靳睿 饒慧瑛

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是全球常見的慢性肝臟疾病[1]。在過去的20年里，人們逐漸意識到了遺傳因素在NAFLD這種多因素疾病的病因和病程中的作用。研究者通過嚴(yán)格的患者篩選(從家庭和雙胞胎研究中得知的表型變異)、全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)和外顯子測序等，已在NAFLD的遺傳特點研究方面取得重大進展。

早期來自美國不同中心的回顧性研究報道了家族間表型聚集現(xiàn)象，其中受累成員表現(xiàn)出嚴(yán)重的NAFLD疾病特征，包括非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和肝硬化[2]。一項橫斷面研究顯示，NAFLD相關(guān)肝硬化患者的先證者(17.9%)出現(xiàn)晚期纖維化的比率是同齡對照組一級親屬(1.4%)的12倍[3]。表明遺傳因素在NAFLD病因和進展中都起著重要作用。由于NAFLD的復(fù)雜特征是宿主遺傳和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果，要想全面了解NAFLD發(fā)生涉及的遺傳通路,需要將各種性狀與環(huán)境因素及其他可能與NAFLD特征具有協(xié)同作用的疾病綜合考慮。與肝臟脂肪變性相關(guān)的遺傳性疾病囊括了132個基因，其中32個與NAFLD的發(fā)病機制相關(guān)。現(xiàn)介紹調(diào)節(jié)脂滴(LD)生物學(xué)合成、脂肪從頭合成和脂肪酸區(qū)室化以及極低密度脂蛋白(VLDL)的組裝和分泌的途徑和遺傳變異。這些變異在NAFLD發(fā)病機制中的因果關(guān)系已通過功能研究和臨床隊列的廣泛研究得到驗證[4]。

一、遺傳變異在LD代謝途徑中的作用

(一)PNPLA3 rs738409C>G單核苷酸多態(tài)性(SNP)編碼Patatin樣磷脂酶結(jié)構(gòu)域3(PNPLA3)的I148M蛋白變體，在所有人群中占NAFLD遺傳易感性的比例最大，同時也解釋了種族間疾病易感性的差異[5]。PNPLA3 I148M變體增加了與NAFLD相關(guān)的進行性肝損傷易感性，并且是肝病進展的一個常見的修飾因子[6-7]。PNPLA3對甘油三酯、磷脂和視黃酯存在固有的脂肪酶活性，可介導(dǎo)油酸和其他不飽和脂肪酸(包括花生四烯酸)的水解。當(dāng)野生型蛋白質(zhì)被迅速降解時，突變蛋白不能泛素化，可在LD表面聚集，同時改變核心脂質(zhì)的重塑和周轉(zhuǎn)[8]。突變體I148M蛋白作為共顯性負(fù)基因發(fā)揮作用，導(dǎo)致LD水解受損[9]。此外，表達(dá)突變體PNPLA3的肝細(xì)胞表現(xiàn)出自噬功能缺陷和脂肪吞噬能力降低。這些缺陷可促進脂肪變性、乳酸堆積和NAFLD發(fā)生[9]。I148M突變體在降低肝星狀細(xì)胞釋放視黃醇的同時，也降低了LD的豐度，兩者結(jié)合促進星狀細(xì)胞活化，導(dǎo)致炎癥、纖維化和癌變。I148M突變體也可能改變脂肪細(xì)胞的脂質(zhì)代謝和脂肪因子的分泌，進而影響肝臟的表型[10]。

(二)溶酶體酸性脂肪酶(LAL) 由LIPA基因突變導(dǎo)致的LAL亞型與溶酶體LD轉(zhuǎn)換缺陷和早期中性脂質(zhì)儲存缺陷有關(guān)，由于溶酶體水解缺陷和LD自噬功能受損，促進肝臟膽固醇酯和甘油三酯積累，出現(xiàn)嚴(yán)重的NAFLD表型[11]。然而，目前尚不清楚雜合子LIPA攜帶者是否有成人NAFLD的風(fēng)險。早期研究表明攜帶者患病率為1∶40 000，而最近對120個已知變體的調(diào)查發(fā)現(xiàn)其發(fā)病率<1∶175 000，表明LAL-D是導(dǎo)致NAFLD的次要原因[12]。

(三)HSD17B13 HSD17B13的最新進展進一步說明了LD重塑在修飾NAFLD表型中的重要作用。在代謝功能障礙或酒精濫用失調(diào)的情況下，編碼位于肝細(xì)胞LDs上的17-β羥類固醇脫氫酶13(HSD17B13)變異與遏制肝炎和纖維進展有關(guān)[13-14]。HSD17B13突變減輕肝損傷的主要機制與改變肝臟脂肪變性本身無關(guān)，但可能反映了視網(wǎng)膜醇代謝的改變以及纖維化和炎癥途徑的激活，盡管細(xì)胞特異性途徑(巨噬細(xì)胞、星狀細(xì)胞、肝細(xì)胞)尚待闡明[14]?，F(xiàn)有的信息表明,HSD17B13的治療靶點可作為緩解NAFLD進展的一種策略。

二、遺傳變異在脂肪從頭合成、脂肪酸的分隔化通路中的作用

脂肪酸(FA)區(qū)隔化用來反映底物在多個途徑上的流動，包括FA攝取、脂肪從頭合成中的FA流量以及FA在LD水解和重塑過程中的再利用。遺傳學(xué)證據(jù)表明,脂質(zhì)合成途徑與NAFLD的發(fā)病機制有關(guān)，包括葡萄糖激酶調(diào)節(jié)因子(GCKR)表達(dá)變異[15]。GCKR通過調(diào)節(jié)葡萄糖流入肝細(xì)胞的量從而調(diào)節(jié)脂肪生成底物的流動來調(diào)節(jié)脂肪從頭合成。大多數(shù)研究都指向一個共同的SNP(rs1260326)，它能編碼P446L變異，是與脂肪肝相關(guān)的變異。這種氨基酸替換削弱了GCKR對果糖-6-磷酸的反應(yīng)從而抑制葡萄糖激酶，反映了控制肝臟葡萄糖攝取的負(fù)反饋回路[16]。攜帶P446L-GCKR突變體的受試者伴有循環(huán)中血糖降低和胰島素敏感性增高，但同時P446L變異體增加了肝臟丙二酰輔酶a的生成，它作為脂肪從頭合成的底物以及阻斷脂肪酸氧化促進肝臟甘油三酯的累積，從而促進肝臟脂肪變性[16]。

蛋白磷酸酶1調(diào)節(jié)亞基3B(PPP1R3B)位點基因變異也被認(rèn)為可以防止肝臟脂肪堆積，該機制可能是PPP1R3B表達(dá)增加導(dǎo)致過多能量底物向糖原代謝而非脂質(zhì)合成[17]。對脂質(zhì)重塑在肝病發(fā)病機制中的重要認(rèn)知來自全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)，該研究評估了歐洲隊列中對酒精相關(guān)性肝硬化的易感性，強調(diào)了一種接近膜結(jié)合O-?；D(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域7(MBOAT7)位點變異的相關(guān)性[7]。MBOAT7表達(dá)受損會導(dǎo)致肝細(xì)胞和循環(huán)中含有花生四烯酸的磷脂酰肌醇水平降低，且越來越多的證據(jù)表明，其表達(dá)下調(diào)與肥胖和胰島素抵抗時NAFLD的發(fā)生有關(guān)，并反映了肝細(xì)胞脂滴中磷脂重塑的改變，特別是溶血磷脂酰肌醇脂質(zhì)[7]。

三、遺傳變異在極低密度脂蛋白(VLDL)組裝和分泌途徑中的作用

肝臟脂質(zhì)輸出在很大程度上取決于脂蛋白的組裝和分泌，該過程從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)開始，然后將LDs從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)移到ER內(nèi)腔中。此初始步驟需要腔內(nèi)轉(zhuǎn)移蛋白、微粒體甘油三酸酯轉(zhuǎn)移蛋白(MTTP)和受體蛋白、載脂蛋白B(APOB)，其突變或缺失可破壞VLDL組裝并導(dǎo)致肝脂肪變性，且伴隨血漿中膽固醇和甘油三酸酯的含量顯著降低。 APOB和MTTP中的遺傳變異分別導(dǎo)致常染色體顯性家族性低血脂蛋白血癥和常染色體隱性無β-脂蛋白血癥，其代表了NAFLD、肝硬化和肝細(xì)胞癌(HCC)的罕見遺傳原因[18]。2014年三個研究小組同時發(fā)現(xiàn)了與VLDL組裝和分泌缺陷相關(guān)的導(dǎo)致肝脂肪變性和NAFLD的另一種遺傳原因，即TM6SF2變異。 患有rs58542926突變體TM6SF2(E167K)的受試者表現(xiàn)出等位基因功能缺失，導(dǎo)致VLDL分泌缺陷、LDL水平降低、肝脂肪變性和纖維化[19]。但在整體TM6SF2基因敲除小鼠模型中，VLDL分泌的機制研究結(jié)果不一致，其中一些研究顯示肝脂肪變性和VLDL分泌減少，而其他研究則表明肝脂質(zhì)無變化且血清甘油三酯水平無法解釋的升高[19-20]。矛盾的是， TM6SF2過表達(dá)增加了小鼠的肝脂質(zhì)含量并降低了VLDL分泌。這些研究結(jié)果的差異反映了現(xiàn)在迫切需要了解Tm6sf2在VLDL分泌和肝臟損傷中的作用[20]。

四、系統(tǒng)生物學(xué)方法解釋NAFLD的發(fā)病機制

在NAFLD中指定單一機制和(或)單一基因/蛋白質(zhì)的概念(如上所述)已演變成使用系統(tǒng)生物學(xué)方法探索多種因果相互作用的概念。NAFLD代表一系列組織學(xué)表型，具有顯著個體差異，與代謝綜合征重疊，與其他疾病(肥胖、2型糖尿病)以及多種癌癥具有(基因)多效性。有研究通過無偏倚的方法來探討涵蓋數(shù)千種蛋白質(zhì)的多種通路和穩(wěn)態(tài)相互作用，這一過程被稱為NAFLD- Reactome[21]。其研究結(jié)果涵蓋了11種NAFLD-Reactome途徑，包括小分子的運輸-特別是“血漿脂蛋白的組裝、重塑和清除”，新陳代謝以及子途徑“能量代謝的整合”，“脂質(zhì)代謝”，“檸檬酸(TCA)循環(huán)和呼吸電子運輸”，通過子途徑富集的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)“通過受體酪氨酸激酶進行信號傳遞”，通過子途徑富集的免疫系統(tǒng)“先天免疫系統(tǒng)”和“細(xì)胞因子”系統(tǒng)中的“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”，翻譯后修飾富集的蛋白質(zhì)代謝和“β細(xì)胞發(fā)育的調(diào)控”。在11種NAFLD-Reactome途徑中，有8種從原始種子列表中確認(rèn)了> 100個的術(shù)語，包括脂質(zhì)代謝，免疫系統(tǒng)中的細(xì)胞因子信號傳導(dǎo)，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和蛋白質(zhì)代謝。這些發(fā)現(xiàn)補充并擴展了以上總結(jié)的遺傳證據(jù)，并提示NAFLD脂質(zhì)代謝改變的其他廣泛影響，包括巨噬細(xì)胞，星狀細(xì)胞信號傳導(dǎo)。其研究結(jié)果顯示,新陳代謝節(jié)點(R-HSA-1430728.8)產(chǎn)生的項數(shù)最多，其次是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和免疫系統(tǒng)。以代謝為代表的大節(jié)點還富含“檸檬酸/三羧酸(TCA)循環(huán)和呼吸電子傳遞”等亞途徑，其中包括線粒體轉(zhuǎn)運載體家族的成員，如解偶聯(lián)蛋白，參與產(chǎn)熱、脂肪酸代謝，與NAFLD相關(guān)的共病包括肥胖、糖尿病和退行性疾病。TCA循環(huán)和電子傳遞鏈產(chǎn)生的化學(xué)滲透梯度放松調(diào)節(jié)可能對NAFLD的發(fā)展和嚴(yán)重程度至關(guān)重要[22]。

網(wǎng)絡(luò)分析預(yù)測了免疫系統(tǒng)的一個節(jié)點，其子通路包括Toll樣受體的調(diào)節(jié)和糖基化終產(chǎn)物受體信號傳導(dǎo)，與糖尿病、動脈粥樣硬化、腎功能衰竭和衰老有關(guān)。同樣，作為主要囊泡介導(dǎo)轉(zhuǎn)運節(jié)點的一部分，B類受體亞途徑的清除作用被過度強調(diào)，宿主-病原體相互作用和病原體相關(guān)分子模式在NAFLD病理生理學(xué)以及代謝功能和能量平衡調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子3(RUNX3)的研究結(jié)果引起了人們的興趣，因發(fā)現(xiàn)NASH患者肝臟RUNX3表達(dá)下調(diào)，而酒精性脂肪性肝炎(NASH)中則未見下調(diào)，這是鑒別NAFLD和酒精相關(guān)性脂肪肝的一個潛在鑒別指標(biāo)[21]。與調(diào)節(jié)β細(xì)胞發(fā)育相關(guān)的通路與NAFLD高度相關(guān)，尤其是β細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)節(jié)和AKT介導(dǎo)的FOXO1(也稱為FOXO1A)失活有關(guān)。先前的研究表明，F(xiàn)oxO1(FoxO1的小鼠同源物)調(diào)節(jié)肝臟的多種代謝功能，包括糖異生、糖酵解和成脂基因表達(dá)途徑[23]。NAFLD-Reactome途徑證實了與遺傳性疾病相關(guān)的肝脂肪變性相關(guān)的基因的作用。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了NAFLD通路分析的實用性，并為遺傳性疾病在確定因果變體和潛在藥理學(xué)目標(biāo)中的作用提供了重要的新見解。

綜上所述，使用分子網(wǎng)絡(luò)推斷NAFLD發(fā)病機制的途徑存在一些局限，主要是因為預(yù)測的路徑是使用Pubmed中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)構(gòu)建，方法需要實驗驗證。雖然多組學(xué)技術(shù)的可用數(shù)據(jù)支持主要結(jié)論，但預(yù)測路徑的層次結(jié)構(gòu)也需要正式的實驗驗證。然而，盡管存在數(shù)據(jù)挖掘的潛在限制，預(yù)測的NAFLD-Reactome通路為NAFLD的發(fā)展及其進展到纖維化和HCC段提供了重要的新線索和見解。