細胞衰老在非酒精性脂肪性肝病中的作用與機制

董琳菲 王艷

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一組累及全球約25%人口的連續疾病譜,包括非酒精性脂肪肝( NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化以及肝硬化。目前其發病率在我國已超越慢性肝炎,躍居第一大慢性肝病。NAFLD不僅發病率高,而且還會增加肝臟相關并發癥及死亡率,同時與心血管疾病、2型糖尿病、腎臟疾病等發生也密切相關。然而除減重外,NAFLD目前缺乏有效的治療方法。因此,找到有效、針對性的治療手段勢在必行。

有研究表明,慢性肝損傷與衰老肝細胞的堆積有關,且衰老細胞堆積與肝纖維化進展相平行。NASH時,肝細胞持續衰老與不恰當修復和旁分泌途徑介導的組織損傷有關。衰老細胞轉化為分泌表型,分泌高水平炎性細胞因子、免疫調節劑、生長因子和蛋白酶,進一步誘導旁分泌介導的組織損傷。體內實驗已證實,去除衰老細胞可改善肝內脂肪變性,可作為一種有效治療策略。同時,NASH時肝竇內皮細胞衰老加速肝竇毛細血管化,通過抑制中央周圍內皮衍生的C-kit活性,重新編程肝竇內皮細胞,促進脂肪變性。而肝星狀細胞HSC的細胞衰老則控制肝纖維化的程度,在NASH發病中發揮保護性抗肝纖維化機制。因此,調控細胞衰老及其相關信號通路可為今后靶向治療的進一步研發提供思路。

有研究顯示,在NALFD發病過程中,衰老肝細胞上調表達血栓調節蛋白(THBD)-蛋白酶激活受體(PAR-1)信號。THBD是一種在內皮細胞上表達的膜結合糖蛋白,具有與凝血酶結合的高親和力,可把凝血酶從促凝劑轉為抗凝劑。凝血酶可以通過其特異性細胞膜受體(PAR-1、PAR-3和PAR-4)、炎癥和細胞死亡被激活。而平滑肌細胞過表達THBD可下調增殖,提示THBD可以通過PAR-1調控細胞增殖。此外,在NAFLD、NASH等動物模型中進行的相關研究結果顯示,受損組織中可見衰老細胞堆積以及THBD和PAR-1陽性細胞。THBD信號通路作為一種對衰老很重要的促生存通路,為治療NAFLD提供了新的機制研究理論依據,或可引領未來研發。

細胞衰老的相關研究已開展近60年。上世紀60年代,美國科學家Hayflick及其同事首先描述了細胞衰老現象。細胞衰老是指持續性不可逆的細胞周期停滯狀態,主要包括兩種機制:一種是端?？s短導致的復制性衰老,另一種是應激誘導的過早衰老,應激因素可以包括老齡化、癌基因表達、氧化應激、放療和化療等[1]。

細胞衰老是一個十分復雜的動態過程,目前發現p16INK4a/Rb和p53/p21信號通路持續激活可促使細胞周期停滯趨于穩定,早期衰老細胞進一步下調核纖層蛋白B1,引發衰老相關異染色質灶(SAHFs)的形成,這是衰老相關分泌表型(SASP)出現的基礎[2]。此外,衰老細胞還具有扁平形態、分泌衰老相關β-半乳糖苷酶(SA-β-GAL)的特征。SASP是衰老細胞分泌的物質的混合物,通常由炎癥因子、趨化因子、生長因子和蛋白酶等物質組成,其確切成分會隨著刺激因素的不同而有所差別,這也預示著受不同種類衰老細胞影響的生物過程的多樣性。這些分泌因子通過誘導炎癥、吸引免疫細胞去除衰老細胞并以旁分泌方式誘導鄰近細胞衰老而改變組織微環境。其中,已發現SASP中的炎癥因子和趨化因子在細胞類型和衰老誘導刺激中能夠保持高度保守,這也表明吸引免疫細胞和誘導局部炎癥是衰老細胞的共同特性[3]。

細胞衰老對于生物個體的影響是利害并存的。一方面,細胞衰老可通過SASP分泌趨化因子吸引免疫細胞,導致衰老細胞的免疫清除,起到抑制腫瘤和組織修復的作用;另一方面,持續的細胞損傷導致衰老細胞的連續產生,由于免疫衰老導致免疫介導的清除失敗,最終與衰老相關慢性疾病的發生產生直接因果關系[4]。

一、肝細胞衰老與NAFLD

NAFLD疾病組中最典型的病理特征為肝細胞脂肪變性。脂肪酸代謝異常及線粒體能量代謝功能障礙可導致氧化應激的增加及肝細胞衰老的發生[5]。而衰老細胞的積累又促進了肝細胞脂肪的積累和變性,已證實NAFLD患者中衰老肝細胞的數量增加與疾病預后相關[6]。衰老的肝細胞可引起肝臟葡萄糖、脂質和蛋白質代謝相關基因的改變,導致代謝失調[7]。另一方面,線粒體因酶學改變而失去有效代謝脂肪酸的能力,可導致細胞自主脂肪變性,活性氧(ROS)產生增加,超出抗氧化系統去除能力,導致更嚴重的脂質沉積[8]。為了確定細胞衰老和NAFLD的因果關系,Ogrodnik等[8]實施了兩種不同的實驗策略:在INK-ATTAC轉基因小鼠中誘導消除表達p16的衰老細胞,使用Senolytics藥物達沙替尼(dasatinib)和一種天然類黃酮槲皮素(quercetin)(D+Q)的組合在體外和體內消除衰老細胞,在這兩種實驗條件下得出相同的結論,衰老細胞數量減少能夠伴隨著肝臟脂質積累的改善;相反,誘導肝細胞衰老會促進體內和體外脂肪的堆積。

肝細胞衰老也參與NAFLD向NASH的進展過程,目前已證實多種信號通路或蛋白在此過程中發揮作用。DNA甲基化是其中的途徑之一。Murphy等[9]收集了NAFLD患者的冷凍肝活檢組織,并根據纖維化的組織學嚴重程度將樣本分組,相較于輕度NAFLD樣本,在晚期NAFLD樣本中,許多組織修復基因低甲基化和過表達,而某些代謝途徑中的基因如1-碳代謝呈現出高甲基化和低表達。一項研究在NASH患者的肝臟活檢中以及NASH小鼠模型中均檢測到線粒體蛋白mitofusin 2(Mfn2)表達降低,小鼠肝臟特異性消融Mfn2可引起甘油三酯積累、炎癥、纖維化和肝癌,肝臟Mfn2缺乏減少磷脂酰絲氨酸(PS)傳遞和磷脂合成,導致內質網(ER)應激和NASH樣表型的發展。因此證明ER-線粒體PS轉移的破壞參與NAFLD發展[10]。此外,還有轉錄因子 NF-κB、JAK2/STAT3 信號轉導途徑,炎性信號轉導通路 TRAF6/TAK1,蛋白激酶 mTOR等參與SASP促炎性組分表達,參與NAFLD向NASH的進展過程[11]。

二、非實質性肝細胞衰老與NAFLD

(一)肝竇內皮細胞(LSECs) 人們除了關注肝細胞在NAFLD發病機制中的作用,也越來越認識到非實質性肝細胞同樣參與疾病發展的調控。LSECs屬于非實質性肝細胞,參與形成肝血竇,其上有很多窗口且無基底膜,這種特殊結構保證了營養物質及代謝產物可實現在血液和肝實質之間的雙向運輸,從而調節脂質代謝和肝臟微環境。有研究發現,LSECs衰老通過重新編程肝內皮區帶和使中心周區內皮來源的C-kit失活來加速肝竇毛細血管化[12]。這種病理狀態下,LSECs的窗口數量減少直接影響肝細胞與血液的脂質交換,導致肝臟脂質堆積,LSECs窗口數量和直徑與升高的游離脂肪酸含量呈現負相關[13]。LSECs衰老除了參與肝臟脂肪變性,還可影響肝臟炎癥反應。例如,衰老的 LSECs 功能障礙可增加細胞粘附分子(例如 ICAM-1)的表達,從而在肝臟中積累中性粒細胞和 CD68 巨噬細胞,形成炎性病灶;同時還可導致抗氧化分子HO-1表達下調,使氧化應激反應增加,其中ROS能夠進一步導致LSECs老化[14]。

二、肝星狀細胞(HSCs) HSCs位于肝血竇和肝細胞之間的竇周隙,在正常健康的肝臟中處于靜止狀態,但在肝損傷后可被激活。代謝相關的肝纖維化往往是由于活化HSCs引起的細胞外基質(ECM)沉積導致的。在肝纖維化的發展過程中,活化HSCs會因持續慢性損傷而自發衰老。一方面,衰老活化的HSCs分泌ECM減少而分泌細胞外基質降解酶增加,可阻斷進展中的纖維化過程;另一方面,衰老活化的HSCs也可增強免疫監視,使免疫細胞優先殺傷衰老活化的HSCs,這也反映了細胞衰老在腫瘤抑制中的作用[15]。持續肝細胞衰老可通過誘導HSCs活化參與調節肝纖維化,Yu等[16]證實,核轉錄相關因子2(Nrf2)-抗氧化反應通路參與這一過程。LSECs衰老也可參與調節肝纖維化, LSECs毛細血管化后,通過分泌TGF-β1、血小板衍生生長因子、內皮素等促進HSCs活化,加重肝纖維化的形成[17]。目前誘導活化的HSCs衰老的途徑多樣。例如,姜黃素可通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)/p53信號促進HSCs衰老[18];多沙唑嗪通過拮抗α-1腎上腺素能受體促進HSCs衰老[19]。最近,Pan等[20]的研究又發現了一個藥理學上可利用的衰老靶點,他們發現在衰老的哺乳動物組織和衰老細胞模型中,血栓調節蛋白(TM)可通過穩定并啟動早期內體中蛋白酶激活受體(PAR)-1信號復合物的不可逆激活,引發一個前饋循環來確保衰老細胞的存活,證實了使用vorapaxar(PAR-1受體拮抗劑)可減少HSCs活化及抑制肝纖維化進展。

三、針對細胞衰老的藥物治療

目前針對衰老細胞的靶向藥物大致可以區分為senomorphics和senolytics兩大類。前者為SASP阻滯劑,從機制上講,可以通過拮抗或中和SASP成分而阻滯 SASP 的發生、發展或靶向其信號轉導過程;而后者則從根本上清除釋放病理性 SASP 組分的衰老細胞,因此是目前研究的一大熱點。senolytics 這類藥物最初被報道于 2015 年,當時Kirkland 實驗室注意到衰老細胞中促凋亡通路的活性顯著上調,在此基礎上,他們提出了衰老細胞依賴于自身的抗凋亡通路(SCAPs)拮抗凋亡,從而得以存活[21]。研究人員進一步揭示了衰老細胞 SCAP 網絡中的一些潛在的靶點,并成功研發出了第一個 senolytics 藥物,即 D+Q組合。之后隨著越來越多的拮抗細胞凋亡的靶點被發現,相應的藥物被研發出來,例如fisetin(類黃酮)、UBX0101(BCL-2 家族抑制劑)等。但是至今大多數被報道的 senolytics 只能特異性清除某種或某幾種特定類型的衰老細胞,這也導致目前尚無專門批準用于治療NAFLD的藥物,預防和治療NAFLD的首要原則仍然是健康的生活方式。

綜上所述,不同肝臟細胞的衰老在脂肪變性、炎癥、纖維化等NAFLD疾病進程中均扮演著不同的角色。近年來針對細胞衰老的分子機制的研究成果層出不窮,這也為針對細胞衰老的靶向藥物治療提供了基礎,但大多數小分子藥物還是具有缺乏效力、普遍性或表現出明顯的脫靶效應的缺點,同時用藥安全性、有效性等問題都需得到重視[22]。因此我們需要更深入研究細胞衰老如何誘導獲得這些特定表型的確切機制,使相關藥物治療將來成為可能。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。