第三节 信号转导
一、PI3K/Akt信号途径与NAFL
胰岛素信号转导通路作用过程大致可分为三个层次：第一是受体酪氨酸激酶激活的起始阶段，包括胰岛素受体、IRS以及底物起始作用的SH2蛋白分子；第二是以磷脂酰肌醇3激酶（phosphotidylinositol-3’-kinase, PI3K）及丝氨酸／苏氨酸激酶为中心的激酶磷酸化和脱磷酸化的连锁反应；第三是最终的胰岛素连锁反应的生物效应，包括葡萄糖摄取利用、糖原和脂质以及胰岛素作用于基因表达和细胞生长相关蛋白合成。磷酸化后的IRS是一种船坞蛋白（docking protein），它能被胞浆内含有SH2结构域的蛋白识别并结合，继续将信息下传。该类蛋白包括PI3K、酪氨酸蛋白磷酸酶SHPTP-2及几个小的信息传递分子。其中以PI3K最为重要。目前已通过多种手段证实PI3K是胰岛素刺激葡萄糖摄取和葡萄糖转运子4（glucose transporter 4，GLUT4）转位所必需的信号分子，但PI3K的下游靶分子尚存争议。目前认为有两类丝氨酸／苏氨酸激酶参与此处的信号转导，即蛋白激酶B（protein kinase B, PKB）和非典型PKC异型体ζ和λ（PKCζ/λ）。另外，胰岛素依赖的酪氨酸磷酸化和（或）CAP/Cb1复合体的隔室化可能是与PI3K通路并行的另一条必需的信号通路。研究发现，P13K/Akt信号途径是胰岛素作用的主要信号传导途径之一，PKB是逆转录病毒Akt-8的癌基因v-Akt编码的蛋白产物。PKB作为PI3K下游重要丝氨酸／苏氨酸（Ser/Thr）激酶，是胰岛素信号通路P13-K途径中的关键信号分子。Garofalo等的研究发现，Akt-2/PKBβ基因缺失的小鼠出现显著IR。体内外实验研究显示，IR时PKB蛋白水平明显受损。生理情况下，胰岛素诱导该途径中的上游信号逐级活化，磷酸化PKB的Thr308和Ser473位点使之活化，转膜脱落至细胞质，活化或抑制下游的信号蛋白，介导糖原合成、糖酵解、葡萄糖转运、蛋白质合成、脂质合成等代谢效应。PKB作为PI3K的重要下游因子，与IR的发生机制密切相关。基于“IR→脂质代谢异常→肝脏脂肪沉积→氧化应激及脂质过氧化→NAFL改变”这一共识，PI3K/Akt-mTOR信号通路将有望成为改善NAFL的靶点。炎症状态下PI3K/Akt-mTOR信号通路过度激活，致下游靶基因过度转录，细胞异常增殖，组织修复障碍，加重组织损伤。本研究结果提示，NAFL大鼠无论是组织病理学还是超微结构均存在炎性改变、脂肪变性及细胞坏死等炎症特点，P110、P85、P-Akt、mTORmRNA表达均呈高表达变化，与正常组比较有统计学意义（P＜0.05），说明PI3K/Akt-mTOR信号通路过度激活在非酒精性脂肪肝发病中有重要作用。
二、AMPK信号途径与NAFL
AMPK广泛存在于各种真核细胞中，被认为是真核生物的“细胞能量调节器”。它是一种高度保守的丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，以异源三聚体的形式存在，即具有活性形式的AMPK包含α催化亚基和β、γ调节亚基。每个亚基都存在由2～3种基因所编码的异构体，其中α亚基含有2种异构体，即α1、α2；β亚基也含存2种异构体，即β1、β2；而γ亚基含有3种异构体，即γ1、γ2、γ3。AMPK的活性受AMP/ATP比值的调节。一磷酸腺苷（AMP）与AMPKγ调节亚基相结合，启动上游激酶LKB1，从而磷酸化AMPKα催化亚基，从而致使AMPK活化，开启分解代谢途径产生ATP，同时关闭合成代谢途径以减少ATP的消耗。AMPK通路可在细胞和组织水平调节能量稳态。AMPK对AMP/ATP比值变化敏感，可作为胞内能量水平的传感器。在空腹、能量限制和增加ATP损耗的状况下，AMPK及其上游的激酶激活。在肝脏中激活AMPK，可通过减少SREBP-1c和FAS，抑制胆固醇和TG的合成；激活AMPK也可促进分解代谢，如通过抑制ACC和增加CPT-1，增加FA的β氧化反应。在高脂喂养和正常喂养的小鼠体内，AMPK的慢性激活可限制TG蓄积。在脂肪组织中，AMPK效应相似，减缓脂肪组织分解，促进线粒体β氧化，减少血液和肝脏中的FFA。AMPK信号通路对脂肪代谢亦起着积极重要的作用。首先，AMPK的激活可抑制脂肪生成和TC、TG的合成；乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-Co A carboxylase, ACC）、羟甲基戊二酸单酰CoA还原酶（HMGR）分别是脂肪酸和胆固醇合成过程中的关键酶。活化的AMPK可使它们磷酸化，抑制它们的功能，从而抑制肝脂肪酸和胆固醇的合成。在肝脏和脂肪组织中，AMPK磷酸化并抑制合成TG的催化酶——甘油3-磷酸乙酰转移酶，从而减少TG的合成。如图2-1显示，脂肪酸合成和氧化过程始于乙酰辅酶A，在ACC催化下转变为丙二酰辅酶A（Malonyl-Co A, M-CoA）。AMPK活化后，其下游底物ACC失活，ACC是丙二酰辅酶A合成的限速酶，而丙二酰辅酶A又是肉毒碱棕榈酰转移酶1（CPT-1）的抑制剂。因而，抑制解除的CPT-1可以调节长链酯酰辅酶A从胞浆进入线粒体氧化，从而降低脂质在外周组织的沉积，增加胰岛素敏感性，改善β细胞功能。AMPK调节丙二酰辅酶A感受能量的信号机制在骨骼肌、胰岛β细胞、肝脏、内皮和脂肪组织已被证实。
综上所述，NAFL受到外源性营养性因素、理化因素、内分泌因素及遗传、环境、免疫和药物等因素的影响，并与超重或肥胖、高血压、高血糖、高血脂、糖尿病等代谢紊乱因素密切相关。“二次打击学说”是解释其发病机制的经典理论，而影响胰岛素抵抗、脂质代谢和氧化应激的三类基因是揭示NAFL发病的分子机制。动物模型是研究人类疾病的重要手段，目前NAFL的实验建模较为成熟，以高脂饮食诱导SD大鼠形成脂肪肝是主要的建模方式之一，建模过程中对饲养过程中的饮食配方、动物生活环境、饲养周期等方面也获得了公认的方法。但建立与人类NAFL发病机制相类似的动物模型，研究与临床发病过程非常相似的具有胰岛素抵抗、肥胖和弥漫性NAFL等代谢综合征特征的大鼠模型，寻找诱发NAFL的重要靶点，仍然是亟待解决的难题。探索运动对NAFL的治疗途径及效果，提出预防和治疗NAFL的科学依据和策略，仍是目前研究的热点之一。运动对NAFL的预防和治疗有明显的作用，但其效率因运动处方的不同、运动处方实施缺乏严格的控制、运动干预时间不等、脂肪肝发展程度的不同等原因表现出差异，且缺乏运动项目、运动强度、运动量等标准的设置等实验结论的支持。因此，开展有氧运动对防治NAFL的作用机制及模型评价等方面的研究对于预防和治疗NAFL有重要作用。
图2-1 AMPK介导脂代谢的机制
注：运动或肌收缩刺激AMPK激活后，通过抑制ACC转录和磷酸化降低其活性。这导致肌丙二酰辅酶A含量降低（p ACC1），从而解除其对CPT-1的抑制作用（p ACC2）。高CPT-1活性可以增强脂肪酸进入线粒体氧化。acetyl-COA，乙酰辅酶A; ACC，乙酰辅酶A羧化酶；AMPK，腺苷酸活化蛋白激酶；malonyl-COA，丙二酰辅酶A；CPT-1，肉毒碱棕榈酰转移酶1(https://www.daowen.com)