DM患者的betatrophin不直接影响血糖,此外,Espes[27]认为高血糖本身并不会导致betatrophin 水平升高,而是IR使肝脏分泌 betatrophin 增加。由此可见,betatrophin与血糖之间的关系还没有达成共识,仍需进一步研究探讨。

目前认为,betatrophin可能是一个重要的血脂代谢开关,血清betatrophin水平与甘油三酯(triacylglycerol,TG)呈正相关。脂肪主要以TG的形式积聚在NAFLD患者的肝脏中[33],TG来源于甘油和游离脂肪酸(free fat acid,FFA)的酯化反应,一旦合成,TG将进入储存或分泌池。Lee[34]发现高脂饮食喂养的小鼠的betatrophin水平明显升高,高脂血症或脂中毒激活的内质网应激高度诱导了betatrophin表达。而脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase,LPL)是血浆TG代谢的关键酶,betatrophin可以通过抑制LPL影响脂质代谢。血管生成素样家族目前有8个成员,分别被命名为ANGPTL1-8,其中betatrophin(ANGPTL8)与ANGPTL3和ANGPTL4的关系最为密切,其与ANGPTL3氨基酸序列的NH2末端半部具有22%的同源性,在较短区域与ANGPTL4有显著的同源。而除betatrophin外,所有的血管生成素样蛋白家族成员的C-末端有一个与血管生成有关的纤维蛋白原样结构域,N-末端有一个或两个与脂质代谢有关螺旋结构域[7]。Kovrov et al发现betatrophin在与ANGPTL3或ANGPTL4形成复合物后可以促进ANGPTL3 裂解释放 N 端结构域,而该结构域可抑制 LPL 的活性,导致TG清除减少,进而使血清 TG 的水平升高。其中ANGPTL3/ANGPTL8复合物能够增强对LPL活性的抑制作用,ANGPTL4/ANGPTL8复合物的活性比单独使用ANGPTL4低。另一方面,betatrophin的表达可调节TG代谢,缺乏betatrophin的小鼠具有更高的LPL活性,从而提高TG的清除率,而betatrophin的过度表达会使TG水平显著升高。此外,betatrophin也可以通过自噬过程加强LDs的分解代谢来调节肝细胞的脂质代谢[8]。也有研究发现:维生素D受体(vitamin D receptor,VDR)信号通路可能介导了betatrophin在NAFLD中的作用。在 NASH患者中,betatrophin和VDR表达升高,而激活的VDR又上调betatrophin表达,导致人肝细胞中TG的积累。同时,随着血清betatrophin水平的升高,肝脏脂肪含量逐渐累积,而脂肪含量和NASH有相关性,肝脏脂肪含量越高,发生NASH可能性就越大[20]。 考虑到肥胖、IR和脂质代谢之间的相关性,肥胖被认为影响了betatrophin的表达。一项动物实验证实了肥胖会使betatrophin水平升高[4],基于人群的一项研究[24]也表明肥胖会上调血清betatrophin水平,且betatrophin与BMI、腰臀比呈正相关。然而,在部分研究中出现了不一样的结果,hong[14]认为betatrophin与肥胖无关,而在Guo的研究中超重个体的betatrophin水平高于对照组,但肥胖个体的betatrophin水平低于超重和对照组。上述研究结果不同的原因可能与疾病并发症相关,这些变量本身可以调节肥胖人群的betatrophin水平。

2.2 Betatrophin与IR IR是指在正常的血浆胰岛素水平下,靶组织不能产生正常的协同葡萄糖降低反应。肝脏是胰岛素作用的主要靶器官,可调控血糖与脂质的均衡,肝脏IR的特征是胰岛素抑制肝脏葡萄糖输出的能力下降,主要表现为肝糖原合成、肝葡萄糖利用减少。IR在脂肪毒性、氧化应激和炎症级联激活中发挥重要作用,是NAFLD发病机制的中心环节,是易患NAFLD并进展为NASH的关键因素之一。在IR状态下,胰岛素抑制脂肪组织脂解的作用受损,导致FFA向肝脏的流出增加。同时,FFA的氧化受到抑制,继发脂肪细胞释放FFA增多,肝脏的FFA输入和合成增多,超过了肝脏FFA输出和分解代谢的速度从而进一步促进肝脂质的积累,而FFA的升高又削弱了胰岛素作用于肝脏的能力,导致肝脏IR。此外,IR作用于脂肪组织,加重脂肪细胞功能障碍,诱导脂肪分解,释放脂肪因子和促炎细胞因子,如TNF-α和IL-6,有助于维持IR状态[11]。而betatrophin可以损害胰岛素敏感性,研究发现[6,7]由脂饮食诱导的肥胖小鼠易出现IR,其血清betatrophin水平也更高,同时IR的诱导剂S961可以显著上调betatrophin的表达。但Hong[14]认为betatrophin可能独立于肝脏IR参与NAFLD的发病机制,betatrophin升高可能是由于肝脏脂质过多积累所致,而不是NAFLD背景下IR的激发,同时Wang也在研究中得到了相反的结论,其发现缺乏betatrophin的IR小鼠血糖正常,说明betatrophin与IR无关。经年龄调整后,循环betatrophin与胰岛素受试者工作特征(ROC)曲线下面积大小(AUC)相关,但在肝脂降低45%并伴有betatrophin降低后,这种相关性消失[13]。虽然有研究认为betatrophin水平与IR相关,但目前关于IR与betatrophin关系的结论尚未一致,betatrophin与IR之间的具体关系及相应的机制还需要进一步研究。

2.3 Betatrophin与肝纤维化 根据“多重打击”学说,环境、氧化应激、IR、炎症、内质网应激、饮食因素等多重因素参与 NASH 肝损伤和纤维化发生[11]。NAFLD患者持续存在的慢性肝脏损伤可引起一系列反应,如内质网应激,活性氧(reactive oxygen species,ROS)和其他氧化应激相关介质产生等,这将导致肝细胞死亡凋亡,并进一步激活核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(C-Jun N-terminal kinase,JNK)通路,使肝星状细胞(hepatic stellate cell,HSC)产生大量细胞外基质引起肝纤维化。通过小鼠实验发现betatrophin可加速高脂饮食(high fat diet,HFD)诱导的NAFLD相关肝纤维化,血清betatrophin水平可能是肝纤维化潜在的特异性诊断标志物,而betatrophin可能是肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor- α,TNF-α)和转化生长因子β(Transforming growth factor β,TGFβ)相互调控的关键连接基因。其中HFD中的脂肪酸会上调肝脏betatrophin的表达,从而促进炎症因子TGFβ1的表达和分泌,分泌的TGFβ1反过来促进betatrophin的表达,而betatrophin通过与白细胞免疫球蛋白样受体亚家族B成员2(leukocyte immunoglobulin-like receptor subfamily B member 2,LILRB2)受体相互作用,激活HSCs,诱导细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)信号,促进肝纤维化的基因表达。同时,血清betatrophin水平升高会进一步增加血清TG水平,促进进展为NASH[34]。然而在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的炎症模型中,细胞内betatrophin通过促进kappa B抑制因子激酶γ(inhibitor of kappa B kinase γ,IKKγ)的选择性自噬降解,负调控NF-κB的激活,从而避免过度炎症反应。同时,Cengiz et al[19]发现在NAFLD中,血清betatrophin水平与肝纤维化和炎症反应相关,轻度肝纤维化组血清betatrophin水平高于显著肝纤维化组。但在该研究中提示NAFLD患者的血清betatrophin水平低于正常人群,因此,炎症反应可促进betatrophin的表达,其中循环中的betatrophin升高会进一步诱导肝纤维化,而细胞内的betatrophin升高可能阻止NF-κB的激活(即抗炎作用),同时在肝纤维化过程中可能有其他影响betatrophin表达的因素,这需要更多相关的临床研究来验证。也有研究发现血清betatrophin水平随NAFLD患者病情严重程度加重而升高,并可反映肝硬化严重程度,可能可作为评估NAFLD严重程度的非侵入性指标[18,20],这将有利于临床更好地明确并监测疾病所处阶段及进展,进一步改善对NAFLD患者的临床治疗及预后管理。

2.4 Betatrophin与HCC HCC的发病率逐年上升,目前是我国第四大最常见的癌症与第二大癌症死亡原因。HCC是原发性肝癌最常见的组织学类型,其主要病因包括乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)和丙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HCV)慢性感染、酒精性肝病和NAFLD。目前,糖尿病和肥胖已经被确定为HCC的独立危险因素。NAFLD患者HCC发病率为0.29‰～0.66‰,危险因素包括隐源性肝硬化、MetS和T2DM[2],虽然其发生机制仍部分不清楚,也有学者认为IR、氧化应激、细胞凋亡、铁超载以及炎症是NAFLD发展为肝癌的主要机制。而在糖尿病、肥胖以及MetS患者中,血清betatrophin水平明显升高,且随着糖尿病和肥胖的患病率增加,NASH的发病率以及与其相关的肝硬化和HCC的发病率也会增加。目前有研究发现betatrophin通过影响Wnt信号通路两个关键调节因子β-连环蛋白(β-catenin)和Wnt抑制因子1(Wnt inhibitory factor-1,WIF-1)的mRNA表达抑制肝癌细胞株HepG2的增殖[21,35]。但也有研究认为betatrophin是通过影响纤维化和肝硬化进展间接促进HCC的发生。所以关于betatrophin水平与NAFLD导致的HCC之间的关系我们需要更多的样本量进行进一步的探讨。