17β-羟基类固醇脱氢酶13在酒精性肝病中的作用机制及临床应用

李 理， 陈海震， 黄 晶

吉林大学第一医院 检验科， 长春130021

酒精性肝病(alcohol-related liver disease, ALD)是由于长期大量饮酒导致的肝脏疾病。单纯性脂肪肝和酒精性脂肪性肝炎是ALD的早期组织学进展，若持续大量饮酒，将导致肝纤维化或肝硬化[1]，最终无法逆转疾病进展，甚至可能发展为肝细胞癌(HCC)。根据2015年世界卫生组织的疾病、损伤和死亡病因国家估计报告[2]，亚太地区肝病死亡人数占全球肝病死亡人数的62.6%，肝硬化和肝癌分别是亚太地区肝脏相关死亡的第一、第二大病因，分别占该年该地区肝病相关死亡人数的48.2%和43.6%，而酒精消耗是肝硬化和肝癌除HBV感染外的第二大病因(分别为20.8%和29.8%)。在中国大陆地区，酒精相关性肝硬化(32 338例)约占所有肝硬化和其他慢性肝病(161 376例)死亡人数的20.0%；酒精相关性肝癌(129 117例)约占所有肝癌(396 791例)死亡人数的32.5%[2]。终末期ALD的病死率较高，因此在早期对ALD进行诊断、治疗，逆转疾病进展尤为重要。近年来不断有研究[3-9]证实，参与脂肪代谢和炎症反应的相关酶或蛋白参与了ALD的发病机制，并且在全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)和候选基因关联分析中验证其基因多态性在不同人群中与ALD相关，包括PNPLA3、TM6SF2、MBOAT7等。最新研究[10]发现，17β-羟基类固醇脱氢酶13(hydroxysteroid 17-beta-dehydrogenase 13, HSD17B13)基因的插入缺失变体(rs72613567:TA)与ALD风险降低相关。本文将对HSD17B13的生物学功能及其在ALD中的作用机制和临床应用等方面进行综述。

1 HSD17B13的生物学功能

1.1 HSD17B13的生物学特征 HSD17B13主要表达于肝细胞脂滴(lipid droplet, LD)表面，是一种新型的小鼠和人类肝脏特异性LD表面相关蛋白[11]。HSD17B13最初被命名为短链脱氢酶/还原酶9，于2007年首次在人类肝脏cDNA文库中克隆发现[12]。现HSD17B13被列入17β-HSD家族，该家族在类固醇代谢中发挥重要作用，HSD17B13同17β-HSD家族其他成员一样，具有NAD(P)+/NAD(P)H结合位点(TGxxGxG)和一个在N-端的酶促活性位点(YxxxK)[13]。HSD17B13亚细胞定位于肝细胞LD表面，蛋白质组学研究[14]显示HSD17B13在肝细胞中大量表达，组织分布研究显示HSD17B13在肾脏、肺、脑、骨骼肌、卵巢和睾丸中仅有非常低的表达水平，表明其在肝脏中发挥重要作用。

1.2 HSD17B13的生物学功能 目前，HSD17B13酶的作用底物和产物尚未确定，其具体的生物学功能仍有待于进一步研究。HSD17B13与17β-HSD家族的另一成员HSD17B11的基因具有65%的同源序列和78%相似序列[12]，且两基因均位于4号染色体上，因此推测HSD17B13可能同HSD17B11一样参与性激素的代谢。但是研究[15]显示，HSD17B13基因敲除小鼠血清性激素水平与正常小鼠相比并无差异，并且Abul-Husn等[10]研究证实HSD17B13的插入缺失突变(rs72613567:TA)可以抵抗过量脂质所引起的慢性肝损伤，并缓解非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)和ALD的疾病进展。因此，HSD17B13并非与HSD17B11一样参与性激素的代谢，推测其可能与肝脏脂质代谢相关。Su等[14]通过重组腺病毒注射正常活体C57BL/6小鼠，发现过表达HSD17B13的小鼠肝脏TG含量显著增加，然而对血浆TG和胆固醇水平影响很小。此外，在pEGFP-N1质粒或HSD17B13-EGFP融合蛋白转染的HepG2细胞和Huh 7细胞中发现，HSD17B13过表达使细胞内LD的数量和大小均明显增加。研究表明，HSD17B13与肝脏TG合成相关。过表达HSD17B13的小鼠肝脏中，脂肪生成相关基因的表达也显著增加，包括固醇调节元件结合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein 1, SREBP-1)和其靶基因脂肪酸合酶(fatty acid synthase, FAS)，而参与脂肪酸β氧化相关基因的表达则无变化或轻微降低[14]，提示HSD17B13可以通过促进脂质合成相关基因的表达进而增加肝脏脂质的合成。Zhang等[13]提出一种假说，猜测HSD17B13的过表达可能导致某种未知激素的产生增加，这种激素通过发送信号驱动脂质合成基因的表达，推动肝细胞中脂肪的积累。

确定HSD17B13酶的作用底物和产物有助于明确其生物学功能。Ma等[16]研究显示，HSD17B13具有视黄醇脱氢酶活性，并推测HSD17B13是一种与脂滴相关的视黄醇脱氢酶，视黄醇可能是该酶的底物之一。目前的研究显示HSD17B13与肝脏脂质合成增加相关，其作用底物是否为脂质合成代谢的中间产物或性激素、类固醇、脂肪酸等物质仍有待于进一步确定。

2 HSD17B13在ALD中的作用机制

2.1 HSD17B13参与ALD脂质合成的机制 慢性饮酒早期的病理学特征是肝细胞脂肪变性，即肝细胞中脂肪(主要为TG、胆固醇和磷脂)大量积累，并导致酒精性脂肪性肝病[17]。饮酒可以通过几种机制改变肝细胞脂肪代谢，从而引起肝脏中脂肪的积累。首先，在乙醇经线粒体上的乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)作用被氧化为乙醛的过程中，会增加肝细胞中NADH/NAD+比例，造成脂肪酸线粒体β-氧化中断而导致脂肪堆积[18-19]。酒精也可以通过对SREBP-1c和过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferation-activated receptor alpha, PPARα)的作用，调控HSD17B13的表达，进而增加肝脏脂质合成。Su等[20]研究发现，LXR-SERBP1c通路可以调控HSD17B13的表达，SREBP1c是LXRα的直接靶基因，而转录调节因子SREBP1c可以调控HSD17B13的表达。慢性饮酒会上调SREBP1c的表达[21]，故饮酒也许可以通过促进SREBP1c而增加HSD17B13的表达，进而增加肝细胞脂质含量。饮酒也会抑制PPARα与DNA的结合，而PPARα对HSD17B13的表达具有潜在的抑制作用[22]，故饮酒可能通过PPARα调控HSD17B13表达上调，进而增加肝细胞内脂质的合成。

2.2 HSD17B13相关变体与ALD的关联 目前HSD17B13在ALD中的研究主要见于其基因多态性与ALD之间的关联分析[10,23-25]，其在ALD中的作用机制尚未见报道。GWAS研究[10]验证HSD17B13的插入缺失变体(rs72613567:TA)与较低水平的血清转氨酶相关，且该变体减缓了NAFLD和ALD的进展，对慢性肝损伤具有保护作用。Stickel等[23]研究发现，携带PNPLA3和HSD17B13变体对发生晚期ALD的风险有不同影响，HSD17B13 rs72613567:TA与酒精相关性肝硬化(OR=0.79，P=8.13×10-6)和酒精相关性肝硬化合并HCC(OR=0.77，P=2.27×10-4)的风险降低相关，而PNPLA3 rs738409:G与酒精相关性肝硬化(OR=1.70，P=1.52×10-26)和酒精相关性肝硬化合并HCC(OR=1.77，P=2.31×10-23)的风险增加相关。在最近的一项研究中，Yang等[25]证实HSD17B13 rs72613567等位基因TA能够降低酒精、NAFLD和丙型肝炎相关肝病的风险，并且对ALD终末期的肝癌进展具有保护作用。针对HSD17B13 rs72613567 的肝脏保护作用，Gellert-Kristensen等[24]在111 612例丹麦人群(包括ALD和NAFLD患者)中进行了一项关联分析，研究证实了与野生型纯合子T/T相比，在过度肥胖、重度饮酒及携带3或4个脂肪基因(PNPLA3或TM6SF2)的人群中，TA/TA突变型纯合子的人群具有更低的血浆ALT水平(降低12%～18%)。rs72613567与肝脏脂质合成减少相关，抑制脂质积累所引起的脂肪性肝炎，从而降低肝损伤，并缓解了ALD的进展。

HSD17B13参与脂质合成的机制可能是ALD的发病机制之一，HSD17B13的过表达可以导致肝脏脂质合成增加。HSD17B13基因突变所表达的短截蛋白的酶活性降低，减少肝脏脂质的合成，从而降低ALD发生的风险。

3 HSD17B13在ALD中的临床应用

3.1 HSD17B13在HCC中的临床应用 HSD17B13作为一种肝细胞LD表面的特异性蛋白，可以作为一种潜在生物标志物应用于肝脏相关疾病的临床诊断与治疗。在HCC中，HSD17B13表达水平有一定的差异，以下研究发现HSD17B13的表达水平与HCC相关。Xu等[26]通过转录水平验证，相对于癌旁组织，HCC患者癌组织的HSD17B13 mRNA水平下调了30倍以上。对HCC患者肝组织HSD17B13 mRNA和蛋白进行评估，发现与非肿瘤组织标本相比，肿瘤组织HSD17B13 mRNA和蛋白水平均明显降低[27-28]，且癌旁组织中较低水平的HSD17B13是HCC患者无复发生存较差的独立危险因素(HR=0.41，P=0.014)[27]。此外，有研究[29]发现HSD17B13可以作为HCC患者术后的预后检测指标，提示HSD17B13在HCC的进展与预后中发挥着抑癌作用，可能是治疗HCC的潜在标志物。通过蛋白质组学的方法，对单病灶和多病灶原发性HCC的整体蛋白质组图谱进行比较发现，与周围非癌组织相比，HSD17B13 mRNA水平只在多病灶组下调，而单病灶组没有下调，表明HSD17B13可以作为诊断HCC的靶标，且可以用于鉴别诊断单病灶和多病灶HCC[30]。

HSD17B13与HCC发生和进展相关，明确HSD17B13在ALD中的作用机制后，HSD17B13或许可以作为标志物用于评估ALD终末期患者的癌变进展。

3.2 HSD17B13在ALD临床应用中的前景及问题 Horiguchi等[31]研究显示，相对于野生型小鼠，PPARα基因敲除小鼠肝脏HSD17B13水平升高了3倍。 Rotroff等[32]对1264例接受PPARα激动剂(贝特类药物)治疗的2型糖尿病患者进行全基因组测序分析发现， HSD17B13突变与TG和高密度脂蛋白相关，而在小鼠模型中，经贝特类药物处理的小鼠肝脏HSD17B13的表达水平显著降低，提示PPARα对HSD17B13的表达具有潜在的抑制作用。在ALD中，PPARα对HSD17B13的作用及机制仍有待进一步研究。以往针对PPARα在ALD中作用的研究证明经PPARα激动剂(Wy14643)治疗后，逆转了乙醇喂养小鼠的PPARα功能和脂质代谢紊乱[33]。因此，在使用PPARα激动剂治疗ALD过程中，HSD17B13也许可以作为ALD转归和预后的生物标志物，有助于对患者肝脏功能和脂质代谢情况进行评估。

目前，临床上主要以病史(饮酒史等)和临床表现结合影像学检查和实验室检查等对ALD进行诊断，HSD17B13作为一种新型生物标志物为ALD的临床诊治和预后提供了新靶点。HSD17B13定位于肝细胞LD表面，在血液中的含量不易检测，因此HSD17B13作为生物标志物需借助于肝组织活检，然而有创检查增加了患者的感染风险。如果确定HSD17B13的作用底物和产物，其血清水平则可以真实地反映HSD17B13的表达水平和肝脏脂质代谢水平。明确HSD17B13在ALD中的作用机制后，通过HSD17B13的作用底物和产物并联同其他肝脏指标共同建立HSD17B13相关标志物体系，将有助于对ALD患者肝脏脂质的评估。

4 小结

综上所述，HSD17B13作为一种新型肝脏特异性LD表面蛋白，在脂肪性肝病进展中具有重要意义。目前关于HSD17B13在肝脏疾病的作用机制仍需进一步探究，其在ALD中的相关研究主要为HSD17B13基因多态性与ALD的关联。HSD17B13对肝脏脂质代谢的作用直接影响了ALD的发生和发展。未来的研究应该深入探讨HSD17B13的分子结构和生化功能，对明确HSD17B13的作用底物和产物，阐明HSD17B13的生物学功能具有重要意义。同时，阐明HSD17B13在ALD发病机制中的作用，为HSD17B13在ALD的临床应用提供理论基础，也为临床ALD的诊治提供了新靶点。

作者贡献声明：李理负责收集资料并分析，撰写论文；陈海震负责课题设计，收集资料，修改论文；黄晶负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。