肝性腦病中肝腦組織硝基化損傷的研究進(jìn)展

葉 青，邵麗華

(1山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南250012;2山東大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院)

肝性腦病(HE)是肝炎、肝硬化的嚴(yán)重并發(fā)癥。有資料顯示，HE病死率為78% ～84%。目前HE發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明?，F(xiàn)將近年來關(guān)于HE發(fā)病與肝臟和腦組織中硝基化損傷關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1 機(jī)體內(nèi)組織細(xì)胞硝基化損傷的機(jī)制

機(jī)體在病理狀態(tài)下，如缺血、缺氧或炎癥時，體內(nèi)自由基包括過氧化亞硝酸陰離子(ONOO-)、過氧化氫、羥自由基等大量增加，使體內(nèi)氧化能力超過抗氧化能力從而引起氧化應(yīng)激，幾乎同時引起硝化應(yīng)激，使生物膜脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)硝基化及酶變性、DNA損害，最后導(dǎo)致細(xì)胞損傷和疾病的發(fā)生［1］。活性氧簇(ROS)和活性氮簇(RNS)是引起氧化應(yīng)激和硝化應(yīng)激的主要原因。氧化應(yīng)激伴隨著硝化應(yīng)激。RNS/ROS水平的升高將導(dǎo)致ONOO-增加，ONOO-是一種強(qiáng)硝化劑，性質(zhì)很活潑，能夠迅速與周圍物質(zhì)發(fā)生硝基化反應(yīng);其可使蛋白質(zhì)中酪氨酸殘基硝基化，此為ONOO-對蛋白質(zhì)的特征性損傷。蛋白質(zhì)的硝基化可導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，從而影響到蛋白質(zhì)的生物化學(xué)功能，使細(xì)胞內(nèi)許多重要的酶類失活［2］。

蛋白質(zhì)酪氨酸殘基被ONOO-硝基化生成的3-硝基酪氨酸已被多數(shù)學(xué)者視為機(jī)體內(nèi) ONOO-的“分子指紋”［3］。ONOO-在體內(nèi)半衰期非常短暫，僅100 ms;而蛋白質(zhì)硝基化產(chǎn)物一旦形成則不容易消失，通過檢測3-硝基酪氨酸可判斷體內(nèi)硝基化損傷的情況。蛋白質(zhì)硝基化是一種“蛋白質(zhì)翻譯后修飾”，修飾后功能的變化已引起人們關(guān)注。蛋白質(zhì)中的酪氨酸殘基被硝基化后，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可生成新的抗原不被機(jī)體免疫系統(tǒng)所認(rèn)識，從而造成自身免疫問題;酶屬于蛋白質(zhì)，酶的硝基化會引起與該酶相關(guān)的生物學(xué)活性的改變，繼而引起機(jī)體一系列生理生化機(jī)能的紊亂;細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)酪氨酸硝基化可阻礙酪氨酸磷酸化，導(dǎo)致細(xì)胞信號傳導(dǎo)障礙等［3］。動物模型研究顯示，在氧化或硝化應(yīng)激過程中，細(xì)胞線粒體內(nèi)有些重要的蛋白質(zhì)酶類，尤其是在肝臟細(xì)胞內(nèi)，如Mn-SOD、細(xì)胞色素C、電壓依賴的陰離子通道、ATP酶和琥珀酰CoA等發(fā)生酪氨酸硝基化，導(dǎo)致呼吸鏈傳遞障礙，使線粒體的ATP合成減少，細(xì)胞內(nèi)能量耗竭，出現(xiàn)細(xì)胞凋亡和壞死。

2 蛋白質(zhì)硝基化損傷在肝性腦病發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 導(dǎo)致細(xì)胞生理或生化功能異常 蛋白質(zhì)硝基化導(dǎo)致的線粒體破壞和細(xì)胞膜氧化等可對肝、腦細(xì)胞造成損傷。研究表明，蛋白質(zhì)硝基化可造成實驗性肝細(xì)胞損傷和腦神經(jīng)元損傷，導(dǎo)致肝細(xì)胞DNA損傷、細(xì)胞凋亡等［4］。有研究報道，硝基化可損傷大鼠腦神經(jīng)元，神經(jīng)元內(nèi)蛋白質(zhì)酪氨酸硝基化產(chǎn)物明顯增多。硝基化誘導(dǎo)腦細(xì)胞凋亡也已被證實［5］。氧化/硝基化可破壞細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的靜息膜電位改變、神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢和神經(jīng)絲的降解或丟失［6］。

2.2 肝臟氧化還原平衡失調(diào)與蛋白質(zhì)硝基化 HE患者血液中內(nèi)毒素、腫瘤壞死因子較正常人升高，這兩者均是一氧化氮合酶(NOS)的促進(jìn)劑［7］。NOS被激活，促進(jìn)NO的合成，使體內(nèi) NO 大量增加［8］，并伴隨著病情加重而增加［9］。此外HE患者抗氧化防御能力降低，體內(nèi)超氧離子O-2·升高，而NO與O-2·會迅速反應(yīng)生成ONOO-，該反應(yīng)幾乎不可逆。

肝臟是機(jī)體主要的能量供應(yīng)站，含有豐富的線粒體。線粒體是ONOO-生成和反應(yīng)的主要場所。NO擴(kuò)散通過細(xì)胞膜時與線粒體產(chǎn)生的O-2·反應(yīng)生成ONOO-。肝臟受損時SOD活性下降，O-2·增加，可形成促進(jìn)催化生產(chǎn)ONOO-的系統(tǒng)，增加ONOO-的生成。ONOO-的大量增加促使組織細(xì)胞的硝基化損傷。肝細(xì)胞內(nèi)的線粒體呼吸配合物含有大量的鐵—硫蛋白質(zhì)，在氧化/硝基化應(yīng)激條件下，肝臟細(xì)胞內(nèi)ONOO-的細(xì)胞毒性導(dǎo)致鐵硫基團(tuán)和蛋白質(zhì)中酪氨酸殘基的硝基化［10］，引起線粒體三磷酸腺苷合成障礙，機(jī)體能量缺乏。通常情況下，肝臟有充分的氧化還原平衡能力，能夠平衡由于缺血、缺氧或炎癥時體內(nèi)自由基，保護(hù)組織細(xì)胞正常的生物學(xué)活性。但當(dāng)肝臟受損時，氧化/硝化應(yīng)激性損傷大大增加，超過了肝臟的抗氧化能力從而引起彌漫性的氧化/硝化應(yīng)激，促使蛋白質(zhì)硝基化損傷，最后導(dǎo)致細(xì)胞損傷和生物學(xué)功能異常。

2.3 氨與硝基化 HE神經(jīng)病理學(xué)性特點是星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹、小膠質(zhì)細(xì)胞活化與阿爾茨海默II型星形膠質(zhì)細(xì)胞的增生。分子生物學(xué)研究顯示，肝性腦病患者大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞中關(guān)鍵蛋白質(zhì)基因表達(dá)異常，包括神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白(GFAP)和谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(EEAT-2)早期表達(dá)減少，同時伴隨星形細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體苯二氮艸卓受體(MBR)的增加。EAAT-2表達(dá)減少引起谷氨酸運(yùn)轉(zhuǎn)受阻，星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間的谷氨酸—谷氨酰胺循環(huán)障礙，細(xì)胞外谷氨酸增加，繼而N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體介導(dǎo)的環(huán)鳥苷酸NO的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活，星形膠質(zhì)細(xì)胞的關(guān)鍵蛋白質(zhì)如谷氨酰胺合成酶(GS)和線粒體苯二氮艸卓受體的酪氨酸殘基硝基化，導(dǎo)致腦氨增多和腦神經(jīng)反應(yīng)抑制。GS專門負(fù)責(zé)為大腦清除多余的氨。氨誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞或小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體苯二氮艸卓受體的活化導(dǎo)致γ-氨基丁酸-A(GABAA)神經(jīng)調(diào)節(jié)受體蛋白質(zhì)分子變構(gòu)，促使神經(jīng)類固醇的合成。研究發(fā)現(xiàn)，氨在HE中起關(guān)鍵作用，隨著急性和慢性肝臟衰竭表現(xiàn)出神經(jīng)精神癥狀。在腦組織中氨可引起星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹，繼而觸發(fā)NADPH氧化酶、NOS、線粒體的氧化/硝化應(yīng)激等，導(dǎo)致酪氨酸殘基硝基化使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變、腦星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞RNA的氧化、細(xì)胞間信號傳導(dǎo)和突觸的可塑性降低。氨誘導(dǎo)的RNA氧化和蛋白質(zhì)的硝基化作用會損害突觸后蛋白合成，嚴(yán)重影響大腦學(xué)習(xí)和記憶的定式。RNA的氧化對HE的多重神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)紊亂和基因表達(dá)紊亂以及認(rèn)知障礙提供了一種新的解釋［11］。急性肝衰竭時腦水腫(引起顱內(nèi)壓增高甚至腦疝)是急性肝衰竭的主要死因，而星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹是顱內(nèi)壓升高的主要因素。實驗表明氨通過增加NKCC細(xì)胞的活性可導(dǎo)致體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹，用藥物抑制NKCC活性則星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹消失。當(dāng)培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞暴露于氨，可引起NKCC的硝基化，使其活性增加，證實NKCC的硝基化在膠質(zhì)細(xì)胞腫脹中起關(guān)鍵性作用［12］。

綜上所述，肝臟和腦組織細(xì)胞的蛋白質(zhì)硝基化對HE的病理生理過程有重要影響。深入研究蛋白質(zhì)硝基化在HE的發(fā)生、發(fā)展中的作用，有助于進(jìn)一步闡明HE的病因和發(fā)病機(jī)制，并為其治療提供新的思路。

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