胰岛素抵抗与脂肪肝

胰岛素抵抗与脂肪肝 脂肪肝的发生可由多因素引起，如高脂饮食、糖尿病、空回肠旁路术、体内脂肪迅速减少、肠外营养、药物、工业毒物、金属等。其中糖尿病引起脂肪肝的机制越来越受到人们重视，目前许多研究发现，胰岛素抵抗在脂肪肝的发生发展中起着一定的作用，并且对脂肪肝动物模型进行抗糖尿病治疗已取得一定疗效。本文主要介绍有关胰岛素抵抗引起非酒精性脂肪性肝炎（NASH）机制的研究，以及有关通过控制糖尿病、改善胰岛素抵抗来治疗脂肪肝的各种方法的最新进展。 一、 糖尿病与脂肪肝的流行病学 糖尿病患者中普遍存在肝脏疾病，非酒精性脂肪肝在糖尿病患者中所占比例高达75%[1]。尽管脂肪坏死在胰岛素依赖的糖尿病者中有所描述，但2型糖尿病与脂肪肝的关系更密切。研究明，胰岛素依赖型糖尿病中脂肪肝发生率较低（4.5%），而且主要是病情控制不良者；非胰岛素依赖型糖尿病中脂肪肝发生率较高。肥胖也是脂肪肝发生的一个诱因，但肥胖伴糖尿病患者的脂肪肝发生率更高。研究指出，多数糖尿病合并的脂肪肝，在病情得到有效控制的情况下，肝内脂肪浸润会逐渐消退。[2] 胰岛素抵抗是一种异常的病理生理状态，许多临床疾病和病症中普遍存在着胰岛素抵抗现象，尤其是肥胖、高血压、动脉粥样硬化和2型糖尿病。胰岛素抵抗最初可通过代偿性增加胰岛素分泌，产生高胰岛素血症，维持血糖水平在正常范围。当这一过程发展到超过机体代偿能力或胰岛细胞因长期超负荷运转而致功能受损时，即表现为糖尿病。胰岛素抵抗是2型糖尿病发生的危险因子，并且贯穿于2型糖尿病的整个发生、发展过程中，是当今世界医学多学科研究的热点。而2型糖尿病与脂肪肝发病有着密切的关系，因此，胰岛素抵抗与脂肪肝的关系成了人们研究的重点。[3] 二、 胰岛素的生理活性     胰岛素是体内重要的合成激素，通过与靶细胞膜表面的特异受体结合而启动细胞代谢效应。其生理活性主要为：（1）激活葡萄糖激酶、抑制糖原磷酸化酶、激活果糖2，6-二磷酸酶，从而促进肝细胞摄取葡萄糖合成糖原、抑制糖原分解、促进糖酵解，为脂肪合成提供前提；（2）抑制肉碱系统，减少脂酰CoA进入线粒体进行b-氧化，促进肝内TG合成；（3）促进脂肪摄取葡萄糖用于合成脂肪酸并进一步合成脂肪；（4）降低脂肪细胞内激素敏感性酯酶活性使储存TG水解减慢；（5）激活LPL，促进CM及VLDL中TG水解释出FFA供脂肪重新合成脂肪;（6）促进肝内合成载脂蛋白，与肝中脂肪结合形成VLDL经血运出肝脏；（7）促进氨基酸进入脂肪组织合成脂肪用；（8）促进肌细胞对氨基酸摄取，主要是支链氨基酸，促进糖原合成。其综合结果是促进葡萄糖以肝糖原形式在肝内储存及转化为脂肪在脂肪组织中储存；促进葡萄糖酵解途径供能；促进脂肪合成，抑制脂肪分解和脂肪酸氧化。[FL] 当胰岛素绝对或相对不足时，葡萄糖利用障碍，机体的能量代谢途径发生明显改变并引起脂质代谢的紊乱，其后果之一就是肝内脂肪浸润和形成脂肪肝。[2] 三、 胰岛素抵抗的原因 引起胰岛素抵抗的原因可有：血中存在循环胰岛素的拮抗剂、胰岛素作用的靶组织缺陷、胰岛素受体的改变、受体后障碍，总之，从胰岛素的激发至完成整个作用过程的任一环节出现异常，都会导致胰岛素抵抗。 临床调查过程中发现，脂肪肝患者组中的胰岛素敏感指数明显低于对照组，通过测量葡萄糖灌注率、胰岛素清除率(MIC)、以脾为参照肝的CT密度值,可得出脂肪肝与MIC成反比关系，说明肝脂肪变性增加与胰岛素清除减少有关[4]。也有学者通过测量血糖、血清胰岛素、C肽、C肽与胰岛素的比值，同样发现血清胰岛素和C肽明显升高，而C肽与胰岛素的比值则明显下降，提示胰岛素降解减少[5]。因此得出结论，胰岛素抵抗主要是由于肝脏对胰岛素的代谢异常所致。 最近又有人提出相反的观点，有研究人员选用albino老鼠建立了实验室脂肪肝模型，分成脂肪肝组与对照组，测得口服葡萄糖30分钟后，脂肪肝组胰腺静脉中的免疫反应胰岛素较对照组显著升高，且周围静脉中的胰岛素与胰腺静脉的有明显相关性，试验结果为脂肪肝老鼠中胰岛素分泌和消耗的量较正常高，而胰岛素降解在两组中无差异，故认为高胰岛素血症与胰腺高分泌有关，不是胰岛素在肝内减少的结果[6]。 四、胰岛素抵抗引起脂肪肝的机制 非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的发病机制至今尚未明确，主要有以下两种假说：①外周胰岛素抵抗增加脂质的降解，促进游离脂肪酸（FFA）转运到肝脏，增加脂肪酸的β-氧化，因此导致氧化应激；②肝细胞内的异常导致肝细胞对来自氧化应激的损伤更易感。 Sanyal等人通过实验研究证实：在NASH或脂肪变性的病人中存在外周胰岛素抵抗、脂肪酸β-氧化增强和肝内氧化应激增强，同时NASH病人还表现出现线粒体结构异常。[7] （一） 胰岛素抵抗导致氧化应激 试验表明，β-羟基丁酸盐在非酒精性脂肪性肝炎患者中很高，3-硝基酪氨酸在单纯性脂肪肝中增多，在非酒精性脂肪性肝炎中则更多，说明在单纯性脂肪肝和非酒精性脂肪性肝炎中都存在肝氧化应激[8]。 胰岛素信号的缺乏所致CYP2E1的增加，可能促使氧化应激。[9]在胰岛素抵抗或高胰岛素血症状态下，胰岛素促进周围组织摄取FFA合成脂肪作用被减弱，脂肪组织过度分解释出大量FFA被肝细胞摄取，加速TG合成，造成肝细胞内TG的堆积。[2] FFA，特别是二羧酸，可能自身便具有细胞毒性。脂肪酸既是CYP2E1的底物，又是CYP2E1的诱导剂，在NASH病人中CYP2E1表达均增高，并可被胰岛素所抑制。早期的研究发现CYP2E1过度表达可导致氧化应激，造成肝细胞损伤和中性粒细胞或其它炎症细胞在肝脏内的聚集。然而将CYP2E1基因敲除后的小鼠中仍可见到广泛的脂质过氧化，虽然微粒体代偿性诱导增高的CYP4As可能是一种解释，但这仍提示CYP2E1所诱导的氧化应激在NAFLD发病中并不起重要作用[9]。 Sanyal等的研究不仅证实了先前发现的在NAFLD中存在胰岛素抵抗、脂肪酸氧化和氧化应激异常，而且他们还以一种更详细和全面的方法分析了这种代谢异常。到目前为止，这一研究是唯一一个在NASH病人身上进行的试验，可以避免体外和动物实验的结论外推上的不确定性。Sanyal等的结果与我们已知的观点完全吻合，并提供了关于NAFLD与胰岛素抵抗关系的更详尽的信息。[9] （二）二次打击学说 由Day和James等提出的"二次打击"学说[10]已被很多人所接受。有许多存在肝脏脂肪变形的患者并不发展为肝组织坏死、炎症或纤维化，这提示在脂肪变性（第一次打击）的基础上，还需要另一些因素（第二次打击）的存在，包括酒精、药物等。 研究发现NASH患者肝内存在线粒体结构异常，NASH组与脂肪变性组相比其肝细胞巨大线粒体内可见类晶体状的吞噬小体。研究者们假设这是继发性打击作用于单纯性脂肪变性肝脏后发生坏死性炎症的结果。既这可能不是线粒体异常的原因，而是一种单纯性严重打击（如胰岛素抵抗）作用于单纯性脂肪变性肝脏的结果。事实上Sanyal等发现NASH病人与脂肪变性的病人相比代谢紊乱更明显，但由于研究对象太少，尚不能在二者间得到统计学上的差异。脂质过氧化产物可改变线粒体蛋白，抑制电子沿着呼吸链的传递。在肝细胞、枯否细胞和脂肪细胞中活性氧介导的TNF-α释放损伤线粒体呼吸链，导致线粒体功能障碍。NASH病人不仅表现为线粒体超微结构的改变（如线粒体内的类晶体样吞噬小体形成），而且表现为呼吸链复合物的活性降低，和果糖应激后线粒体ATP恢复合成的速度减慢，导致肝ATP耗竭。脂肪变性诱导的脂质过氧化和活性氧可以消耗抗氧化酶（如谷胱甘肽和维生素E），这些保护性物质的耗竭进一步使活性氧的灭活障碍，增加了其对线粒体的损伤效应。脂肪变性肝脏中线粒体产生活性氧增多，这可能是肝细胞死亡的催化剂[9]。 五、脂肪肝的新治疗方法 脂肪肝的治疗措施目前主要有：饮食控制、运动、心理及行为疗法、药物治疗。其中治疗药物有降脂药物、抗氧化剂、生物膜保护剂和中药制剂。由于糖尿病是NASH的一个主要的并存疾病，因此降低TG或提高胰岛素敏感性的药物治疗对NASH可能具有临床益处。 二甲双胍是一个广泛应用于临床的口服降糖抗糖尿病药物，可以增加胰岛素对肝脏的活性，并降低肝葡萄糖的合成。另一类抗糖尿病药物是噻唑烷二酮类，这些化合物是PPAR-γ的配体，在脂肪细胞内有较高的表达水平。噻唑烷二酮可以增加脂肪组织对胰岛素的敏感性。尽管噻唑烷二酮家族中的troglitazone现在已被从禁用。但rosiglitazone和pioglitazone仍在应用。这两种药物和二甲双胍一起提供了一个潜在的双向治疗脂肪变性和NASH的方法。[11] （一）二甲双胍与troglitazone的实验研究 （1）因为脂肪肝与高胰岛素血症、胰岛素抵抗有密切的关系，故用胰岛素增敏剂来治疗脂肪肝可能会有效。为了证实这个治疗方法的可行性，对存在胰岛素抵抗的脂肪肝ob/ob小鼠，进行二甲双胍治疗，此药物可以改善胰岛素抵抗。二甲双胍对脂肪肝、肝肿大、脂肪变性及转氨酶异常有明显的治疗效果，其治疗机制可能为，抑制了肝内a-TNF和TNF诱导因子的表达，这两者都可引起肝内脂质堆积和ATP的减少[12]。这些发现提示二甲双胍作用的机制和明确了其对胰岛素抵抗状态的一个新的治疗靶位。 （2）在肥胖的啮齿类动物中，脂质在非脂肪组织的蓄积可以导致脂质毒性的并发症，如糖尿病。甾体调节元件结合蛋白-1（SREBP-1）为评估脂肪生成的转录因子，测定其在肥胖、无瘦素（leptin）应答的fa/fa Zurker糖尿病脂肪肝大鼠（ZDF）肝脏和胰岛内的mRNA水平，结果ZDF大鼠肝内SREBP-1mRNA水平较对照组升高2.4倍，主要是SREBP-1c表达增加，脂肪生成酶mRNA水平较对照组升高2.4到4.6倍，三酰甘油(TG)含量升高5.4倍。在胰岛，SREBP-1c表达较瘦的Zurker糖尿病脂肪肝大鼠组升高3.4倍。[13]用troglitazone治疗6周后，肝重与体重比值在troglitazone治疗组减少32%，troglitazone可使肝内TG含量减少62%，血浆中TG减少80%，血浆中胰岛素水平较治疗前下降一半。troglitazone治疗组同时伴有SREBP-1表达下调。说明可以阻断未治疗的fa/fa大鼠肝脏和胰岛内SREBP-1的升高，并避免其发生糖尿病[11]。 （3）二甲双胍和troglitazone降低血浆胰岛素水平是通过何种机制来调节胰岛素表达的上游因子（这一因子可能就是脂肪变性发病主要始动因素），Lin等提出TNF（肿瘤坏死因子）在脂肪变性进展中具有核心作用。他们强调TNF可以导致胰岛素抵抗，提示二甲双胍可通过降低肝内TNF的产生来改善肝脏对胰岛素的敏感性和减轻脂肪肝的程度。他们发现在ob/ob小鼠的脂肪肝中TNF-mRNA表达水平升高，并且二甲双胍可以降低TNF的表达。TNF表达下降伴有SREBP-1表达下调和脂肪变性的改善，同时UCP2（解偶联蛋白2）表达下降。作者提出一个假设：TNF可以上调UCP，后者导致ATP耗竭和具有肝毒性。二者均可导致脂肪变性，其中TNF是一个中心“开关”。这一假设并非无懈可击。特别是Memon等近来对TNF导脂肪变性提出了质疑。他们用无TNF受体的ob/ob小鼠（ob/ob-p55/p75-/-小鼠）进行的研究发现，这种小鼠仍具有脂肪变性的表现，且这些无TNF活性的ob/ob小鼠与ob/ob对照组小鼠相比仍具有较高的UCP2表达水平，但Lin等人仍认为TNF介导的UCP2表达增多先发生肝细胞内，使肝细胞对毒性物质敏感。有趣的是，ob/ob小鼠中ALT水平并不比ob/ob-p55/p75-/-小鼠高[11]。 （二）有关瘦素的研究 先天性全身脂肪营养不良是一种罕见的常染色体缺陷，主要表现为脂肪组织的缺乏和严重的胰岛素抵抗，后者导致高胰岛素血症、高血糖和脂肪肝。可以在转基因小鼠上复制出该疾病模型，这些小鼠表达一种名为nSREBP-1c的经过切割处理的核蛋白。研究表明，复制出先天性全身脂肪营养不良疾病的小鼠，都存在几种特殊蛋白的编码缺陷，其中包括瘦素（Leptin）。瘦素在体内有调节事物摄入和能量代谢的作用。据研究结果，通过长期、规则地给予小剂量瘦素，能改善这些脂肪营养不良的小鼠存在的胰岛素抵抗。瘦素能通过影响食物的摄取来调整血糖及改善胰岛素抵抗，瘦素的缺乏可导致胰岛素抵抗[14]。SREBP-1表达上调也可见于Sprague-Dawley大鼠的肝脏中。通过腺病毒基因转入诱导后导致高瘦素血症，可以使SREBP-1的表达水平降低74%，使脂肪生成酶水平下降35～59%不等 。因此，腺病毒诱导的高瘦素血症可降低肝脏和胰岛内SREBP-1c的过度表达[11]。 六、结论 2型糖尿病与脂肪肝发病有着密切的关系。胰岛素抵抗可促进脂质的降解，促进游离脂肪酸（FFA）转运到肝脏，增加脂肪酸的β-氧化，导致氧化应激，造成肝细胞损伤，在脂肪肝的发生发展中起着重要作用，并为脂肪肝的治疗提供了新的希望。抗糖尿病药物治疗脂肪肝已在动物模型上取得一定成果，还需进一步在人体中试验。 参考文献 1.Yngve Falck-Ytter, Zobair M.Younossi, Giulio Marchesini, Arthur J.McCullough. Clinical Features and Natural History of Nonalcoholic Steatosis Syndromes. Seminars in Liver Disease .2001;21(1). 2.范建高,曾民德.脂肪肝.上海医科大学出版社.115-120. 3.袁耀宗,王兴鹏.胰腺病学新进展与新技术.上海科技文献出版社.229. 4.Oehler G, Bleyl H, Matthes KJ. Hyperinsulinemia in hepatic steatosis. Int J Obes1982;6 Suppl 1:137-44. 5. Ibrahim KM, Nicola WG, Salama SH. Mechanism of insulin resistance and hyper-insulinemia in fatty liver. Boll Chim Farm 1996 Oct;135(9):528-40. 6.Kawasaki T, Hashimoto N, Kikuchi T, Takahashi H, Uchiyama M. The relationship between fatty liver and hyperinsulinemia in obese Japanese children. J Pediatr Gastroenterol Nutr 1997 Mar;24(3):317-21. 7. Sanyal AJ, Sargent CC, Mirshahi F,et al.Nonalcoholic steatohepatitis :association of insulin resistance and mitochondria abnormalities. Gastroenterology 2001;120(5):1183-1192. 8.Marchesini G, Brizi M, Morselli-Labate AM, Bianchi G, Bugianesi E, McCullough AJ, Forlani G, Melchionda N. Association of nonalcoholic fatty liver disease with insulin resistance. Am J Med. 2000 Aug 1;109(2):171. 9.Angulo P,Lindor KD. Insulin resistance and mitochondrial abnormalities in NASH:A cool look into a burning issue. Gastroenterology 2001;120(5):1281-1285. 10.Day CP,James OFW.Steatoheatitis:a tale of two “hits”?Gastroenterology 1998;842-845. 11.Lin HA,Yang SQ,Chuckaree C,et al.Metformin reverse fatty liver disease in obese leptin-deficient mice.Nat Med 2000;6:998-1003. 12. Katuma T,Lee Y,Higa M,et al.Leptin,troglitazone,and the expression of sterol regulatory element bingding proteins in liver and pancreatic islets.Proc Natl Acad Sci USA 2000;97:8536-8441. 13.Shimomura I, Hammer RE, Ikemoto S, Brown MS, Goldstein JL. Leptin reverses insulin resistance and diabetes mellitus in mice with congenital lipodystrophy. Nature 1999 Sep 2;401(6748):73-6.