蔡恬莹， 黄美州， 陈 浩， 钱保林， 付文广

西南医科大学附属医院 肝胆外科， 四川 泸州 646000

非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的发生发展与线粒体障碍密切相关，本文以NASH脂肪变性、肝炎和肝纤维化为线索，探究线粒体功能障碍、结构异常与自噬受损在NASH发生发展中的主要作用和相互关系，并就目前通过改善线粒体障碍治疗NASH的相关研究进展以及治疗靶点作一总结。

1 线粒体障碍与NASH脂肪代谢

1.1 脂质代谢与线粒体功能障碍 脂肪变性是NASH的病理特点之一[1]，脂质代谢主要途径脂肪酸β氧化的异常是导致NASH中线粒体障碍的基础。脂肪堆积诱导过氧化物酶体增殖剂激活受体(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)激活，PPAR作为核激素受体家族中的配体激活受体，与相应配体结合后调控细胞内多种代谢活动，目前发现其亚型PPARα主要调控脂肪酸β氧化，PPARα介导下游靶基因肉碱棕榈酰转移酶Ⅰ和脂酰CoA脱氢酶表达增加，使β氧化代偿性增强[2]，PPARα还可激活线粒体细胞色素P450酶2E1(cytochrome P450 2E1，CYP2E1)，当线粒体电子传递能力饱和时，CYP2E1通过黄素蛋白将β氧化产生的过量电子向分子氧传递，产生大量活性氧(ROS)[3]，即出现线粒体功能障碍。在NASH中，各类脂质是线粒体ROS的主要来源之一，也是ROS攻击的对象。脂质成分与ROS反应产生的氧固醇、氧化磷脂等脂质过氧化产物可激活还原型辅酶Ⅱ氧化酶(NADPH oxidase，NOX)、降低抗氧化酶锰超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase，MnSOD)活性来加剧氧化应激；氧固醇堆积于以胆固醇为主要成分的细胞膜上可导致细胞膜通透性增加；从破裂的肝细胞中释放出的氧固醇氧化磷脂可介导单核巨噬细胞释放炎症因子产生炎症，或刺激肝星状细胞(HSC)活化促进肝纤维化[4-5]，且NASH的严重程度和脂质过氧化产物含量呈正相关[6]，这些脂毒性作用是线粒体障碍与NASH发展存在相互作用的有力证据。

1.2 脂质代谢与线粒体结构损伤 NASH初期脂质代谢异常诱导氧化应激状态形成，线粒体结构损伤也是氧化应激状态的重要组成部分。线粒体结构损伤包括线粒体呼吸链复合物的损伤，其引发原因并不单一，其中最重要的是线粒体DNA(mtDNA)受损，mtDNA含量在脂质积累初期代偿性增加，但转录表达相对不足甚至下降，被称为mtDNA适应不良[7]，各种脂质过氧化产物还可直接攻击mtDNA造成基因损伤，导致其编码的线粒体复合物和ATP合酶合成减少，直接影响线粒体功能。而NASH中其他损伤信号，例如脂肪变性诱导细胞表面凋亡信号Fas的过度表达也表现出对于各线粒体复合物的损伤作用[8]。NASH中脂肪积累同时诱导解偶联蛋白2(uncoupling protein 2，UCP2)表达增加[9]，UCP2在线粒体膜上形成质子回流通道，减少质子与ATP合酶偶联，导致氧化磷酸化受损，ATP合成能量代谢异常，共同诱导氧化应激状态。上述研究再次印证了脂质代谢异常与线粒体障碍之间的密切关系。

1.3 脂质代谢与线粒体自噬异常 线粒体自噬缺陷可能是促进NASH进展的重要因素[10]。在生理状态下，自噬清除功能受损的线粒体是维持细胞氧化平衡的主要方式，而NASH进展阶段，线粒体自噬缺陷导致对损伤线粒体的清除作用不足，大量变形、肿胀及破裂的线粒体在肝细胞内积聚，成为ROS的主要来源[10]。在脂肪变性阶段自噬缺陷亦可促进脂质积累，这是由于自噬依赖性的脂肪代谢机制在起作用，自噬相关蛋白如硫氧还蛋白相互作用蛋白(thioredoxin interacting protein，TXNIP)不仅可促使自噬相关基因表达，还可诱导PPARα表达，减轻脂质积累[11]，提示了线粒体自噬在NASH中的积极作用。

2 线粒体障碍与NASH炎症发生

2.1 线粒体功能障碍与NASH炎症 肝细胞炎症是诊断NASH必不可少的基本病理标志。在肝脂肪变性晚期，mtDNA遭受ROS的攻击导致相关基因合成受阻可能为线粒体障碍引起肝炎的根源之一。ATP合酶等基因的损伤使得ATP生成减少能量代谢异常[12]，是肝炎发生的重要推动因素。而线粒体电子传递链复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ合成受阻导致电子传递异常、泄露增加，引起线粒体膜电位减弱，上述原因共同作用加剧氧化应激。在该状态下，大量ROS释放进入细胞质后通过多种方式介导炎症发生，其中最重要的是与肝细胞内核苷酸结合寡聚域(NOD)样受体(NOD-like receptor 3，NLRP3)结合活化炎性小体，炎性小体是一种多蛋白信号识别复合体，由NLRP3、前激活caspase-1和衔接分子凋亡相关斑点样蛋白共同组成，在激活的caspase-1作用下，IL-1β产生增加[13]，从而引起组织炎症反应。上述内容阐释了线粒体功能障碍在诱导NASH炎症中的作用。

2.2 线粒体结构异常与NASH炎症 线粒体释放ROS诱导炎症的前提是线粒体的通透性增加，这是氧化应激状态下线粒体通透性过渡孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)开放的结果。亲环蛋白D(cyclophilin D，CypD)与ATP合酶参与mPTP的形成，线粒体内过量ROS可能通过氧化mPTP上的蛋白质硫醇刺激其开放[14]，导致线粒体通透性增加甚至破裂。CypD通过与ATP合酶侧支上的寡霉素敏感蛋白结合调节mPTP的开放[15]，尽管ATP合酶转化为mPTP以及CypD对其的具体调节机制仍不完全清楚，但CypD作为调节蛋白可被视为相应的治疗靶点，改善NASH线粒体结构破坏。

受损的mtDNA从破裂的线粒体中释出，以囊泡的形式被分泌出肝细胞，后进入Kupffer细胞或单核细胞中激活其内Toll样受体(TLR)9，TLR9结合活化其接头分子髓样分化蛋白88，后者介导核因子κB(NF-κB)激活产生促炎作用。mtDNA还可在大量ROS的作用下被氧化为氧化mtDNA，释放后的氧化mtDNA被胞吞入中性粒细胞，在其中与NLRP3结合激活炎性小体，介导炎症发生[16]。与ROS引起肝细胞自身促炎因子分泌不同，mtDNA主要作用于各类炎性细胞。这些作用解释了NASH中线粒体结构破坏与炎症发生的关系。

2.3 线粒体自噬异常与NASH炎症 NASH肝炎过程中NF-κB可刺激自噬受体p62的转录表达，使p62聚集于线粒体膜上，通过与Parkin蛋白的结合介导线粒体自噬，以清除炎症损伤的肝细胞[17]。而NF-κB是最重要的促炎因子之一，其具有促炎和诱导自噬的双重作用，因此不难推测肝炎中的线粒体自噬可能是一种自我保护机制。近期报道[18-19]发现肌醇多磷酸多激酶(inositol polyphosphate multikinase，IPMK)对于自噬至关重要，IPMK通过AMPK激活丝氨酸/苏氨酸激酶来介导自噬溶酶体的组装，并支持脱乙酰酶1(sirtuin 1，SIRT1)的表达，SIRT1与NK-κB存在级联作用，引发该通路下的双重效应，这为通过线粒体自噬作用改善肝炎提供了可能，也带来了相应的限制与阻碍。

3 线粒体障碍与肝纤维化

3.1 线粒体功能障碍与NASH肝纤维化 肝纤维化是NASH晚期病理表现之一。脂质蓄积、氧化应激和促炎因子等条件均可间接或直接激活HSC，介导肝纤维化[20]。高脂诱导肝细胞线粒体生物发生减少，裂变融合失调，糖酵解速率增加等线粒体物质代谢障碍，这些事件在纤维化进程中起重要影响[21]，而其中最关键的是氧化应激状态下大量ROS对TGFβ的激活作用，TGFβ是诱发肝纤维化最重要的细胞因子，其在未激活时与潜伏期相关肽(latency-associated peptide，LAP)结合形成稳定的二聚体蛋白，有时还存在潜伏TGFβ结合蛋白形成三聚体[22]。ROS可直接氧化LAP使其与TGFβ分离，或通过NF-κB诱导基质金属蛋白酶活化切割LAP，促使成熟TGFβ的释放[23]。且最近研究[24]表明，TGFβ和细胞外ROS对HSC的双重刺激可诱导HSC内形成Sma和Mad相关蛋白2/3(Sma- and Mad-related protein，SMAD2/3)复合物，SMAD2抑制抗氧化成分细胞球蛋白(cytoglobin，CYGB)表达，使HSC中NOX活性增加，ROS产生增多，同时SMAD3介导HSC中胶原生成，TGFβ1的自分泌，提示HSC自身氧化应激正反馈的形成，借此维持其激活状态，该正反馈通路的发现为未来NASH肝纤维化的治疗提供了新的方向。

3.2 线粒体结构异常与NASH肝纤维化 肝细胞线粒体损伤后，大量mtDNA释放可直接活化HSC，这种作用与线粒体损伤释放mtDNA诱导炎症一样，被称为线粒体衍生的损伤相关分子模式[25]。但细胞间质内的mtDNA通过何种受体介导与HSC的识别融入，或通过何种通路激活HSC仍需要更多更深入的研究，但已有的结果仍可表明肝细胞中的线粒体损伤与肝纤维化有直接关系，对线粒体损伤分泌的mtDNA的研究，亦可作为探究HSC活化与肝纤维化发生机制的线索。

HSC中ROS的积累暗示了该细胞中可能存在与NASH相关的线粒体障碍。ROS在HSC线粒体内产生，同样经由mPTP的开放释放入胞质，提示HSC中存在的线粒体结构异常，但更多的作用线索有待进一步发掘。

3.3 线粒体自噬异常与NASH肝纤维化 线粒体自噬对于肝纤维化的作用同样具有双面性，一般认为线粒体自噬清除活化的HSC是改善肝纤维化的重要手段。与肝炎下的自噬相同，HSC中也存在诱导活化与自噬双重作用的物质——血小板衍生生长因子受体α(platelet derived growth factor receptor α，PDGFRα)，Marcelin等[26]研究发现，在高脂饮食诱导的小鼠中下调PDGFRα抑制自噬的同时显示出肝纤维化的减弱，这与诱导自噬以达到改善纤维化的目的相违背。由此可见，自噬的作用具有双面性，如何利用自噬诱导达到理想的治疗效果仍需更多的研究探索。

4 NASH与线粒体异常相关的治疗

4.1 维持线粒体稳态预防NASH进展 改善脂质β氧化是保护线粒体功能的首要任务，McCommis等[27]通过抑制线粒体葡萄糖氧化通路，使线粒体为脂肪β氧化留存了更多空间，研究结果提示代谢作用的重新分配可以作为治疗NASH的新思路。

而在维持线粒体氧化平衡中，脱乙酰酶SIRT家族的作用占据十分重要的地位。正常情况下， SIRT3诱导SOD2的去乙酰化激活，并维持谷胱甘肽(glutathione，GSH)生成调节因子核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NRF2)的表达从而促进GSH的生成[28]。GSH在细胞质内合成，转运入线粒体被称为线粒体GSH(mGSH)，线粒体内MnSOD2清除多余的ROS成为过氧化氢，再由mGSH分解为水以维持氧化平衡[29]，但NASH中高脂诱导SIRT3表达降低，抗氧化作用减弱导致了氧化平衡失调，出现氧化应激。Zeng等[30]研究发现，上调SIRT3活性可抑制线粒体氧化应激，预防NASH进展。最近的实验[21-22]也证实，SIRT6、SIRT1分别在恢复脂肪β氧化与肝脏炎症发生中起调控作用，是治疗NASH的重要靶标。

4.2 保护线粒体结构改善NASH肝炎 线粒体破裂介导的细胞凋亡是NASH受损细胞死亡的主要途径。内源性细胞凋亡途径与线粒体B细胞淋巴瘤/白血病-2家族蛋白作用有关，大量ROS介导丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)的磷酸化激活，活化的JNK诱导促凋亡基因表达，激活促凋亡蛋白[31]，激活的tBID募集于线粒体膜上介导促凋亡因子Bax和Bak形成孔道，导致线粒体外膜通透，细胞色素C经Bax孔道被释放入胞质，结合凋亡蛋白酶激活因子，募集起始半胱天冬氨酸caspase-9加入并使其激活，组成完整的凋亡小体，激活效应半胱天冬氨酸caspase -3、7切割细胞蛋白质协助凋亡，最终被巨噬细胞识别吞噬[32]。CXC趋化因子受体3(CXC receptor 3，CXCR3)主要存在于各类炎症细胞上，通过介导MAPK亚型凋亡信号调节激酶1/JNK信号通路的激活诱导炎症，因JNK信号在线粒体裂变凋亡中起到的重要作用，Du等[33]通过实验证实了CXCR3缺陷可抑制凋亡，减轻NASH炎症，是治疗NASH的有效位点。

4.3 抑制线粒体通透性改善NASH纤维化 HSC中存在的氧化应激正反馈提供了NASH纤维化治疗的新思路。HSC中NOX1、2、4、5等各种NOX亚型均被证实与肝纤维化进展有关[34]，包括NOX的上游调节蛋白CYGB等均可作为切入点进行抗氧化治疗的研究。在对线粒体结构的研究中，Zhao等[35]发现在NASH患者活化的HSC内可调控mPTP的环状RNA——SCAR(steatohepatitis-associated circRNA ATP5B regulator)表达下降。SCAR作为ATP5B 调节剂，通过与ATP酶F1亚基上的ATP5B蛋白结合，阻碍ATP酶与CypD的相互作用从而抑制mPTP开放。但在NASH患者中，SCAR表达抑制使mPTP开放并释放大量ROS，提示SCAR可作为相应治疗靶点。Lv等[36]认为HSC的激活与ROS的累积实际是静止期的细胞进入细胞周期的过程，并通过实验证实细胞周期调控因子p16、38的表达与ROS的产生有关，为清除HSC内ROS改善NASH肝纤维化提供了可行的治疗靶点。

4.4 线粒体自噬改善与NASH治疗 针对线粒体自噬的相关治疗改善肝疾病是近年来的热门话题。Wu等[37]发现高脂饮食诱导拟激酶混合谱系激酶域样蛋白(pseudokinase mixed lineage kinase domain-like，MLKL)表达增加，MLKL可与肝线粒体结合刺激ROS产生，并转移至自噬体膜上抑制损伤细胞的自噬，加剧肝损伤。MLKL敲除模型可改善损伤肝细胞的自噬缺陷，缓解NASH进展。Park等[11]也证实自噬相关蛋白TXNIP通过改善脂肪酸氧化并诱导自噬达到减轻NASH的作用，提示诱导自噬治疗NASH的可行性及相关靶点的应用。但过度的自噬诱导也可能加重肝损伤，故维持其间的平衡是治疗NASH的关键，这为通过自噬寻找新的NASH治疗方式提供了机会与挑战。

NASH从脂肪变性至逐步出现炎症、肝纤维化等一系列病理损伤的过程中存在伴随和递进关系。期间可观察到上文所述线粒体障碍在其中的作用，被证实是疾病进展的关键因素，但NASH中肝细胞线粒体障碍不能被完全确认是NASH进展的起因还是肝脏病变的结果[12]。总结当前研究结论不难发现NASH中线粒体障碍与各级病变相互作用，互为刺激因素。NASH的治疗也需与改善线粒体功能方面综合考虑，线粒体障碍尤其是氧化应激在NASH发展中占据最为主要的地位，但其中的具体机制仍有待进一步探究，保护线粒体功能和NASH治疗的相互关系可以作为未来进一步研究的方向及思路。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：蔡恬莹负责课题设计，资料分析和撰写论文；黄美州、陈浩、钱保林参与收集数据，修改论文；付文广负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。