王 鋒綜述,李 克審校
綜述
疏水性膽汁酸誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷機(jī)制研究進(jìn)展
王 鋒綜述,李 克審校
疏水性膽汁酸又稱毒性膽汁酸,在膽汁淤積性肝病中,毒性膽汁酸在肝內(nèi)滯留,可通過(guò)氧化應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)細(xì)胞線粒體功能紊亂和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、刺激促炎性介質(zhì)產(chǎn)生以及激活死亡受體等方式導(dǎo)致肝細(xì)胞的損傷、壞死和凋亡。毒性膽汁酸在膽汁淤積所致肝損害過(guò)程中起重要作用,文中就疏水性膽汁酸誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷的幾種常見(jiàn)機(jī)制作一綜述。
疏水性膽汁酸;肝細(xì)胞;氧化應(yīng)激;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激
膽汁淤積能導(dǎo)致疏水性膽汁酸的儲(chǔ)留。疏水性膽汁酸在肝細(xì)胞的蓄積被認(rèn)為是肝損傷的一個(gè)重要因素。近年研究發(fā)現(xiàn),疏水性膽汁酸誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷過(guò)程涉及到線粒體途徑、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、死亡受體途徑的參與,這可能與肝細(xì)胞的凋亡和壞死相關(guān)。
膽汁酸分子內(nèi)既含有親水性的羥基及羧基,又含有疏水性烴核和甲基。親水基團(tuán)均為α型,而甲基為β型,2類不同性質(zhì)的基團(tuán)恰位于環(huán)戊烷多氫菲核的兩側(cè),這種構(gòu)型使得膽汁酸有疏水性和親水性2種性質(zhì)。疏水性膽汁酸包括膽酸(cholic acid, CA),脫氧膽酸(deoxycholic acid,DCA),鵝脫氧膽酸(chenodeoxycholic acid,CDCA),鵝脫氧甘膽酸(glycochenodeoxycholic acid,GCDCA)和石膽酸(lithocholic acid,LCA),其疏水性的大小順序依次為CA<CDCA<DCA<GCDCA<LCA[1]。
疏水性膽汁酸能破壞細(xì)胞基底外膜、細(xì)胞器膜并特異性破壞微管膜的外層。有學(xué)者用表面積較大的單層泡膜做了一些實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示隨著毒性膽汁酸濃度的增加,其與膜的結(jié)合能力也增加,當(dāng)達(dá)到某一程度時(shí)疏水性膽汁酸和膜會(huì)相互作用導(dǎo)致瞬時(shí)的膜洞形成,破壞細(xì)胞膜完整性并使肝細(xì)胞溶解。在膽汁淤積癥肝細(xì)胞中CDCA和DCA的蓄積是導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷的一個(gè)主要原因[2];這些疏水性膽汁酸可導(dǎo)致肝細(xì)胞腫脹和細(xì)胞內(nèi)膽色素的蓄積,損傷的肝細(xì)胞中的線粒體呈現(xiàn)出腫脹、多形性等異常形態(tài)以及生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、趨化因子以及脂質(zhì)過(guò)氧化物的產(chǎn)生。疏水性膽汁酸通過(guò)對(duì)細(xì)胞膜脂質(zhì)的去垢作用破壞細(xì)胞膜的完整性,促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生并氧化修飾脂質(zhì)、蛋白以及核酸,導(dǎo)致肝細(xì)胞的損傷。
3.1 炎癥反應(yīng)機(jī)制 在膽汁淤積癥中,炎癥是導(dǎo)致肝損傷的原因之一。關(guān)于膽汁淤積癥中炎癥是如何引起的,目前有2種假設(shè):其一,細(xì)菌脂多糖或死亡的肝細(xì)胞釋放的死亡相關(guān)分子,活化了Toll樣受體4(toll-like receptor,TLR 4),從而激發(fā)了炎癥應(yīng)答。其二,疏水性膽汁酸作為炎癥刺激劑,直接活化肝細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)途徑,刺激了促炎介質(zhì)的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn),具有抗細(xì)菌脂多糖能力的C3H/HeJ大鼠膽管結(jié)扎后,炎癥反應(yīng)不受影響;而用疏水性膽汁酸處理過(guò)的肝細(xì)胞能增加促炎介質(zhì)的大量表達(dá),如細(xì)胞色素、炎癥趨化因子、黏附分子及其他影響免疫細(xì)胞水平和功能的蛋白。此研究證實(shí)了在膽汁淤積疾病中,炎癥反應(yīng)并不是由于細(xì)菌脂多糖或是壞死的肝細(xì)胞釋放的死亡相關(guān)分子誘導(dǎo)TLR 4的活化,而是疏水性膽汁酸作為炎癥刺激劑活化肝細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,直接刺激促炎介質(zhì)的產(chǎn)生[3]。在膽汁淤積疾病中,DCA和CDCA通過(guò)某種機(jī)制激活表皮生長(zhǎng)因子受體(endothelial growth factor receptor,EGFR)而上調(diào)肝細(xì)胞中的早期生長(zhǎng)反應(yīng)基因-1(early growth response gene-1,Egr-1),Egr-1通過(guò)直接或間接作用增加肝細(xì)胞內(nèi)促炎介質(zhì)如細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1,ICAM-1)和血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecular-1,VCAM-1)[4]、白細(xì)胞介素-10(interlenkin,IL-10)和IL-1β表達(dá),這些介質(zhì)又進(jìn)一步刺激如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎性細(xì)胞的活化[5]。此外,疏水性膽汁酸通過(guò)刺激細(xì)胞因子的產(chǎn)生引起T淋巴細(xì)胞的蓄積,這些都可導(dǎo)致肝細(xì)胞的病理?yè)p傷[6]。
3.2 線粒體途徑 疏水性膽汁酸能通過(guò)線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞的損傷,細(xì)胞內(nèi)的應(yīng)激反應(yīng)引起線粒體機(jī)能發(fā)生障礙:過(guò)量活性氧的產(chǎn)生和內(nèi)膜通透性的改變。
3.2.1 疏水性膽汁酸誘導(dǎo)線粒體產(chǎn)生過(guò)量的活性氧 疏水性膽汁酸通過(guò)破壞肝線粒體的呼吸復(fù)合物及電子傳遞鏈來(lái)刺激線粒體產(chǎn)生過(guò)量的活性氧。疏水性膽汁酸能直接損傷線粒體呼吸鏈復(fù)合物Ⅲ,降低了呼吸態(tài)3的呼吸比率,潛在刺激呼吸鏈上游活性氧的生成,過(guò)量的活性氧又可氧化線粒體內(nèi)源性抗氧化物,如谷胱甘肽和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,放大氧化應(yīng)激反應(yīng),進(jìn)一步增加線粒體內(nèi)一系列活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)的生成[7]。另外ROS還能直接氧化線粒體膜孔蛋白復(fù)合物上的鄰位硫氫基團(tuán)而誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore,MPTP)的開(kāi)放,加速ROS的產(chǎn)生。
3.2.2 疏水性膽汁酸誘導(dǎo)線粒體內(nèi)膜通透性的改變 線粒體通透性轉(zhuǎn)換(mitochondrial permeability transition,MPT)主要是指由MPTP控制的內(nèi)膜通透性突然的升高。MPTP位于線粒體內(nèi)外膜之間,是由多個(gè)蛋白質(zhì)組成的復(fù)合通道。MPTP的開(kāi)放有2種狀態(tài):一種是低電導(dǎo)性通道,是一種短暫和可逆的開(kāi)放,可能參與鈣離子的釋放或ADP的轉(zhuǎn)運(yùn);另一種是高電導(dǎo)性通道,是一種病理性的不可逆開(kāi)放,可導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡或壞死。疏水性膽汁酸可能是通過(guò)后一種MPTP的開(kāi)放狀態(tài)導(dǎo)致MPT發(fā)生而產(chǎn)生毒性作用。MPTP高水平開(kāi)放的直接效應(yīng)是導(dǎo)致線粒體質(zhì)子、電化學(xué)梯度耗散,離子穩(wěn)態(tài)被打破,大量的高分子物質(zhì)進(jìn)入線粒體基質(zhì),導(dǎo)致基質(zhì)的高滲性,引起基質(zhì)體積膨脹,最終使線粒體外膜被破壞和ATP水解,導(dǎo)致MPT的發(fā)生,而MPT的發(fā)生直接導(dǎo)致了ATP水平下降,細(xì)胞質(zhì)水平鈣離子水平上升,線粒體跨膜電位破壞,凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor,AIF)及細(xì)胞色素C(cytochrome C,CytC)釋放[8-9],這些效應(yīng)都可致細(xì)胞死亡。環(huán)胞菌素 A (cyclosporine,CsA)是調(diào)控MPTP開(kāi)放最強(qiáng)有力的抑制劑[10],實(shí)驗(yàn)證實(shí)[11],加入CsA預(yù)處理線粒體,MPT現(xiàn)象可明顯被CsA抑制,驗(yàn)證了疏水性膽汁酸確實(shí)是通過(guò)誘導(dǎo)MPTP的開(kāi)放導(dǎo)致MPT發(fā)生而影響線粒體功能的。研究證實(shí)[12]在DCA誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程中,線粒體膜電位減低,Bax亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)分布的改變,并出現(xiàn)線粒體相關(guān)Bax蛋白水平的升高,這些都證實(shí)了疏水性膽汁酸誘導(dǎo)MPT是啟動(dòng)事件。初始的MPT導(dǎo)致了CytC的釋放,CytC的釋放促使Bax轉(zhuǎn)移到線粒體上,進(jìn)而促發(fā)更多CytC的釋放,最終導(dǎo)致肝細(xì)胞的死亡。
3.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑 疏水性膽汁酸還能通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endeplasmic reticulm stress,ERS)介導(dǎo)肝細(xì)胞損傷。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是調(diào)節(jié)鈣離子穩(wěn)態(tài)水平和鈣離子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要部位,鈣離子穩(wěn)態(tài)的破壞可導(dǎo)致ERS。在膽汁淤積癥中ERS是由ERS特異的轉(zhuǎn)錄因子CHOP蛋白介導(dǎo)的。疏水性膽汁酸不僅可誘導(dǎo)線粒體應(yīng)激產(chǎn)生活性氧,也能誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放鈣離子入細(xì)胞質(zhì)中,細(xì)胞質(zhì)鈣離子水平的升高可引起線粒體應(yīng)激產(chǎn)生大量的活性氧,而活性氧的產(chǎn)生又進(jìn)一步促進(jìn)鈣離子濃度持續(xù)的升高[13],引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)攝取和釋放鈣離子功能障礙,ERS激活了特異性的促凋亡轉(zhuǎn)錄因子CHOP的表達(dá),進(jìn)而抑制蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)的活性,促使細(xì)胞凋亡。CHOP的缺乏可減少細(xì)胞死亡和繼發(fā)性的肝細(xì)胞纖維化,進(jìn)一步證實(shí)了CHOP在肝纖維化和膽汁淤積肝損傷中起到的至關(guān)重要的作用[14]。ERS與氧化應(yīng)激相互關(guān)聯(lián),未折疊蛋白反應(yīng)(the unfolded protein response,UPR)可聚集內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或線粒體依賴性簇,延長(zhǎng)UPR可激活氧化應(yīng)激,而氧化應(yīng)激時(shí)產(chǎn)生大量的ROS也可激活 ERS[15]。持久的 ERS,過(guò)表達(dá)的Ca2+結(jié)合蛋白可磷酸化蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜激酶,上調(diào)生長(zhǎng)抑制DNA損傷基因153等信號(hào)表達(dá),活化ERS途徑,引起肝細(xì)胞損傷[16]。
3.4 死亡受體途徑 疏水性膽汁酸在肝細(xì)胞的蓄積造成細(xì)胞死亡存在2種機(jī)制:較低濃度的疏水性膽汁酸會(huì)誘導(dǎo)肝細(xì)胞的凋亡[17],而高濃度的疏水性膽汁酸則會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞壞死[18]。細(xì)胞凋亡與壞死最重要的區(qū)別是,前者能維持完整的細(xì)胞膜功能,并且細(xì)胞器結(jié)構(gòu)完整。在某些大鼠模型中,肝細(xì)胞主要的死亡形式是細(xì)胞壞死[19]。在膽汁淤積造成的肝細(xì)胞損傷中,凋亡機(jī)制已被證實(shí),疏水性膽汁酸的毒性并不只是與本身的疏水性相關(guān),還取決于它們的濃度和結(jié)合狀態(tài),這與細(xì)胞壞死的情況不同。
3.4.1 肝細(xì)胞凋亡 疏水性膽汁酸誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡是通過(guò)死亡受體Fas和TRAIL-R2完成,其作用機(jī)制部分是通過(guò)對(duì)蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)的激活:最先以Fas受體依賴方式激活Caspase 8,繼而激活組織蛋白酶B。體外實(shí)驗(yàn)表明,以上2種蛋白酶其中任一種活性被抑制均能減少細(xì)胞的凋亡,表明這2種蛋白酶在膽汁酸誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起著關(guān)鍵作用。Fas受體非依賴機(jī)制是通過(guò)毒性膽汁酸在膜上的聚集完成的。疏水性膽汁酸誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激不僅能刺激Fas受體的轉(zhuǎn)運(yùn),還能激發(fā)C-JUN N末端激酶和蛋白激酶C活性,從而進(jìn)一步激活內(nèi)皮生長(zhǎng)因子,促使Fas受體磷酸化,誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜上并在膜上活化[20]。細(xì)胞表面Fas受體密度的增加使得肝細(xì)胞對(duì) Fas受體誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡途徑更加敏感[21]。所以,毒性膽汁酸能通過(guò)激活Fas受體來(lái)誘導(dǎo)肝細(xì)胞的凋亡。當(dāng)死亡受體被激活以及死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物形成后,Caspase 8亦被激活,凋亡蛋白前體被切割并轉(zhuǎn)位至線粒體上,從而導(dǎo)致MPTP打開(kāi),進(jìn)而使得CytC和膜間隙內(nèi)的凋亡小分子前體的釋放。其中CytC導(dǎo)致凋亡蛋白酶激活因子1和Caspase 9前體結(jié)合并激活后者。這種Caspase系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)作用最終導(dǎo)致肝細(xì)胞的不可逆性死亡[22]。死亡受體TRAIL-R2也參與膽汁酸誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,在Fas受體有缺陷的細(xì)胞以及GCDCA誘導(dǎo)的凋亡過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這些死亡受體的高表達(dá)和低聚化現(xiàn)象。
3.4.2 肝細(xì)胞壞死 在大鼠肝細(xì)胞中,細(xì)胞的壞死是以細(xì)胞腫脹和細(xì)胞內(nèi)膜及外膜的崩解為特征。疏水性膽汁酸的去垢作用可直接破壞細(xì)胞膜,從而造成肝細(xì)胞致死性的損傷,這一過(guò)程包括細(xì)胞ATP的耗盡,離子平衡的失調(diào),線粒體和細(xì)胞的腫脹,細(xì)胞膜的破壞和細(xì)胞的溶解,大量的細(xì)胞內(nèi)容物的釋放等。在膽汁淤積癥患者的肝組織病理學(xué)中顯示,有大量的肝細(xì)胞出現(xiàn)腫脹,并且血清中的轉(zhuǎn)氨酶含量也有升高現(xiàn)象。研究表明,抗氧化劑能夠阻斷肝細(xì)胞的壞死,減少暴露在疏水性膽汁酸的單個(gè)細(xì)胞的氧化應(yīng)激作用,以及抑制線粒體膜電位的消耗。
膽汁淤積癥中,疏水性膽汁酸是導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷、凋亡或壞死的主要因素。因此,如何有效的控制病理?xiàng)l件下疏水性膽汁酸對(duì)肝細(xì)胞的毒性作用是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。依據(jù)疏水性膽汁酸對(duì)肝細(xì)胞損傷機(jī)制,我們可以考慮對(duì)疏水性膽汁酸誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷途徑進(jìn)行干預(yù),從而控制和減少肝細(xì)胞損傷。
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Mechanisms of hydrophobic bile acid mediating hepatocyte injury
WANG Fengreviewing,LI Kechecking
(Department of Laboratory Medicine,Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command,PLA,Nanjing210002,Jiangsu,China)
Hydrophobic bile acid(HBA),also called toxic bile acid,accumulates in the liver of the patient with cholestatic diseases.Through oxidative stress response,it may induce mitochondrial function disorder and endoplasmic reticulum stress,stimulate the production of inflammatory mediators and activate the death acceptor,resulting in the damage,necrosis and apoptosis of liver cells.HBA plays an important role in cholestasis-induced hepatocyte injury.This article outlines some common mechanisms of HBA mediating hepatocyte injury.
Hydrophobic bile acid;Hepatocyte;Oxidative stress;Endocytoplasmic reticulum stress
R575.22
A
1008-8199(2012)08-0882-04
210002南京,南京軍區(qū)南京總醫(yī)院臨床檢驗(yàn)科[王 鋒(醫(yī)學(xué)碩士研究生)、李 克]
李 克,E-mail:liker1017@163.com
2011-12-28;
2012-01-20)
(責(zé)任編輯:繆 琴;英文編輯:羅永合)