在动物饲养管理过程中，高能量密度饮食、饲料中的毒素和饲料质量不良等因素会使动物肝细胞内甘油三酯（triglyceride，TG）含量升高，进而引起脂肪在肝脏中堆积，造成动物肝脏增大、易碎、出血甚至肝纤维化和肝硬化等症状，形成与人类相似的非酒精性脂肪肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD），严重危害动物的健康，并给畜牧业带来较大的经济损失[1-2]。上述病理性脂肪肝通常发生于家畜（如奶牛）和蛋鸡，但在自然界中还存在一类生理性脂肪肝，如一些野生鱼类和鸟类通常会在迁徙前大量进食，将从食物获取的过剩能量转化为脂肪储存于肝脏而形成生理性脂肪肝，以满足迁徙过程中的能量需要。在迁徙过程中，沉积于肝脏中的脂肪通过极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）经血液运送到其他组织如肌肉中氧化利用而被消耗掉，从而使肝脏恢复到原来的状态，整个过程是可逆的，并不出现病理症状[3⇓-5]。鹅作为迁徙鸟类的后代也具备这种特点，该特点为人工生产鹅肥肝提供了必要的条件。
食用富含脂肪鹅肝的历史可追溯到古埃及[6]，因为当时的人们已发现迁徙季节开始前的鹅肝味道特别鲜美。人工生产鹅肥肝的传统方法是当鹅达到适宜日龄和体重时，通过大量填饲主要原料为高能玉米的饲粮使鹅在3~4周内形成脂肪含量高达60%左右的脂肪肝或肥肝[7]。对于专门化的肝用品种朗德鹅，填饲后的肥肝重通常可达800~1 200 g[8]。鹅肥肝不仅含有丰富的不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acid，USFA），而且还含有蛋白质、多种维生素和铁、锌、铜、磷等微量元素，易被人体消化吸收，因此具有极好的营养与保健价值[5]，与鱼子酱、松露合称为世界三大美食。此外，由于鹅肥肝中在发生严重脂肪变性时仍不出现明显的炎症、纤维化和其他病理症状，可能存在独特的保护机制[4]，因此，鹅肥肝也被视为一种独特的脂肪肝研究模型。
鹅肥肝和其他大多数非酒精性脂肪肝一样，是由营养过剩引起的肝脏脂肪变性，通常伴有皮下脂肪增多、血糖血脂升高以及其他肥胖相关的代谢紊乱等。鹅在大量采食或饲喂后，过量摄入的能量（主要是碳水化合物）会超过机体的生理需要而被肝脏转变为脂肪[3]，这些脂肪除了在肝脏中被少量氧化利用外，大部分会与肝脏产生的脂蛋白相结合，包装成含脂颗粒（如VLDL）而被转运到外周组织（如肌肉）利用或贮存于脂肪组织中。然而，在早期这种状态还能保持一种动态平衡，不会在肝脏中沉积大量脂肪，但是在后期，这种动态平衡就会被打乱，出现肝脏转运脂肪障碍，从而引起脂肪肝的形成[9-10]。因此，无论是促进鹅肥肝的形成还是抑制其他病理性脂肪肝的形成，解析肝脏的营养调控机制都将有助于相关问题的解决。
线粒体是能量合成的场所，其正常结构功能的维持与能量代谢息息相关。以往的研究表明，线粒体在非酒精性脂肪肝形成过程中，其形态、结构和功能均发生明显变化，提示线粒体可能在非酒精性脂肪肝形成中扮演重要角色。线粒体作为真核细胞中的半自主性细胞器，起源于革兰氏阴性菌，是细胞物质能量代谢的关键参与者，为细胞的生命活动提供动力[11]。此外，线粒体还在氧化应激和信号传导、细胞周期调控和细胞凋亡等方面起重要作用，位于细胞动态调控网络的中心[12]。有研究表明，大部分线粒体相关基因的表达在鹅肥肝形成过程中显著增强，提示线粒体也参与鹅肥肝的形成。为更深入地研究线粒体与鹅肥肝形成的关系，揭示营养如何通过线粒体影响脂肪肝的形成，将不仅有助于阐明脂肪肝的形成机制，而且可以为实际生产中改进鹅肥肝生产技术提供理论参考，本文着重围绕鹅肥肝的特点对相关研究进展进行综述，并展开适当的讨论。
1 鹅肥肝的研究进展
1.1 鹅肥肝形成和变性的机理
依据NAFLD形成的“二次打击”学说，目前对鹅肥肝的研究大多集中在“一次打击”阶段。鹅在摄取大量的高能饲料后，食物中的碳水化合物经消化降解为单糖被鹅肠道吸收，释放到血液中，致使流入肝脏的血糖急剧增加，经肝细胞中的酶转化为3-磷酸甘油或乙酰辅酶A，然后在脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FAS）的作用下合成脂肪酸。这些新合成的脂肪酸有2条代谢途径：1）在肝细胞中酯化合成TG，并与载脂蛋白、磷脂、胆固醇等形成VLDL分泌到血液中，运送至其他组织中储存（如脂肪组织）或氧化利用（如肌肉组织）[8]；2）在肝细胞的线粒体中β-氧化，转化为能量供肝细胞利用。然而，鹅在填饲后，肝脏中TG的合成数量远超载脂蛋白的转运能力，同时血液中高水平的TG会影响脂肪酸的β-氧化，这就导致肝细胞合成的TG不能被完全氧化掉或转运出去，最终造成肝细胞内沉积大量的脂肪，显著扩大肝细胞的体积，而形成比正常肝重许多倍的脂肪肝或肥肝[10]。
1.2 鹅肥肝中特殊的分子保护机制
在人和小鼠等哺乳动物中，NAFLD的形成还与“二次打击”有关。首先，在哺乳动物中，沉积于肝脏中的TG被水解为脂肪酸，继而被转运到线粒体进行β-氧化。过多的β-氧化会引起活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生增多，当ROS的产生量超过线粒体抗氧化系统能力时，就会发生脂类物质和蛋白质的氧化，导致线粒体损伤和功能障碍、氧化应激以及内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS），并引发肝脏出现炎症和其他病变，与之不同的是，鹅肥肝形成过程中，并未出现ERS和线粒体损失[3]，即哺乳动物NAFLD形成过程中的“二次打击”。鹅肥肝与NAFLD形成机理既有相同之处也各自的特殊性。有研究发现，与正常肝相比，鹅肥肝中ERS相关基因和炎症标记基因——肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表达量均降低，而脂肪酸去饱和酶相关基因和脂联素受体1和2（adiponectin receptor 1 and 2，Adipor1/2）的基因表达量均上升，后者在肝细胞中具有抗炎症发生、增加胰岛素敏感性的作用，这些结果表明鹅肥肝未发生ERS和炎症[15-16]，与人和小鼠NAFLD中的情形相反。鹅肥肝中脂肪组成以USFA为主，占脂肪总量的62%左右[7]，这可能是鹅肥肝不发生内质网和炎症的原因之一。前人研究表明，USFA会抑制棕榈酸引起的肝细胞内质网应激和凋亡[17]。以上研究提示，鹅肥肝发生严重脂肪变性时不发生病变的保护机制可能与不饱和脂肪酸合成酶表达增加、内质网应激受到抑制有关。
肠道菌群可能也参与鹅肥肝的保护。肠道是机体的消化器官和排毒器官，“肠-肝轴”学说表明肝脏和肠道之间存在着密切的关联；细菌鞭毛蛋白受体5（TLR5）在肠黏膜上的表达也与肝脏代谢有关[18]。肠道拥有许多与宿主共存的微生物，统称为肠道菌群。已有研究证实，与常规饲养的鹅（对照组）相比，填饲鹅（试验组）盲肠内容物中5种短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCAF）的含量，包括乙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸显著低于对照组[19]。丁酸作为SCAF中的一种，可通过抑制有害菌繁殖，促进紧密连接蛋白表达而对肠道有一定的保护作用，避免有害菌及其毒素进入机体内引起免疫炎症反应[18]。顾旺[20]研究发现，填饲鹅血液中内毒素脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）的含量相对于非填饲的对照鹅并未发生明显变化。再者，填饲鹅肠道中乳酸杆菌属的相对丰度也显著高于正常饲喂的对照鹅，而乳酸杆菌的代谢产物——乳酸不仅可抑制有害菌增殖的作用，且能抑制鹅原代肝细胞中免疫炎症相关基因——补体5（C5）的表达[21]。因此，填饲鹅的肠道菌群有助于鹅肥肝免于炎症的发生，也是鹅肥肝保护机制的重要成分之一。
2 线粒体的研究进展
2.1 线粒体的起源与结构
关于线粒体的起源众说纷纭，目前有较多证据支持的是内共生假说。内共生假说认为：线粒体来源于原线粒体，一种好氧性细菌，在与前真核生物宿主长期共生过程中，原线粒体通过氧化分解给宿主提供能量，而宿主给原线粒体提供营养物质，从而逐渐演化成真核细胞中的一种半自主性细胞器。有研究发现，线粒体基因组序列类似于特定的原核进化枝——α-蛋白细菌，这为该假说提供了有力的证据[24]。与内共生假说相对的是非内共生假说或称为分化假说，该假说认为：线粒体的发生是由于细胞膜的内陷，再分化后形成的。该假说解释了核膜渐进演化的过程，但相关的支持性证据较少。
线粒体是大多数真核生物细胞中重要的双层膜细胞器，通常分布在细胞功能旺盛和代谢活跃的区域。线粒体的直径为0.5~1.0 μm，组成成分有水、蛋白质、脂质以及少量的小分子和核酸等。线粒体整体可分为4个分开的部分：外膜（OMM）、内膜（IMM）、膜间隙和基质。外膜比较光滑，包含整合蛋白，通透性较线粒体内膜高，其上的酶含量比内膜少，主要起物质交换和信号转导的作用。线粒体内膜向内凹陷弯曲折叠成嵴，可增大膜的表面积和酶的附着位点，增加了内膜的代谢效率，主要含有各种不同功能的酶类和载体蛋白，负责建立质子梯度、驱动能量合成的功能等。线粒体中的嵴在不同生理条件下的形态变化是不同的，可能与线粒体的分裂与融合有关[25-26]。线粒体内外膜之间的空隙是膜间隙，里面有众多底物、酶等蛋白分子，处于未定位状态。基质是一种均匀的胶体，含有很多催化细胞有氧呼吸反应的酶类、脂类、蛋白质等，以及线粒体自身的DNA和核糖体。
2.2 线粒体的生物学功能
线粒体是维持真核细胞稳态必不可少的细胞器，线粒体生物学功能的变化不仅影响细胞的能量代谢，而且还会影响整个机体的能量供应与生命活动[27]。线粒体最重要的功能就是通过线粒体基质中的三羧酸循环氧化糖酵解途径中的代谢产物——丙酮酸，以及通过线粒体内膜上的电子传递链进行氧化磷酸化，将底物氧化脱氢或使其失去电子而升高化合价，催化ADP和pi合成，最终使脂肪、葡萄糖和氨基酸被彻底氧化分解，产生ATP和热量。
2.3 线粒体损伤与氧化应激的关系
许多疾病的发生都与线粒体的稳态失衡有关。正常情况下，体内的氧化还原处于一个动态平衡中，少量的ROS有利于增强细胞的信号转导能力和提高机体在面对病原体入侵时的抵抗能力。但是当稳态失衡时，ROS过量产生且得不到及时清除，就会攻击细胞的脂质、核酸、蛋白质，引起机体的组织和器官损伤[30]。已有大量的研究表明，功能失调的线粒体是ROS产生的主要部位[31-32]。线粒体有4种复合物参与氧化磷酸化，即复合物Ⅰ至复合物Ⅳ。线粒体中的氧化磷酸化起始于上一代谢过程产生的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），即还原型辅酶Ⅰ，其所含的电子经复合物Ⅰ至复合物Ⅳ电子传递链的传递后，和质子、氧气结合形成水，所释放的能量通过与磷酸化耦联而产生ATP。在电子传递过程中，如果有电子泄漏，则会过早地和氧气结合而形成不稳定的O2-，后者是产生大部分ROS的前体物质。
生成的ROS会氧化细胞中的脂类、蛋白质和遗传物质，导致细胞、线粒体的损伤。线粒体的损伤包括线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）突变、结构损伤、呼吸链损伤、ATP合成受限、钙稳态失衡、防御体系受到破坏和发生功能障碍等[32]。首先，由于mtDNA位于线粒体内膜，靠近自由基产生的部位，容易受到ROS的攻击。mtDNA的损伤累积则会导致突变的产生。其次，ROS会攻击内膜的复合体蛋白，使电子呼吸链酶活性降低，ATP合成减少。再者，过量的ROS会使线粒体膜上的通透性转换孔（PTP）更易打开而改变线粒体膜内的渗透压，引起钙稳态失衡，最终导致细胞死亡[33]。此外，ROS和线粒体结构形态改变间也可能存在相互调节的关系。研究发现，在糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）模型中，ROS水平的增加会导致线粒体形态发生改变，包括线粒体膜融合和裂变、嵴形态的改变以及线粒体破裂与肿胀[34-35]。线粒体损伤后，呼吸链的电子传递和酶活性均会受到影响，ATP的合成也受到限制，从而进一步加剧氧自由基和ROS的产生，后者又会攻击线粒体，如此便形成一种恶性循环，使细胞内的氧化与抗氧化作用失衡，引起氧化应激，最终引起细胞死亡。
3 线粒体在鹅肥肝中的作用
人和小鼠等哺乳动物中的NAFLD和鹅肥肝区别之一就是鹅肥肝虽然发生严重的肝脂肪变性却没有发生炎症等病理症状与损伤。在NAFLD，炎症的发生，即出现非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）则是NAFLD病症加剧的关键性标志[21]。由于炎症与ROS密切关联，因此，产生ROS的线粒体也在NAFLD炎症发生过程中扮演重要角色[36-37]。以往的研究表明，人和小鼠的NAFLD通常伴随有线粒体相关基因表达水平的减少、线粒体损伤和功能障碍。然而，在鹅肥肝中，大多数线粒体相关基因的表达水平显著高于正常肝脏中的表达水平，这些基因[如COX4I1、ATP合成酶亚单位β（ATP5B）、己糖激酶1（HK1）、AK3、苹果酸脱氢酶2（MDH2）、MFN1等]主要与细胞呼吸、能量代谢和线粒体的形态变化有关[38]；此外，有研究者发现过量饲喂诱导线粒体相关基因的表达是鹅肥肝形成和发育所必须的[38]。以上研究表明，线粒体相关基因在鹅肥肝形成过程中确实起着重要的作用。
3.1 线粒体的能量合成促进肝脏的脂肪沉积
众所周知，线粒体是体内细胞能量来源的生物反应器，是细胞呼吸、氧化磷酸化和ATP合成的位点。研究发现，在60~89日龄试验期，填饲组朗德鹅与正常组相比，线粒体外膜上与控制糖酵解代谢速率有关的蛋白己糖激酶1（HK1）、线粒体内膜上与电子呼吸链有关的基因如COX4I1以及和ATP合成有关的MDH2和ATP5B等基因明显上调，这些能量代谢相关基因的表达为鹅肥肝中脂肪的沉积提供了可能[8,38]。一方面，脂肪酸合成的原料是乙酰辅酶A，该原料的产生是一个需要消耗ATP和还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的过程，线粒体ATP5B基因的上调和ATP合成酶的增加，为脂肪酸的原料合成提供了能量保障。另一方面，由于产生乙酰辅酶A的反应发生在线粒体内，而脂肪酸的合成在胞浆中进行，需要通过柠檬酸-丙酮酸循环（citrate pyruvatecycle）来完成乙酰辅酶A的转移。其中，线粒体基质中的苹果酸脱氢酶（MDH）是三羧酸循环的关键酶之一，催化苹果酸形成草酰乙酸，乙酰辅酶A再通过柠檬酸合成酶与草酰乙酸反应生产柠檬酸。在整个三羧酸循环过程中产生的NADH、黄素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）又进一步进入到线粒体内膜上的呼吸链中，参与电子的传递。与此相一致的是，鹅肥肝中涉及细胞呼吸/电子传递链的基因（如COX4I1）被诱导表达。另外，HK1基因也可以活化葡萄糖，为脂肪酸合成提供原料而促进脂肪酸的合成。以上研究表明，线粒体相关基因表达水平升高引起的线粒体功能增强有助于鹅在填饲阶段肝脏中脂肪酸的合成，进而导致TG含量升高，促进鹅肥肝的形成[8]。
3.2 线粒体的形态变化与脂肪肝的脂质代谢
线粒体通过分裂和融合的协调循环维持其形状、分布、大小和在细胞质中的位置，这对许多细胞正常功能的行使至关重要[25,39]。有研究表明，在啮齿类动物的正常肝脏中发现线粒体呈球状或短棒状、嵴边缘清晰且排列整齐，形态结构正常；而在患NAFLD的大鼠肝细胞中发现线粒体大多呈肿胀状、嵴缺失、外膜有破裂等线粒体形态异常现象[40]。与此相一致的是，有试验发现，过表达凋亡诱导激酶基因（DRAK2）会破坏小鼠肝细胞中线粒体的形态结构与功能，从而使高脂饮食（HFD）引起的非酒精性脂肪肝症状变得更为严重，在透射电镜下观察，也可见到肝脏中线粒体的嵴密度变得更加稀少，而抑制DRAK2的表达则出现相反的结果，这说明线粒体的形态结构和功能变化与NAFLD的形成和发展密切相关[41]。
研究发现，NAFLD的发生涉及一些参与线粒体形态变化和融合裂变的基因（Drp1、Dnm2、MFF、Mfn、GDAP1）[25,38]等。比如，Mfn基因对线粒体的融合具有重要意义，并参与线粒体关联内质网膜（mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes， MAMs）的形成[42-43]。融合基因编码的MFN蛋白有2种异构体：Mfn1和Mfn2，其中MFN2是一种线粒体膜蛋白，位于内质网（ER）膜中，形成ER-线粒体链接，在MAMs结构中起物理连接作用[44]。越来越多的研究表明，MAMs是磷脂合成和运输的关键位点，MFN2可以和磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）直接互作，并特异性地将PS提取到膜结构域，介导PS在线粒体和内质网之间的转移[45-46]。有研究发现，在NASH患者和脂肪肝小鼠的肝脏中，Mfn2基因的表达水平均低于健康对照组的表达水平[46-47]。当肝脏中Mfn2基因被特异性敲除（L-KO）后，小鼠会发生未折叠蛋白质反应（unfoldedprotein response，UPR），导致脂质代谢紊乱和严重的肝脏疾病；如果给L-KO小鼠静脉注射腺病毒回补肝脏中Mfn2的表达，则小鼠肝脏和血浆中的促炎细胞因子水平可恢复至正常，这提示Mfn2在脂质代谢中起关键作用，与NAFLD的形成密切相关[46]。不过，与之相反的是，有研究报道，鹅肥肝中Mfn基因的表达水平高于正常肝脏[38]，这种升高可能促进了线粒体的融合，并可能通过ER-线粒体接触转移PS参与鹅脂肪肝的形成。但是，Mfn表达水平增加与鹅肥肝形成的直接联系还有待进一步探究。
3.3 线粒体氧化应激对肝细胞脂肪变性的影响
氧化应激是指机体内氧化剂与抗氧化剂之间的失衡而造成的氧化状态，与引起肝脏损伤的炎症反应和肝脏脂肪变性密切关联，是脂肪肝炎、肝纤维化、肝硬化甚至肝癌等病症形成的病理基础。肝细胞中分布着大量的线粒体，而后者是ROS产生的主要部位，因此肝脏容易受到ROS的攻击[31,48]。当细胞处于氧化应激时，过量的ROS会使细胞中的大分子如脂质、DNA、糖类和蛋白质受到不同程度的氧化修饰，进而导致细胞正常结构和功能的破坏，引起组织和器官的损伤[49]。另外，ROS可通过氧化还原机制激活核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）、丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）和Jun氨基末端激酶（JNK）等，并通过下游的信号通路促使多种促炎细胞因子[TNF-α、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）]和炎性细胞因子的表达，放大炎症反应[50⇓-52]。同时，氧自由基诱导免疫细胞产生的炎性因子、促纤维化细胞因子和趋化因子又反过来刺激ROS的产生，进一步加剧炎症反应。这样，两者就形成了一个ROS与促炎细胞因子的正反馈通路，即氧化应激加剧炎症反应，炎症反应又通过炎症因子促进ROS的生成，从而形成了一种恶性循环[53]。
在人类和小鼠NAFLD患者的肝细胞中，研究发现，存在大量的线粒体处于应激状态或出现功能障碍，并伴随着炎性因子的增加和炎症反应的发生[40,54]。然而，与人类和小鼠NAFLD不同，鹅肥肝细胞中线粒体相关基因的表达是增加的，这意味着鹅肥肝中线粒体的功能是增强的[38]。同时也发现，相对于对照组，填饲鹅肥肝中肿瘤坏死因子和促炎症因子（TNF-α）、内质网应激（ERS）相关基因以及免疫/炎症反应相关的补体基因表达均受到抑制[15-16,21]。鉴于氧化应激在炎症发生中的关键作用，以及ROS的主要生成部位在线粒体，因此，鹅肥肝即使在严重脂肪变性时也不发生炎症反应，可能是由于鹅肥肝中有特殊的保护机制，使线粒体维持正常的功能，不会产生过多的ROS而引起氧化应激所致。关于鹅肥肝中线粒体的功能和结构是如何受到保护的，尚需深入研究加以阐明。
4 小结与展望
鹅肥肝作为一种高档的保健食品，含有丰富的多不饱和脂肪酸、卵磷脂等营养物质。作为生理性脂肪肝，即使在严重脂肪变性时也不发生炎症、纤维化和其他病理症状，与人或小鼠等哺乳动物的NAFLD不同。这种不同提示鹅肥肝存在某种特殊的保护机制，揭示这种保护机制可能为改进鹅肥肝生产提供新的思路，也可能为人和家养动物脂肪肝的防治提供参考。
线粒体是真核细胞的重要细胞器，在细胞物质代谢特别是糖脂代谢、能量合成和氧化应激（ROS生成）中起关键作用。哺乳动物的NAFLD与线粒体的结构形态异常和功能障碍关联，然而鹅肥肝的形成与线粒体功能的增强关联，这种截然相反的情况提示鹅肥肝中线粒体功能的增强可能是鹅肥肝不发生炎症等病理症状的重要原因。不过，鹅肥肝中线粒体的结构形态不发生异常，功能反而增强的机制尚不清楚，有待深入研究。其中最值得研究的方向之一应该是明晰鹅肥肝中抗氧化酶活性和抗氧化物含量是否升高，并阐明升高的相关机制。