从沉默CNNM4后镁离子积累分析NAFLD的治疗方向*

蒋康伟 聂红明

1.上海中医药大学附属曙光医院肝病科 (上海市，200000) 2.上海中医药大学附属上海市中医院肝病科

近20年来，随着人们生活方式的巨大变化，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)已成为我国最常见的肝脏疾病，但尚未引起人们足够的重视。来自武汉大学人民医院的研究团队使用系统性回顾和Meta分析方法揭示了我国1999～2018年的NAFLD流行病学特征。该研究表明2018年我国NAFLD患病率32.9%，且与美国相比，中国的低BMI水平人群患有NAFLD的风险更高，并呈年轻化趋势[1]。NAFLD患病率在不断升高，其发病机制也在不断更新。本文将结合最新的学术进展，重点论述细胞周期蛋白M4(CNNM4)通过对Mg2+的调控实现对NAFLD的治疗作用，以期为进一步的科研研究方向及临床诊疗提供新思路。

1 NAFLD的形成

肝细胞内脂质过度积聚是NAFLD发展的第一步，通常与代谢综合征密切相关。从病理学角度出发，机体内肝脏脂质累积过多至少有3种机制可以解释：患者自身摄入过多的高热量和(或)高脂肪饮食；体内脂肪组织脂肪分解增加；肝细胞过度摄取体循环和(或)门静脉循环中的游离脂肪酸(FFA)，引起肝脏从头脂肪合成(DNL)增加[2]。体内脂肪组织分解增加是肝细胞内脂质过度积累的主要原因，约占59%。生理状态下，胰岛素可以抑制脂肪组织的分解，防止肝细胞内脂质过度积累。当发生胰岛素抵抗(IR)时，胰岛素抑制脂肪分解的能力减弱，脂肪组织大量水解，形成FFA和甘油，其中FFA被肝脏大量吸收，肝细胞内甘油三酯(TG)累积加快[3]。在肝细胞内，DNL也是促进肝细胞内TG累积的重要路径，约占总合成的26%。DNL主要受固醇调节元件结合蛋白1c(SREBP-1c)和碳水化合物反应元件结合蛋白两种转录因子调控。IR可以通过刺激这两种转录因子，进而促进DNL，加快葡萄糖转化为FFA的进程[4,5]，使得FFA酯化形成的TG也随之上涨，TG合成增多与极低密度脂蛋白(VLDL)合成不足或分泌能力下降加剧了肝细胞内脂肪的累积，进而激发了负反馈即脂肪变性，加剧了高血糖和高胰岛素血症，进一步恶化脂肪变性。

高热量和(或)高脂肪饮食引起的脂肪堆积虽然只占总体的15%，但对NAFLD的发展起着至关重要的作用。临床研究也表明，生活方式的改变可以显著改善机体代谢异常及肝脏内脂肪堆积变性[6]。

2 Mg2+的功能及其动态平衡

镁是一种必需的微量元素，在人体内以离子化和生物活性的形式存在，参与各种重要的代谢过程，包括依赖于腺苷三磷酸(ATP)的生化反应、DNA与RNA的表达合成、肌肉和神经中的信号传递以及血糖和血压的控制。

Mg2+是腺嘌呤核苷酸的辅助因子，而腺嘌呤核苷酸是糖酵解过程中许多酶的重要调节因子；此外，Mg2+-ATP或Mg2+是许多酶激活的必需品，这意味着 Mg2+对DNA复制、RNA转录、氨基酸合成和蛋白质合成是必不可少的[7]。Mg2+也是DNA二、三级结构的重要组成部分，因为它结合了多核苷酸链内带负电荷的氧和氮原子，以此来稳固天然DNA的结构，保护DNA免受氧自由基的损害[8]。Mg2+还在钙和钾离子跨细胞膜的主动运输中发挥关键作用，这一过程对维持神经冲动传导、肌肉收缩、血管舒张性和正常心律非常重要。

作为天然的钙拮抗剂，Mg2+是N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体复合体的有效拮抗剂，参与抑郁症的病理生理过程，一些抗抑郁药与NMDA受体拮抗剂的药效可以与Mg2+联合给药而加强[9]。

Mg2+的动态平衡是由肠道、骨骼和肾脏共同维持的。虽然小肠是镁元素吸收的主要场所，但是肠道吸收与镁的摄入量不成正比，且影响吸收的主要因素是镁元素的状态，矿物质中Mg2+含量越低，矿物质在肠道中的吸收率越高，因此摄入量低时，Mg2+的相对吸收率就高，反之亦然。Mg2+的排泄主要由肾中完成。血清Mg2+被肾小球过滤后，被肾单位重吸收。然而，重吸收的方式和效率在每一段都是不同的。近端小管和Henle′s环的粗大升支是细胞通过被动转运实现对Mg2+重吸收的部位，而远端曲管(DCT)是细胞通过主动转运对Mg2+重吸收的主要部位[10]。其中，Mg2+大部分(>60%)被Henle′s环的粗大升支重吸收；相比之下，只有不到5%的Mg2+在DCT中被重新吸收，但这对于微调血清中Mg2+的浓度有着关键性的作用[10]。骨骼是Mg2+的主要储存场所，人体中50%～60%的Mg2+储存于骨骼中，还有一部分残留在软组织中，仅有1%的Mg2+驻留在细胞外，骨骼中Mg2+并不是一成不变的，它可以通过与外界其他阳离子的置换，来达到血清Mg2+的稳态[11]。

3 Mg2+在NAFLD中的作用

低镁血症存在于NAFLD的几种共病中，如IR、2型糖尿病、心血管并发症及肥胖，且Mg2+的缺乏与炎症反应、线粒体功能障碍和抗氧化系统活性减低等病理变化密切相关，这些变化都是肝病的特征[12]。

已有充分的研究表明Mg2+与IR密切相关。Mg2+是细胞摄取葡萄糖并将其转化为能量所必须的矿物质，尤其在肌肉和脂肪组织中其中关键性作用。Mg2+通过增加酪氨酸激酶的活性来增加ATP受体的敏感性；同时影响葡萄糖转运蛋白活性4向质膜的转运。从而降低了血糖浓度[13]。Mg2+低水平导致酪氨酸激酶活性缺陷、胰岛素作用的受体损害、细胞葡萄糖转运方式改变和细胞葡萄糖利用率降低，从而促进外周IR[13]。临床研究表明，口服镁补充剂可以降低2型糖尿病患者的IR,改善血糖控制指标[14]。

一般来说，脂质稳态是通过调节脂肪生成和脂肪分解来维持的，实验研究表明，Mg2+治疗后可以降低肝脏脂质含量，这可能归因于脂解的上调和脂生成的下调。过氧化物增殖活体受体α(PPARα)可以通过上调控制脂肪酸动员和氧化的梯度从而促进脂解，而Mg2+浓度增加与PPARα表达呈正相关[13]。因此，缺乏Mg2+可能会抑制PPARα的表达，减少脂肪分解，进而促进肝脏脂质沉积。此外，有动物实验表明，补充Mg2+可以降低SREBP-1c水平[15]。

Mg2+还通过阻断脂肪细胞对钙的吸收来控制L型钙通道的开放，从而抗氧化。然而，当细胞内Mg2+浓度降低时，Mg2+对钙通道阻断功能受到损害，脂肪细胞中Ca2+进入的增加可促进氧化应激和炎症反应，引起IR；同样，Mg2+还负责抑制Ca2+流入神经元细胞的NMDA[16]。因此，在Mg2+缺乏的情况下，受体阻断功能减弱，从而允许细胞内Ca2+不断积累，促进炎症递质释放，加剧细胞内氧化应激。

4 CNNM家族

2003年CNNM首次被学者作为一类结构域的膜蛋白而发现，且这些结构域从细菌进化以来，至今仍旧未明确其特征，其最初被命名为“古代保守结构域蛋白”，但现在通常被称为“CNNM”，但在细胞周期中没有观察到CNNM蛋白水平的周期性波动[17]。目前，在人体内CNNM4家族包括4个成员(CNNM1～CNNM4)，其各自的确切功能还在进一步的研究中。其中最为被接受的有两种功能学说，其一为它们可能不牵涉到膜的直接转运体，不仅可以作为细胞内Mg2+的感受器，还可以成为其他目前还未被发现或确认的转运体Mg2+的动态平衡递质；另一种说法则认为CNNM是通过与Na+交换将Mg2+从细胞中排出的直接转运体[18]。

但不同种类的CNNM在分布和表达模式上存在一定差异性。CNNM1主要分布在睾丸和脑，在神经细胞中作为一种铜储存蛋白；在睾丸中则仅表达精原干细胞或早期精原细胞，提示其作为生殖细胞分裂和分化的调节因子[19]。CNNM2是被研究最多的成员之一，不仅可以在脑、肾、肝和心脏中表达，在牙本质细胞、小肠、结肠、肺、脾以及睾丸中也可以检测到CNNM2。有较多报道揭示CNNM2在DCT中充分表达，并通过建立了肾脏特异性CNNM2缺陷小鼠，证明肾脏中的CNNM2在维持Mg2+稳态基础上，进一步影响钠转运体的功能，从而参与对血压的控制[20]。CNNM3的功能仍待进一步研究，其被证实能与再生肝磷酸酶-2-2结合调节细胞内Mg2+水平，来控制肿瘤的生长，且在人类乳腺癌组织的数据中进一步证实CNNM3水平与PRL-2表达和肿瘤增殖指数呈正相关[21]。CNNM4可能通过交换细胞内Mg2+和细胞外Na+从而排出 Mg2+[22]。且CNNM4是CNNM家族中对Mg2+外流活性影响最大的一种亚型[23]。

5 CNNM4通过Mg2+对NAFLD进行调控

目前对CNNM4研究大多聚焦于CNNM4通过调节精子Ca2+稳态，对生殖产生影响[24]或CNNM4基因突变引起的一种名为贾利里综合征的常染色体隐性遗传病[25]或家族性低镁血症等相关疾病。较少有研究针对于其在肝脏中的生理作用。目前已有研究表明，CNNM4是肝细胞内Mg2+稳态的关键调节因子，也可能是未来NAFLD的潜在治疗靶点[12]。

首先，下调CNNM4表达后，可以降低Mg2+的外流，增加肝细胞内Mg2+的浓度[12,22]。进而减弱由细胞内低Mg2+诱导的IR、脂肪堆积及氧化应激。此外，CNNM4自身也具体有降低微粒体甘油三酯转移蛋白(MTP)活性，抑制VLDL分泌的功效。MTP是一种继载脂蛋白B(ApoB)之后出现，与脂质的转运密切相关的一种主要在肝细胞和肠上皮细胞表达的内质网腔内蛋白。其介导ApoB与内质网中的TG结合形成脂蛋白VLDL，并转运到细胞外[26]。对CNNM4进行沉默后，啮齿动物非酒精性脂肪性肝炎模型中可见肝内脂质堆积减少，血清VLDL水平下降[12]。

综上所述，CNNM4、肝细胞内Mg2+水平及CNNM4对Mg2+的调控作用可能在NAFLD发病机制上具有重要地位，也表明了从基因水平上控制NAFLD发生发展的可能性，有望成为未来诊治NAFLD的新靶点。沉默CNNM4可以减少肝内Mg2+的外流，减轻内质网应激反应，同时提高MTP的活性，促进VLDL的分泌。沉默CNNM4后，补充镁制剂是否可协助NALFD患者的诊疗及预后评价仍不明确，国内外仍缺乏相关的临床研究，需要通过大范围临床调查及进一步的临床试验来探索其推广的可能性。