酒精性肝病发病机制的研究进展


 

          最初,人们普遍认为酒精性肝病(ALD)是由于长期摄入酒精继发营养不良引起的。但是,自80年代对ALD发病机制进行深入研究以来,已证实乙醇具有直接的肝毒性[1]。 lieber等研究发现,即使在摄入富含蛋白质、维生素和微量元素饮食的情况下,乙醇也可以引起大鼠和人类志愿者肝脏脂肪变性并伴有明显的超微结构改变。目前认为,乙醇在肝细胞内代谢产生的毒性代谢产物及引起的代谢紊乱是导致酒精性肝损伤的主要原因。

  1、乙醛的毒性作用

  乙醇在肝细胞内氧化首先产生的代谢产物就是乙醛,后者主要在肝脏线粒体内氧化成乙酸而降解。长期摄入酒精可以使肝脏线粒体功能紊乱,氧化乙醛的能力大大下降,而乙醇的氧化速度不变甚至提高,造成乙醛生成与降解不平衡,导致肝内乙醛含量增加[2]。

  1.1 乙醛通过与半胱氨酸、谷胱甘肽及维生素E的相互作用促进脂质过氧化

  无论是实验动物还是人类,酒精性肝损伤均与脂质过氧化有关[3]。乙醛可以通过与半胱氨酸和(或)谷胱甘肽结合使肝内谷胱甘肽水平下降。短期摄入酒精通过抑制谷胱甘肽合成使肝脏大量丢失谷胱甘肽[3]。谷胱甘肽可以清除毒性自由基,并保护细胞不受亲电子物质损害,尤其不受反应性氧基团的损害。肝脏内谷胱甘肽的减少使其抗氧化能力下降,从而有利于其他因素所致的脂质过氧化,导致肝脏损伤。

  维生素E是膜的主要抗氧化剂,它防止膜的脂质过氧化。Bjornebhoe等发现,长期喂饲酒精的大鼠即使在补充足够维生素E的条件下,其肝内和血液中维生素E的水平也下降。肝内维生素E的减少使肝脏对氧化剂损伤的防御能力下降,同时肝脏内乙醛增加,又通过促进脂质过氧化,导致肝脏进一步受损。但是Tsukamoto等报道,乙醇诱导大鼠早期肝细胞坏死阶段,肝内无脂质过氧化证据。因此推测脂质过氧化可能主要在酒精性肝病后期起作用[4]。

  1.2 乙醛蛋白加合物形成

  乙醛可以共价地与微粒体蛋白,如CYP450ⅡE1、其他大分子物质(如胶原)、循环中的白蛋白、球蛋白和脂蛋白等结合,形成乙醛蛋白加合物[2]。后者可以作为新抗原,刺激机体产生抗体,引起相应的免疫应答,导致肝细胞损伤[5]。乙醛可以与酶的重要功能基团结合,导致酶活性改变,影响酶的功能。Solomon等发现,乙醇在肝内代谢可以引起转氨酶活性受抑制。另外,还发现乙醛可以与细胞内微管中的管蛋白结合。微管的重要功能之一就是促进蛋白质的细胞内转运和分泌,肝内蛋白质分泌障碍,导致蛋白质在肝内滞留。引起肝细胞损伤。

  1.3 乙醛促进胶原形成

  目前普遍认为,在酒精性肝纤维化和肝硬化形成过程中,肝星状细胞起着重要作用。Nanji等研究发现,乙醛能刺激喂饲乙醇大鼠的肝星状细胞产生胶原,而对对照组大鼠的肝星状细胞无作用,因此有人认为乙醛通过促进肝星状细胞产生胶原在ALD发病中起一定作用。

  2、还原型辅酶Ⅰ/辅酶Ⅰ(NADH/NAD)比值增高所致代谢紊乱

  乙醇在乙醇脱氢酶作用下氧化为乙醛,同时产生还原型辅酶Ⅰ(NADH)。因此酒精性肝病时,乙醇氧化导致过多的NADH产生,NADH/NAD比值增高,破坏了肝细胞内的氧化-还原平衡状态,引起以下代谢紊乱:⑴抑制三羧酸循环。NADH/NAD比值增高,使线粒体三羧酸循环中需要辅酶Ⅰ(NAD)作为辅因子的步聚减慢,三羧酸循环受抑制,引起糖代谢紊乱。如短期酒精中毒可以发生致命性低血糖,而长期酗酒者可伴有高血糖和(或)糖耐量的异常[2]。⑵脂肪代谢紊乱。过多的NADH可以促进脂肪酸的合成,NADH/NAD比值的增高可以增加α-磷酸甘油的浓度,α-磷酸甘油通过摄取脂肪酸有利于肝脏内甘油三酯的聚积[2]。另外,三羧酸循环障碍导致肝脏内脂肪酸的氧化减少,肝细胞释出的脂蛋白减少,也是引起肝内脂肪堆积的重要原因。脂肪肝是酒精性肝病早期最显著的病理变化。

  3、氧缺乏学说

  此学说强调肝小叶中央区缺氧在酒精性肝损伤中的重要作用。早在1973年,Bernstein和Videla就发现,无论是快速或缓慢摄入酒精都可以增加肝脏的氧耗量。乙醇在肝脏内代谢需要氧,由门静脉到中央静脉氧张力又逐渐减少,因此长期饮酒理论上可以导致小叶中央区缺氧,肝脏发生缺氧性损伤。Tsukamoto等利用酒精性肝病大鼠模型研究发现:⑴喂饲乙醇的大鼠更易发生缺氧性肝坏死;⑵喂饲乙醇的大鼠肝静脉血氧张力下降40%,肝脏对氧的摄取增加50%。尽管乙醇可以诱导大鼠门静脉血流量增加60%,但是门静脉血流量仍不能满足肝脏的氧耗量,因此肝脏处于相对缺氧状态;⑶31P放射性核素研究表明,无机磷酸/ATP比值增高,肝脏处于低能量状态[4,7]。因此,长期摄入乙醇所致肝小叶中央区氧缺乏可能是导致酒精性肝损伤的原因之一。但是也有报道,酒精性肝损伤中肝静脉氧含量无变化[6]。关于氧缺乏学说仍有待进一步研究。

  4、自由基的损害作用

  关于自由基在酒精性肝损伤中的作用目前仍不确定,肝脏微粒体是乙醇氧化的重要场所,Ohnishi和Lieber从摄入乙醇的大鼠分离得到的肝脏微粒体细胞色素P450片段的研究发现,长期摄入乙醇可以导致一种特殊的P450被诱导,即CYPⅡE1或ⅡE1[2]。乙醇通过CYPⅡE1氧化,伴随氧自由基的产生。氧自由基除直接损伤肝细胞外,还可以通过增加肝细胞对脂质过氧化的敏感性,引起肝细胞损伤。另外还发现,自由基可以在肝细胞膜上与CYPⅡE1结合引起抗体依赖的细胞毒作用,使肝细胞损伤,导致酒精性肝病的病理变化[7,8]。

  5、炎症介质和细胞因子的作用

  5.1  血栓素及血栓素受体系统

  1989年,Nanji和French首先发现,食物中不饱和脂肪酸对酒精性肝病的发生起着重要作用。进一步研究证实,不饱和脂肪酸中促进酒精性肝损伤的成分是亚油酸[9]。亚油酸在机体内代谢为花生四烯酸,后者又在环氧化酶作用下,形成血栓素。因此推测血栓素与ALD有着密切的关系。

  长期酗酒,乙醇可以通过抑制枯否细胞的解毒能力和(或)增加胃肠道粘膜的通透性,导致内毒素血症。内毒素不但与酒精性肝损伤的严重程度相关,而且调节着实验性ALD中血栓素的产生[12]。目前认为,内毒素主要作用于肝内枯否细胞,诱导血栓素的产生[9]。

  血栓素A2(TXA2)是潜在的血管收缩剂和血小板聚集因子。长期摄入乙醇,肝脏对氧的利用障碍和氧耗量增加[4,7],肝窦血管收缩更加重了肝脏氧缺乏,进一步引起肝脏损伤[9,10]。TXA2是通过与特异的TXA2受体结合而发挥作用的,Nanji等发现,乙醇诱导的大鼠酒精性肝损伤中,枯否细胞血栓素受体的表达水平增高,而分离的肝脏内皮细胞和肝细胞无上述表现[9]。Ishiguro等利用特异的TXA2受体拮抗剂[3H]S-145在内毒素诱导的大鼠肝损伤中研究发现,TXA2受体主要位于枯否细胞表面[11]。TXA2-TXA2受体系统不但调节着肝窦微循环,而且通过增加细胞因子的产生,引起肝脏损伤。一方面,TXA2通过增加肿瘤坏死因子α(TNF-α)的产生,引起肝脏坏死性炎症改变。血栓素抑制剂可以明显减轻乙醇引起的肝脏坏死性炎症,同时降低肝内TNF-α mRNA水平[10]。另一方面,TXA2可能通过增加转化生长因子(TGF)-β1的合成促进细胞外基质形成,导致肝纤维化[10]。

  TXB2是TXA2稳定的水解产物,血浆中TXB2浓度反映了体内TXA2生成的水平。TXB2不但可以诱导离体的肝细胞膜形成大泡,导致肝细胞损伤[9,10],而且血浆中TXB2增高的水平与酒精性肝损伤的严重程度呈正相关[12]。Nanji等发现,肝细胞内有TXA2受体mRNA表达,故推测TXB2是通过与肝细胞表面TXA2受体结合起作用的[10]。

  5.2 肿瘤坏死因子-α

  肿瘤坏死因子是一种分子量为17000Da的蛋白质,人TNF-α由157个氨基酸组成。TNF-α可以诱导成纤维细胞、平滑肌细胞及血管内皮细胞产生粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF),对炎症反应、脂质代谢作用都有影响。TNF-α与早期酒精性肝损伤有关。Khoruts等报道,酒精性肝炎病人循环中TNF-α水平增高,且TNF-α与酒精性肝损伤的生化指数相关[13]。Nanji等应用逆转录聚合酶链反应在大鼠酒精性肝病模型的研究中发现,肝内TNF-α mRNA增高的水平与肝脏病理损伤的程度相关[14]。Yuji等发现,抗TNF-α抗体可以明显减轻乙醇喂饲大鼠的肝脏炎症和坏死病变,但对肝脂肪变性无影响[15]。离体人肝胚细胞瘤细胞(HepG2细胞)毒性实验发现,TNF-α可以使Hep g2细胞生存力下降,这种作用与TNF-α引起细胞凋亡有关,抗TNF-α抗体可以减轻TNF-α的细胞毒性作用[16]。以上研究说明,TNF-α在酒精性肝病的发病中起一定作用。目前认为,酒精性肝病中,高浓度的TNF-α可以引起窦内皮细胞损伤及细胞周期障碍,并且在引起肝脏坏死和炎症中起一定作用。

  5.3 白介素

  与酒精性肝病发病密切相关的白介素主要有IL-1α、IL-6和IL-8。酒精性肝炎病人不但循环中IL-1α和IL-6水平显著增高,而且两者的浓度与酒精性肝损伤的严重程度相关[13]。进一步采用逆转录聚合酶链反应研究发现,给大鼠乙醇灌胃2周或4周,其肝脏内IL-1αmRNA水平增高[14]。喂饲乙醇16周的大鼠肝内枯否细胞产生的IL-6 mRNA水平较对照组增加4倍[17]。因此,酒精性肝病中IL-1α和IL-6的增高可能与IL-1α、IL-6转录水平的增高有关。研究发现,IL-6可以刺激培养的人皮肤纤维母细胞合成胶原[17]。Kamimura等证实枯否细胞IL-6 mRNA表达的增高与酒精性肝纤维化形成有关[17]。因此,ALD中枯否细胞起源的IL-6可能有促进胶原形成的作用。另外,离体的IL-1α、IL-6细胞毒性实验发现,单独或联合将IL-1α或(和)IL-6作用于Hep g2细胞不会引起细胞毒性反应[16]。目前,关于IL-1α、IL-6在酒精性肝病发病中的作用途径正在研究中。IL-8又称中性粒细胞趋化因子,具有刺激中性粒细胞趋化和溶酶体酶释放的作用。Hill和Sheron等发现,酒精性肝炎病人,循环和组织中IL-8水平均显著增高[18,19]。免疫组化研究证实,组织中IL-8的水平与中性粒细胞浸润程度呈正相关[19]。目前认为,酒精性肝病中,IL-8的作用与肝脏内中性粒细胞浸润及外周血中性粒细胞增多有关。

  5.4 转化生长因子β

  TGF-β是一种分子量为25kD的蛋白质。X光衍射晶体分析表明有TGF-β1、2、3、4、5五种异构体。在人体只存在TGF-β1、2、3三种。TGF-β是一个二聚体多肽,由同样的112个氨基酸亚单位组成,其间由二硫键连接。TGF-β可以在表皮生长因子(EGF)存在时,诱导正常大鼠成纤维细胞生长,并在软琼脂上形成克隆。TGF-β广泛存在于哺乳动物所有组织中,以血小板和骨组织中表达水平最高。TGF-β起着调节细胞生长和分化的作用。

  酒精性肝损伤时,肝内TGF-β主要来源于枯否细胞[20]。目前认为,TGF-β在ALD的主要作用是通过诱导细胞外基质的形成,抑制细胞外基质降解,导致酒精性纤维化(AHF)形成[20,21]。Matsuoka和Tsukamoto将从酒精性肝纤维化大鼠肝脏分离得到的枯否细胞作用于肝星状细胞,可以发现肝星状细胞产生胶原。为了进一步证实TGF-β的作用,将抗TGF-β igG预先与枯否细胞一起培养,然后去除多余的IgG,此时枯否细胞刺激肝星状细胞产生胶原的作用被抑制,因此,酒精性肝损伤中枯否细胞产生的TGF-β是促进胶原形成的重要细胞因子。

  另外,离体培养的肝窦内皮细胞上的受体可与TGF-β1快速结合。因此,肝窦内皮细胞上高亲和力受体的存在可能是TGF-β1作用的重要途径[21,22]。增殖细胞核抗原(PCNA)单克隆抗体研究发现,停滞于G1/S期的窦内皮细胞数量与酒精性肝病严重程度明显相关[22]。目前认为,TGF-β1通过与窦内皮细胞受体结合抑制其增殖,使其分化平滑肌样细胞,后者在肝纤维化中起一定作用。另外,窦内皮细胞增殖抑制还可能通过产生另一些中间介质刺激肝星状细胞分泌细胞外基质[21]。

  人体内有三种形式的转化生长因子TGF-β1,2,3。在酒精性肝病中,TGF-β1,2,3均增高,并且随病变严重程度增加,TGF-β1,2,3mRNA表达水平明显增高[23]。肝内TGF-β有活性和非活性两种形式。TGF-β二聚体具有生物活性,还原剂可使二聚体分离,活性即完全丧失。酸性微环境对于激活TGF-β有着重要意义。枯否细胞可能首先分泌非活性TGF-β,后者在细胞外或靶细胞表面激活,转化为活性形式的TGF-β而发挥作用[17]。

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