張 媛，文 立，丁樹(shù)哲

（1.南京體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)健康學(xué)院，江蘇 南京 210014；2.上海交通大學(xué) 系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心，上海 200240；3.華東師范大學(xué) 青少年健康評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241；4.華東師范大學(xué) 體育與健康學(xué)院，上海 200241）

非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是被嚴(yán)重低估的重大健康威脅，除會(huì)引發(fā)肝臟嚴(yán)重病變乃至癌變之外，還可能引發(fā)心血管及代謝疾?。‥s‐tes et al.，2018）。據(jù)報(bào)道，由于生活方式的明顯改變，全球NAFLD患病率在近幾十年迅速增長(zhǎng)。我國(guó)近1/3的人群患有NAFLD，其中10%～20%將發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎（non alcoholic steato hepatitis，NASH），而 NAFLD發(fā)展為NASH為不可逆過(guò)程（Tarantino et al.，2020）。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)NAFLD患者將達(dá)到3.15億，脂肪肝將成為我國(guó)慢性疾病防控中的最大負(fù)擔(dān)（Byrne et al.，2015；Tanaka et al.，2019）。盡管NAFLD的病理現(xiàn)象被高度關(guān)注，但目前尚無(wú)美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)的治療NAFLD的藥物。運(yùn)動(dòng)是防治NAFLD經(jīng)濟(jì)有效的干預(yù)方式之一，有研究證實(shí)，在NAFLD誘發(fā)進(jìn)程中進(jìn)行有效的運(yùn)動(dòng)、膳食干預(yù)對(duì)逆轉(zhuǎn)NAFLD至關(guān)重要。有氧運(yùn)動(dòng)、抗阻運(yùn)動(dòng)或是簡(jiǎn)單的身體鍛煉均可改善NAFLD（Hajighasem et al.，2019；Hashida et al.，2017；Oh et al.，2017）。運(yùn)動(dòng)不僅可以改善肝功能，降低NAFLD由輕度向重度轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)標(biāo)志物水平，是治療和預(yù)防NAFLD經(jīng)濟(jì)有效的干預(yù)方式，而且可以降低患心血管疾病、糖尿病及高血壓的風(fēng)險(xiǎn)（Farzanegi et al.，2019；van der Windt et al.，2018）。氧化應(yīng)激與NAFLD密切相關(guān)，線粒體活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成增多可改變細(xì)胞氧化應(yīng)激水平，過(guò)高ROS會(huì)擾亂線粒體蛋白環(huán)境，加劇線粒體損傷。而適量ROS對(duì)激活細(xì)胞和有機(jī)體的適應(yīng)性反應(yīng)有益，這種劑量效應(yīng)表現(xiàn)為線粒體毒性興奮效應(yīng)。本文圍繞NAFLD發(fā)展過(guò)程中氧化應(yīng)激水平改變及其調(diào)控的線粒體未折疊蛋白反應(yīng)（mitochondrial unfolded protein response，UPRmt），綜述運(yùn)動(dòng)預(yù)防、逆轉(zhuǎn)NAFLD的生物學(xué)機(jī)制，揭示線粒體毒性興奮效應(yīng)在預(yù)防NAFLD發(fā)生發(fā)展中的規(guī)律，為NAFLD的防治提供理論依據(jù)。

1 氧化應(yīng)激與炎癥是NAFLD發(fā)展的核心環(huán)節(jié)

目前，NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚。研究表明，其與多種繼發(fā)性并發(fā)癥密切相關(guān)，如胰島素抵抗（insulin resistance，IR）、肥胖、高血壓、血脂異常、2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）及心血管疾病等，其中肥胖是最重要的NAFLD誘發(fā)因素（Neuschwander‐Tetri，2017；Sar‐war et al.，2018）。傳統(tǒng)的“兩次打擊”理論，即第一次打擊為肝臟脂質(zhì)沉積和胰島素抵抗，第二次打擊為氧化應(yīng)激，其在一定程度上解釋了NAFLD的發(fā)病機(jī)制（Rolo et al.，2012；Serviddio et al.，2013）。之后，“多重打擊”理論即從遺傳易感性、表觀遺傳、肝細(xì)胞內(nèi)代謝、肝細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞互作、脂肪組織等多方面考慮了諸多因素并行的作用效果，其中，氧化應(yīng)激被認(rèn)為是造成“多重打擊”的重要誘因，是導(dǎo)致NAFLD發(fā)展中肝臟損傷的主要因素（Fried‐man，2018）。氧化應(yīng)激反應(yīng)是細(xì)胞內(nèi)ROS與抗氧化系統(tǒng)清除能力不平衡的結(jié)果（Takaki et al.，2013）。肝內(nèi)脂質(zhì)超載可激活多個(gè)ROS生成通路導(dǎo)致氧化物過(guò)量生成，高水平ROS影響細(xì)胞大分子（DNA、脂類、蛋白質(zhì)等）的氧化修飾，致使大分子損傷積累，引起肝損傷（Rolo et al.，2012；Serviddio et al.，2013）。另一方面，ROS信號(hào)可能在正常生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，如調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)或參與穩(wěn)態(tài)應(yīng)激反應(yīng)、代償性適應(yīng)代謝功能障礙和炎癥反應(yīng)等（Forrester et al.，2018；van der Vliet et al.，2018）?？梢?jiàn)，ROS信號(hào)介導(dǎo)的NAFLD發(fā)生發(fā)展機(jī)制及特異性分子途徑仍不清晰，有待進(jìn)一步研究。

1.1 肝臟脂質(zhì)代謝異常與氧化應(yīng)激

脂肪代謝不平衡是誘發(fā)NAFLD的直接病因，闡明肝臟能量代謝底物——游離脂肪酸（free fatty acids，F(xiàn)FAs）的來(lái)源及去路是深入了解NAFLD潛在致病機(jī)制的根源（Chen et al.，2019）。研究表明，導(dǎo)致肝臟脂肪沉積的FFAs約超過(guò)一半來(lái)自外周脂肪分解或未酯化脂肪酸（nonester‐ifed fatty acid，NEFA）庫(kù)（Arab et al.，2018）。胰島素可調(diào)節(jié)脂肪組織甘油三酯分解，NAFLD中外周組織胰島素敏感性和葡萄糖利用率較低，而IR并未降低脂肪組織的脂解作用，因此導(dǎo)致NEFA過(guò)度分配至肝臟（Samuel et al.，2018）。肝臟FFAs第二大來(lái)源為脂肪從頭合成（de novo lipogenesis，DNL），即由肝臟細(xì)胞將多余葡萄糖和果糖轉(zhuǎn)化為脂肪酸的過(guò)程。Donnelly等（2005）的同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NAFLD中肝臟增加的脂肪主要來(lái)自于DNL作用。Samuel等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，骨骼肌IR會(huì)導(dǎo)致高血糖癥和高胰島素血癥，兩者作用可激活肝細(xì)胞碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（carbohydrate response element binding protein，ChREBP）及轉(zhuǎn)錄因子固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1（sterol regulatory element binding protein 1，SREBP‐1）活性，提高脂肪合成酶表達(dá)水平，使肝臟合成FFAs增加。另一方面，F(xiàn)FAs的清除是決定FFAs穩(wěn)態(tài)的另一重要環(huán)節(jié)。肝臟FFAs主要通過(guò)線粒體β氧化和再酯化合成甘油三酯進(jìn)一步代謝（Arab et al.，2018）。甘油三酯是形成肝臟脂滴的主要脂類物質(zhì)，能夠以極低密度脂蛋白（very low densi‐ty lipoprotein，VLDL）的形式輸出（圖1）。

圖1 NAFLD脂代謝與氧化應(yīng)激Figure 1.Lipid Metabolism and Oxidative Stress in NAFLD

過(guò)量FFAs將作為底物生成脂毒性物質(zhì)，如神經(jīng)酰胺、甘油二酯及溶血卵磷脂等，最終引起代謝應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞死亡（Friedman et al.，2018；Chen et al.，2019）。氧化應(yīng)激是體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態(tài)。ROS是不同類型肝細(xì)胞內(nèi)代謝產(chǎn)生的副產(chǎn)物，包括不斷生成的超氧化物陰離子（O·）和過(guò)氧化氫（HO）等物質(zhì)（Ma‐sarone et al.，2018）。ROS含量過(guò)高可使肝內(nèi)抗氧化系統(tǒng)遭到破壞。臨床與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)通常將血液或肝臟組織中氧化應(yīng)激與抗氧化物的標(biāo)志性產(chǎn)物水平作為評(píng)價(jià)NAFLD/NASH氧化應(yīng)激狀態(tài)的依據(jù)。氧化應(yīng)激標(biāo)志物主要包括脂質(zhì)損害產(chǎn)物硫代巴比妥酸反應(yīng)物（thiobarbituric acid reac‐tive substance，TBARS）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）、4-羥基壬烯醛（4‐hydroxynonenal，4‐HNE）、氫過(guò)氧化物和 8-異前列烷、DNA氧化產(chǎn)物（8-羥基脫氧鳥(niǎo)苷）、蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)物（蛋白質(zhì)羰基、硝基酪氨酸）等，抗氧化物主要含有谷胱甘肽（glutathione，GSH）、抗氧化酶如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）以及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH‐Px）等。

1.2 NAFLD發(fā)展過(guò)程中線粒體功能變化

肝細(xì)胞的能量穩(wěn)態(tài)主要受線粒體氧化代謝調(diào)節(jié)，包括β氧化、三羧酸循環(huán)、生酮作用、電子傳遞鏈（electron transport chain，ETC）活性與 ATP 合成等（Sunny et al.，2017）。NAFLD早期肝細(xì)胞內(nèi)FFAs內(nèi)流迅速增加，引起多種激素和代謝發(fā)生改變，增強(qiáng)線粒體脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，F(xiàn)AO）作用，是代償性降低肝臟脂肪積累的適應(yīng)性表現(xiàn)。大多研究表明，營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩的小鼠模型中肝臟線粒體β氧化顯著增高，而有些研究結(jié)果出現(xiàn)差異性的原因可能在于高脂膳食的飲食成分、干預(yù)時(shí)長(zhǎng)、小鼠基因背景以及檢測(cè)FAO的方法有所不同。另外，NAFLD病情發(fā)展程度不同，線粒體功能亦有所差異。Kakimoto等（2019）研究表明，肝臟線粒體FAO能力在高脂膳食（high fat diet，HFD）喂養(yǎng)4周時(shí)有所降低，而在喂養(yǎng)8周時(shí)卻得以恢復(fù)，提示高脂膳食誘導(dǎo)代謝受損的肝臟線粒體功能具有重塑性。而NAFLD初期肝臟脂肪變性所伴隨的高水平線粒體FAO機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。目前研究提示，高水平線粒體FAO可能與肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（carnitine palmitoyltrans‐ferase‐I，CPT‐1）活性及過(guò)氧化物酶體增殖激活受體 α（per‐oxisome proliferator‐activated receptor α，PPARα）表達(dá)水平增高、肝臟IR的發(fā)生、瘦素等激素水平增高以及FGF21有關(guān)（Satapati et al.，2012；Schuster et al.，2018）。

研究表明，不同NAFLD或NASH階段的肝臟線粒體ETC復(fù)合物活性、耗氧率、氧化磷酸化（oxidative phosphor‐ylation，OXPHOS）效率以及線粒體膜電位呈現(xiàn)不同變化特征。導(dǎo)致這些差異的原因可能與疾病病程肝臟氧化應(yīng)激程度不同有關(guān)，如Koliaki等（2015）發(fā)現(xiàn)，肝臟線粒體OXPHOS效率在簡(jiǎn)單脂肪變性機(jī)體中顯著增高，而在NASH患者中顯著下降?；蚴菟厝毕輔b/ob小鼠和瘦素抵抗db/db小鼠以中度肝炎癥和輕度纖維化為特征（Fried‐man et al.，2018），其肝臟線粒體氧化能力有所增強(qiáng)，而ETC復(fù)合物活性被顯著抑制，NASH小鼠的肝臟線粒體ETC明顯受損（Cheng et al.，2009；Finocchietto et al.，2011）。由此得出：ETC活性伴隨NAFLD發(fā)展逐漸下降，而線粒體FAO作用在NAFLD和NASH中均顯著增高。這種在NAFLD發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的線粒體FAO作用代償性增強(qiáng)，而ETC并未隨之上調(diào)，即FAO與ETC不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象最終導(dǎo)致更多底物衍生的還原當(dāng)量進(jìn)入受損ETC產(chǎn)生電子漏，致使ROS生成增多（Begriche et al.，2013）。

1.3 氧化應(yīng)激與線粒體功能的惡性循環(huán)

細(xì)胞、動(dòng)物、人體等不同水平研究表明，線粒體ROS水平增高是線粒體功能受損，導(dǎo)致NAFLD的主要原因之一（Farzanegi et al.，2019；Simoes et al.，2018；Spahis et al.，2017）。線粒體ROS釋放可通過(guò)磷酸化和轉(zhuǎn)錄因子等多種修飾作用調(diào)節(jié)胞質(zhì)內(nèi)氧化應(yīng)激環(huán)境，以維持線粒體完整性和生物穩(wěn)態(tài)（Forrester et al.，2018；Vercesi et al.，2018）。不同ROS水平可調(diào)節(jié)不同類型信號(hào)分子，從細(xì)胞生物適應(yīng)到細(xì)胞死亡（Figueira et al.，2013），高水平ROS會(huì)導(dǎo)致大分子非特異性受損，通常將產(chǎn)生更多中間產(chǎn)物并觸發(fā)一系列放大損傷效應(yīng)，加快疾病進(jìn)展（Rolo et al.，2012；Serviddio et al.，2013）。

脂質(zhì)過(guò)氧化是NASH發(fā)展的主要誘因之一。研究表明，NAFLD患者的循環(huán)血液中已出現(xiàn)多個(gè)脂質(zhì)過(guò)氧化的生物標(biāo)記物，如MDA、4‐HNE，其濃度與NAFLD發(fā)展程度成正相關(guān)（Liu et al.，2011；Svegliati‐Baroni et al.，2019），與 NASH 組織學(xué)特征高度相關(guān)（Albano et al.，2005；Bel‐lanti et al.，2017）。有研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)過(guò)氧化物可損傷線粒體膜，使正常ETC受損（Masarone et al.，2018）。此外，作為線粒體內(nèi)膜的重要磷酸分子——心磷脂，對(duì)氧化損傷十分敏感，極易改變線粒體膜的流動(dòng)性與穩(wěn)定性，導(dǎo)致ETC復(fù)合物活性下降（Li et al.，2010），為觸發(fā)caspase介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路提供條件（Kagan et al.，2005）。除了脂類物質(zhì)的影響，線粒體內(nèi)膜生成的O·和HO也較易與臨近的線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）相結(jié)合，導(dǎo)致DNA缺失和點(diǎn)突變，并加劇線粒體損傷（Borrelli et al.，2018）。因此，ROS引起的mtDNA受損與突變可改變ETC活性，觸發(fā)線粒體ROS生成增多，使損傷程度進(jìn)一步擴(kuò)大。損傷后的線粒體ETC被抑制，同時(shí)膜結(jié)構(gòu)完整性被進(jìn)一步破壞，引發(fā)線粒體源性氧化應(yīng)激的惡性循環(huán)，而終止這一惡性循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是提供外源性干預(yù)，幫助線粒體恢復(fù)氧化應(yīng)激穩(wěn)態(tài)，重塑線粒體功能。

2 ROS調(diào)節(jié)UPRmt的線粒體毒性興奮效應(yīng)

2.1 誘發(fā)UPRmt的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制

線粒體依賴于一個(gè)復(fù)雜的蛋白質(zhì)網(wǎng)，使其在細(xì)胞能量供應(yīng)、代謝、凋亡等諸多方面發(fā)揮重要作用（Moehle et al.，2019）。線粒體蛋白質(zhì)受細(xì)胞核與線粒體兩套基因組編碼，約1 100個(gè)線粒體蛋白中除13個(gè)受mtDNA編碼外，絕大多數(shù)線粒體蛋白由細(xì)胞核編碼，需通過(guò)線粒體蛋白輸入機(jī)制進(jìn)入線粒體內(nèi)部（Zhang et al.，2020）。線粒體ETC在能量生成過(guò)程中產(chǎn)生的ROS，不僅可干擾OXPHOS過(guò)程，同時(shí)也會(huì)損害線粒體蛋白、脂質(zhì)及mtDNA（Moehle et al.，2019）。為了建立與維持最佳蛋白環(huán)境，線粒體需要通過(guò)多鐘機(jī)制維持蛋白環(huán)境穩(wěn)態(tài)，若蛋白穩(wěn)定防御途徑受損將對(duì)機(jī)體健康產(chǎn)生重大影響。

UPRmt是由于線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)被破壞，發(fā)生多種蛋白毒性應(yīng)激，最終啟動(dòng)相關(guān)基因表達(dá)程序，上調(diào)線粒體特異性伴侶蛋白和蛋白酶等靶基因，以恢復(fù)線粒體內(nèi)蛋白穩(wěn)態(tài)的過(guò)程（Yi et al.，2018）。UPRmt機(jī)制最初在哺乳動(dòng)物中被發(fā)現(xiàn)，并一直被高度關(guān)注，之后在線蟲(chóng)中被充分研究。研究發(fā)現(xiàn)，激活轉(zhuǎn)錄因子4（activating transcription fac‐tor 4，ATF4）和激活轉(zhuǎn)錄因子 5（activating transcription fac‐tor 5，ATF5）是哺乳動(dòng)物線粒體應(yīng)激反應(yīng)與UPRmt的關(guān)鍵調(diào)控因子（Fiorese et al.，2016；Quiros et al.，2017）。UP‐Rmt機(jī)制通過(guò)感知蛋白毒性應(yīng)激開(kāi)啟線粒體-細(xì)胞核對(duì)話，誘導(dǎo)細(xì)胞做出適應(yīng)性應(yīng)答，從而改善蛋白折疊應(yīng)激，重建線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)。哺乳動(dòng)物的UPRmt與綜合應(yīng)激反應(yīng)（integrated stress response，ISR）密切相關(guān)。線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)失衡使真核翻譯起始因子2α（eukaryotic initiation fac‐tor 2，eIF2α）被磷酸化，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少，但可通過(guò)調(diào)節(jié)ATF4、ATF5 mRNA中5’UTR非翻譯區(qū)上游開(kāi)放閱讀框架（upstream open reading frames，uORFs），選擇性啟動(dòng)ATF4、ATF5等基因翻譯，隨后轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)多個(gè)線粒體伴侶蛋白和線粒體蛋白酶，提高線粒體蛋白含量折疊能力，恢復(fù)線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)（Melber et al.，2018）（圖2）。

圖2 哺乳動(dòng)物UPRmt機(jī)制Figure 2.UPRmt Mechanism in Mammalian

2.2 UPRmt與線粒體毒性興奮效應(yīng)

生物體內(nèi)的毒性興奮效應(yīng)（hormesis）指低劑量壓力刺激可激活細(xì)胞和有機(jī)體的適應(yīng)性反應(yīng)以維持體內(nèi)平衡，促進(jìn)健康甚至延長(zhǎng)壽命，而超過(guò)閾值的高劑量刺激則導(dǎo)致細(xì)胞損傷的一種現(xiàn)象，其與刺激源之間的關(guān)系不同于簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而通常表現(xiàn)為鐘形或倒U性曲線。近年來(lái)，毒性興奮效應(yīng)的理論已擴(kuò)展至線粒體水平。2006年，“線粒體毒性興奮效應(yīng)”（mitohormesis）的概念首次被提出（Tapia，2006；Yi et al.，2018），即對(duì)線粒體穩(wěn)態(tài)的輕度擾動(dòng)會(huì)促進(jìn)與協(xié)調(diào)線粒體-細(xì)胞核之間的“對(duì)話”，降低細(xì)胞對(duì)外來(lái)刺激源的敏感性，提高細(xì)胞抵御刺激的能力。

多種刺激源可誘發(fā)線粒體產(chǎn)生毒性興奮效應(yīng)，例如線粒體ROS水平升高，ATP、Ca和NAD等代謝產(chǎn)物增加、線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)失衡等。其中，ROS生成是線粒體與細(xì)胞核“對(duì)話”的重要信號(hào)因子之一，也是調(diào)節(jié)線粒體毒性興奮效應(yīng)的主要信號(hào)。研究發(fā)現(xiàn)，ROS與UPRmt可能在誘發(fā)線粒體毒性興奮效應(yīng)中發(fā)揮協(xié)同作用，ROS‐UPRmt線粒體毒性興奮效應(yīng)信號(hào)對(duì)維持線粒體穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要（Monaghan et al.，2015）。Dillin等（2002）早期針對(duì)低等動(dòng)物研究表明，擾亂核編碼的線粒體OXPHOS復(fù)合物I、Ⅲ和Ⅳ，或通過(guò)限制葡萄糖攝入誘導(dǎo)低等動(dòng)物體內(nèi)ROS水平小幅度增高，均可激活UPRmt過(guò)程及線粒體毒性興奮效應(yīng)，延長(zhǎng)蠕蟲(chóng)壽命。Gariani等（2016）同樣發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充NAD生物合成的前體物質(zhì)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸可通過(guò)Sirt介導(dǎo)的UPRmt啟動(dòng)線粒體毒性興奮效應(yīng)，改善高脂高糖膳食小鼠的肝臟脂質(zhì)沉積。此外，人體實(shí)驗(yàn)中，Ristow等（2009）發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練引起ROS水平適度增高，使機(jī)體胰島素敏感性提高，而服用抗氧化劑對(duì)包括糖尿病在內(nèi)的多種病理現(xiàn)象并無(wú)顯著療效（Kawagishi et al.，2014；Ristow et al.，2009）。因此，中度或短暫的線粒體應(yīng)激將誘導(dǎo)蠕蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物發(fā)生UPRmt及線粒體毒性興奮效應(yīng)。這一機(jī)制可能以細(xì)胞自主和非自主的方式對(duì)宿主提供保護(hù)或發(fā)揮積極作用，對(duì)維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。由此可見(jiàn)，研究UPRmt的調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)改善或預(yù)防代謝惡化及脂肪肝疾病的發(fā)生發(fā)展意義重大，深入探究UPRmt及線粒體毒性興奮效應(yīng)的上游調(diào)控機(jī)制可為探索人類脂肪肝疾病新治療策略提供線索。

2.3 UPRmt激活與線粒體因子分泌

UPRmt的觸發(fā)可能與組織或器官釋放某些關(guān)鍵信號(hào)因子相關(guān)，即線粒體不僅通過(guò)UPRmt恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，同時(shí)也會(huì)發(fā)出“求救”信號(hào)，由發(fā)生線粒體應(yīng)激的細(xì)胞釋放一類核編碼的信號(hào)分子至遠(yuǎn)處組織發(fā)揮代謝調(diào)節(jié)作用（Mottis et al.，2019；Yi，2019），這類分子被稱為線粒體因子（mito‐kines）。線粒體與遠(yuǎn)處組織的通訊正是通過(guò)線粒體因子得以實(shí)現(xiàn)，但具體分子機(jī)制尚不清楚。

線粒體因子分泌水平與慢性肝病和心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)，是預(yù)測(cè)NAFLD、NASH和晚期肝纖維化等肝臟疾病的標(biāo)志分子（Conte et al.，2019；Yi，2019）。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 21（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF21）與生長(zhǎng)分化因子 15（growth differentiation factor15，GDF15）被認(rèn)為是調(diào)節(jié)糖脂代謝以及胰島素敏感性的內(nèi)分泌因子，其分泌水平與線粒體功能狀態(tài)密切相關(guān)（Conte et al.，2019；Klaus et al.，2020）。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21和GDF15的分泌過(guò)程均依賴于激活elF2α磷酸化及其下游ATF4，而這一通路是激活 UPRmt的主要途徑（Coll et al.，2019；Lewis et al.，2019；Munch，2018；Naresh et al.，2019）。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，線粒體的多種損傷（包括蛋白毒性應(yīng)激和ROS）通過(guò)線粒體應(yīng)激反應(yīng)（mitochondrial stress response，MSR）發(fā)出信號(hào)?；罨囊话阈哉{(diào)控阻遏蛋白激酶2（general control nonderepressible 2 kinase，GCN2）可磷酸化elF2α，使蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程減速，啟動(dòng)ATF4、ATF5和轉(zhuǎn)錄因子C/EBP的同源蛋白（C/EBP‐homologous protein，CHOP）表達(dá)（Munch，2018；Naresh et al.，2019）。在小鼠模型中，血液循環(huán)的FGF21和GDF15主要來(lái)源于肝臟組織的分泌，隨后至外周組織，在受體細(xì)胞中激發(fā)特定效應(yīng)。例如，Coll等（2019）在兩項(xiàng)獨(dú)立的隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可提高受試者循環(huán)GDF15水平，通過(guò)腦干組織中GDNF家族 α 樣受體（GDNF‐family receptor α‐like，GFRAL）減少食物攝入并降低體質(zhì)量，證實(shí)了血液循環(huán)中GDF15的水平對(duì)于機(jī)體維持能量平衡和體質(zhì)量的重要性。

可見(jiàn)，UPRmt激活是線粒體因子分泌的誘因，是細(xì)胞應(yīng)對(duì)線粒體應(yīng)激引起能源危機(jī)的合理應(yīng)答，對(duì)維持細(xì)胞代謝穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。然而，UPRmt觸發(fā)與線粒體因子分泌的關(guān)系仍不清楚，其分泌水平在UPRmt被激活的早期或晚期階段所呈現(xiàn)的變化規(guī)律仍較模糊。

3 運(yùn)動(dòng)干預(yù)NAFLD的內(nèi)在機(jī)制探討

UPRmt與多種由蛋白毒性應(yīng)激導(dǎo)致線粒體功能障礙的病理現(xiàn)象有關(guān)，包括NAFLD（Ortiz et al.，2020；Teodoro et al.，2013）。雖然UPRmt是NAFLD進(jìn)展中維持與調(diào)節(jié)蛋白穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制，但目前對(duì)臨床前期與臨床階段患者的研究仍不夠深入（Yi，2019）。Gariani等（2016）報(bào)道，高脂（44.6%）高糖（40.6%）膳食（hgh fat high sugar，HFHS）模型具有脂肪變性所致線粒體功能障礙的特點(diǎn)，并伴隨炎癥、纖維化標(biāo)志物mRNA表達(dá)水平增高，但并未改變UPRmt標(biāo)志物的mRNA水平，如酪蛋白水解蛋白酶P（ca‐seinolytic protease P，ClpP）、熱休克蛋白 10（heat shock pro‐tein 10，Hsp10）和熱休克蛋白 60（heat shock protein 60，Hsp60）等。有趣的是，補(bǔ)充NAD前體物質(zhì)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸可誘發(fā)UPRmt，并顯著改善HFHS膳食引起的慢性肝臟脂肪異常沉積。這一研究提示，改變UPRmt水平是干預(yù) NAFLD 的重要手段之一（Urbina‐Varela et al.，2020）。此外，研究發(fā)現(xiàn)，受損的UPRmt可導(dǎo)致肝細(xì)胞發(fā)生衰老，使肝硬化伴隨代償失常，在細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中若通過(guò)恢復(fù)線粒體蛋白酶ClpP水平，上調(diào)UPRmt作用，即可激活線粒體毒性興奮效應(yīng)，從而防止肝細(xì)胞衰老，并有效改善肝細(xì)胞功能（Luo et al.，2021；Sen et al.，2019）。

肝臟氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)UPRmt的線粒體毒性興奮作用，與肝臟脂質(zhì)沉積密切相關(guān)。運(yùn)動(dòng)提高肝臟脂肪氧化水平，緩解脂質(zhì)沉積是運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)UPRmt的本質(zhì)因素。運(yùn)動(dòng)對(duì)UPRmt的調(diào)節(jié)作用主要體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)改善肝臟氧化應(yīng)激，增強(qiáng)線粒體-細(xì)胞核“對(duì)話”，促進(jìn)線粒體因子分泌等方面（圖3）。

圖3 運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)UPRmt逆轉(zhuǎn)NAFLD的內(nèi)在機(jī)制Figure 3.Mechanism of Exercise Regulates UPRmt and Reverses NAFLD

3.1 運(yùn)動(dòng)降低肝臟脂質(zhì)沉積，改善肝臟氧化應(yīng)激水平

肝臟組織中氧化應(yīng)激是導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡和組織損傷的重要機(jī)制。NAFLD中肝臟線粒體異常，抗氧化酶下調(diào)，白細(xì)胞積累和肝臟炎癥均是導(dǎo)致ROS生產(chǎn)過(guò)剩的主要原因。ROS過(guò)量產(chǎn)生不僅會(huì)引起脂質(zhì)過(guò)氧化，導(dǎo)致炎癥和纖維形成，而且抑制肝細(xì)胞分泌VLDL，進(jìn)一步誘導(dǎo)肝臟脂肪堆積。運(yùn)動(dòng)改善肝臟氧化應(yīng)激水平可通過(guò)緩解肝臟脂質(zhì)沉積及增強(qiáng)肝臟細(xì)胞抗氧化能力兩方面發(fā)揮作用。運(yùn)動(dòng)對(duì)肝臟脂質(zhì)含量的調(diào)節(jié)作用體現(xiàn)在以下方面：1）運(yùn)動(dòng)提高機(jī)體胰島素敏感性，減少FFA向肝臟的輸入量，降低脂肪合成底物水平（Cuthbertson et al.，2016）。諸多人體實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)動(dòng)是改善IR緩解NAFLD的有效方法（Bacchi et al.，2013；Oh et al.，2015a，2015b；Sullivan et al.，2012；Sun et al.，2012）。2），運(yùn)動(dòng)下調(diào)SREBP‐1表達(dá)水平，降低脂肪合成酶活性，抑制肝臟脂肪合成（Cintra et al.，2018；Wu et al.，2015）。Oh等（2017）對(duì)中年肥胖男子進(jìn)行不同強(qiáng)度、頻率的運(yùn)動(dòng)干預(yù)研究發(fā)現(xiàn)，12周抗阻訓(xùn)練或高強(qiáng)度有氧訓(xùn)練干預(yù)均可使循環(huán)外周血液?jiǎn)魏思?xì)胞SREBP‐1c表達(dá)降低，下調(diào)脂肪肝患者肝臟FFA從頭合成。運(yùn)動(dòng)還可顯著降低肝臟脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，F(xiàn)AS）和硬脂酰輔酶A去飽和酶1（stearoyl‐CoA desaturase 1，SCD1）表達(dá)水平，使FFA水平下降，逆轉(zhuǎn)肝臟脂肪變性（Suk et al.，2015；Tsuzuki et al.，2015；Wu et al.，2015），提高乙酰輔酶A羧化酶（acetylCoA carboxylase，ACC）磷酸化，抑制脂肪合成（Cho et al.，2014）。3），運(yùn)動(dòng)提高參與線粒體脂肪氧化的肉毒堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶-1（carnitine palmitoyltransferase‐1，CPT‐1）、乙酰輔酶 A 脫氫酶（acetyl CoA dehydrogenase，ACD）活性，加速脂肪分解，同時(shí)降低線粒體氧化應(yīng)激水平，提高線粒體β氧化能力（Stevanovic et al.，2020；Zheng et al.，2019）。

運(yùn)動(dòng)不僅能夠調(diào)節(jié)肝臟脂肪代謝水平，而且對(duì)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用比補(bǔ)充抗氧化劑的效果更佳。運(yùn)動(dòng)激活細(xì)胞ROS生成也是運(yùn)動(dòng)激活抗氧化系統(tǒng)的機(jī)制之一。運(yùn)動(dòng)可適度提高細(xì)胞ROS水平，通過(guò)多種途徑激活抗氧化系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)還可激活腺苷酸活化蛋白激酶［ade‐nosine 5’‐monophosphate（AMP）‐activated protein kinase，AMPK］及沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，SIRT1）通路（Cardaci et al.，2012），作用于過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α（peroxisome prolifer‐ators‐activated receptor γ coactivator 1α，PGC‐1α），上調(diào)抗氧化防御系統(tǒng)主要因子表達(dá)水平，如核因子E2相關(guān)因子2（nuclear respiratory factor 2，Nrf2），提高其轉(zhuǎn)錄調(diào)控的諸多抗氧化因子表達(dá)水平，包括：醌氧化還原酶1［NAD（P）H quinone oxidoreductase 1，NQO1］、血紅素氧合酶1（heme oxygenase‐1，HO‐1）、SOD、CAT 及 GSH‐Px 氧化還原反應(yīng)系統(tǒng)（Kasai et al.，2020；Vargas‐Mendoza et al.，2019）。Chartoumpekis等（2013）和Chowdhry等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，在NAFLD模型中，敲除Nrf2基因的小鼠NASH發(fā)生率更高。相反，激活Nrf2可逆轉(zhuǎn)高脂肪和高果糖食物喂養(yǎng)小鼠的IR、肝臟脂肪變性和纖維化（Sharma et al.，2018）。近期Dludla等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，ROS抑制劑——N-乙酰半胱氨酸（N‐acetyl cysteine，NAC）可顯著抑制NAFLD動(dòng)物模型肝臟脂肪堆積，這一作用主要通過(guò)對(duì)脂肪酸膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CD36和轉(zhuǎn)錄因子SREBP‐1c/‐2及PPARα的調(diào)節(jié)作用。因此，通過(guò)運(yùn)動(dòng)干預(yù)調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)活性，改變氧化應(yīng)激環(huán)境是改善NAFLD的有效途徑之一。

3.2 運(yùn)動(dòng)維持線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)，增強(qiáng)線粒體-細(xì)胞核“對(duì)話”

作為細(xì)胞的能量和代謝中心，線粒體蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的失衡與線粒體功能障礙是衰老和衰老相關(guān)疾病發(fā)生的重要因素，線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)失衡與功能障礙的發(fā)生可能互為因果，但它們之間相互聯(lián)系的具體機(jī)制尚不清楚（Andere‐asson et al.，2019；Li et al.，2019；Urbina‐Varela et al.，2020）。線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)維持受到線粒體蛋白輸入機(jī)制（protein import machinery，PIM）、線粒體自噬及UPRmt等多方面影響（Zhang et al.，2020）。其中，UPRmt機(jī)制是通過(guò)感知蛋白毒性應(yīng)激開(kāi)啟線粒體-細(xì)胞核“對(duì)話”，誘導(dǎo)細(xì)胞做出適應(yīng)性應(yīng)答，從而改善蛋白折疊應(yīng)激，重建線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)的過(guò)程。目前，尚不清楚錯(cuò)誤折疊或受損蛋白質(zhì)如何被UPRmt識(shí)別。較為普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為，激活轉(zhuǎn)錄因子 1（activating transcription factor 1，ATF1）是誘發(fā) UP‐Rmt的“信使”，其對(duì)線粒體蛋白輸入效率極為敏感，正常情況下，線粒體蛋白輸入效率較高時(shí)，ATF1蛋白中N末端的靶向序列將新生的ATF1蛋白順利輸入至線粒體內(nèi)部，隨后被線粒體蛋白酶LONP降解。當(dāng)線粒體處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，蛋白輸入效率的降低導(dǎo)致其在細(xì)胞質(zhì)中大量堆積，ATF1蛋白C末端序列將ATF1輸入至細(xì)胞核，進(jìn)而激活使線粒體蛋白恢復(fù)穩(wěn)態(tài)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄基因表達(dá)，最終改善線粒體和細(xì)胞狀態(tài)（Naresh et al.，2019）。

運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)的作用在骨骼肌組織中已被充分證實(shí)。早期研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)可調(diào)節(jié)PGC‐1α表達(dá)，增強(qiáng)線粒體-細(xì)胞核之間相互作用，協(xié)調(diào)線粒體生物發(fā)生（Safdar et al.，2011）。近些年，研究發(fā)現(xiàn)，衰老骨骼肌中線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)失衡是發(fā)生肌少癥的主要原因之一，而運(yùn)動(dòng)可改善衰老骨骼肌線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)，延緩肌少癥癥狀（Coen et al.，2019；Liu et al.2021；Picca et al.，2019）。由此可見(jiàn)，運(yùn)動(dòng)對(duì)維持線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)發(fā)揮積極作用。1）運(yùn)動(dòng)增加線粒體蛋白輸入組件蛋白表達(dá)水平，使核編碼的線粒體蛋白靶向性輸入至線粒體不同區(qū)域發(fā)揮功能，這一發(fā)現(xiàn)在老年鼠實(shí)驗(yàn)中也同樣被證實(shí)（Zhang et al.，2013）。2）運(yùn)動(dòng)提高線粒體自噬作用，促進(jìn)線粒體更新，提高線粒體蛋白質(zhì)量，緩解線粒體應(yīng)激（Sorriento et al.，2021）。3）運(yùn)動(dòng)可調(diào)節(jié)線粒體-細(xì)胞核“對(duì)話”，上調(diào)UP‐Rmt標(biāo)志性蛋白，激活UPRmt。運(yùn)動(dòng)對(duì)UPRmt的調(diào)節(jié)作用在許多組織中均有報(bào)道：Cordeiro等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練可提高衰老小鼠的全身代謝水平，同時(shí)使線粒體與細(xì)胞核之間失衡，顯著提高骨骼肌組織HSP60、LONP和線粒體蛋白酶Yme1L1等UP‐Rmt標(biāo)志物含量。Braga等（2021）發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)可改變線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)，上調(diào)下丘腦UPRmt標(biāo)志物表達(dá)水平及線粒體最大呼吸能力。Santos‐Alves等（2015）報(bào)道，運(yùn)動(dòng)可調(diào)節(jié)肝臟線粒體質(zhì)量相關(guān)蛋白表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞更新、重塑?；赨PRmt在肝臟組織中的作用研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充煙酰胺腺嘌呤二核苷酸可激活肝臟UPRmt，顯著降低脂肪肝的發(fā)生（Garianik et al.，2016）。相反，過(guò)表達(dá)UPRmt關(guān)鍵線粒體蛋白酶ClpP（Sen et al.，2019）或基因敲除ClpP（Bhaskaran et al.，2018）均能夠上調(diào)UPRmt作用，改善衰老肝細(xì)胞代謝，抑制高脂膳食誘導(dǎo)的脂肪肝及IR現(xiàn)象，體現(xiàn)出線粒體毒性興奮效應(yīng)。此外，Yang等（2020）近期報(bào)道，miR‐29a可抑制GSK3β，降低SIRT1介導(dǎo)的線粒體生物發(fā)生，緩解線粒體蛋白應(yīng)激與UPRmt水平，是治療NAFLD的靶治療因子。由此可見(jiàn)，UPRmt在調(diào)節(jié)肝細(xì)胞代謝中亦發(fā)揮重要作用，深入研究運(yùn)動(dòng)對(duì)肝組織UPRmt的調(diào)節(jié)機(jī)制將有助于進(jìn)一步揭示線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)在運(yùn)動(dòng)干預(yù)NAFLD發(fā)生發(fā)展中的生物學(xué)機(jī)制。

3.3 運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)UPRmt水平，促進(jìn)線粒體因子分泌

雖然目前有關(guān)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)肝臟組織UPRmt的研究較少，更多關(guān)注運(yùn)動(dòng)緩解肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊蛋白反應(yīng)（endo‐plasmic reticulum unfolded protein response，UPRer）（Este‐banez et al.，2018；Zou et al.，2020）及提高線粒體功能的作用（Goncalves et al.，2013，2014；Stevanovic et al.，2020），但隨著研究不斷深入，運(yùn)動(dòng)對(duì)肝臟線粒體功能及UPRmt的調(diào)節(jié)作用越來(lái)越受到關(guān)注。由于線粒體因子分泌的調(diào)節(jié)依賴于激活elF2α磷酸化及其下游ATF4‐CHOP軸，即UP‐Rmt機(jī)制。由此推測(cè)，運(yùn)動(dòng)促進(jìn)線粒體因子釋放與UP‐Rmt、線粒體毒性興奮效應(yīng)密切相關(guān)。近年來(lái)，隨著對(duì)FGF21和GDF15等線粒體因子的研究逐步深入，多組織間“對(duì)話”逐漸清晰，運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)諸多肝臟線粒體因子分泌，參與糖脂代謝調(diào)節(jié)（Seo et al.，2021）。這些因子被廣泛應(yīng)用于肝臟糖脂代謝及心血管疾病的預(yù)防與康復(fù)研究，有望成為有效干預(yù)靶點(diǎn)之一。運(yùn)動(dòng)干預(yù)、食物限制、服用二甲雙胍等手段對(duì)刺激線粒體因子分泌作用顯著，大量圍繞運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)線粒體因子分泌的研究陸續(xù)展開(kāi)（Conte et al.，2020；Geng et al.，2019；Gonzalez‐Gil et al.，2020；Klaus et al.，2021）。目前研究大多聚焦不同運(yùn)動(dòng)方式刺激后線粒體因子分泌的來(lái)源及水平變化情況，研究發(fā)現(xiàn)，肌肉在進(jìn)行亞極量運(yùn)動(dòng)或最大離心收縮時(shí)，肝臟組織是循環(huán)血液中FGF21的主要來(lái)源，而非骨骼肌組織，且骨骼肌FGF21蛋白含量沒(méi)有發(fā)生變化（Hansen et al.，2015；Parmar et al.，2018）。同樣發(fā)現(xiàn)一次性急性運(yùn)動(dòng)可顯著提高肝臟釋放GDF15因子（Kleinert et al.，2018）。也有研究報(bào)道運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)線粒體因子分泌參與代謝調(diào)節(jié)的機(jī)制，例如，運(yùn)動(dòng)可提高肥胖個(gè)體脂肪組織成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體1（fibroblast growth factor receptor 1，F(xiàn)GFR1）及其輔受體（klotho beta，KLB）表達(dá)水平，增加FGF21敏感性，降低血液循環(huán)中FFAs含量與炎癥反應(yīng)，增強(qiáng)脂肪酸氧化水平，減少肝臟、骨骼肌中脂肪異位沉積（Lewis et al.，2019）。Gao等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)伴隨的骨骼肌收縮可促進(jìn)FGF21分泌，其調(diào)節(jié)肝臟AMPK介導(dǎo)的脂滴自噬作用，是改善高脂膳食導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)代謝異常的重要機(jī)制。

4 結(jié)論

綜上所述，氧化應(yīng)激是NAFLD發(fā)生發(fā)展的核心環(huán)節(jié)，NAFLD發(fā)生發(fā)展中，較低ROS水平可激活UPRmt，使線粒體產(chǎn)生毒性興奮效應(yīng)，此時(shí)期為線粒體穩(wěn)態(tài)自我修復(fù)的關(guān)鍵期。相反，若無(wú)外源性干預(yù)，肝細(xì)胞氧化應(yīng)激持續(xù)加劇，過(guò)高水平ROS反而使UPRmt作用消退，導(dǎo)致線粒體穩(wěn)態(tài)失衡，NAFLD發(fā)展進(jìn)一步惡化。運(yùn)動(dòng)干預(yù)通過(guò)改善肝臟氧化應(yīng)激、增強(qiáng)線粒體-細(xì)胞核“對(duì)話”及促進(jìn)線粒體因子分泌等途徑，調(diào)節(jié)UPRmt水平，激活線粒體毒性興奮效應(yīng)，在逆轉(zhuǎn)NAFLD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要調(diào)控作用（圖4）。

圖4 運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)UPRmt逆轉(zhuǎn)NAFLD的分子機(jī)制假設(shè)圖Figure 4.Molecular Mechanism Hypothesis of Exercise Regulates UPRmt and Reverses NAFLD