酒精性肝病患者肝臟鐵沉積研究進(jìn)展

劉瑩瑩 王曉凡 叢敏

酒精性肝病(ALD)是指因長期大量飲酒導(dǎo)致的肝臟疾病，患者初期表現(xiàn)為單純的肝臟脂肪變性，隨后可進(jìn)一步進(jìn)展為肝纖維化，最終導(dǎo)致肝硬化[1]。近年來，飲酒所導(dǎo)致的肝硬化在所有肝硬化病因中所占比例呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，ALD已經(jīng)成為我國最主要的慢性肝病之一[2]。而在歐盟國家，所有肝病導(dǎo)致的死亡中，有41%歸因于酒精性肝病[3]。除酒精性肝病外，許多慢性肝臟疾病(CLDs)，如血色病、病毒性肝炎(乙肝和丙肝病毒感染)和非酒精性脂肪性肝病等在肝臟纖維化進(jìn)展期均會(huì)出現(xiàn)鐵水平的升高，尤其是在遺傳性血色病患者當(dāng)中，發(fā)生肝纖維化和肝硬化患者的肝臟鐵含量比無纖維化患者的肝臟鐵含量明顯升高，提示鐵過載可能是導(dǎo)致疾病進(jìn)展以及加重肝臟病理表現(xiàn)的重要因素[4-5]。

一、鐵的生物學(xué)功能

鐵是幾乎所有生物所必須的微量元素。含鐵蛋白除起到運(yùn)輸和儲(chǔ)存鐵的作用外，也可攜帶或儲(chǔ)存氧并參與催化氧化還原反應(yīng)，除此之外，鐵也可參與核酸復(fù)制、宿主防御和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[6-7]。然而，當(dāng)過量的游離鐵存在時(shí)可與活性氧(ROS)結(jié)合通過芬頓反應(yīng)催化自由基的產(chǎn)生，從而破壞DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，導(dǎo)致嚴(yán)重的細(xì)胞和組織損傷，進(jìn)而誘導(dǎo)實(shí)質(zhì)細(xì)胞和非實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)促纖維化信號(hào)，加速疾病進(jìn)展從而導(dǎo)致肝纖維化[1，4，7]。因此維持人體內(nèi)鐵的平衡至關(guān)重要。人體僅通過腸上皮細(xì)胞的脫落和失血每天排出1～2 mg鐵，而無法通過其他生理途徑的調(diào)控排出體內(nèi)多余的鐵，因此人體對(duì)體內(nèi)鐵含量的調(diào)控主要是通過對(duì)鐵吸收調(diào)控而實(shí)現(xiàn)的[4，6-7]。食物中大部分的鐵可以三種不同形式通過十二指腸被人體吸收，即無機(jī)非血紅素結(jié)合鐵、血紅素結(jié)合鐵和鐵蛋白結(jié)合鐵，其中最主要的吸收形式是無機(jī)非血紅素結(jié)合鐵。無機(jī)非血紅素結(jié)合的Fe3+被十二指腸細(xì)胞色素B還原酶還原為Fe2+后，通過位于腸細(xì)胞頂端的DMT1進(jìn)入腸細(xì)胞。進(jìn)入胞質(zhì)中的Fe2+與伴侶蛋白結(jié)合后,被轉(zhuǎn)運(yùn)至小腸細(xì)胞基底部通過FPN運(yùn)出細(xì)胞，F(xiàn)e2+經(jīng)FPN轉(zhuǎn)運(yùn)至門靜脈后被氧化為Fe3+，然后與血漿中的轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合后進(jìn)行運(yùn)輸[8]。80%轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵直接到達(dá)骨髓，通過轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1(TFR1)進(jìn)入有核紅細(xì)胞，剩余20%進(jìn)入不同的髓外細(xì)胞參與多種代謝過程[9]。

二、人體內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)

肝臟在人體鐵穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，在正常生理?xiàng)l件下，系統(tǒng)性鐵平衡是由肝臟肝細(xì)胞合成和分泌的鐵調(diào)素介導(dǎo)的[6，7]。FPN是目前哺乳動(dòng)物體內(nèi)已知的唯一的鐵輸出蛋白，主要表達(dá)于十二指腸上皮細(xì)胞、網(wǎng)狀內(nèi)皮巨噬細(xì)胞、肝細(xì)胞和胎盤合體滋養(yǎng)細(xì)胞的基底側(cè)。鐵調(diào)素與FPN細(xì)胞外結(jié)構(gòu)結(jié)合，觸發(fā)胞內(nèi)區(qū)域賴氨酸殘基泛素化，最終使其在溶酶體內(nèi)內(nèi)化和降解[10]。當(dāng)紅細(xì)胞生成需要較多的鐵時(shí)，鐵調(diào)素的合成受到抑制，因此較多的鐵可通過腸細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上的FPN進(jìn)入血液循環(huán)，相反當(dāng)體內(nèi)鐵超載時(shí)如病原體增殖或炎癥，可誘導(dǎo)鐵調(diào)素的表達(dá)增加，F(xiàn)PN內(nèi)化降解，因此進(jìn)入血液循環(huán)的鐵下降[11]。除此之外，細(xì)胞內(nèi)鐵的調(diào)節(jié)也對(duì)人體系統(tǒng)性鐵穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生重要影響，其中最重要的是鐵反應(yīng)元件(IRE)-鐵調(diào)節(jié)蛋白(IRP1和IRP2)系統(tǒng)。IRPs可以與多種編碼鐵代謝相關(guān)蛋白的mRNAs的非翻譯區(qū)域(UTRs)內(nèi)IRE結(jié)合。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鐵的濃度較低時(shí)，一方面IRPs與鐵蛋白mRNA的5’-UTR結(jié)合抑制其翻譯，從而生成少量的鐵蛋白；另一方面，IRPs與TFR1 mRNA的3’-UTR區(qū)域內(nèi)的IRE結(jié)合增加其穩(wěn)定性，保證其不被降解因而通過其轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞的鐵增加。而當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的鐵濃度較高時(shí)，則產(chǎn)生相反的效應(yīng)[12-13]。

三、不同因素對(duì)鐵調(diào)速表達(dá)的調(diào)控

鐵調(diào)素作為人體內(nèi)重要的鐵調(diào)控因子，其表達(dá)受到多種因素的調(diào)節(jié)。目前已知的對(duì)鐵調(diào)素的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平[6，14]，其中包括人體內(nèi)鐵的狀態(tài)、炎癥和紅細(xì)胞生成等。血清鐵水平/轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度和肝臟內(nèi)鐵含量都會(huì)影響鐵調(diào)素的表達(dá)[6]。當(dāng)血漿中的轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度增加時(shí)，其使HFE基因編碼蛋白與轉(zhuǎn)鐵蛋白受體2(TFR2)的相互作用增加，并與鐵調(diào)素調(diào)節(jié)蛋白hemojuvelin(HJV)形成復(fù)合物，進(jìn)一步穩(wěn)定骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)Ⅰ型受體ALK3，激活BMP/SMAD信號(hào)通路；也可活化細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路，進(jìn)而促進(jìn)鐵調(diào)素的表達(dá)。但是也有研究表明ERK/MAPK通路活化后可通過調(diào)節(jié)furin蛋白的表達(dá)而抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[7，15-16]。除血清鐵水平/轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度影響鐵調(diào)素表達(dá)之外，肝臟內(nèi)鐵含量也會(huì)影響鐵調(diào)素的表達(dá)。當(dāng)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的鐵濃度增加時(shí)，可通過ROS激活核因子NF-E2相關(guān)因子進(jìn)而通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)BMP6的生成，活化BMP/SMAD信號(hào)通路促進(jìn)鐵調(diào)素的轉(zhuǎn)錄[7，16]。HJV是活化BMP受體重要的協(xié)同受體，其可通過與SMAD結(jié)合而促進(jìn)鐵調(diào)素的表達(dá)[10]。HJV的表達(dá)受到多種因素的調(diào)節(jié)，如第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的肝臟鐵調(diào)素表達(dá)的負(fù)性調(diào)控因子跨膜絲氨酸蛋白酶/基質(zhì)酶-2(TMPRSS6)可通過裂解和滅活HJV而作為BMP/SMAD信號(hào)通路的負(fù)性調(diào)控因子，同時(shí)也可抑制鐵調(diào)素啟動(dòng)子的活性[10，17]。體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，TMPRSS6也可不依賴于HJV而抑制HJV敲除小鼠鐵調(diào)素的表達(dá)，同時(shí)在體外研究中證實(shí)，TMPRSS6可裂解鐵代謝相關(guān)蛋白HFE和TFR2等[7]。除此之外，furin蛋白可水解HJV生成可溶性HJV(sHJV)，sHJV可與BMP2、BMP4和BMP6結(jié)合，競爭性抑制HJV與BMP的結(jié)合，進(jìn)而抑制BMP/SMAD信號(hào)通路[6]。

炎癥是除人體內(nèi)鐵狀態(tài)外另一種調(diào)節(jié)鐵調(diào)素表達(dá)的重要因素。白細(xì)胞介素-6(IL-6)與其受體結(jié)合后可活化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)，磷酸化后的STAT3與鐵調(diào)素啟動(dòng)子中的STAT3反應(yīng)元件結(jié)合上調(diào)鐵調(diào)素的表達(dá)[7]。也有研究表明，炎癥除了活化IL-6/STAT3信號(hào)通路外，也可刺激BMP/轉(zhuǎn)化生長因子β超家族配體激活素B與BMP I型受體結(jié)合進(jìn)而活化BMP/SMAD信號(hào)通路，并且IL-6/STAT3和BMP/SMAD信號(hào)通路之間存在相互作用[7，18]。

紅細(xì)胞生成也與人體內(nèi)鐵水平密切相關(guān)，因此也會(huì)影響鐵調(diào)素的水平。其中由促紅細(xì)胞生成素(EPO)誘導(dǎo)分泌的erythroferrone(ERFE)可能是抑制鐵調(diào)素表達(dá)的因子，其抑制鐵調(diào)素表達(dá)的過程需要SMAD蛋白的參與，并且不依賴于BMP6、HJV和TMPRSS6[7]。

四、酒精性肝病(ALD)患者肝臟鐵沉積機(jī)制

除原發(fā)性血色病外，各種CLDs也會(huì)出現(xiàn)鐵調(diào)節(jié)障礙。ALD患者中血清鐵蛋白水平和轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度升高的比例分別為63%和29%，11%～52% ALD患者出現(xiàn)肝臟鐵含量的增加，并且與健康對(duì)照組相比具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[10]。早期輕度ALD患者肝臟鐵主要沉積于肝細(xì)胞，而晚期重度ALD患者肝臟鐵主要沉積于網(wǎng)狀內(nèi)皮組織[19]。肝臟鐵的存在被認(rèn)為是影響ALD患者生存的一個(gè)獨(dú)立危險(xiǎn)因素，是肝纖維化相關(guān)因素之一，并且可預(yù)測酒精性肝硬化患者肝細(xì)胞肝癌甚至死亡的發(fā)生[1，10]。既然肝臟鐵含量對(duì)疾病的進(jìn)展會(huì)產(chǎn)生很大影響，那么了解ALD患者肝臟鐵沉積機(jī)制十分必要。

(一) 鐵調(diào)素表達(dá)的降低 許多ALD鐵過載患者都會(huì)出現(xiàn)血清鐵調(diào)素的表達(dá)量降低[10]，在ALD患者中鐵調(diào)素水平的降低通常伴隨著巨噬細(xì)胞中的鐵沉積，酒精介導(dǎo)的肝內(nèi)鐵調(diào)素合成的下調(diào)可能是ALD患者肝臟鐵過載主要的潛在的機(jī)制之一[19，20]。

1、 基因突變：在一項(xiàng)meta分析中發(fā)現(xiàn)，HFE基因H63D位點(diǎn)純合突變與患ALD的易感性相關(guān)[17，21]，并且HFE單一位點(diǎn)突變會(huì)使ALD患者發(fā)生肝臟鐵沉積的風(fēng)險(xiǎn)增加[22]。與無肝鐵蓄積的ALD患者相比，HFE突變?cè)诔霈F(xiàn)肝鐵沉積的ALD患者中更常見，但HFE突變與肝纖維化、疾病嚴(yán)重程度或炎癥活動(dòng)度的增加無關(guān)。然而也有研究表明無論是HFE基因的C282Y還是H63D雜合突變都不會(huì)增加ALD患者鐵沉積的風(fēng)險(xiǎn)[10，23]。這可能與兩項(xiàng)研究的人群不同有關(guān)。

2、 生長因子表達(dá)增高：表皮生長因子(EGF)和肝細(xì)胞生長因子(HGF)是肝臟損傷后肝細(xì)胞修復(fù)和再生的重要介質(zhì)。EGF和HGF以及其他生長因子，可能通過抑制鐵調(diào)素的合成，促進(jìn)肝臟中鐵蓄積，進(jìn)而加速肝臟疾病的進(jìn)程[10，24]。體外研究表明，EGF可通過減少SMAD1/5/8的核定位來抑制鐵調(diào)素的表達(dá)。HGF對(duì)鐵調(diào)素的調(diào)節(jié)發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，可通過磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B通路和MAPK/ERK通路干擾SMAD的核定位、增加SMAD轉(zhuǎn)錄抑制物質(zhì)TG-相互作用因子、抑制鐵調(diào)素啟動(dòng)子活性進(jìn)而抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[24]。

3、 應(yīng)激反應(yīng)：酒精誘導(dǎo)的肝細(xì)胞氧化應(yīng)激是其抑制肝細(xì)胞鐵調(diào)素表達(dá)下降的主要機(jī)制之一[17]。酒精代謝過程中可通過增加細(xì)胞色素P450 2E1的活性和破壞線粒體的抗氧化反應(yīng)兩種方式增加ROS的生成[10]。除此之外，酒精也可能通過增加血液循環(huán)中脂多糖(LPS)水平，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞促炎性細(xì)胞因子尤其是腫瘤壞死因子α(TNFα)和ROS的釋放。氧化應(yīng)激可以增加TMPRSS6、sHJV和HGF等的表達(dá)進(jìn)而抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[10]，也會(huì)抑制鐵調(diào)素啟動(dòng)子的活性和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子C/EBPα的活性進(jìn)而抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[14，17]。盡管如此，目前關(guān)于ROS對(duì)鐵調(diào)素調(diào)節(jié)的研究仍然存在爭議。H2O2作為一種最主要的ROS，當(dāng)其濃度在0.3～6 μM之間時(shí)會(huì)通過增加STAT3的磷酸化促進(jìn)鐵調(diào)素啟動(dòng)子的活性，而當(dāng)H2O2的濃度大于50μM時(shí)又會(huì)抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[25]。除氧化應(yīng)激外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激也會(huì)導(dǎo)致肝臟鐵過載。在酒精和高脂飲食誘導(dǎo)的肝損傷小鼠模型中，肝臟鐵過載會(huì)誘導(dǎo)發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)[10]，而在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的早期階段，C/EBP同源蛋白表達(dá)增加，作為C/EBPα的抑制劑，可顯著抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[26-27]。

4、 低氧：酒精可能通過增加肝代謝活性和改變肝血流量來降低肝內(nèi)的氧張力[10]。體內(nèi)研究表明，酒精處理組小鼠與對(duì)照組小鼠相比可發(fā)生較強(qiáng)的低氧反應(yīng)，且這種低氧反應(yīng)與鐵調(diào)素的表達(dá)抑制相關(guān)[20]。研究發(fā)現(xiàn)，低氧時(shí)發(fā)生改變的基因主要受低氧誘導(dǎo)因子(HIF)調(diào)控。HIF由HIFα和HIFβ組成，低氧發(fā)生時(shí)，HIFα首先在細(xì)胞漿積聚，隨后易位進(jìn)入細(xì)胞核與HIFβ結(jié)合形成二聚體復(fù)合物，并進(jìn)一步結(jié)合至許多參與低氧反應(yīng)基因的啟動(dòng)子，如TFR1、DMT1和FPN等，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄[20，28]，進(jìn)而增加人體鐵的吸收。而低氧除了通過誘導(dǎo)HIF增加人體鐵吸收外，也會(huì)通過調(diào)控EPO的生成間接抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[29]。同時(shí)HIF也會(huì)通過調(diào)節(jié)EPO生成，進(jìn)而誘導(dǎo)紅細(xì)胞生成ERFE而間接抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[7]。但也有研究表明在低氧情況下鐵調(diào)素水平的改變與血清EPO水平無關(guān)[14]。除此之外HIF也可介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子CCAAT/增強(qiáng)子綁定蛋白α(C/EBPα)降解進(jìn)而抑制鐵調(diào)素的表達(dá)，而C/EBPα的過表達(dá)以及抑制肝臟HIF功能時(shí)則可逆轉(zhuǎn)酒精對(duì)鐵調(diào)素的抑制作用[20]。低氧環(huán)境下，ROS的顯著升高可進(jìn)而抑制C/EBPα以及STAT3與鐵調(diào)素啟動(dòng)子的結(jié)合[30]。此外，在低氧情況下，血清中的血小板源性生長因子(PDGF)-BB升高，PDGF-BB可通過下調(diào)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)和CREB-H的表達(dá)，抑制生理性和BMP6誘導(dǎo)性鐵調(diào)素的表達(dá)[7，14]。

5、 肝臟鐵水平下降：在研究酒精對(duì)鐵代謝影響的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，酒精會(huì)使肝臟鐵含量和鐵蛋白的表達(dá)顯著下降，因此酒精誘導(dǎo)鐵調(diào)素水平下降可能通過鐵水平降低而實(shí)現(xiàn)[31]。低鐵飲食或者細(xì)胞內(nèi)較低水平的鐵會(huì)抑制TMPRSS6的降解，同時(shí)也會(huì)通過furin蛋白裂解HJV，增加sHJV的產(chǎn)生，以上均會(huì)抑制鐵調(diào)素的產(chǎn)生[7]。除此之外，DMT1轉(zhuǎn)錄后mRNA的穩(wěn)定性受IRE-IRPs系統(tǒng)的調(diào)控，肝細(xì)胞內(nèi)鐵水平下降時(shí)，IRPs和IRE結(jié)合穩(wěn)定DMT1的轉(zhuǎn)錄進(jìn)而使其表達(dá)水平上調(diào)，因此鐵吸收增加[8]。

6、 其他可抑制鐵調(diào)素表達(dá)的因素：酒精的攝入可能會(huì)干擾炎癥對(duì)鐵調(diào)素的刺激而起到抑制鐵調(diào)素表達(dá)的作用[19]。如體外實(shí)驗(yàn)表明，酒精并不改變鐵調(diào)素水平，但是可顯著抑制IL-6對(duì)鐵調(diào)素的誘導(dǎo)作用[32]。除此之外，酒精也可抑制BMP受體和SMAD1、5的活化，以及SMAD4與鐵調(diào)素啟動(dòng)子的結(jié)合從而抑制鐵調(diào)素的表達(dá)[33]。慢性酒精攝入增加ALD患者門靜脈中腸源性內(nèi)毒素LPS的水平，LPS與Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)4結(jié)合后可活化核因子(NF)-κB。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明，酒精可抑制野生型小鼠鐵調(diào)素的表達(dá)而不能抑制TLR4突變型小鼠，并且不發(fā)生NF-κB p65亞基的磷酸化和核易位，因此酒精可通過TLR4信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)鐵調(diào)素的抑制作用[34]。

(二) 其他導(dǎo)致鐵沉積的機(jī)制 鐵吸收的增加是除鐵調(diào)素外導(dǎo)致ALD患者肝臟鐵過載的另一重要因素。除上文所提到的低氧和肝鐵水平降低可導(dǎo)致鐵吸收增加外，腸道通透性的改變以及葡萄酒中所含的鐵同樣被認(rèn)為是促進(jìn)腸道鐵吸收的潛在機(jī)制。酒精可增加腸道的通透性，使鐵和內(nèi)毒素通過腸道進(jìn)入人體循環(huán)增加[17]。有文獻(xiàn)報(bào)道酒精代謝產(chǎn)物乙醛可能通過增加IRP的活性而增加肝細(xì)胞TFR1的表達(dá)，TFR1表達(dá)增加后肝細(xì)胞攝取轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵增加[35]。同時(shí)酒精也會(huì)誘導(dǎo)庫普弗細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的活化、炎癥因子TNF-α等的釋放，炎性因子又會(huì)增加庫普弗細(xì)胞鐵的攝取由此形成正反饋調(diào)節(jié)[17，35]。

五、展望

ALD已成為我國最主要的肝病之一，其在同期肝病住院患者中的比例不斷上升，酒精性肝硬化占肝硬化病因的構(gòu)成比也在逐年上升。約有50%的ALD患者出現(xiàn)肝臟鐵沉積。酒精介導(dǎo)的鐵調(diào)素的表達(dá)下調(diào)，肝細(xì)胞中TFR1表達(dá)的上調(diào)，以及同時(shí)伴隨的十二指腸DMT1和FPN表達(dá)的增加，均導(dǎo)致了ALD患者的系統(tǒng)性鐵沉積?，F(xiàn)有研究表明，鐵調(diào)素表達(dá)的降低是ALD患者鐵沉積的主要原因，鐵沉積物和非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵通過刺激肝細(xì)胞的氧化應(yīng)激而進(jìn)一步損傷肝臟。因此，深入研究酒精肝患者鐵沉積機(jī)制尤其是鐵調(diào)素相關(guān)機(jī)制有利于對(duì)該疾病提供新的臨床診斷和治療依據(jù)。未來對(duì)于ALD的研究，更應(yīng)該側(cè)重于鐵調(diào)素激動(dòng)劑、人工合成鐵調(diào)素，以及通過干預(yù)各種代謝途徑以刺激內(nèi)源性鐵調(diào)素合成等方向。