非酒精性脂肪性肝炎的自噬

摘要

自噬

自噬是一种关键的细胞内途径，将细胞成分靶向溶酶体进行降解。已知三种类型的自噬：大自噬、伴侣介导自噬（CMA）和微自噬(图1) [1,2]. 大自噬是指一种称为自噬体的双层膜结构吞噬部分细胞质。自噬体与溶酶体融合，溶酶体的酶降解自噬体中隔离的细胞成分[1]. 在CMA中，含有特定五肽基序的可溶性蛋白质与伴侣蛋白结合，以转运到溶酶体，其中与溶酶体相关膜蛋白2A型（LAMP-2A）受体结合导致蛋白质内化和降解[2]. 在溶酶体中的细胞成分降解后，分解产物被释放到细胞液中，以重新利用或代谢为能量。细胞中的大自噬和CMA构成活跃，并随着某些细胞应激而增加，典型的是营养剥夺。然而，自噬的基本水平在功能上也很重要[三]. 这两种形式的自噬的不同之处在于，宏观自噬（而非CMA）可以降解细胞器和蛋白质聚集体。第三种形式的自噬，微自噬是不可诱导的。关于这种形式的自噬的调节或功能，人们知之甚少，自噬涉及细胞成分通过溶酶体膜内陷而在溶酶体中内化。

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图1

自噬的三种类型

在大细胞自噬中，起源不明的双层膜开始在细胞溶质成分（如线粒体、脂滴和蛋白质）周围形成吞噬体。这些细胞元素被完全包裹在自噬体内，自噬体会转移到充满水解酶的溶酶体中。这两种结构融合成自噬体导致细胞成分的酶降解。在伴侣介导的自噬中，含有五肽基序的细胞溶质蛋白与伴侣Hsc70结合。该复合物与溶酶体上的LAMP-2A受体结合，进行内化和降解。微自噬涉及细胞成分在溶酶体膜内陷中的摄取，以进行酶降解。

LAMP-2A：溶酶体相关膜蛋白2A型。

自噬有两个一般功能；作为一种分解代谢过程，在营养素有限的情况下生成维持细胞能量稳态所必需的底物，并作为去除磨损或受损细胞成分的机制[4–6]. 最近的研究表明，自噬在调节细胞过程中具有新的功能，如脂质代谢、胰岛素敏感性和免疫反应性。这些功能，再加上先前确定的细胞死亡途径中自噬的参与，表明自噬可能参与非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的脂质积聚和肝细胞损伤的多种可能机制。本文详细介绍了自噬在NASH病理生理学中的潜在作用。

自噬通过吞噬脂质调节肝细胞脂质代谢

非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的特征是脂质代谢异常和储存在脂滴中的甘油三酯（TGs）过度积累[7,8]. 过度的肝脏脂质积聚或脂肪变性可能是NAFLD的一个不同的初始阶段。或者，脂肪变性可能通过氧化剂和细胞因子等辅助因子的二次损伤，为肝细胞发展为NASH的肝损伤奠定基础[9–11]. 虽然外周胰岛素抵抗增加了游离脂肪酸（FFA）流向肝脏的流量，这显然对脂肪变性的发展至关重要，但应对这种脂质挑战的脂质积聚机制尚不清楚。

直到最近，宏自噬还是一种稳态细胞途径，负责长寿命蛋白质和细胞器的再循环[4–6]. 溶酶体含有脂肪酶，可降解与细胞器相关的脂类和外源性脂蛋白，但细胞内脂类以前不知道是自噬降解的底物。然而，脂肪分解和大分子自噬之间的调节和功能相似性表明自噬和脂肪分解过程之间存在相互关系[12]. 具体而言，这两种途径在营养充足时均被胰岛素下调，而在营养缺乏时被胰高血糖素上调[4]. 因此，我们研究了大自噬在调节肝脏脂质储存中的潜在作用。

通过基因敲除自噬基因抑制大自噬自动变速箱5，或在培养的肝细胞中用3-甲基腺嘌呤进行药物抑制，这些肝细胞受到脂肪酸补充或蛋氨酸和胆碱缺乏培养基中培养产生的脂质负荷的挑战，细胞TG含量显著增加[13]. 由于脂肪分解速率降低，导致细胞内脂肪酸β-氧化减少，并抑制了大量自噬，因此脂质滴中保留了过多的TGs和胆固醇。荧光显微镜证实脂质通过自噬途径运动，表明脂质与自噬体和溶酶体共定位，自噬空泡中脂质的电镜证据和免疫金染色表明自噬体相关蛋白微管相关蛋白轻链3（LC3）与脂滴有关。

体内对小鼠肝脏的研究证实，LC3与脂滴以及自噬体和溶酶体中存在的脂质有关，当饥饿刺激大自噬时，这些脂质增加，并以血清游离脂肪酸增加的形式向肝脏提供脂质挑战[13]. 单独含有脂质或与其他细胞成分一起含有脂质的自噬液泡的数量随着饥饿而增加，这表明自噬途径选择性地靶向脂质，以响应这种生理刺激而分解。肝细胞特异性小鼠第7天抑制大自噬的基因敲除显著增加了肝脏TGs和胆固醇。总之，这些发现确定了大分子自噬在调节肝脏脂质储存中的重要功能。随后，有报道称，在酒精诱导的肝损伤模型中，抑制宏观自噬也会增加脂肪变性[14]. 因此，大分子自噬是通过一种称为脂类吞噬的过程分解脂滴储存的TGs和胆固醇的中心机制[13]. 自噬仍有可能通过其他机制调节细胞脂质含量，如介导脂质代谢的因子的降解，如载脂蛋白B的报道[15].

随着年龄的增长，巨噬细胞自噬和CMA都会下降[16]与此同时，包括肝脏在内的各种器官中的脂质积累也在增加[17]. 除自噬调节脂质含量外，肝细胞脂质积聚还可降低肝脏自噬功能。喂食高脂肪饮食（HFD）的小鼠肝脏自噬功能受损，这表现在脂质进入自噬室的动员减少[13]. 因此，随着年龄的增长，自噬功能下降的机制可能是肝细胞中脂质的过度积累，这不仅可能是衰老过程中发生的大自噬减少促进肝脂肪变性。脂质积累改变了膜结构，自噬体和溶酶体之间融合效率的降低可能解释了HFD诱导的脂质积累对大自噬的抑制作用[18]. 细胞脂质过多积聚损害自噬的能力为单纯脂肪变性进展为NASH及其并发症提供了另一种机制。通过提高自噬功能，降低肝脏脂质储存的治疗努力可能是有益的，而自噬是防止肝损伤或NASH并发症（如肝细胞癌（HCC））发生的必要条件。

宏观自噬对胰岛素抵抗的调节

胰岛素抵抗与代谢综合征的发展及其肝脏表现NASH密切相关。外周胰岛素抵抗增强脂肪组织中的脂肪分解[19,20]导致血清FFA水平升高[21]它们被转移到肝脏，在那里被提取并储存为TG[22,23]. 细胞内FFA水平和脂质含量增加的直接影响可以促进肝脏胰岛素抵抗，而肝脏胰岛素抵抗又通过增加肝脏葡萄糖生成而进一步加剧全身胰岛素抵抗[24].

除了细胞脂质代谢和自噬功能之间的联系[13]，自噬的变化最近与高胰岛素血症和胰岛素抵抗有关[25,26]. 对高胰岛素血症、HFD喂养的小鼠进行的研究证实了先前讨论的结果，结果显示肝自噬功能降低，这反映在LC3-II降低和p62水平升高，p62是一种部分被大自噬降解的蛋白质[26]. 此外，肝脏自噬基因的表达，包括第5天和第7天，已减少。这些变化归因于高胰岛素血症的影响，尽管细胞脂质积累也可能起作用。高胰岛素血症降低自噬功能的发现并不令人惊讶，因为已知胰岛素可介导自噬抑制。然而，这种效应被认为是通过mTOR信号通路介导的，而不是在自动变速箱表达。线路接口单元等。也证明胰岛素抑制FOXO1介导的转录介导了肝癌细胞自噬的抑制，这可能也是其机制体内[26]. 这种可能性需要在FOXO1基因水平发生改变的小鼠身上进行实验来证实，尽管此前已经证明FOXOl通过不同的机制促进其他细胞类型的自噬[26–28]. FOXO1信号减少与人类NAFLD的相关性尚不清楚，因为据报道FOXOl在该疾病中表达上调[29]. 细胞脂质积聚和高胰岛素血症均损害肝脏自噬功能的发现表明，这些代谢异常可能促进脂肪变性进展为NASH的另一种机制。这些因素导致的自噬功能丧失可能会促进这种疾病中的细胞损伤和死亡，以及致癌。

中的研究对象/对象小鼠和喂食HFD的小鼠也表明，这些小鼠的自噬缺陷会导致胰岛素抵抗[25]. 巨噬细胞自噬在对象/对象通过电镜观察，小鼠自噬基因水平降低，p62增加，自噬体/自噬溶酶体数量减少。自噬功能受损，如肝脏在饥饿时未能上调大自噬。自噬的抑制在体外和体内导致胰岛素信号减少，同时诱导内质网（ER）应激。在肝脏过度表达Atg7以恢复自噬功能，可逆转内质网应激并改善胰岛素敏感性。研究结果表明，有缺陷的大自噬可能通过内质网应激的产生导致NAFLD的肝脏胰岛素抵抗。在将这种效应的机制最终归因于内质网应激之前，需要进行实验，以检查自噬受损情况下内质网压力的直接抑制对胰岛素信号的影响。对脂质积累和自噬的研究表明，NAFLD和自吞噬之间存在一个关键的循环关系：胰岛素抵抗导致的脂肪变性和高胰岛素血症降低了自噬功能，而这种大自噬减少进一步促进了脂质积累和胰岛素抵抗(图2).

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图2

脂质含量或胰岛素敏感性的细胞变化与大细胞自噬水平之间的相互关系

在非酒精性脂肪性肝病中，脂肪变性和高胰岛素血症都可能抑制大自噬水平。细胞脂质积累可以通过阻碍自噬体与溶酶体的融合来抑制大自噬。高胰岛素血症抑制自噬的机制可能是通过降低FOXO1的激活。由此导致的大量自噬减少可能会通过破坏脂滴中储存的脂质的脂解分解而加速脂肪变性。大细胞自噬减少也可能通过增加内质网应激而加剧胰岛素抵抗，从而加重肝脏胰岛素抵抗。

ER：内质网。

自噬调节肝细胞损伤和死亡

非酒精性脂肪性肝炎除了脂肪变性外，还表现为肝细胞损伤、炎症和纤维化。根据“双重打击”假说，在肝脂肪变性发病后，与导致脂质积聚的因素不同的其他因素会触发肝细胞损伤和死亡，导致NASH的进展。细胞损伤的机制尚不清楚，但可能涉及氧化应激等因素[30]和炎症细胞因子[10]. 众所周知，自噬可以调节细胞死亡途径，包括氧化剂和TNF的死亡途径，因此可能在脂肪变性的情况下调节肝细胞损伤的进展。关于自噬是否起到启动或防止细胞死亡的作用，一直存在争议。自噬是一种细胞死亡，伴随着凋亡和坏死[31]. 相比之下，许多研究已经定义了自噬的保护功能，自噬可导致细胞在死亡刺激下存活[32–35]. 自噬的功能可以防止细胞死亡，包括清除导致细胞功能障碍的受损细胞器或蛋白质[6,36]以及维持能量平衡的基质的供应。此外，自噬和细胞凋亡之间存在着明显的串扰，而自噬途径的组成部分也可能直接参与细胞凋亡的调节[37,38]. 目前的证据清楚地表明，自噬主要是一种介导细胞存活的途径，尽管在某些条件下它也可以促进细胞死亡。

主要通过对肝细胞和肝脏的研究，证实了线粒体或有丝分裂的大量自噬清除的关键作用[39,40]. NASH的特征是异常线粒体的积聚，这表明这种细胞器的损伤，以及改变的线粒体去除过程中可能存在的缺陷，可能在这种疾病中起作用[41]. 受损线粒体的降解受损，尤其是线粒体死亡途径激活的线粒体，可能导致氧化应激或释放触发凋亡的线粒体因子[42]. 击倒第5天抑制甲萘醌诱导的氧化应激导致的大自噬致敏肝细胞死亡，这种氧化应激与ATP耗竭和线粒体细胞色素c释放有关，这表明大自吞噬对清除受损线粒体和维持线粒体ATP水平以应对氧化应激至关重要[35]. 然而，大自噬的丧失也导致JNK/c-Jun信号通路过度激活，该通路介导ATP耗竭上游甲萘醌的死亡和线粒体效应。因此，自噬缺陷可能促进JNK/c-Jun信号通路过度激活，以应对NASH中发生的氧化应激。氧化应激引起的JNK信号传导增加和自噬减少可能会促进疾病，因为JNK过度激活介导NASH的发展和进展[43]. 宏自噬如何选择性调节JNK信号尚不清楚，这种作用的机制尚待确定。在这些研究中，CMA对肝细胞抵抗氧化应激也至关重要。CMA受体LAMP-2A的敲除通过不同于宏观自噬介导的机制使甲萘醌致敏肝细胞死亡[35]. CMA已被证明可以清除衰老过程中积累在肝脏中的氧化蛋白，而CMA的恢复可以改善衰老小鼠的肝功能[44]. CMA在急性氧化应激中的作用类似，通过清除氧化蛋白来限制肝细胞损伤，否则会导致细胞损伤。需要进一步的研究来确定宏观自噬和/或CMA是否特异性调节线粒体功能障碍或其他死亡刺激引起的氧化应激引起的细胞损伤和死亡在体外和体内肝脂肪变性模型。

尽管这些研究是在非肝模型中进行的，但大自噬可保护NASH免受其他可能介导肝细胞损伤的死亡刺激。与NASH肝细胞死亡相关的潜在因素是大细胞自噬能够防止死亡受体介导的TNF和Fas凋亡，这两个因素与NASH的肝细胞损伤有关[45,46]. 淘汰第5天小鼠成纤维细胞通过Fas和TNF使这些细胞致敏死亡[47]. 如前所述，内质网应激与胰岛素抵抗和NASH相关[48]. 据报道，大自噬可以防止内质网应激引起的细胞死亡[49]. 因此，在NASH中，大自噬可能调节肝细胞对死亡受体和内质网应激介导的损伤的抵抗，但这一推测需要在肝细胞模型中进一步验证。

自噬免疫调节

炎症是NASH的组织学特征，实验证据表明先天免疫反应在代谢综合征的器官特异性表现中起着关键作用，如NAFLD[50]. 除了肝脏炎症的作用外，脂肪组织炎症还可作为促炎细胞因子的来源，刺激肝脏疾病进程。自噬最近已成为先天免疫反应的一种重要调节途径，尤其是通过对病原识别受体（如Toll样受体（TLR））的影响[51]. 在肝脏中，与NASH发病相关的TLR配体包括饱和脂肪酸和脂多糖（LPS）或内毒素。研究附件16L1一种与炎症性肠病易感性相关的自噬基因已经证明，在肠道炎症中，这种介导自噬体形成的因子也调节脂多糖诱导的肠道炎症。缺乏Atg16L1的巨噬细胞在LPS刺激下产生大量促炎细胞因子IL-1β和IL-18[52]. 造血细胞Atg16L1缺陷的小鼠对这两种细胞因子介导的硫酸葡聚糖诱导的炎症性结肠炎的敏感性增加[52]. LPS是一种TLR4配体，LPS和TLR4都参与了NASH的发病机制[53,54]. 因此，巨噬细胞巨自噬缺陷可能会加剧肝脂肪变性和肝损伤。然而，目前尚不清楚脂肪肝自噬缺陷是否仅存在于肝细胞中，或者也延伸至库普弗细胞。有趣的是，有证据表明TLR信号刺激自噬反应[55]这表明TLR信号在NASH中的作用可能是复杂的，既有有益的影响，也有有害的影响。

与纤维生成的潜在联系

除肝细胞和巨噬细胞外，自噬可能在NASH发病机制中起作用的另一种细胞类型是肝星状细胞。NASH的特征是炎症和肝纤维化的发展，可发展为肝硬化。肝星状细胞的激活对纤维化的发展至关重要，这导致它们产生过多的细胞外基质[56]. 静止的肝星状细胞主要以维生素A的形式储存脂质。这种脂质在活化过程中会丢失，但脂质耗竭是否与转分化过程有关尚不清楚。有趣的是，推测自噬可能在肝星状细胞中起作用，以介导这种转分化过程。自噬参与的机制之一可能是通过调节星状细胞脂质储存。脂类去除可能需要增加自噬，这对于激活或提供关键能量储存是必要的。第二种可能性是自噬对转分化过程有直接影响，正如之前在脂肪组织中所证明的那样，抑制大自噬改变了白色和棕色脂肪细胞之间的转分化[57]. 对NASH模型中肝星状细胞特异性自噬基因敲除/敲除的研究可以检验这些可能性。

自噬和NASH相关性肝癌

不明确的因素导致HCC发展为NASH的晚期并发症[58]. 由于自噬作为细胞生存途径的关键功能，自噬在人类致癌过程中的作用引起了人们的极大兴趣[59]. 关于自噬是否促进或抑制癌症发展存在争议。自噬可能在代谢应激下介导癌细胞存活，也可能通过限制基因组不稳定性等机制发挥抑癌作用[60]. 许多癌症都有自噬缺陷，这一事实支持了自噬的抗肿瘤作用。在肝脏中，自噬基因beclin 1的缺失与HCC的发展有关。beclin 1基因敲除小鼠发展为自发性肝癌[61,62]. beclin 1的缺失在人类肝癌中很常见，并且与预后不良相关[63]. 肝癌中是否存在其他自噬缺陷尚待确定。肝细胞脂质积聚和高胰岛素血症抑制肝自噬功能的能力表明，这些因素可能促进NASH中HCC的形成。研究人类NASH中关键自噬基因的丢失以及这些事件与HCC发展的关系必须解决这个问题。

自噬作为NASH的治疗靶点

自噬具有许多潜在的有益功能，可以阻止NASH的发展和进展(方框1). 如前所述，脂肪变性、高胰岛素血症和衰老的其他影响都可能导致肝脏自噬功能受损，这在促进NASH中具有病理生理作用。自噬在许多疾病状态中的潜在参与，特别是在以异常蛋白聚集体为特征的神经退行性疾病中，激发了人们对开发增强自噬功能的药物的兴趣[64]. 使用这些药物增加肝脏自噬可能为NASH提供一种新的治疗方法。最近，卡马西平，一种人类常用的抗惊厥药，已被证明对治疗α1-抗胰蛋白酶缺乏小鼠模型有益。该药物降低了突变α1-抗胰蛋白酶的肝脏水平和纤维化程度[65]. 刺激自噬功能的药物是否能有效清除肝脏脂质或防止细胞损伤尚不清楚。虽然卡马西平很少引起特异性肝毒性[66]它或其他新的自噬诱导物可能需要在NAFLD中进行临床试验。这种治疗的一个潜在问题是，自噬诱导的脂滴分解产生的潜在毒性细胞内游离脂肪酸实际上可能会增加肝损伤[67]. 然而，抑制脂滴形成已被证明可以减少肝损伤和脂肪变性[68]. 因此，对NASH患者的自噬途径进行治疗性操作可能有助于降低疾病的严重程度和进展，并预防NASH并发症，如HCC，这可能是由自噬减少直接促进的。

专家评论

非酒精性脂肪性肝病是美国和大多数发达国家最常见的肝病。NAFLD的发病机制及其治疗尚不清楚。最近对自噬途径的研究揭示了这种降解途径的许多功能，可能对NAFLD的发展和进展产生潜在影响。针对肝细胞和肝脏的研究表明，自噬在调节肝细胞脂质积聚和氧化应激引起的肝损伤中发挥着关键作用。自噬障碍可能在一定程度上提供NASH发育所需的“两次打击”，促进初始脂质积累和细胞损伤的进展。非肝脏模型的研究结果表明，在免疫和纤维化反应以及致癌过程中，自噬的其他可能功能也可能在NASH中发挥作用。随着年龄增长而出现的自噬障碍可能在一定程度上解释了NAFLD发病率随年龄增长而增加的原因。肝细胞脂质过多积聚损害肝脏自噬的能力也表明，脂肪变性可能是肝脏随着年龄增长而出现自噬缺陷的机制。

五年回顾

自噬在肝脏脂肪变性和损伤中的作用最近才被描述出来，要在机制上直接将溶酶体途径与NASH联系起来，还有很多工作要做。自噬缺陷与肝脏脂肪变性的发生有关。未来的研究必须证明，自噬中的生理缺陷直接促进疾病的发展和进展。自噬障碍是否会导致人类NASH也必须进行检查。然而，确定人类肝脏的自噬功能是困难的，因为目前只有测量自噬体/自溶体数量的稳态分析（如电子显微镜）才能应用于活检，而且这些方法无法区分自噬增加或减少，任何一种都可能提高自噬体的数量。大多数研究都严格讨论了大分子自噬在肝脏中的作用，未来的研究也将关注CMA对NASH的独特贡献。其他研究将检查自噬在肝细胞以外的其他类型肝细胞中的功能。具体来说，巨噬细胞和星状细胞的自噬功能是否介导了NASH的表现？如果自噬缺陷在这种疾病中的作用得到证实，那么最终需要进行增强自噬功能的药物试验，首先是在动物身上，然后是在人类身上。

致谢

脚注

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