mTOR在非酒精性脂肪性肝病脂质代谢中的作用研究进展.pdf

50中西医结合研究 2 0 2 4 年 2 月第16 卷第1期 Research of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine Feb.2024,Vol.16,No.1doi:10.3969/j.issn.1674-4616.2024.01.013mTOR 在非酒精性脂肪性肝病脂质代谢中的作用研究进展文献综述邱晓远胡德胜杨梦灵朱锐华中科技大学同济医学院附属协和医院中西医结合科，武汉关键词1mTOR通路；非酒精性脂肪性肝病；脂质代谢中图分类号R575.5文献标志码A随着经济的发展和生活方式的转变，非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)已成为全球最普遍的肝脏疾病，是肝细胞癌的主要危险因素，也与2 型糖尿病、心血管疾病等的风险增加有关。NAFLD是指在很少饮酒或不饮酒且没有肝脏脂肪变性继发原因（如病毒性肝炎、脂肪营养不良或已知会诱发这种疾病的药物暴露）的个体中，继发于肝脏脂肪过度积累的一系列疾病1，常作为肥胖的并发症,与2 型糖尿病、血脂异常和高血压等密切相关，是常见的肝脏脂质代谢异常诱发的代谢类疾病。NAFLD是一个连续的疾病谱,大致可以分为2 个亚型：伴或不伴轻度炎症的非酒精性脂肪肝（non-alco-holic fatty live,NAFL)以及伴有坏死性炎症的非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholicsteatohepatitis，NASH),其特征是明显的肝脂肪变性、肝小叶炎症以及肝细胞肿胀。随着肝细胞损伤和肝脏炎症的进一步加重,NAFL发展为NASH，继续加重的肝损伤和纤维化的积累会导致肝硬化和肝癌，危及生命。随着经济水平的增长和居民生活方式的改变，近十年内，中国NAFLD患病率的增长速度是西方国家的两倍2 。NAFLD发病机制复杂，临床治疗手段乏善可陈，早期可以通过改变生活方式、减轻体重得到恢复，但是疾病进展到纤维化后就很难逆转，一旦发展到肝硬化和肝癌，只能依靠肝脏移植。因此，揭示NAFLD发病机制，寻找潜在的干预靶标，将更好地指导有效药物的开发和临床决策。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target ofrapamycin,mTOR)通路处于细胞生长和代谢的中心，参与许多代谢性疾病的发生；大量研究表明，抑制mTOR对缓解 NAFLD有益。mTOR关联许多信号通路，它通过调节细胞内的能量和营养状态来协调细通信作者，Corresponding author,E-mail:2430022胞成分的合成与分解，是调控细胞生长的网络中心节点。研究证实,NAFLD的发生发展与mTOR通路介导的脂代谢异常密切相关。基于此，本文聚焦于目前国内外对mTOR通路调控脂代谢的研究，综述其在NAFLD中的作用。1mTOR结构与功能mTOR是胞内磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶(phosphatidylinositol-3 kinase-related kinase,PIKK)家族的一个2 8 9 kDa的丝/苏氨酸蛋白激酶。在哺乳动物中，mTOR核化形成2 个功能和结构不同的复合物，即mTOR复合体1(mTORcomplex 1,mTORC1)和mTOR复合体 2(mTOR complex 2,mTORC2),二者的组成、对雷帕霉素的敏感性、底物以及功能都不尽相同。相较而言，mTORC2功能更简单，而mTORC1通过磷酸化下游底物，可以调控多个生物过程。mTORC1核心成分为mTOR、哺乳动物致死蛋白 8（mammalian lethal with SEC13 protein 8,mLST8）和 mTOR相关调节蛋白（regulatory-associ-ated protein of mTOR,RAPTOR),其中,mLST8 稳定mTOR的激酶结构域,RAPTOR负责mTORC1的亚细胞定位和招募底物。mTORC1通过小GTP酶RagA、R a g B、R a g C和RagD感知营养可用性，整合营养物质、生长因子和能量输入，促进合成代谢和细胞生长，同时抑制分解代谢。Rags形成异源二聚体，其活性构象RagA/RagBGTP 和RagC/RagDGDP将mTORC1招募到溶酶体中,并被小GTP酶Ras蛋白脑组织同源类似物（Ras homolog enriched in brain，Rheb)激活。激活后的mTORC1磷酸化下游底物增加蛋白合成等合成代谢途径，抑制自噬、溶酶体生物合成等分解代谢相关通路；其中，真核翻译起始因子-4E结合蛋白-1(eukaryotic translation initiation factor4E-binding protein1,eIF4E-BP1)和核糖体蛋白 S6激中西医结合研究2 0 2 4年2 月第16 卷第1期Researchof Integrated TraditionalChineseandWesternMedicineFeb.2024，V o l.16，No.1酶 1(ribosomal protein S6 kinase l,S6K1)是经典的mTORC1底物，其磷酸化后促进蛋白合成。2mTOR信号通路在NAFLD中的作用虽然一般认为肥胖与NAFLD密切相关，但体重正常的非肥胖人群也会出现NAFLD,其危险因素是高尔基体蛋白7 3;通过其GTP酶激活蛋白活性调节极低密度脂蛋白-载脂蛋白B从肝内向肝外的输出，使肝脏中的甘油三酯、胆固醇等脂类向肝外运输受阻，进而促使了非肥胖型NAFLD的形成3。有趣的是，低蛋白饮食的营养不良人群也会罹患严重肝脂肪变性，在必需氨基酸，尤其是支链氨基酸、亮氨酸和异亮氨酸缺乏时,肝细胞中的E3泛素连接酶 Ubrl失活，其催化降解具有稳定脂滴作用的Plin2蛋白的作用被抑制,Plin2蛋白水平的升高抑制了肝脏脂质的分解，从而引起肝脏脂肪变性4。由此可见，NAFLD最主要的表现是肝脏脂质的异常累积。正常情况下，肝细胞摄取自由脂肪酸，以甘油三酯的形式储存在脂滴中，脂滴可以通过水解或自噬来降解。然而，过度摄取脂肪酸或者脂质的转运障碍会使胞内脂滴富集，导致脂毒性，促使NAFLD的发生，进一步发展为炎症并可导致 NASH。脂毒性和炎症是促进 NAFLD发展的两个主要因素。mTOR以多条通路参与了肝细胞异常的脂质累积和炎症的发展。2.1调节脂质代谢肝细胞脂毒性损伤是NAFLD的主要原因及表现。脂滴的清除对于维持肝脏正常功能至关重要。在脂质代谢方面，,mTORC1通过2 条以转录因子为中心的轴驱动脂质合成，分别是胆固醇调节元件结合蛋白 1/2（sterol regulatory element-binding protein 1/2,SREBP1/2)和过氧化物酶体增殖激活受体（peroxi-some proliferator-activated receptor,PPAR)5。胆固醇调节元件结合蛋白转录调控脂质的合成和脂质稳态，其包括三种异构体，其中 SREBP-1a激活脂肪酸和胆固醇合成，SREBP-1c激活脂肪酸合成，SREBP-2与胆固醇合成和摄取相关6 。mTORC1则激活SREBP-1促进脂质的合成门。在NAFLD小鼠模型实验中，学者证实mTORC1可以下调SREBP-1c的抑制因子细胞周期激酶8（cyclin-dependent ki-nases8,CDK8），从而避免SREBP-1c的泛素化降解，实现脂质从头合成的持续激活8 。在机制上，mTORC1直接磷酸化下游分子SREBP的抑制剂磷脂酸磷酸酶lipinl并抑制其核进人，促进SREBP上调脂质从头合成和胆固醇合成的基因，并且通过下调51PPAR活性抑制脂噬、脂肪酸氧化和生酮E9-101。最近有动物实验证实中药猪胆的主要活性成分猪去氧胆酸通过调控PPAR细胞核定位改善肝脏脂质累积11。转录因子FOXK1也参与了mTORC1下游脂质代谢的调控,在小鼠肝细胞mTORC1激活条件下，与脂质分解代谢相关的 4个基因Ppara,Acadm,De-crl和Etfa，以及与脂质合成代谢相关的2 个基因Scap和Hacd2,都是FOXK1的直接靶点12 。mTOR下游分子众多，除了通过调节4E-BP1和S6K1等靶点发挥广泛的作用，同时还控制许多转录因子的活性，从而控制基因的表达。因此，仅对少数mTOR靶标进行磷酸化就可以产生广泛的影响，导致在以 mTOR 为靶点治疗 NAFLD 等脂质代谢疾病时可能会产生一些额外的效应，因此特异性阻断肝细胞内调节脂质稳态的mTORC1通路十分有意义。先前有研究揭示在非肝细胞中mTORC1招募底物方式的多样性，滤泡素（folliculin,FLCN)可以赋予 mTORC1底物特异性,FLCN功能突变导致mTOCR1 底物转录因子 EB(transcription factor EB,TFEB)和转录因子E3(（t r a n s c r i p t i o n f a c t o r E3,T FE3)的持续磷酸化，而不影响经典磷酸化底物S6K1和4E-BP1的激活13。FLCN可以和卵泡刺激结合蛋白（folliculin-interacting protein1,FNIP1)或FNIP2形成复合物，介导RagC或RagD的GTP水解，促进Rag C/DGTP向RagC/DGDP转换。而TFEB和TFE3是同源螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix）亮氨酸拉链转录因子，可调节/参与溶酶体生物发生、自噬和脂质代谢。TFEB和TFE3在饥饿时转移到细胞核中激活靶基因。在营养充足时，它们被mTORC1磷酸化，被滞留在细胞质中。Gosis等14研究表明，通过敲除肝细胞中FLCN可以特异调节TFE3的入核，激活溶酶体基因转录，保护小鼠免受NAFL和NASH的困扰。笔者实验发现,肝脏特异性敲除FLCN对肝脏脂质稳态的多个方面产生有利影响，包括促进脂肪酸氧化和抑制新生脂肪生成；进一步研究发现，FLCN敲除后，TFE3得到释放进人细胞核，诱导INSIG2抑制SREBP-1c蛋白水解和激活，最终导致脂质从头合成得到抑制。另一方面,FLCN的缺失会导致TFE3的结合模式和结合强度都发生改变，全基因范围内，TFE3结合定位于SREBP-1c附近，这种定位位置的接近性不仅不会竞争性地与染色质结合，相反,SREBP-1c的存在反而协同促进了TFE3与靶基因的结合。这一结果也在小鼠中得到证实，肝脏特异性敲除FLCN保护缺乏胆碱和氨基酸的高脂饮食（choline-deficient amino acid-de-52fined and high fat,CDAA-HF)喂养小鼠免受NAFLD和 NASH,甚至可以逆转 NAFLD 和 NASH 的脂肪变性水平和炎症水平。以上研究表明,mTOR通路的激活主要通过转录因子 SREBP-1c来增加肝细胞异常的脂质累积。2.2 mTOR 与自噬自噬通过多种方式调节肝脏代谢15,在NAFLD和脂肪性肝炎等疾病中发挥着关键作用16 。脂滴的自噬降解称为脂噬，是脂质降解的重要代谢途径。Singh等17 首次阐明自噬调节脂质代谢的功能，他们发现，无论在体外肝细胞还是小鼠体内肝脏，抑制自噬都可以增加甘油三酯和脂滴的累积；此外，二者之间还存在反向关系，脂质的异常累积损伤自噬功能，因此形成负性循环，即脂质的累积抑制自噬功能，导致体内脂质的累积进一步增多。Nakadera 等18 进一步证实了这一结论，并阐明了肝脂肪变性引起了囊泡型腺苷三磷酸酶（vacuolar-type adenosine triphos-phatases，V-A T Pa s e)下调，通过破坏溶酶体和自噬泡酸化导致自噬功能障碍。作为自噬的中枢调节因子，mTORC1在通过调节脂噬来实现脂滴清除中的作用不可或缺。He等191发现，禁食或者高脂饮食诱导小鼠肝脏乙酰辅酶A氧化酶1（acyl-CoA oxidase l,ACOX1)的富集，使得胞质中乙酰辅酶 A的水平升高，进一步乙酰化Raptor，促进mTOR的溶酶体定位激活，抑制了肝脏累积脂滴的自噬降解，从而促进NAFLD的发展。而在上述Gosis 等14 的研究中，肝脏特异性敲除FLCN不仅促进了脂肪酸氧化，还增加了溶酶体生成。这些研究都表明，在脂质代谢异常条件下mTOR被激活，自噬水平被抑制，导致脂质在肝细胞中进一步累积，从而诱导疾病进展。2.3 mTOR 与炎症炎症的发生是NAFLD发展为 NASH的标志,肝细胞脂肪变性和炎症共同损伤肝细胞正常功能，导致肝组织的慢性损伤。炎症通常发生在肝脂肪变性之后，一方面，肝细胞脂质的异常累积可以导致炎症的发生；另一方面，炎症也会影响肝脏脂滴的清除，扰乱胆固醇代谢，加速脂质累积2 0，是NAFLD的独立危险因素。许多研究都证明了炎症通过mTOR扰乱脂质代谢，例如，炎症通过促进mTOR及其下游的磷酸化,增加了脂肪酸转运蛋白CD36的翻译效率，促进了脂质的积累2 1。在炎症小鼠模型和IL-1刺激的HepG2细胞系中都表现出脂质的累积，mTORC1的沉默抑制了这一现象,表明 mTORC1 参与了炎症刺激的脂毒性2 2 。mTOR参与了高脂饮食诱导的大鼠中西医结合研究 2 0 2 4年2 月第16 卷第1期Research of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine Feb.2024,Vol.16,No.1发生NAFLD 以及棕榈酸诱导 HepG2细胞产生炎症2 3，表明NAFL向 NASH的进展过程可能与mTOR的活化相关。干扰素刺激基因（stimulator ofinterferon genes,STING)识别来源于病原体或细胞内异常的双链DNA，激活下游IRF3、NF-k B等信号通路，刺激干扰素和炎症因子的转录2 4。多项研究揭示了NAFLD患者以及高脂饮食诱导的肝脂肪变性小鼠肝组织 STING的表达增加,STING的敲除缓解了炎症状态，减少了肝细胞中脂质的沉积，表明 STING在NAFLD炎症的发生中具有重要作用2 5-2 7 。同时，另有研究表明 STING的激活还参与了 mTORC1调控的脂滴自噬降解,STING1 直接参与 mTORC1 的形成，此过程依赖自噬相关蛋白SQSTM128。以上结果都证实了mTOR在炎症促进脂质积累中发挥了重要作用，反过来从单纯的脂肪变性到肝脏炎症的具体机制还有待进一步研究。3总结关于NAFLD的发病机制，近年来取得了许多研究进展，包括表观遗传、肝细胞内的信号通路、肝脏内的细胞互作等；随着对NAFLD研究的逐渐加深，越来越多的证据表明NAFLD患者广泛合并代谢紊乱特征。mTOR作为调控代谢的枢纽,在 NAFLD发展过程中的重要作用被不断揭示：一方面，mTOR调控细胞脂质的合成与分解，加重脂质累积；另一方面，自噬作为一种细胞降解途径，被感知细胞营养而激活的mTOR抑制，导致脂噬的减少，进一步加重脂质负担，促进NAFLD的发生。炎症是促使NAFLD发展的关键因素,多项研究证实mTOR还参与了炎症因素导致的脂质代谢紊乱。此外，多篇研究指出mTOR在NAFLD向肝细胞癌进展的过程中也发挥了关键作用2 9-30 。综上所述，以mTOR为靶点有望成为NAFLD治疗的新切人点。参考文献1Sharpton SR,Schnabl B,Knight R,et al.Current con-cepts,opportunities,and challenges of gut microbiome-based personalized medicine in nonalcoholic fatty liverdiseaseJ.Cell Metab,2021,33(1):21-32.2Zhou F,Zhou J,Wang W,et al.Unexpected rapid incre-ase in the burden of NAFLD in China from 2008 to2018:a systematic review and meta-analysisJ.Hepatol-0gy,2019,70(4):1119-1133.3Peng Y,Zeng Q,Wan L,et al.GP73 is a TBC-domain RabGTPase-activating protein contributing to the pathogene-中西医结合研究2 0 2 4年2 月第16 卷第1期Researchof Integrated TraditionalChineseandWesternMedicineFeb.2024，V o l.16，No.1sis of non-alcoholic fatty liver disease without obesityJJ.Nat Commun,2021,12(1):7004.4Zhang Y,Lin S,Peng J,et al.Amelioration of hepaticsteatosis by dietary essential amino acid-induced ubiquiti-nationJI.Mol Cell,2022,82(8):1528-1542.5Liu GY,Sabatini DM.mTOR at the nexus of nutrition,growth,ageing and diseaseLJJ.Nat Rev Mol Cell Biol,2020,21(4):183-203.6Shao W,Espenshade PJ.Expanding roles for SREBP inmetabolismJ.Cell Metab,2012,16(4):414-419.Bakan I,Laplante M.Connecting mTORCl signaling toSREBP-1 activationJJ.Curr Opin Lipidol,2012,23(3):226-234.8Feng D,Youn DY,Zhao X,et al.mTORCl down-regu-lates cyclin-dependent kinase 8(CDK8)and cyclin C(Cy-cC)JJ.PLoS One,2015,10(6);e0126240.9Battaglioni S,Benjamin D,Walchli M,et al.mTOR sub-strate phosphorylation in growth controlLJJ.Cell,2022,185(11):1814-1836.1o Sengupta S,Peterson TR,Laplante M,et al.mTORC1controls 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