肝性腦病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展*

李夢(mèng)羽 周希喬

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(210029)

肝性腦病(hepatic encephalopathy, HE)是一種由急、慢性肝功能障礙或門體分流異常所引起，基于代謝紊亂的輕、重程度不等的神經(jīng)精神異常綜合征，是各種終末期肝病的常見并發(fā)癥和死亡原因之一[1]。其臨床表現(xiàn)可從性格改變、行為異常到意識(shí)障礙、昏迷。根據(jù)基礎(chǔ)疾病不同，HE可分為三型：A型為急性肝衰竭相關(guān)；B型為門體分流相關(guān)；C型為肝硬化相關(guān)[2]。流行病學(xué)研究顯示，40%的住院肝硬化患者有輕微HE(MHE)，30%～45%的肝硬化患者和10%～50%的經(jīng)頸靜脈肝內(nèi)門體分流術(shù)(TIPS)術(shù)后患者曾發(fā)生顯性HE(OHE)[3]。HE的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，至今尚未完全闡明。目前，經(jīng)典的氨中毒學(xué)說(shuō)、神經(jīng)遞質(zhì)改變已被普遍接受，近年提出的炎癥反應(yīng)、腸道菌群、星形膠質(zhì)細(xì)胞早衰、腦血流改變、半通道功能障礙、膽汁酸等學(xué)說(shuō)也日益受到重視。本文就HE發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為其臨床治療研究提供新思路。

一、氨中毒學(xué)說(shuō)

氨中毒學(xué)說(shuō)是最早被提出且廣為接受的HE的主要發(fā)病機(jī)制。腸道細(xì)菌對(duì)蛋白質(zhì)的分解和腸道細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺的轉(zhuǎn)化是人體內(nèi)氨的主要來(lái)源。正常情況下，肝臟是氨的主要代謝部位，肝功能障礙或存在門體分流時(shí)，血氨濃度升高，彌散入腦的氨隨之增加。此外，研究[4]發(fā)現(xiàn)HE患者的谷氨酰胺酶基因發(fā)生突變，啟動(dòng)子區(qū)出現(xiàn)重復(fù)堿基對(duì)，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)，因此能比正常人產(chǎn)生更多的氨。

氨中毒學(xué)說(shuō)主要包括以下五方面的內(nèi)容：①血氨彌散入腦，在星形膠質(zhì)細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)谷氨酰胺合成酶(GS)的催化下生成谷氨酰胺，后者作為高滲性物質(zhì)可使星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生腫脹，血腦屏障通透性增加，引發(fā)腦水腫。星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹和腦水腫是HE的重要特征，與神經(jīng)功能障礙有關(guān)。有研究表明，GS抑制劑蛋氨酸亞砜亞胺(MSO)可降低星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的谷氨酰胺水平，減輕細(xì)胞腫脹和腦水腫[5]。然而，亦有研究顯示腦內(nèi)谷氨酰胺水平本身及其合成速率與HE嚴(yán)重程度和腦水腫無(wú)明顯相關(guān)性，較之合成增加，細(xì)胞內(nèi)谷氨酰胺轉(zhuǎn)出受限可能更能解釋其引起的細(xì)胞腫脹和腦水腫[6]。谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)至鄰近的谷氨酸能神經(jīng)受限，導(dǎo)致興奮性傳遞減少和神經(jīng)抑制過(guò)度的HE相關(guān)表現(xiàn)。②“特洛伊木馬”假說(shuō)為另一氨中毒學(xué)說(shuō)觀點(diǎn)。新合成的谷氨酰胺作為氨的載體即“木馬”從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入線粒體，經(jīng)谷氨酰胺酶分解產(chǎn)生氨，氨繼而促進(jìn)活性氧-氮簇釋放，觸發(fā)氧化/氮化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致線粒體通透性改變、功能受損、能量代謝障礙和星形膠質(zhì)細(xì)胞水腫[7]。氧化/氮化應(yīng)激還可激活MAPK信號(hào)通路和轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，引發(fā)一系列下游反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥因子表達(dá)增加和炎癥反應(yīng)發(fā)生[8]。③研究發(fā)現(xiàn)氨可引起三羧酸循環(huán)障礙即能量代謝障礙，糖酵解增加導(dǎo)致腦內(nèi)乳酸堆積。Bosoi等[9]的研究表明，腦內(nèi)乳酸而非谷氨酰胺增加是慢性肝病腦水腫發(fā)生的關(guān)鍵因素，乳酸合成抑制劑對(duì)HE可能具有潛在治療價(jià)值。④氨能改變膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)表達(dá)，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生酪氨酸硝化[10]，從而改變星形膠質(zhì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，加重腦水腫。⑤氨可引起興奮性與抑制性神經(jīng)遞質(zhì)失衡，干擾正常腦活動(dòng)。

二、神經(jīng)遞質(zhì)改變

1.γ-氨基丁酸(GABA)假說(shuō)：GABA通過(guò)與GABA/苯二氮卓(BZ)復(fù)合受體結(jié)合，激活離子通道，引起氯離子內(nèi)流而產(chǎn)生抑制效應(yīng)，是腦內(nèi)主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。HE時(shí)血GABA水平升高，內(nèi)源性BZ增多，中樞BZ受體數(shù)量亦明顯增加[11]，BZ與其受體結(jié)合能增強(qiáng)GABA的抑制效應(yīng)。神經(jīng)甾體是腦組織以膽固醇及其前體物質(zhì)為原料通過(guò)一系列反應(yīng)合成的甾體類激素，其中膽固醇經(jīng)由活化的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TSPO)進(jìn)入線粒體內(nèi)膜為其合成的關(guān)鍵步驟。研究發(fā)現(xiàn)HE患者和動(dòng)物模型中TSPO基因表達(dá)上調(diào)，從而刺激神經(jīng)甾體合成，神經(jīng)甾體對(duì)GABA-A 受體復(fù)合物具有正向變構(gòu)調(diào)節(jié)作用，由此增加GABA的抑制效應(yīng)[12]。

2.谷氨酸：谷氨酸是神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其改變與HE患者的神經(jīng)精神異常有關(guān)。作為一種毒性物質(zhì)，谷氨酸能引起星形膠質(zhì)細(xì)胞水腫和神經(jīng)元功能障礙。研究發(fā)現(xiàn)，急性高氨血癥可激活離子型谷氨酸受體N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體，引發(fā)一系列下游反應(yīng)，最終導(dǎo)致興奮性毒性細(xì)胞死亡[13]。在高氨血癥動(dòng)物模型中，NMDA受體拮抗劑可阻止氨誘導(dǎo)的動(dòng)物死亡，表明NMDA受體過(guò)度激活在氨誘導(dǎo)的死亡中發(fā)揮重要作用。慢性高氨血癥和HE時(shí)腦內(nèi)谷氨酸-一氧化氮(NO)-環(huán)磷鳥苷(cGMP)信號(hào)通路功能受損，細(xì)胞外cGMP水平降低可能是導(dǎo)致認(rèn)知障礙的原因。予慢性高氨血癥或HE模型大鼠連續(xù)服用磷酸二酯酶(具有降解cGMP的作用)抑制劑或腦內(nèi)給予cGMP，可恢復(fù)其cGMP 水平和學(xué)習(xí)能力[14]。

3.假性神經(jīng)遞質(zhì)：飲食中的芳香族氨基酸經(jīng)腸道菌群作用轉(zhuǎn)化為酪胺和苯乙胺，肝功能障礙時(shí)，肝臟對(duì)其清除能力下降，胺進(jìn)入腦內(nèi)，經(jīng)β-羥化酶作用生成β-羥酪胺和β-羥乙醇胺，即假性神經(jīng)遞質(zhì)。假性神經(jīng)遞質(zhì)蓄積于突觸部位，與正常神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺和去甲腎上腺素競(jìng)爭(zhēng)干擾神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞，導(dǎo)致腦功能障礙[15]。

4.5-羥色胺(5-HT)系統(tǒng)：研究顯示HE患者腦內(nèi)5-HT能神經(jīng)元的5-HT合成增加。5-HT參與睡眠、生理節(jié)律和運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)，被認(rèn)為與HE患者的精神意識(shí)障礙和行為異常有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，5-HT受體拮抗劑可減輕HE模型大鼠的腦組織損傷，降低其死亡率[16]。然而大量研究表明HE患者腦內(nèi)5-HT含量并無(wú)明顯變化，可能是由于單胺氧化酶(MAO)活性升高使5-HT代謝增加，抵消了5-HT的合成增加[17]。5-HT系統(tǒng)對(duì)HE的作用仍需進(jìn)一步研究。

5.膽堿能系統(tǒng)：研究發(fā)現(xiàn)肝硬化肝昏迷患者和肝衰竭模型大鼠大腦皮質(zhì)乙酰膽堿酯酶(AChE)活性增強(qiáng)，乙酰膽堿水解增加，且此種變化與腦內(nèi)氨水平無(wú)關(guān)；經(jīng)AChE抑制劑治療后，模型大鼠的記憶缺陷明顯改善，提示膽堿能系統(tǒng)失衡可能與HE有關(guān)[18]。

三、炎癥反應(yīng)

有研究發(fā)現(xiàn)，部分重癥HE患者的病情嚴(yán)重程度與血氨水平并無(wú)明顯相關(guān)性，而是與感染和全身性炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)有關(guān)，患者促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、IL-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平明顯升高[19]。高氨血癥可與炎癥反應(yīng)協(xié)同作用，誘導(dǎo)HE發(fā)生、發(fā)展。氨能誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞功能障礙，釋放活性氧，產(chǎn)生氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。在高氨血癥大鼠模型中，氨可誘導(dǎo)海馬區(qū)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化，釋放一氧化氮合酶(NOS)、IL-1β、TNF-α等腦源性炎癥因子，引發(fā)神經(jīng)炎癥，進(jìn)而通過(guò)改變相應(yīng)受體表達(dá)引起谷氨酸能、GABA能神經(jīng)遞質(zhì)異常，導(dǎo)致認(rèn)知功能損害[20]。炎癥反應(yīng)還可破壞血腦屏障，使其通透性增加，氨等毒性物質(zhì)和炎癥因子進(jìn)入腦內(nèi)，進(jìn)一步加重毒性作用。Balzano等[21]進(jìn)一步提出了高氨血癥通過(guò)誘導(dǎo)外周炎癥引發(fā)神經(jīng)炎癥和認(rèn)知功能損害的假說(shuō)，并通過(guò)對(duì)慢性高氨血癥大鼠模型的研究證實(shí)模型動(dòng)物外周血前列腺素E2(PGE2)、TNF-α、IL-6等炎癥因子水平明顯升高，而外周抗TNF-α治療不僅可減輕外周炎癥，還可抑制海馬區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，但并不改變高氨血癥狀態(tài)，由此提出認(rèn)知功能損害可通過(guò)減輕外周炎癥加以預(yù)防。

四、腸道菌群

腸道菌群參與HE的發(fā)病機(jī)制主要是通過(guò)菌群比例失調(diào)、產(chǎn)氨增多和介導(dǎo)炎癥反應(yīng)兩個(gè)方面。肝硬化HE患者存在腸道菌群紊亂，有益菌和原住菌豐度相對(duì)降低，含尿素酶細(xì)菌增多，產(chǎn)氨增加[22]。腸黏膜屏障功能損害致腸道菌群移位，產(chǎn)生內(nèi)毒素，引發(fā)腸道和全身性炎癥反應(yīng)，破壞血腦屏障，導(dǎo)致腦水腫。對(duì)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的meta分析結(jié)果支持予MHE患者益生菌治療可降低血氨，改善臨床癥狀，防止其向OHE進(jìn)展[23]。一項(xiàng)針對(duì)復(fù)發(fā)性HE的臨床研究[24]證明，糞菌移植可改善此類患者的菌群失調(diào)和認(rèn)知功能。

五、星形膠質(zhì)細(xì)胞早衰

G?rg等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，氨可通過(guò)MSO、氧化應(yīng)激和p38 MAPK依賴性p53激活和細(xì)胞周期抑制基因GADD45α、p21轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖。經(jīng)氨處理的大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞和HE患者大腦皮層衰老相關(guān)物質(zhì)β-半乳糖苷酶活性增強(qiáng)，非HE患者則未觀察到上述改變。由此可知，氨毒性和HE與星形膠質(zhì)細(xì)胞早衰有關(guān)。最新研究[26]發(fā)現(xiàn)，肝硬化和HE患者腦組織中血紅蛋白加氧酶1(HO1)和O-GlcNAcylation糖基化修飾增強(qiáng)并存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，此種糖基化修飾可上調(diào)HO1和NADPH氧化酶4(NOX4)表達(dá)，觸發(fā)氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以及星形膠質(zhì)細(xì)胞衰老。由此證明星形膠質(zhì)細(xì)胞早衰是氧化應(yīng)激的下游事件，進(jìn)而影響神經(jīng)遞質(zhì)傳導(dǎo)，導(dǎo)致OHE患者認(rèn)知障礙持續(xù)存在。

六、腦血流改變

腦血流灌注對(duì)維持正常腦功能至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)HE患者的腦血管自動(dòng)調(diào)節(jié)功能發(fā)生紊亂，A、C型HE患者常出現(xiàn)腦血流量降低，B型患者則多表現(xiàn)為腦血流量增加[27]。近年研究[28]顯示，高氨血癥引起的腦微循環(huán)調(diào)節(jié)障礙與腺苷釋放增加有關(guān)，氨暴露能明顯升高健康大鼠腦表面外周小動(dòng)脈的腺苷水平，引起微循環(huán)血管舒張，局部給予腺苷受體拮抗劑可使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的微循環(huán)調(diào)節(jié)恢復(fù)正常。上述發(fā)現(xiàn)表明腺苷可能是高氨血癥引起腦功能障礙的關(guān)鍵介質(zhì)之一。

七、半通道功能障礙

星形膠質(zhì)細(xì)胞之間存在由連接蛋白形成的廣泛的縫隙連接，此類連接蛋白亦作為功能性半通道存在，允許細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞外環(huán)境之間的物質(zhì)交換。半通道可作為乳酸鹽跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的通道[29]，星膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)其釋放乳酸，為臨近的神經(jīng)元提供能量。近年研究[30]表明，HE動(dòng)物模型血氨升高，引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)半通道功能障礙，星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元之間由半通道介導(dǎo)的乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)受損導(dǎo)致的神經(jīng)元能量缺失可能是HE潛在的發(fā)病機(jī)制之一。

八、膽汁酸

近年關(guān)于膽汁酸的研究表明，肝功能受損時(shí)，循環(huán)中膽汁酸水平升高，可通過(guò)損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞間的緊密連接破壞血腦屏障，導(dǎo)致其通透性增加[31]。膽汁酸經(jīng)膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入腦內(nèi)，通過(guò)結(jié)合并激活胞膜和胞核上的受體參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，也可與神經(jīng)傳遞受體相互作用，參與神經(jīng)傳遞系統(tǒng)損害，可能與HE的認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能障礙有關(guān)[32]。膽汁酸可激活核受體法尼酯X受體(FXR)并上調(diào)其靶基因表達(dá)，研究[33]發(fā)現(xiàn)以消膽胺降低急性肝衰竭模型小鼠的血清膽汁酸水平或阻斷FXR信號(hào)可使其HE相關(guān)神經(jīng)功能障礙減輕，提示HE的發(fā)生與膽汁酸-FXR信號(hào)通路的下游事件有關(guān)。進(jìn)一步的研究[34]發(fā)現(xiàn)，膽汁酸-FXR信號(hào)通路可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞色素P450 46A1(Cyp46A1)介導(dǎo)的膽固醇清除途徑改變膽固醇穩(wěn)態(tài)，Cyp46A1表達(dá)下調(diào)致腦內(nèi)膽固醇蓄積，抑制FXR信號(hào)通路則可防止上述改變發(fā)生，動(dòng)物模型的認(rèn)知缺陷和神經(jīng)肌肉功能障礙因此得到改善，提示膽汁酸介導(dǎo)的腦內(nèi)膽固醇蓄積可能參與了HE的發(fā)生。

九、其他

有研究[35]發(fā)現(xiàn)HE患者的血錳水平明顯升高，并與病情嚴(yán)重程度和復(fù)發(fā)相關(guān)。錳的神經(jīng)毒性機(jī)制主要包括：沉積于并損傷蒼白球，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙；對(duì)基底神經(jīng)節(jié)多巴胺能神經(jīng)元具有毒性作用，可引發(fā)震顫、強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)障礙等錐體外系癥狀；錳蓄積于線粒體內(nèi)被氧化成高價(jià)態(tài)，產(chǎn)生大量自由基，損傷溶酶體和線粒體膜，導(dǎo)致溶酶體酶逸出、細(xì)胞死亡和線粒體能量代謝障礙，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。

肝硬化患者常因水潴留出現(xiàn)低鈉血癥，后者可致有機(jī)滲透劑肌醇減少，使?jié)B透調(diào)節(jié)機(jī)制受損，從而加重星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹和腦水腫。研究[36]顯示，在可測(cè)量范圍內(nèi)，血清鈉每降低1 mmol/L，肝硬化患者的HE發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加8%。

幽門螺桿菌(Hp)含有尿素酶，能分解尿素產(chǎn)生氨，導(dǎo)致血氨升高。一些研究者提出Hp感染與HE有關(guān)，然而其相關(guān)性有待進(jìn)一步研究[37]。

與健康人相比，肝硬化患者常存在鎂缺乏。最近一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，鎂缺乏(細(xì)胞內(nèi)鎂和血鎂水平降低)與代償性肝硬化患者的認(rèn)知功能障礙之間存在聯(lián)系，提示了鎂在HE發(fā)生中的可能作用[38]。

十、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氨中毒學(xué)說(shuō)在HE的發(fā)病機(jī)制中仍處于中心地位，炎癥反應(yīng)、星形膠質(zhì)細(xì)胞早衰、半通道功能障礙、膽汁酸等諸多因素同樣參與了HE的發(fā)病，可能為HE的治療提供新的靶點(diǎn)。Hp感染、電解質(zhì)紊亂等亦被認(rèn)為在HE中發(fā)揮一定作用。HE的發(fā)生是多種因素相互影響、相互促進(jìn)的結(jié)果，對(duì)其發(fā)病機(jī)制的深入研究有助于更好地認(rèn)識(shí)和治療HE，使患者獲益。