糖尿病致肝损伤机制的研究进展

2023-08-22叶圣莹秦燕

肝脏 2023年6期

叶圣莹秦燕

2020年,世界卫生组织(WHO)统计发布:2000年到2019年,全球糖尿病死亡人数增加了70%。糖尿病正在成为一种慢性流行病。糖尿病以高血糖为主引起的并发症使患者生活质量严重受损,肝损伤作为糖尿病的并发症,近年来受到重视。随着研究的不断深入,本文就近年来高血糖对肝损伤的作用及其机制做一综述。

一、慢性高血糖与肝损伤

(一)高血糖与非酒精性脂肪性肝炎调查显示,55.5%的糖尿病患者可发展为非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)[1],糖尿病与NAFLD发生有强相关性。Robin等[2]通过高糖干预HepG2细胞和饲养Leprdb/J小鼠构建体外和体内非酒精性脂肪性肝炎模型,发现二者都表现为谷丙转氨酶(alanine transaminase,ALT)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)升高和脂肪酸转位酶CD36基因表达增加,葡萄糖转运体-2(GLUT2)和CEACAM1基因表达下降。除了基因表达趋势相似,二者还有着相似的表型。通过透射电镜观察高糖培养的HepG2细胞和对Leprdb/J小鼠肝脏切片进行油红O染色均可见细胞内有大量的甘油三酯聚集。除了肝损伤、脂质相关基因表达趋势和表型相似,胰岛素信号转导相关蛋白的表达也表现为一致性。徐源等[3]通过一次性注射大量链脲佐菌素诱导大鼠糖尿病模型后,发现该模型肝脏组织的胰岛素受体底物-2(IRS2)蛋白表达下降。寇小妮等[4]使用高脂饲料喂养大鼠建立非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)模型,发现IRS2及p-IRS2的蛋白表达量均有所下降。此外,Pijian等[5]在高脂喂养的糖尿病非酒精性脂肪肝病C57BL/6J小鼠模型中发现IRS2的mRNA水平下降。可见糖尿病与非酒精性脂肪性肝炎的发生有着密切的关系,长期慢性高血糖可能促进了非酒精性脂肪性肝炎的发生和发展。

(二)高血糖与化学性肝损伤有研究显示高血糖环境可加重多种化学药物对肝脏的损伤。Wang等[6]发现经硫代乙酰胺(TAA)干预的糖尿病小鼠模型其血清ALT和AST水平升高,此外还可见肝脏中库普弗细胞(Kupffer cells, KCs)的凋亡及炎症相关因子NLRP3、IL-1β的mRNA表达水平升高。对比单纯的TAA对肝脏的损伤,糖尿病小鼠可通过介导凋亡加重肝损伤。Wang等[7]在对乙酰氨基酚(acetaminophen,APAP)干预糖尿病小鼠模型上发现,与APAP干预正常小鼠的模型相比,前者KCs细胞的ROS产生增加,促进炎症发生,进而加重肝损伤。

(三)高血糖与免疫性肝损伤高血糖环境下肝脏免疫功能紊乱。Yue等[8]通过构建小鼠糖尿病模型,设置肝缺血再灌注做干预。结果表明在糖尿病合并肝缺血再灌注组,肝脏的KCs细胞表达更高水平的晚期糖基化终末产物受体(the receptor of advanced glycation endproducts, RAGE),介导后期的超炎症反应,释放大量促炎细胞因子TNF-α、IL-6。糖尿病小鼠除了因为肝脏免疫功能受损发生炎症反应以外,吴霞等[9]发现糖尿病患者有40%的可能出现细菌性肝脓肿。糖尿病使小鼠肝脏炎症的发生率及临床患者患感染性疾病的患病率提高,由此推测糖尿病可加重免疫性肝损伤。

(四)高血糖与肝纤维化外界因素的干扰可以引起细胞外基质 (extracellular matrix,ECM) 过量沉积形成肝纤维化。Wang[10]等在糖尿病大鼠模型中发现,糖尿病中可见严重的肝纤维化。Manaras等[11]在糖尿病大鼠模型中,见肝脏窦周间隙周围胶原纤维沉积增加,形成纤维化。此外刘莎[12]等在高糖培养的肝星状细胞株HSC-T6模型中发现α平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)阳性率表达升高。

二、慢性高血糖致肝损伤机制

(一)高血糖与炎症在T2DM中,晚期糖基化终末产物(advanced glycation end-products,AGEs)作为表面受体与RAGE结合激活转录因子NF-κB,引发炎症反应[13]。在正常状态下,AGEs可以抑制糖尿病中产生的炎症反应,改善胰岛素抵抗[14]。滤泡辅助性T细胞(follicular helper T cells,TFH)是T细胞家族的一员,有助于B细胞生发中心形成[15]。在Tfh细胞分化过程中,IL-6作为TFH激动剂通过激活CH4+T细胞,促进趋化因子受体CXCR5表达,导致TFH细胞迁移到B细胞滤泡的边缘进一步分化。高血糖状态下,作为TFH细胞上表达的典型CXCR5配体,CXCL13在多个器官(例如视网膜、关节滑膜细胞)中表达升高,促进TFH细胞向糖尿病相关器官迁移,通过促进其他免疫细胞募集或维持异位卵泡结构和功能来形成组织中炎症反应的性质和程度[16]。

(二)高血糖与氧化应激糖尿病常常伴随氧化应激的发生,ROS作为氧化应激的产物,在糖尿病中可以通过多种方式产生:胰岛素抵抗抑制尿素合成,NO合成受到抑制,使NOS解偶联产生超氧化物;过量葡萄糖生成二元醇,形成超氧自由基转化为过氧化氢[17];葡萄糖自身氧化产生活性氧[18]。糖尿病中慢性高血糖是ROS产生的关键因素[19]。

在糖尿病中,慢性高血糖通过增加肝脏中GLUT2的mRNA和蛋白表达,导致葡萄糖、脂肪酸迅速进入肝脏,线粒体氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)过度激活[20]。Miriayi等[21]在糖尿病小鼠模型中观察到OXPHOS功能增强。在T2DM早期,肝脏中主要表现为线粒体复合体I和II依赖的OXPHOS激活,以复合体I依赖的OXPHOS变化最明显,在疾病晚期减低接近正常。肝脏线粒体作为能量代谢的主要场所,对能量稳态高度敏感,在应激状态下通过合成大量ATP促进糖异生,恶化高血糖。

(三)高血糖与内质网应激内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS),通过内质网中产生NADPH依赖的细胞色素P450E1导致活性氧(active oxygen,ROS)积累和脂质过氧化引起细胞死亡。李军汉等[22]采用T2DM大鼠模型观察发现肝脏内质网应激相关蛋白GRP78蛋白水平表达明显升高。罗梓人等[23]在T2DM大鼠模型中发现肝脏内质网应激相关蛋白PERK和GRP78的mRNA水平出现高表达状态。除了体内实验发现糖尿病会导致肝脏内质网应激的发生外,Jamalat等[24]采用葡萄糖活性代谢产物丙酮醛对HepG2细胞进行干预,见内质网应激相关蛋白CHOP、ATF4、IRS的蛋白水平表达量在体外实验中也有所升高。推测高血糖可通过内质网应激来加重肝损伤。

(四)高血糖与自噬自噬通过细胞自我消化,分解大型细胞器和蛋白质维持细胞内环境稳态,保障细胞功能正常运转。田亚丽等[25]在T2DM小鼠模型中发现自噬相关蛋白P26表达量升高,表明糖尿病小鼠肝脏自噬能力下降。谭淋励等[26]通过建立T2DM大鼠模型,证明肝脏自噬相关蛋白雷帕霉素耙蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)表达量升高,Beclin1、微管相关蛋白-1轻链-3(microtubule associated protein 1 light chain 3, LC3)以LC3I激活的形式LC3II参与到自噬中,Lc3I/II蛋白表达量下降,表明糖尿病大鼠肝脏自噬减少。FOXO3a是Forkhead box(Fox)转录因子家族O亚家族成员,可诱导包括自噬基因等多种功能基因表达。研究发现,磷酸化Akt/总Akt和磷酸化FOXO3a/总FOXO3a蛋白的比例在DM组小鼠和HG组HepG2细胞中增加[27]。磷酸化的FOXO3a导致肝脏自我保护机制自噬减少,加重糖尿病肝损伤。