氧化应激与核因子E2相关因子2在非酒精性脂肪性肝病中的作用

陆孝良， 蒋元烨， 曹 勤

上海中医药大学附属普陀医院， 上海 200062

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明确的损肝因素所致的肝细胞内脂肪过度沉积为主要特征的临床病理综合征，是与胰岛素抵抗和遗传易感性密切相关的获得性代谢应激性肝损伤[1]。由于甘油三酯的异常积累，非酒精性脂肪肝可以发展成非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，最后进展为肝硬化乃至肝癌[2]。随着肥胖及其相关代谢综合征全球化的流行趋势，NAFLD现已成为欧美等发达国家和我国富裕地区慢性肝病的重要病因。在全球，约有25%的普通成年人患有NAFLD[3]。在亚洲人群中NAFLD患病率相对较高，为27.37%[4]，在我国发达城市的患病率也有20%左右[5]。NAFLD的病因及机制复杂，涉及多个因素，例如胰岛素抵抗[6]、内质网应激[7]、氧化应激、细胞凋亡与自噬[8]、肠道微生物[9]等。文献[10]报道，氧化应激在NAFLD的发展中起关键作用。核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是cap’n’collar家族中的一种碱性亮氨酸拉链转录因子，是细胞中的一组保护转录因子。在机体受到氧化应激时，Nrf2通过与抗氧化剂应答元件的结合来激活下游多种抗氧化因子及谷胱甘肽氧化还原系统，来保护细胞免受氧化应激损伤，是细胞抗氧化应激的关键因子。而机体Nrf2基因的缺失会自发地导致NAFLD的发展[11]，因此Nrf2被认为是治疗NAFLD的一个新的治疗靶点。本文结合近年来的最新研究，将从氧化应激及Nrf2与NAFLD的关系来进行综述。

1 NAFLD的发病机制

迄今为止，NAFLD的发病机制尚未完全阐明。在20世纪90年代，Day和James[12]提出的“二次打击”学说是比较有说服力的机制。“二次打击”学说认为胰岛素抵抗是NAFLD发病的第一重打击，胰岛素抵抗会导致肝脏中的甘油三酯沉积，从而导致脂肪变性，使其更容易受到第二次打击，例如氧化应激、ATP耗尽和内毒素，最终导致肝脏炎症、纤维化和癌症。

“二次打击”学说曾是NAFLD发病机制的经典阐释，而如今“多重打击”学说被更多的学者所认可。“多重打击”学说认为NAFLD的发生是多因素综合作用的结果，包括饮食因素、代谢功能紊乱、肝肠轴、肝细胞压力、肝细胞死亡、核受体、免疫、遗传等[13]。

2 氧化应激对NAFLD的影响

氧化应激在NAFLD的致病和发展中起着关键作用。当机体产生过多的氧自由基或者氧化程度超过氧化物的清除能力时，便会产生氧化应激，从而导致组织损伤。大量文献报道导致NAFLD的主要氧化应激机制原因包括：线粒体功能障碍[14]、内质网应激[6]、铁代谢紊乱[15]、肠道菌群紊乱[16]。

2.1 线粒体功能障碍 在线粒体功能障碍的情况下，氧化应激是产生肝损伤和纤维化发展的关键因素[14]。肝脏是脂质代谢的重要器官，机体通过肝脏的转运蛋白从血清中摄取游离脂肪酸。肝细胞中脂肪和能量的稳态受线粒体的调节，包括游离脂肪酸的β氧化、电子转移和ATP，以及活性氧(ROS)的产生[17]。

当肝脏细胞脂质过载时，线粒体β氧化活性增加导致ROS增多，直至超过机体清除ROS的能力时便产生氧化应激反应[18]。而产生的大量ROS又会导致线粒体功能障碍，脂肪代谢水平下降，肝脏出现脂肪变性。而且ROS的增加促进了脂肪酸的氧化, 导致了脂质过氧化产物的增多。另外，脂质过氧化产物的细胞毒性作用可诱导中性粒细胞趋化，使肝脏发生炎症性坏死，激活肝星状细胞。持续活化的肝星状细胞释放促纤维化因子，促进非酒精性脂肪肝进一步发展为肝纤维化、肝硬化，甚至肝细胞癌[19]。

2.2 内质网应激 内质网的主要功能是合成蛋白质、胆固醇、甘油磷脂等脂类[20]。但在应激条件下，例如脂质超载时、未折叠和错误折叠的蛋白质在内质网腔中积累，激活未折叠蛋白质反应的特定信号传导途径。为了恢复内质网稳态，未折叠蛋白质反应会延长和重复激活，导致内质网应激增加，从而引发细胞凋亡和炎症反应[21-22]。内质网应激还可以导致炎性小体的激活，例如NLRP3，从而导致严重的肝脏炎症和肝细胞凋亡[23]。因此抑制内质网应激导致的炎性小体激活是治疗NAFLD的潜在方法之一。

2.3 铁代谢紊乱 铁是红细胞生成和多种细胞代谢功能所必需的物质[24]。然而，过量的铁会引起芬顿反应产生ROS，导致氧化应激产生，损伤细胞。大约三分之一的NAFLD患者表现出铁代谢紊乱的迹象，铁的过载加重了肝脏炎症，通过减少体内铁含量可以恢复胰岛素的敏感性，减缓NAFLD的发展[25]。Handa等[26]发现在给予瘦素受体蛋白缺陷小鼠膳食铁负荷后，肝细胞发生氧化应激，炎症小体激活，炎症和免疫介质诱导肝细胞气球样损伤，并因此导致NAFLD向NASH转变。Atarashi等[27]也通过给大鼠喂食正常、高脂肪、高脂肪高铁和高铁饮食30周发现，高脂肪组和高脂肪高铁组较正常组血清转氨酶升高，肝脏的炎症反应增强，促炎细胞因子上调，并且出现脂肪变性。同时，高脂肪高铁组的炎症反应，促炎因子水平显著高于高脂肪组。这表明铁超载显著加重了肝脏的炎症，体内铁还能通过产生内质网应激而导致NAFLD的肝损伤[28]。

2.4 肠道菌群紊乱 肠道微生物可以通过多种途径促进NAFLD。研究[29]表明，饮食因素可导致肠道菌群改变和肠道屏障破坏，从而促进代谢性内毒素血症和低度炎症的发生，加重NAFLD。内源性乙醇是肠道菌群的代谢物，被肝脏吸收后通过门静脉到达肝脏，在肝脏经乙醇脱氢酶氧化，形成乙醛等过氧化物，活化肝脏的Kupffer细胞，引起氧化应激和炎症反应[30]。肠道菌群失调导致胆汁酸代谢的失衡，抑制了法尼醇X受体，使得肝脏甘油三酯和血浆胆固醇水平上升[31-32]。另外肠道菌的衍生毒素，例如，脂多糖(LPS)会激活肝巨噬细胞中促炎性细胞因子的产生，从而导致肝炎的发生[33]。

3 Nrf2与氧化应激

Nrf2是机体抗氧化应激的一个重要因子。在机体发生氧化应激时，Nrf2基因被激活并转录，启动下游抗氧化蛋白、氧化酶和Ⅱ相解毒酶等。人类的Nrf2蛋白由605个氨基酸组成，含有7个高度保守的Nrf2-ECH同源(Neh)结构域，依次命名为Neh1至Neh7[34]。在稳态条件下，Neh2分子通过两个结合位点与两个Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)分子相互作用，此时Nrf2是被抑制的[35]。当ROS和亲电试剂水平大于细胞解毒的能力时，Nrf2开始活化，Nrf2与Keap1解偶联，磷酸化的Nrf2转运进入细胞核，与Maf蛋白结合成异质二聚体后与抗氧化剂应答元件结合，激活靶基因，调控Ⅱ相解毒酶、抗氧化酶的表达，清除超氧化物，从而发挥抗氧化损伤作用(图1)[36]。

图1 Nrf2参与氧化应激的过程

4 Nrf2在NAFLD病理生理过程中的作用

Nrf2通路在NAFLD的病理生理中主要通过调节氧化应激来发挥作用。Du等[37]使用骨钙素激活Nrf2通路发现，它可以通过改善氧化应激和抑制JNK通路来改善NAFLD，这是参与NAFLD发病机制的重要途径。同时，在NASH小鼠中，通过激活Nrf2，可以抑制内质网应激来改善NAFLD和肝纤维化[38]。如上文所说脂质超载和铁代谢紊乱会产生氧化应激。Wang等[39]研究显示，Nrf2在NAFLD中参与了肝脏的脂质代谢，Nrf2无效型小鼠相比于野生型小鼠肝甘油三酯和铁浓度有增加的趋势。Nrf2的缺失加速了NASH的进展。有研究[40]显示，通过抗生素治疗NAFLD小鼠减少肠道菌群后，小鼠部分抗氧化因子提高，肝脏Nrf2表达上升，减缓了NAFLD的发展。

5 Nrf2通路激活剂干预NAFLD进展

已发现的Nrf激活化剂有酚类、二硫代硫酮类、异硫氰酸盐类、三萜类[41]。大量研究[42]表明，各类Nrf2激活剂在干预NAFLD实验中取得了满意的效果。例如，具有抗氧化应激活性的类黄酮糖苷灯盏花素通过Nrf2途径改善NAFLD。来自青钱柳的三萜类化合物在NAFLD体内外模型中可以通过激活Nrf2来保护线粒体功能和改善氧化应激[43]。洋红素通过Nrf2/ HO-1信号通路抑制脂质积累和氧化应激改善NAFLD[44]。尽管已有Nrf2活化剂药物临床试验阶段, 如富马酸酯口服液治疗复发缓解型多发性硬化症已进入Ⅲ期临床阶段[45]，但由于NAFLD发病机制尚未完全了解，Nrf2活化剂特异性不够等原因，尚未有治疗NAFLD的Nrf2活化剂药物进入临床试验。当前，对于Nrf2活化剂的研究方兴未艾，大量天然药物的提取物已经证明，通过Nrf2通路可以干预NAFLD的发展，相信随着药物研究的深入，Nrf2临床药物也将会出现。

6 小结与展望

氧化应激与Nrf2通路在NAFLD的发生发展中有着重要作用且联系密切。调节氧化应激、清除ROS，是NAFLD防治的重要方向之一。而Nrf2作为氧化应激中的重要通路在避免肝脏脂质变性、防止ROS引起的肝细胞氧化应激损伤和线粒体障碍等方面起到了重要的调控作用。尽管NAFLD的发病机制复杂，现在仍未完全阐明，但越来越多的研究表明，氧化应激与Nrf2通路在NAFLD疾病的发生发展中起到了重要的作用。深入探索氧化应激与Nrf2通路的分子机制，或可为今后NAFLD的治疗和新药研发提供新的候选靶点。