Введение

Неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) представляет собой спектр патологических изменений печени: избыточное накопление триглицеридов (ТГ) (стеатоз), развитие воспаления и повреждения клеток (неалкогольный стеатогепатит — НАСГ), фиброз (рубцевание) и цирроз. НАЖБП является распространенным хроническим заболеванием в мире [1—3]. При проведении эпидемиологического исследования по изучению распространенности НАЖБП в Российской Федерации (DIREG 2) выявляемость НАЖБП достигла 37,3% среди 50 тыс. участников в период 2013—2015 гг. [4]. Факторами риска заболевания являются ожирение, сахарный диабет 2-го типа (СД2) и другие нарушения углеводного обмена, дислипидемия, генетическая предрасположенность, прием лекарственных препаратов, токсичных для печени, а также изменения в микробиоте кишечника. Особенностью НАЖБП является длительная бессимптомность течения, которая может приводить к необратимому повреждению печени. Несмотря на то что патогенез НАЖБП подробно изучен, механизмы прогрессирования заболевания до НАСГ и цирроза выяснены не до конца [2].

Патогенез НАЖБП и прогрессирование стеатоза до НАСГ часто описывается гипотезой «множественных параллельных ударов» [1] (см. рисунок). Первым «ударом» является накопление в гепатоцитах избытка ТГ. Отложение высокотоксичных свободных жирных кислот (СЖК) в виде избытка ТГ на фоне инсулинорезистентности (ИР) приводит к перекисному окислению липидов (ПОЛ) и окислительному стрессу, что индуцирует повышенную продукцию провоспалительных цитокинов клетками печени и жировой тканью — второй «удар». Выброс провоспалительных цитокинов также может быть индуцирован попадающими из кровотока в печень эндотоксинами бактерий, например, липополисахаридами (ЛПС), посредством активации толл-подобного рецептора 4 (TLR4) — так называемый TLR4-зависимый выброс воспалительных цитокинов. Также к «множественным ударам» относятся: изменение выработки адипокинов, вызванное окислительным стрессом, митохондриальная дисфункция, стресс эндоплазматического ретикулума (ЭР), перегрузка железом [1, 5]. Недавно полученные данные подчеркивают решающую роль микробиоты в патогенезе НАЖБП [3]. Изменения в микробиоте кишечника могут способствовать развитию НАЖБП, опосредуя воспаление, ИР, нарушения метаболизма желчных кислот и холина.

Рис. Молекулярные факторы, способствующие возникновению и прогрессированию НАЖБП.

AAAs — ароматические аминокислоты; AHR — рецептор ароматических углеводородов; AMPK — аденозинмонофосфат-активируемая протеинкиназа; BCAA — аминокислоты с разветвленной цепью; FAS — синтаза жирных кислот; FGF19 — фактор роста фибробластов 19; FXR — фарнезоидный Х рецептор; GLP-1 — глюкагоноподобный пептид 1; GPR41/43 — рецепторы, связанные с G-белком; HDACs — деацетилазы гистонов; IRS — субстрат инсулинового рецептора; JNK — Jun-киназа; mTOR — мишень рапамицина; NF-κB — ядерный фактор «каппа-би»; PPAR — фактор транскрипции рецепторов, активируемых пероксисомными пролифераторами; PYY — пептид YY; SREBP-1c — белок, связывающий стеролрегулирующие элементы; TGR5 — трансмембранный рецептор, ассоциированный с G-белком; TLRs — толл-подобные рецепторы; TMA — триметиламин; TMAO — триметиламин-N-оксид; UPR — реакция несвернутых белков; АФК — активные формы кислорода; ИР — инсулинорезистентность; КЦЖК — короткоцепочечные жирные кислоты; ЛПВП — липопротеины высокой плотности; МД — митохондриальная дисфункция; НАСГ — неалкогольный стеатогепатит; ПОЛ — перекисное окисление липидов; СЖК — свободные жирные кислоты; СЦЖК — среднецепочечные жирные кислоты; ТГ — триглицериды; ЭР — эндоплазматический ретикулум.

В настоящем обзоре рассмотрены различные молекулярные факторы, способствующие возникновению и прогрессированию НАЖБП. Особое внимание уделено обсуждению влияния кишечной микробиоты на патогенез этого заболевания. Следует также учитывать, что изучение интимных механизмов патогенеза НАЖБП с выявлением «активных молекулярных игроков» позволяет в дальнейшем использовать их в качестве инструментов диагностики и дифференциальной диагностики при НАЖБП, а также в качестве критериев эффективности терапии [6].

Роль липидов в патогенезе НАЖБП

Важным фактором развития НАЖБП является накопление липидов в гепатоцитах, что, в свою очередь, индуцирует окислительный стресс и повреждение клетки. К липидам относятся жирные кислоты и все соединения, в состав которых они входят (эфиры холестерина, ТГ, фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды). Накоплению жира в печени может способствовать поступление СЖК с пищей, их образование в печени de novo, повышенный липолиз ТГ в жировой ткани и сниженная активность β-окисления СЖК в гепатоцитах, характерная для ИР, а также снижение экскреции липидов из печени в составе липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП) [7]. Негативное воздействие на гепатоциты оказывают токсичные свободные радикалы, образующиеся в результате ПОЛ. Кроме того, продукты ПОЛ вызывают окислительный стресс с активацией ядерного транскрипционного фактора «каппа-би» (NF-κB) с последующей выработкой провоспалительных цитокинов. Это приводит к развитию воспаления на фоне избыточного накопления жира в печени — НАСГ. В результате хронического воспаления развивается фиброз, прогрессирующий до цирроза, который может привести к печеночной недостаточности и повышенному риску развития гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК) [8].

Свободные жирные кислоты

Продуктами расщепления ТГ являются СЖК, избыток которых оказывает на клетки печени повреждающее действие, а именно: способствует повреждению ЭР клетки (так называемый «стресс ЭР»), а также вызывает дисфункцию митохондрий и окислительный стресс. Стресс ЭР сопровождается снижением выработки апопротеина B100 и нарушением секреции ЛПОНП. Кроме этого, СЖК являются лигандами рецептора TLR4, который распознает консервативные структуры микроорганизмов и активирует клеточный иммунный ответ. Их взаимодействие ведет к активации сигнального пути NF-kB и повышенной продукции провоспалительных цитокинов. Повышенный уровень СЖК связан с патогенезом ИР. Периферическая ИР приводит к увеличению концентрации циркулирующих СЖК из-за антилиполитического действия инсулина.

У пациентов с НАЖБП отмечается повышенный уровень СЖК в крови, причем в основном за счет накопления пальмитиновой и олеиновой кислот [9]. Ненасыщенная олеиновая кислота (18:1) активирует транскрипционные факторы: белок, связывающий стеролрегулирующий элемент (SREBP-1c) и рецептор, активируемый пероксисомными пролифераторами γ (PPARγ), которые регулируют экспрессию генов липогенеза. SREBP-1c активирует транскрипцию всех генов липогенеза, повышает синтез жирных кислот в печени, активирует ацетил-СоА-карбоксилазу. Таким образом, активируя SREBP-1c, олеиновая кислота способствует развитию стеатоза; в то же время активация олеиновой кислотой PPARγ оказывает как положительные, так и нежелательные эффекты на течение НАЖБП. Это связано с тем, что при активации PPARγ в гепатоцитах, макрофагах печени и в жировой ткани запускаются разные сигнальные пути. Так, в адипоцитах повышается экспрессия CD36, переносчика жирных кислот FABP4, липопротеинлипазы и фосфоенолпируват-карбоксикиназы, что приводит к избыточному синтезу ТГ из СЖК, тем самым снижая уровень циркулирующих липотоксичных СЖК в организме. PPARγ повышает экспрессию адипонектина, уменьшая ИР печени, и снижает содержание фактора некроза опухоли α (ФНО-α), подавляя воспаление. В гепатоцитах PPARγ играет стеатогенную роль, опосредуя экспрессию адипогенных генов FABP4 и CD36, вызывая повышенное поглощение СЖК. Одновременная индукция синтазы жирных кислот (FAS) и ацетил-СоА-карбоксилазы 1 способствует накоплению внутриклеточных ТГ. В макрофагах печени PPARγ снижает высвобождение воспалительных цитокинов ФНО-α и MCP-1 и фактора роста TGF-β, что приводит к уменьшению воспаления, снижению активации звездчатых клеток печени и, соответственно, к ослаблению фиброза [10]. Насыщенная пальмитиновая кислота (16:0) усугубляет действие олеиновой кислоты и обладает большей цитотоксичностью. Пальмитиновая кислота активирует транскрипционный фактор PPARα, что приводит к усиленному β-окислению СЖК и, таким образом, к окислительному стрессу. Помимо влияния на воспалительный процесс в клетках, пальмитиновая кислота действует на множество молекулярных механизмов, вовлеченных в апоптоз, таких как выработка церамидов, синтез NO, подавление антиапоптотических факторов, образование активных форм кислорода (АФК), стресс ЭР, активация NF-κB, снижение синтеза кардиолипина. Кроме того, пальмитиновая кислота способствует развитию ИР за счет повышения активности Jun-киназы (JNK), которая фосфорилирует субстраты инсулинового рецептора IRS-1 и IRS-2, что приводит к ухудшению передачи сигналов от инсулина. Фосфорилирование IRS по остаткам серина препятствует тирозиновому фосфорилированию IRS, которое необходимо для проведения сигнала от рецептора внутрь клетки [11].

Дополнительное повреждающее действие избытка СЖК на гепатоциты заключается в нарушении функции белков-шаперонов за счет способности СЖК связывать кальций с высоким сродством. Шапероны играют важную роль в формировании трехмерной структуры белков, а также в процессах репарации или элиминации неправильно свернутых или денатурированных белков. В результате происходит накопление полипептидов с нарушенной структурой и активация адаптивного ответа — «реакция несвернутых белков» (UPR), направленная на разрушение белков неправильной структуры. В ходе UPR активируются киназы, в том числе JNK, что может привести к программированной гибели клетки — апоптозу [12].

Среднецепочечные жирные кислоты

Жирные кислоты с длиной углеродной цепи от 6 до 12 атомов углерода относятся к среднецепочечным жирным кислотам (СЦЖК). Они содержатся в молоке млекопитающих и некоторых растительных продуктах, таких как кокосовое и пальмовое масло. СЦЖК могут транспортироваться в клетку в виде СЖК, где подвергаются β-окислению. Благодаря таким свойствам СЦЖК ослабляют накопление жира, выработку АФК и апоптоз, вызванный длинноцепочечными СЖК, в клетках печени, тем самым подавляя развитие и прогрессирование НАЖБП и ИР. Известно, что СЦЖК снижают экспрессию печеночного рецептора (LXR-1α), SREBP, CD36, ацетил-КоА-карбоксилазы, FAS и липопротеинлипазы, активируют гормон-чувствительную липазу и белок 2, содержащий пататин-подобный фосфолипазный домен (PNPLA2). Таким образом, регулируя ключевые липид-чувствительные гены в клетках печени человека при стеатозе, СЦЖК способствуют уменьшению накопления липидов [13].

Церамиды

Длинноцепочечные СЖК являются предшественниками синтеза церамидов de novo, которые в высоких концентрациях обладают липотоксическим действием, а также участвуют как во внутренних (митохондриальный путь), так и во внешних (с помощью ФНО-α) путях апоптоза. Повышению их уровня в гепатоцитах способствуют избыток насыщенных СЖК, попадание ЛПС бактерий в печень, микробные продукты деградации желчных кислот, окислительный стресс, провоспалительные цитокины. Кроме того, церамиды образуются в результате гидролиза сфингомиелина в клеточной стенке с помощью сфингомиелиназы. В случае когда ожирение начинает сопровождаться воспалением, ФНО-α активирует сфингомиелиназу, усиливая тем самым продукцию церамидов [14, 15].

Холестерин

Другим цитотоксичным липидом, накапливающимся в печени при НАЖБП, является свободный холестерин и токсический продукт его метаболизма — оксистерол. Белок, связывающий стеролрегулирующие элементы (SREBP-2), является главным аллостерическим регулятором гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы, которая, в свою очередь, служит ключевым ферментом синтеза холестерина. В этой связи отмечающийся при НАЖБП повышенный уровень SREBP-2 способствует накоплению холестерина, особенно в митохондриях гепатоцитов. Избыток холестерина приводит к дисфункции митохондрий и, как следствие, к увеличению продукции АФК и активации UPR. В результате, как и в случае СЖК, наблюдаются стресс ЭР и апоптоз гепатоцитов (через активацию JNK1) [15]. Также свободный холестерин накапливается в клетках Купфера, которые окружают перегруженные холестерином мертвые гепатоциты [3]. Холестерин и оксистерол активируют клетки Купфера и звездчатые клетки печени, стимулируя синтез провоспалительных цитокинов и хемокинов, что в конечном итоге приводит к развитию воспаления и фиброза.

Желчные кислоты

В печени из холестерина под действием фермента холестерин-7-α-гидроксилазы (CYP7A1) образуются первичные желчные кислоты. Общая концентрация желчных кислот в сыворотке и кале у пациентов с НАЖБП повышена, что может являться следствием их повышенного синтеза из холестерина и активации транспортеров желчных кислот, а также снижением активности бактерий, принадлежащих к семействам Lachnospiraceae, Ruminococcaceae (способных дегидроксилировать первичные желчные кислоты до вторичных), и увеличением активности Lactobacillales, деконъюгирующих их.

Желчные кислоты являются лигандами фарнезоидного X рецептора (FXR) и трансмембранного рецептора, ассоциированного с G-белком (TGR5). Рецептор FXR играет важную роль в метаболизме желчных кислот, глюкозы и липидов посредством изменения экспрессии множества генов. Так, активация рецептора FXR способствует ингибированию синтеза белка SREBP-1c и активации ядерного рецептора PPARα; все это приводит к снижению образования ТГ и СЖК и усилению их катаболизма. Основным геном-мишенью FXR в кишечнике является фактор роста фибробластов 19 (FGF19), который представляет собой энтерокин, секретируемый в портальную кровь. Желчные кислоты связываются с рецептором FXR, стимулируя транскрипцию FGF19. FGF19 достигает печени, где активирует двойной рецептор FGFR4/β-Klotho на базолатеральной мембране гепатоцитов, запуская внутриклеточные пути, которые способствуют подавлению активности CYP7A1, фермента, ограничивающего скорость синтеза желчных кислот. При фиброзе у пациентов повышается содержание конъюгированной холевой кислоты и снижается уровень вторичных желчных кислот — основных агонистов FXR [16].

Желчные кислоты могут оказывать влияние на состояние и функции кишечной микробиоты. FXR обладает способностью предотвращать транслокацию бактерий из кишечника. Активация FXR увеличивает экспрессию мРНК-индуцибельной NO-синтазы, ангиогенина, карбоангидразы-12, участвующих в антибактериальной защите.

Первым идентифицированным рецептором для желчных кислот являлся не FXR, а G-белок-связанный мембранный рецептор желчных кислот TGR5. Наиболее слабым агонистом TGR5 является холевая кислота, а сильнейшими — вторичные желчные кислоты, в особенности литохолевая кислота. Активация желчными кислотами TGR5 способствует снижению риска развития ИР, за счет увеличения секреции глюкагоноподобного пептида 1 (GLP-1), который, в свою очередь, повышает секрецию инсулина β-клетками поджелудочной железы [17]. Помимо этого активация TGR5 угнетает воспалительный ответ макрофагов на ЛПС и их миграцию в ткань печени.

Таким образом, липотоксичность, безусловно, играет ключевую роль в патогенезе НАЖБП. Избыток СЖК, церамидов, холестерина и оксистерола приводит к их накоплению в гепатоцитах, вызывая окислительный стресс, стресс ЭР, апоптоз и активацию воспалительных реакций. В то же время СЦЖК и вторичные желчные кислоты (агонисты рецептора FXR и TGR5) предотвращают развитие НАЖБП.

Роль воспаления и адипокинов в патогенезе НАЖБП

Последовательно или одновременно с первым «ударом» развивается второй «удар» — на фоне усиления процессов ПОЛ накапливаются АФК и повышается продукция провоспалительных цитокинов.

Известно, что при патологических состояниях общее число и содержание отдельных цитокинов резко возрастает. Индукторами повышенного синтеза цитокинов являются патогенные микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, метаболиты, а также поврежденные или модифицированные клетки собственного организма. При повреждении гепатоцитов нейтрофилы, лейкоциты, моноциты, воспалительные макрофаги перемещаются в печень. Иммунные клетки печени активируются патоген-ассоциированными молекулярными паттернами (PAMP), например ЛПС из кишечника, и молекулярными паттернами, ассоциированными с повреждениями (DAMP), — эндогенными факторами, инициирующими неинфекционный воспалительный ответ (например, белки теплового шока, опухолевая ДНК, белки, образующиеся в результате повреждения тканей) из поврежденных гепатоцитов, вызывая высвобождение провоспалительных цитокинов из гепатоцитов и макрофагов печени. Эти цитокины вызывают активацию T-клеток, клеток Ито и клеток Купфера.

Наибольшую роль в развитии заболеваний печени играют следующие провоспалительные цитокины: ФНО-α, интерлейкины-1α/β, -6, 8, 18, 33 (ИЛ) [18, 19]. Важно отметить, что цитокины продуцируются не только иммунными клетками печени, но и самими гепатоцитами. Таким образом, гепатоциты являются не только мишенями действия этих цитокинов, но и их продуцентами, что приводит к усилению воспалительного сигнала.

Ключевым провоспалительным цитокином, участвующим в прогрессировании НАЖБП от НАСГ до цирроза, является ФНО-α. В печени он секретируется гепатоцитами, клетками Купфера, а также может продуцироваться клетками жировой ткани. ФНО-α является важнейшим фактором в развитии ИР, активируя провоспалительные пути JNKs и транскрипционный фактор NF-κB. Кроме того, ФНО-α увеличивает фосфорилирование IRS-1 по серину, в результате чего уменьшается его сродство к инсулину, снижается количество транспортера глюкозы типа 4 (GLUT4), обеспечивающего транспорт глюкозы в клетку, что приводит к развитию ИР. ФНО-α индуцирует экспрессию гена белка SREBP-1c, способствуя развитию стеатоза. Показано, что нейтрализация ФНО-α с помощью инфликсимаба способствует существенному снижению стеатоза у мышей с ожирением, а также подтверждает то, что воспалительные пути могут быть вовлечены в развитие стеатоза печени. Все эти исследования подчеркивают роль ФНО-α в метаболическом воспалении, обычно наблюдаемом у пациентов с НАЖБП [20].

После ФНО-α наиболее часто исследуемым в патогенезе НАЖБП является семейство ИЛ-1. ИЛ-1β инициирует и регулирует воспалительные, иммунные процессы, активирует нейтрофилы, T- и B-лимфоциты, стимулирует синтез белков острой фазы, цитокинов (ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-6, ФНО-α), молекул адгезии (E-селектинов), прокоагулянтов, простагландинов. Основными продуцентами ИЛ-1α/β являются клетки Купфера, макрофаги, лимфоциты, моноциты, фибробласты, а также сами гепатоциты [19]. ЛПС и насыщенные жирные кислоты индуцируют через толл-подобные рецепторы в клетках Купфера продукцию про-IL-1β, которые расщепляются каспазой-1 до зрелой биологически активной формы. Важная роль ИЛ-1β в индукции липогенеза и стеатоза печени при ожирении была подтверждена в экспериментальных моделях. В первичных гепатоцитах при добавлении ИЛ-1β наблюдалось накопление ТГ и экспрессия липогенного фермента — FAS. Кроме того, уровень ИЛ-1β в сыворотке крови у пациентов с НАЖБП был значительно повышен по сравнению с лицами, страдающими другими хроническими заболеваниями печени [20].

Большую роль в процессах фиброзирования печеночной ткани играет другой цитокин — ИЛ-6, синтезирующийся мононуклеарными фагоцитами, фибробластами, адипоцитами, лимфоцитами, гепатоцитами, эндотелиальными, мезангиальными и другими клетками. Причем его увеличение прямо пропорционально степени развития фиброза печени, а повышение его концентрации наблюдается уже при стеатозе печени [19, 20]. Кроме того, ИЛ-6 считается маркером-индикатором ИР и сердечно-сосудистых заболеваний. ИЛ-6 способствует развитию ИР в гепатоцитах за счет снижения фосфорилирования IRS-1 по тирозину, нарушения ассоциации субъединицы p85 фосфатидилинозитол-3-киназы с IRS-1, а также ингибирования протеинкиназы Akt и синтеза гликогена. Наряду с этим ИЛ-6 может способствовать регенерации клеток печени, защищать гепатоциты от апоптоза и препятствовать развитию стеатоза [21].

ИЛ-8 является одним из наиболее хорошо изученных хемокинов, продуцируемых несколькими типами клеток, включая воспалительные и эндотелиальные клетки, гепатоциты, клетки Купфера. Так же, как и в случае с ИЛ-6, увеличение уровня ИЛ-8 в сыворотке крови пропорционально прогрессированию НАЖБП [19, 22]. Главная роль ИЛ-8 заключается в том, что он опосредует рекрутирование и активацию нейтрофилов в воспаленных тканях с помощью сложных сигнальных механизмов и молекул внеклеточной адгезии. Точно такой же эффект ИЛ-8 оказывает на моноциты.

В патогенез НАЖБП и метаболического синдрома вовлечен также ИЛ-18, однако его роль неоднозначна. Для пациентов с метаболическим синдромом была обнаружена положительная корреляция между концентрацией ИЛ-18 в плазме крови и развитием атеросклероза, ИР и СД2. Однако на мышах была показана протективная роль этого цитокина в развитии дислипидемии, ожирения, атеросклероза и ИР. Эти противоречивые результаты отражают необходимость в уточнении роли ИЛ-18 — вовлечен ли он в развитие воспаления и метаболических нарушений или его повышенный уровень отражает компенсаторный механизм [18]. Другой провоспалительный интерлейкин, ИЛ-33, участвует в развитии фиброза печени. В исследованиях было показано, что его концентрация в крови была повышена у пациентов с фиброзом, что согласовывалось с экспериментальными данными на мышах. На мышиной модели экспериментально-индуцированного фиброза печени экспрессия мРНК ИЛ-33 была выше в группе фиброза, чем в контроле дикого типа [18].

Образование зрелой активной формы ИЛ-1β и ИЛ-18 происходит благодаря цитозольному белку NLRP3 (NOD-подобный рецептор семейства NALP (nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat), или криопирин), основному компоненту NLRP3 инфламмасом, вовлеченному в активацию каспаз 1 и 5. Инфламмасома представляет собой многобелковый олигомерный комплекс, отвечающий за активацию воспалительного ответа. Активация NLRP3 инфламмасомы играет важную роль в развитии воспаления при НАЖБП и НАСГ. Инфламмасома NLRP3 активируется множеством PAMP и DAMP, возникающих от многочисленных патогенов, большого количества порообразующих токсинов, аденозинтрифосфата (АТФ), кристаллов и агрегатов частиц, попадающих в кровь. В печени комплекс NLRP3-каспаза-1 экспрессируется преимущественно в клетках Купфера и макрофагах. Нейтрофильные сериновые протеазы (NSP) также могут активировать провоспалительные цитокины и способствовать развитию НАЖБП и других метаболических нарушений. Так, в исследовании in vitro на клетках скелетных мышц было показано, что протеиназа-3 играет важную роль в развитии ИР, опосредуя деградацию инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) и протеина, связывающего инсулиноподобный фактор роста 3 (IGF-BP3). Активность другой NSP — нейтрофильной эластазы — была повышена в сыворотке мышей с ожирением и мышей дикого типа, содержащихся на высокожировой диете, что также, по мнению A. Mirea и соавт., говорит о ее связи с патогенезом НАЖБП [18]. Немаловажную роль в развитии НАЖБП играет нарушение секреции адипокинов — цитокинов, продуцируемых клетками жировой ткани. К ним относят адипонектин, лептин, резистин, висфатин и ретинолсвязывающий белок 4 (RBP4), а также ИЛ-6 и ФНО-α. Адипонектин способствует уменьшению ИР, стимулируя фосфорилирование тирозина IRS, и снижению поступления СЖК в печень, стимулируя их окисление путем активации протеинкиназы, что приводит к уменьшению синтеза ТГ печенью. Важно отметить, что адипонектин тормозит продукцию и активность ФНО-α, следовательно, его недостаток способствует развитию стеатоза печени и ИР. Другой адипокин, лептин, снижает экспрессию гена препроинсулина, тем самым подавляя секрецию инсулина. Интересно отметить, что ФНО-α, ИЛ-1 и ЛПС способствуют повышению уровня лептина, то есть его уровень коррелирует с воспалением. Резистин также способствует развитию ИР и воспаления за счет стимуляции секреции ИЛ-6 и ФНО-α макрофагами. Уровень висфатина повышается у пациентов с ожирением и СД2. Его содержание положительно коррелирует с сывороточными концентрациями ИЛ-6 и C-реактивного белка. RBP4 продуцируется в основном гепатоцитами и в меньшей степени адипоцитами и макрофагами. Предполагается, что при ожирении и СД2 повышенный уровень RBP4 привлекает макрофаги в жировую ткань, что приводит к развитию местного воспаления и ИР [20].

Цитокины продуцируются разными клетками организма, включая клетки печени. Цитокины опосредуют фундаментальные биологические процессы, включая рост тела, ожирение, лактацию, кроветворение, а также воспаление и иммунитет. В обычных условиях образование конститутивных цитокинов в печени отсутствует или минимально; патологические стимулы, такие как накопление липидов, индуцируют клетки печени продуцировать провоспалительные цитокины. Происходящий сдвиг цитокинового баланса в сторону гиперпродукции провоспалительных цитокинов играет важную роль в развитии и прогрессировании НАЖБП посредством стимуляции воспаления в печени, клеточного некроза, апоптоза и индукции фиброза. Однако воспаление имеет решающее значение для защиты организма от инфекций, удаления мертвых клеток и регенерации печени.

Роль инсулинорезистентности в патогенезе НАЖБП

Снижение чувствительности периферических тканей к инсулину и нарушение поступления глюкозы в клетки приводят к развитию гиперинсулинемии, повышению скорости липолиза в жировой ткани, поступлению увеличенного количества СЖК в печень, снижению скорости их β-окисления в митохондриях и усилению этерификации, и, следовательно, к избыточному образованию ТГ в печени и развитию стеатоза [12]. Кроме того, системная гиперинсулинемия стимулирует липогенез de novo в печени через фактор транскрипции SREBP-1c. В свою очередь, промежуточные липиды (диацилглицерол) и другие липидные продукты (церамиды) могут индуцировать ИР путем активации различных киназ, таких как мишень рапамицина (mTOR), ингибитор киназы κB (IKK), JNK и новой протеинкиназы C (nPKC). Кроме того, чрезмерное количество висцеральной жировой ткани блокирует инсулиновый сигнал и приводит к тому, что инсулиновые рецепторы становятся нечувствительны к инсулину [23, 24]. Таким образом, ожирение усиливает уже имеющуюся ИР.

Вышеуказанное снижение митохондриального β-окисления жирных кислот в печени ассоциировано с уменьшением продукции фактора PPARα. Подавлению его выработки способствует ФНО-α, содержание которого резко повышается у пациентов с НАЖБП [25]. Кроме того, ФНО-α, TGF-β1, ИЛ-6 и адипокины, секретируемые адипоцитами, также способны регулировать чувствительность рецепторов к инсулину. Так, ФНО-α через ингибирование серинфосфатаз или активацию серинкиназ стимулирует фосфорилирование инсулинового рецептора типа I, из-за чего уменьшается его тропность к инсулину. Это влечет за собой снижение количества транспортного белка GLUT4, осуществляющего перенос глюкозы в клетку [23]. Кроме того, ФНО-α и метаболиты жирных кислот, накапливающиеся в миоцитах, вызывают увеличение активности серин/треонинкиназ, что приводит к фосфорилированию IRS-1 по серину, а не по тирозину, которое необходимо для проведения сигнала от рецептора внутрь клетки. В итоге снижается стимулированный инсулином захват клетками глюкозы.

ИР жировой ткани способствует увеличению активности гормон-чувствительной триглицеридлипазы, что приводит к более активному гидролизу ТГ на СЖК. В результате увеличивается поток СЖК из адипозной ткани в кровоток и, соответственно, в печень [26].

ИР является одной из составляющих НАЖБП, которая играет решающую роль в патогенезе заболевания, связанного с ожирением [1, 2].

Таким образом, ИР может служить первопричиной развития НАЖБП за счет поступления в печень большого количества СЖК, а также являться одним из множества факторов, определяющих прогрессирование НАЖБП в НАСГ. В свою очередь, патологические изменения, происходящие при НАЖБП, могут усиливать ИР, например, за счет неправильного фосфорилирования инсулинового рецептора, а также изменения других путей сложной системы передачи сигналов инсулина.

Роль микробиоты в патогенезе НАЖБП

Кишечные комменсальные бактерии являются ключевыми регуляторами пищеварения в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) — они играют важную роль в экстракции, синтезе и абсорбции многих питательных веществ и метаболитов, включая желчные кислоты, липиды, аминокислоты, витамины и короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК); выполняют защитную функцию (подавляют рост патогенных бактерий, потребляя доступные питательные вещества и/или продуцируя бактериоцины, стимулируют иммунную систему кишечника, поддержку процессов абсорбции микроэлементов и электролитов). Изменение количественного и видового состава микробиоты может приводить к возникновению различных патологических состояний (воспалительные заболевания кишечника, атеросклероз, метаболический синдром, ожирение, СД2). Экспериментальные и клинические исследования последних лет показали, что синдром избыточного бактериального роста и дисбиоз толстой кишки значимо связаны с патогенезом хронических заболеваний печени и, прежде всего, НАЖБП. Ось кишечник—печень рассматривается как ключевой фактор в развитии и прогрессировании НАЖБП [5]. Мы обнаружили противоречивые данные касательно ассоциированных с НАЖБП изменений в микробиоте. В литературе чаще встречаются данные по увеличению отношения Bacteroidetes/Firmicutes у пациентов с НАЖБП [27, 28]. Однако в исследовании B. Wang и соавт. [29] у пациентов с НАЖБП по сравнению со здоровыми добровольцами было установлено увеличение количества бактерий типа Firmicutes и снижение количества бактерий Bacteroidetes.

Обсуждается возможная роль Helicobacter pylori в патогенезе НАЖБП. Однако имеющиеся данные весьма противоречивы [30]. Недавние исследования показали, что инфекция H. pylori может быть независимым фактором риска НАЖБП, увеличивающим тяжесть течения НАЖБП за счет нарушения функций печени, воспалительных реакций, влияния на процессы гликометаболизма и липидного обмена [31].

Микробными факторами, связанными с патогенезом НАЖБП, являются: увеличение получения калорий из пищи; увеличение продукции этанола; изменение экспрессии генов липогенеза (ChREBP, SREBP-1с); нарушение метаболизма холина и желчных кислот; изменение бактериальной продукции КЦЖК и их абсорбции; нарушение барьерной функции кишечника [28]. В частности, дисфункция кишечного барьера сопровождается бактериальной транслокацией, при которой кишечные бактерии и PAMP из просвета кишечника через систему воротной вены поступают в печень. Именно поэтому хроническая экспозиция печени к PAMP связывается с прогрессированием заболевания и инфекционными осложнениями при развитии цирроза. В настоящем обзоре наиболее подробно рассматривается роль компонентов и метаболитов кишечной микробиоты.

Роль компонентов микробиоты в патогенезе НАЖБП

Повышенное содержание эндотоксинов кишечного происхождения связано с более высоким риском прогрессирования НАЖБП вплоть до ГЦК. Содержание ЛПС, источником которых являются грамотрицательные бактерии, повышено у пациентов с НАЖБП. ЛПС активируют клетки Купфера и звездчатые клетки путем воздействия на их рецепторы — TLR4. Кроме того, ЛПС активируют индуктор воспаления NLRP3 инфламмасомы. В результате повышается продукция провоспалительных цитокинов в печени, т.е. ЛПС является индуктором некровоспалительных поражений и развития фиброза у больных НАЖБП [8]. Патогенность грамположительных бактерий обеспечивают пептидогликаны и липотейхоевые кислоты. Пептидогликаны опосредуют воспалительные поражения в ткани печени преимущественно через NOD-подобные рецепторы (NOD1, NOD2) и TLR2. Бактериальные ДНК активируют иммунные клетки, включая макрофаги, NK-клетки, B-клетки и дендритные клетки благодаря присутствию в их составе неметилированных динуклеотидов — CpG-мотивов. Эти участки распознает TLR9, активация которого вызывает воспалительную передачу сигналов через активацию NF-κB/MAPK (митоген-активируемая протеинкиназа) с последующей секрецией ИЛ-12 и ФНО-α. Еще одним компонентом микробиоты является флагеллин, бактериальный белок, главный компонент жгутиков. Является лигандом для TLR5, который, как и другие рецепторы этой группы, распознает PAMP. Взаимодействие флагеллинов с TLR5 активирует NF-κB и стимулирует синтез ФНО-α [32].

Роль микробных метаболитов в патогенезе НАЖБП

Изменение состава микробиоты при дисбиозе вызывает изменение состава выделяемых метаболитов, обладающих способностью оказывать разнонаправленное влияние на различные физиологические процессы.

Важнейшими метаболитами микробиоты кишечника, ответственными за взаимодействие с рецепторными системами организма человека, регулирующими обмен веществ, являются этанол и ацетальдегид, КЦЖК (ацетат, пропионат и бутират), метаболиты ароматических аминокислот (паракрезол и другие фенольные соединения, индол и его производные), аминокислоты с разветвленной цепью (валин, лейцин и изолейцин), метаболиты холина и L-карнитина (триметиламин, TMA; триметиламин-N-оксид, TMAO), а также желчные кислоты. В печени они могут подвергаться ферментативной трансформации (например, TMA → TMAO) и далее через кровоток попадать в другие органы и системы, участвуя в регуляторных и сигнальных процессах [33].

Эндогенный этанол

При дисбиозе кишечника увеличивается количество этанол-продуцирующих бактерий, в основном представителей Escherichia и Lactobacillus и некоторых видов Ruminococcaceae. Недавние исследования показали положительную связь между родами Escherichia/Shigella, Ruminococcus, а также семейством Enterobacteriaceae и тяжелым фиброзом, что может быть обусловлено повышенной продукцией микробного этанола [34, 35]. После абсорбции через кишечную стенку эндогенный этанол по воротной вене достигает печени, где под действием алкогольдегидрогеназы окисляется до ацетата и ацетальдегида. Первый является субстратом для синтеза жирных кислот, который происходит при активации SREBP-1c, контролирующего синтез холестерина и СЖК. Ацетальдегид принимает активное участие в повышенной выработке АФК, которые вызывают ПОЛ. Этанол нарушает окисление СЖК через модуляцию факторов транскрипции PPARs и может увеличивать проницаемость слизистой кишечника, что вызывает явление эндотоксемии (накопление в крови и тканях бактериальных токсических веществ, например, ЛПС).

Короткоцепочечные жирные кислоты

Один из наиболее известных представителей КЦЖК, масляная кислота, или бутират, утилизируется как энергетический субстрат колоноцитами, кроме того, он способствует восстановлению целостности плотных контактов между клетками кишечника. Несколько исследований показали значимое снижение количества бутират-продуцирующих бактерий, таких как Faecalibacterium prausnitzii и Eubacterium rectale, у пациентов с НАЖБП (НАСГ) и тяжелым фиброзом [36]. Другие КЦЖК (преимущественно ацетат, пропионат и частично бутират) проникают через колоноциты в локальные кишечные капилляры, а затем в воротную вену. Из воротной вены КЦЖК поступают в печень, а также в другие ткани, в том числе и в клетки центральной нервной системы, где выступают в качестве источника энергии в цикле трикарбоновых кислот и/или модулятора различных физиологических процессов и метаболических реакций [37].

КЦЖК используются для синтеза ТГ в печени, избыток которых, в свою очередь, может привести к стеатозу. Кроме того, избыточное накопление КЦЖК приводит к ингибированию аденозинмонофосфат-активированной протеинкиназы (AMPK) в печени, увеличивая накопление СЖК печени вследствие снижения β-окисления. Небольшая часть КЦЖК в кишечнике присутствует в неионизированной форме и может напрямую проходить через кишечный барьер. Бóльшая же часть КЦЖК находится в ионизированной форме и для их транспорта необходимы переносчики — монокарбоксилатные транспортеры (MCT-1) и переносчик монокарбоксилата натрия SMCT-1. MCT-1 и SMCT-1 высоко экспрессируются на колоноцитах, а также во всем ЖКТ, включая тонкую и слепую кишку.

В просвете кишечника уровень КЦЖК составляет около 100 мМ, из них около 60% составляет ацетат, 25% пропионат и 15% бутират. КЦЖК влияют на циркуляцию крови в толстой кишке и на уровень pH, поглощение жидкости/электролита, перистальтику толстой кишки, транспорт ионов [38].

На сегодняшний день идентифицированы три основных сигнальных механизма с участием КЦЖК: ингибирование деацетилаз гистонов (HDACs), активация рецепторов, связанных с G-белком (GPCRs) — GPCR41, GPCR43, GPR109a, а также связывание с PPARγ [39]. Ацетилирование гистонов влияет на профили экспрессии генов при НАЖБП. Так, бутират, пропионат, ацетат и валерат являются ингибиторами HDACs. Механизм заключается в снижении экспрессии ядерного фактора NF-κВ и усилении экспрессии PPARγ. Было продемонстрировано, что ингибирование деацетилаз гистонов приводит к снижению в печени ТГ, общего холестерина, СЖК и снижению воспаления и окислительного стресса, а также улучшению чувствительности к инсулину [40].

Второй сигнальный механизм КЦЖК связан с их влиянием на активацию GPCRs. Так, КЦЖК взаимодействуют с GPR41 и GPR43, вызывая соответственно высвобождение пептида YY (PYY) и GLP-1 из нейроэндокринных L-клеток [41]. При высвобождении PYY уменьшается моторная активность ЖКТ и снижается аппетит, а GLP-1 усиливает секрецию инсулина. Взаимодействие ацетата с GPCR43 запускает сигнальный путь, предотвращающий ожирение, а также вызывает снижение инсулин-опосредованного поглощения глюкозы в белой жировой ткани, улучшая чувствительность к инсулину в мышцах и печени и секрецию инсулина. Кроме того, бутират является подходящим лигандом-кандидатом, обладающим способностью связывать GPR109a с низким сродством в миллимолярной концентрации. GPR109a высоко экспрессируется в адипоцитах, но с возрастом уровень его экспрессии снижается. Показано, что активация GPR109a в адипоцитах подавляет липолиз и снижение содержания жирных кислот в плазме [42].

Третий сигнальный механизм с участием КЦЖК (в первую очередь бутирата и пропионата) заключается в их способности оказывать эффекты через PPARγ. Как было рассмотрено выше, активация PPARγ в гепатоцитах, макрофагах печени и в жировой ткани улучшает чувствительность к инсулину, в основном за счет увеличения отложения СЖК в адипоцитах, что снижает их уровень в крови и уменьшает негативное воздействие СЖК на печень [43].

Аминокислоты

Бактерии кишечной микробиоты играют большую роль в катаболизме и рециркуляции аминокислот. Наиболее распространенными бактериями, ферментирующими аминокислоты, являются представители видов Clostridia, Peptostreptococci и Enterobacteria [44].

Известно, что микробиота метаболизирует ароматическую аминокислоту триптофан с образованием кинуренина, серотонина и индольных производных (индол-3-уксусную кислоту (I3A), индолпропионовую кислоту (IPA), индол-3-молочную кислоту, индол-3-карбоновую кислоту и триптамин). Последние в основном продуцируются Bacteroides, Eubacterium и Clostridium. Триптамин и I3A оказывают положительное влияние на течение заболевания за счет снижения синтеза провоспалительных цитокинов макрофагами в присутствии СЖК и ЛПС. Кроме того, I3A ослабляет воспалительную реакцию в ответ на СЖК в гепатоцитах и снижает экспрессию FAS и SREBP-1c через активацию рецептора ароматических углеводородов (AHR) [45, 46]. В исследовании C. Caussy и R. Loomba [47] было показано, что содержание 3-(4-гидроксифенил)-лактата, продукта метаболизма тирозина, увеличивается у пациентов со стеатозом и фиброзом печени. Авторы выдвигают предположение, что 3-(4-гидроксифенил)-лактат может являться фактором патогенеза НАЖБП, однако молекулярные механизмы, объясняющие роль этого метаболита, на сегодняшний день остаются невыясненными.

К аминокислотам с разветвленной цепью относятся лейцин, изолейцин, валин. Эти аминокислоты образуются путем протеолитической ферментации в толстой кишке бактериями Clostridium, Fusobacterium, Bacteroides, Actinomyces, Propionibacterium и Peptostreptococcus [45]. При прогрессировании стеатоза до НАСГ у пациентов отмечалось повышенное содержание аминокислот с разветвленной цепью. Длительное повышение концентрации таких аминокислот в крови приводит к хронической активации mTOR, который является критическим медиатором регуляции синтеза белка, клеточной пролиферации и регуляции чувствительности к инсулину. Это приводит к повышенной секреции инсулина, и как следствие, к развитию ИР — главному фактору риска развития стеатоза [48]. Кроме того, у пациентов с ожирением и со стеатозом повышаются уровни продуктов метаболизма аминокислот с разветвленной цепью — кетокислот с разветвленной цепью (3-метил-2-оксобутират, 3-метил-2-оксовалерат и 4-метил-2-оксопентаноат, 3-гидроксиизовалерат). В высоких концентрациях они токсичны и могут способствовать прогрессированию заболевания [49].

Микробный метаболизм холина

Изменение микробного метаболизма холина является еще одним фактором, влияющим на прогрессирование НАЖБП. Холин является гепатопротектором и липотропным средством, в комплексе с лецитином способствует транспорту и обмену жиров в печени. Его дефицит является одной из причин возникновения НАЖБП. Он может быть обусловлен не только недостаточным поступлением с пищей, но и высоким уровнем бактерий, утилизирующих холин, в основном представленных Enterobacteriaceae и особенно Escherichia [50].

При дисбиозе повышается количество Firmicutes и Proteobacteria, которые метаболизируют холин в триметиламин. Триметиламин метаболизируется в печени под действием флавин-монооксигеназы-3 до TMAO — фактора риска развития атеросклероза. TMAO снижает синтез желчных кислот посредством ингибирования ключевых ферментов CYP7A1 и ограничивает кишечно-печеночную циркуляцию желчных кислот за счет подавления экспрессии транспортеров органических анионов и белков устойчивости к лекарственным препаратам. Таким образом, TMAO, изменяя синтез и транспорт желчных кислот, оказывает влияние (через связывание желчных кислот с FXR) на уровень ТГ в печени, на гомеостаз глюкозы и энергии, изменяет направление транспорта холестерина. Все это позволяет рассматривать его как потенциальный фактор риска развития НАЖБП [51].

Микробный метаболизм желчных кислот

Микробиота кишечника, модифицируя желчные кислоты, являющиеся мощными сигнальными молекулами, может влиять на чувствительность к инсулину и метаболизм жиров в печени — процессы, играющие важную роль в патогенезе НАЖБП [52].

Первичные желчные кислоты (холевая и хенодезоксихолевая) синтезируются из холестерина в гепатоцитах печени, затем конъюгируются с таурином или с глицином и в таком виде попадают в кишечник. Кишечная микробиота продуцирует ферменты, осуществляющие химическую модификацию желчных кислот — гидролиз пептидной связи (деконъюгация) и последующее образование вторичных желчных кислот путем дегидроксилирования первичных кислот.

У больных НАЖБП увеличивается активность бактерий, осуществляющих процесс деконъюгации желчных кислот, и снижается активность бактерий, превращающих первичные желчные кислоты во вторичные. Увеличение доли холевой кислоты у больных НАЖБП, которая является слабым агонистом FXR и TGR5, снижает активность этих рецепторов, что приводит к развитию стеатоза печени [17, 53]. Кроме того, микробиота изменяет метаболизм желчных кислот, через модификацию экспрессии гена цитохрома CYP8B1 в печени, изменяет уровень метаболизма липидов в печени, а также экспрессию и активность основных ферментов, обеспечивающих эндогенный метаболизм лекарственных препаратов, — CYP3A11 и CYP2C29 [28].

Роль генетических факторов в этиопатогенезе НАЖБП

В завершение обзора следует упомянуть о роли генетических факторов в патогенезе НАЖБП. Предрасположенность к развитию НАЖБП у пациентов, имеющих метаболические нарушения, обусловлена полиморфизмом генов, отвечающих за липидный обмен, и генов, участвующих в развитии воспалительных реакций. Ключевую роль играет полиморфизм гена PNPLA3, кодирующего адипонутрин. Адипонутрин представляет собой триацилглицерин липазу, которая опосредует гидролиз триацилглицерина в адипоцитах. Замена изолейцина на метионин в 148-й позиции приводит к потере этой функции и накоплению ТГ в печени. Пациенты, имеющие полиморфизм гена PNPLA3, имеют высокий риск возникновения и прогрессирования НАЖБП от стеатоза до ГЦК [54]. Полиморфизм генов липогенеза, кодирующих PPARα и PPARγ, ассоциирован с прогрессированием НАЖБП в фиброз и цирроз [55].

Полиморфизм гена PEMT приводит к пониженной активности кодируемого им фермента фосфатидилэтаноламин N-метилтрансферазы, которая катализирует превращение фосфатидилэтаноламина в фосфатидилхолин, что также приводит к развитию НАЖБП [56]. Имеются данные о генетических факторах, способствующих развитию окислительного стресса: мутации генов, ответственных за активность супероксид-дисмутазы 2. Кроме того, на патогенез НАЖБП влияет полиморфизм генов, участвующих в развитии некровоспалительных и системных воспалительных реакций (полиморфизм генов TLR4, сочетание полиморфизма генов IL28В и PNPLA3) [54].

С развитием НАЖБП и ИР также ассоциирован полиморфизм гена аполипоротеина С3. Повышенная экспрессия гена рецептора адипонектина (ADIPOR-1) положительно коррелирует с индексом массы тела и нарушением толерантности к углеводам, степенью активности воспаления в печени при НАЖБП. Полиморфизм гена ADIPOR-2 связывают с ИР, степенью жировой инфильтрации печени [57].

Заключение

НАЖБП является многофакторным заболеванием, патогенез которого обусловлен не только патологическими изменениями в организме, но и воздействием его кишечной микробиоты, генетических факторов и влиянием окружающей среды. Данные о молекулярных механизмах, лежащих в основе патогенеза НАЖБП, накопленные за последние несколько лет, способствовали обнаружению ряда многообещающих терапевтических мишеней. Однако, несмотря на это, в настоящее время до сих пор нет зарегистрированных эффективных лекарственных препаратов для терапии этого широко распространенного состояния, а также остается открытым вопрос неинвазивной чувствительной и специфичной диагностики заболевания.

Дальнейшее изучение молекулярных аспектов этиопатогенеза НАЖБП будет способствовать как разработке перспективных методов диагностики и прогнозирования течения заболевания, основанных на омик-технологиях, так и созданию новых способов микробной терапии на основе таргетных пробиотиков, аутопробиотиков и препаратов бактериальных метаболитов, способных восстановить исходное эубиотическое состояние микробиоценоза [58, 59].

Поскольку у значимой части пациентов заболевание характеризуется неуклонно прогрессирующим течением с развитием НАСГ, фиброза и цирроза печени, а в ряде случаев ГЦК, разработка новых неинвазивных методов диагностики и оценки эффективности терапии на основе молекулярных предикторов и биомаркеров с высокой долей вероятности позволит предотвратить или по крайней мере замедлить прогрессирование НАЖБП [6, 60]. В целом разработка эффективных стратегий профилактики и лечения НАЖБП во многом будет зависеть от глубокого понимания молекулярных механизмов развития заболевания, вовлеченных в каскад прогрессирования НАЖБП → НАСГ → ГЦК [61].

Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ №МК-2429.2020.4.

Участие авторов: концепция и дизайн — Т.С. Салль, Е.С. Щербакова, Е.В. Демьянова, Т.Я. Вахитов; сбор и обработка материала (поиск литературы) — Т.С. Салль, Е.С. Щербакова, Е.В. Демьянова, С.И. Ситкин; написание текста — Т.С. Салль, Е.С. Щербакова; редактирование — Е.В. Демьянова, С.И. Ситкин, Т.Я. Вахитов, И.Г. Бакулин.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.