酒精性肝病發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

許蓬娟 綜述 蔡青，譚俊珍 審校

天津中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院生理教研室，天津 301617

目前，酒精的濫用是一個(gè)世界性的問(wèn)題，據(jù)估計(jì)，酗酒已成為世界第三大健康問(wèn)題，并與200多種疾病密切相關(guān)[1]，每年大約有300萬(wàn)人死于酒精相關(guān)疾病，酗酒也成為導(dǎo)致15～49歲人群死亡的第一因素[2]。在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，肝臟是外源性化合物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化及排泄的重要器官，也是酒精代謝的主要部位，因此，肝臟就成為酒精毒性的主要靶器官。據(jù)世衛(wèi)組織最新數(shù)據(jù)顯示，酒精性肝病(alcoholic liver disease，ALD)是與飲酒相關(guān)最嚴(yán)重、最不可逆的肝損傷類型，也逐漸發(fā)展成世界上最常見(jiàn)的肝病類型[3]。

ALD主要包括酒精性脂肪肝、酒精性肝炎以及酒精性肝纖維化等，部分還會(huì)發(fā)展成肝硬化甚至是肝癌[4-5]。在機(jī)體中，酒精首先通過(guò)抑制線粒體β-氧化，增加脂肪酸合成等機(jī)制干擾脂質(zhì)代謝，誘導(dǎo)甘油三酯、磷脂和膽固醇酯等在肝實(shí)質(zhì)中沉積，進(jìn)而導(dǎo)致酒精性脂肪肝。持續(xù)飲酒還會(huì)影響免疫系統(tǒng)，如白細(xì)胞介素會(huì)在中性粒細(xì)胞的輔助下攻擊肝細(xì)胞，導(dǎo)致肝臟炎癥及肝細(xì)胞腫脹，即“酒精性肝炎”。持續(xù)的損傷繼續(xù)造成肝細(xì)胞外基質(zhì)沉積及纖維化，而晚期纖維化會(huì)導(dǎo)致肝臟結(jié)構(gòu)嚴(yán)重改變、功能紊亂繼而發(fā)展為肝硬化。逐漸這些慢性肝損傷、炎癥和纖維化以及酒精及其代謝物的致癌作用將導(dǎo)致肝細(xì)胞DNA突變，最終發(fā)展為肝癌[6-7]。

目前，研究發(fā)現(xiàn)多因素(如性別、肥胖、遺傳和年齡等)參與ALD的發(fā)生與發(fā)展，而ALD的病理機(jī)制也十分復(fù)雜，氧化應(yīng)激的激活、腸道屏障的異常、免疫功能的缺陷等都與其存在相關(guān)性[8]，但最主要的機(jī)制為乙醇及其代謝產(chǎn)物的毒性作用、腸道菌群失衡以及腸道炎癥等，且這些機(jī)制之間還相互影響，相互促進(jìn)。本文結(jié)合近年ALD的研究，從乙醇介導(dǎo)肝損傷、腸道菌群以及炎癥反應(yīng)等方面討論了ALD的發(fā)病機(jī)制，為ALD的進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)為臨床治療提供思路。

1 乙醇在肝細(xì)胞內(nèi)代謝及肝臟毒性

研究發(fā)現(xiàn)，人體攝入乙醇約90%以上在肝臟代謝，脂肪肝是肝臟對(duì)乙醇產(chǎn)生的最早反應(yīng)現(xiàn)象，幾乎所有長(zhǎng)期接觸酒精或乙醇的人都會(huì)患上脂肪肝[9-10]。此外，酒精依賴性的脂肪肝與乙醇攝入時(shí)間和數(shù)量存在正相關(guān)[11-12]。乙醇的肝臟毒性可通過(guò)產(chǎn)生代謝產(chǎn)物如乙醛、乙酸等介導(dǎo)，也可以通過(guò)激活氧化應(yīng)激產(chǎn)生。

1.1 乙醛的毒性作用 乙醇在肝臟內(nèi)主要通過(guò)肝細(xì)胞胞漿中的乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH，乙醇代謝的主要途徑)、過(guò)氧化物酶體中的過(guò)氧化氫酶以及細(xì)胞色素P450-2E1(cytochrome P450-2E1，CYP2E1)氧化形成乙醛[6]，乙醛通過(guò)乙醛脫氫酶(ALDH)進(jìn)一步代謝為乙酸。對(duì)肝臟的直接毒性主要是乙醛產(chǎn)生的。

過(guò)量的乙醛可以與微管蛋白結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)正常分泌的蛋白質(zhì)滯留，引起肝細(xì)胞的腫脹。乙醛還可直接引發(fā)肝臟炎癥、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)代謝失衡，損害肝臟重塑，導(dǎo)致其纖維化[13]。同時(shí)，乙醛還與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及DNA結(jié)合形成共價(jià)化合物[14-15]，進(jìn)而影響細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、并導(dǎo)致DNA損傷或突變。此外，乙醛還可以刺激肝星狀細(xì)胞中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor，TGF)-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而使肝臟出現(xiàn)纖維化和炎癥等特征[16]。乙醛濃度的增加也可以通過(guò)影響腸道屏障作用，引起炎癥反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致肝臟損傷[17，5]。

1.2 氧化應(yīng)激毒性 多種研究表明，氧化應(yīng)激在ALD的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，尤其是活性氧簇(ROS)的生成是脂肪肝發(fā)展為脂肪性肝炎和肝硬化的關(guān)鍵[18-19]。此外，氧化應(yīng)激還可引起脂肪變性、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、肝臟腫大等病理改變[20]。在正常條件下乙醇進(jìn)入機(jī)體經(jīng)ADH產(chǎn)生乙醛，乙醛再通過(guò)ALDH產(chǎn)生乙酸，這期間需要消耗大量氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(即輔酶Ι，NAD+)，并轉(zhuǎn)化為還原型的輔酶Ι(NADH)，進(jìn)而改變了NAD+/NADH比值。顯著增加的NADH進(jìn)一步促進(jìn)磷酸甘油的形成，磷酸甘油與脂肪酸結(jié)合形成甘油三酯，在肝臟內(nèi)積聚。同時(shí)，乙醇通過(guò)抑制過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-α(peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α)的表達(dá)抑制肝細(xì)胞中脂肪酸氧化(脂解)，導(dǎo)致“酒精性脂肪肝”[3]。另一方面，過(guò)量NADH導(dǎo)致線粒體發(fā)生氧化損傷，生成大量的活性氧簇(如超氧陰離子(O2-)、過(guò)氧化氫(H2O2)和羥自由基(OH-)等，并伴隨ATP生成的減少，造成肝細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化、細(xì)胞失活、DNA突變和膜結(jié)構(gòu)的破壞[21]。同時(shí)，ROS、脂質(zhì)過(guò)氧化物等還會(huì)刺激肝臟Kupffer細(xì)胞分泌多種細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素、干擾素、趨化因子等)促進(jìn)肝臟炎癥、肝細(xì)胞損傷或死亡[22]。ADH和ALDH反應(yīng)導(dǎo)致的NADH積聚以及NAD+的減少，還會(huì)調(diào)節(jié)其他代謝途徑，如糖酵解、三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化等，影響肝臟功能[23]。

乙醇的氧化應(yīng)激途徑中還有一個(gè)非常重要的成分就是細(xì)胞色素P450，尤其是其中的CYP2E1，它是一種含鐵血紅素，屬于微粒體乙醇氧化系統(tǒng)(microsomal ethanol oxidizing system，MEOS)的關(guān)鍵酶。CYP2E1一方面參與乙醇的代謝，影響NAD+/NADH進(jìn)而影響肝臟；另一方面其可促進(jìn)ROS等的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致肝臟氧化應(yīng)激損傷。此外，CYP2E1還會(huì)招募中性粒細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞，促進(jìn)肝臟炎癥發(fā)生[24]。CYP2E1主要表達(dá)在肝靜脈周圍區(qū)(Rappaport第3區(qū))，這就解釋了為什么與酒精性肝損傷往往在肝小葉此區(qū)域更為明顯。

除上述機(jī)制外，乙醇本身可以與細(xì)胞膜的磷脂相互作用，刺激Kupffer細(xì)胞，減少肝細(xì)胞的抗氧化水平，增加氧化應(yīng)激[25]。乙醇亦可與其他危險(xiǎn)因素相互作用，導(dǎo)致其他形式的肝病，如乙型或丙型病毒性肝炎和非酒精性脂肪性肝炎等，大大增加肝硬化的風(fēng)險(xiǎn)[26]。

2 腸道菌群

腸道微生物群由數(shù)萬(wàn)億微生物(包括細(xì)菌、病毒、真菌)組成。這些微生物的基因組數(shù)量超過(guò)人類基因組至少150倍左右，它們?cè)谌梭w腸道中對(duì)機(jī)體新陳代謝和消化起著重要的作用[27]。最近研究表明，每個(gè)人都擁有一個(gè)獨(dú)特的、個(gè)性化的腸道微生物群，由于腸道通過(guò)門脈與肝臟相連，所以一旦腸道微生物群發(fā)生紊亂很容易導(dǎo)致肝臟疾病[28]。目前，腸道菌群在ALD發(fā)病機(jī)制中的作用已被證實(shí)。

2.1腸道菌群結(jié)構(gòu)失衡 近年來(lái)，隨著非培養(yǎng)基細(xì)菌計(jì)數(shù)技術(shù)的進(jìn)步(如下一代測(cè)序(next-generation sequencing，NGS)，腸道微生物群被視為人體中的另外一個(gè)重要“器官”。腸道微生物群具有多種促進(jìn)人類宿主健康的功能，正常狀態(tài)下，腸道中有益菌與有害菌以一定比例和諧共生，共同參與機(jī)體內(nèi)環(huán)境的維持。一旦這種平衡被打破，即腸道微生物群的失衡，如小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)(small intestinal bacterial overgrowth，SΙBO)，就會(huì)引發(fā)機(jī)體多種疾病的發(fā)生[3]。

所謂SΙBO本質(zhì)是一種以小腸細(xì)菌過(guò)多為特征的消化系統(tǒng)疾病。很多報(bào)道指出SΙBO參與了ALD的發(fā)生與發(fā)展[29]。酒精可以使腸道微生物組成產(chǎn)生改變，而且這種影響在肝臟出現(xiàn)纖維化之前便已存在[30]。研究發(fā)現(xiàn)在慢性酒精濫用的病人空腸中，需氧及厭氧細(xì)菌均存在過(guò)度增長(zhǎng)的現(xiàn)象[31]。YAN等[32]和MUTLU等[33]通過(guò)人體和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，酒精可引起腸道菌群中擬桿菌門、變形菌門、疣微菌門數(shù)量顯著增加。BJORKHAUG等[34]也發(fā)現(xiàn)在過(guò)度飲酒人群中變形菌門細(xì)菌相對(duì)豐度較高，F(xiàn)aecalibacterium屬菌相對(duì)豐度較低，同時(shí)薩特氏菌屬、霍爾德曼氏菌屬含量也都減少。LLOPΙS等[35]也指出ALD患者腸道存在有害菌過(guò)度增殖而有益菌減少的現(xiàn)象。其中，有害菌的增加和Faecalibacterium屬菌的減少可以通過(guò)增加腸系膜淋巴結(jié)中CD4+T細(xì)胞、肝臟T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞，從而造成肝臟炎癥以及肝損傷。此外，酒精導(dǎo)致的SΙBO還會(huì)引起的腸道通透性增加、腸道動(dòng)力下降以及宿主免疫功能的改變。過(guò)度生長(zhǎng)的細(xì)菌還可以產(chǎn)生內(nèi)源性乙醇，進(jìn)一步增加腸道通透性，最終加重腸道菌群失衡，最終導(dǎo)致肝臟炎癥[36]。

2.2 腸源性脂多糖增加 腸道源性脂多糖(Gut-derived lipopolysaccharide，LPS)即內(nèi)毒素，是造成肝臟脂肪變性、炎癥以及纖維化的另一個(gè)關(guān)鍵因素。前文提到酒精可導(dǎo)致小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，其中最顯著的是革蘭氏陰性菌，LPS來(lái)源于這些大量繁殖的革蘭氏陰性桿菌[36]。通過(guò)16SrRNA測(cè)序結(jié)合短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)定量和宏基因組分析(predictive metagenome profiling，PΙCRUSt)的方法，發(fā)現(xiàn)酒精可以使人體腸道革蘭氏陰性菌中擬桿菌門的數(shù)目增加[34]。這些細(xì)菌可以產(chǎn)生大量的LPS。動(dòng)物模型中也發(fā)現(xiàn)，慢性酒精暴露可以增加循環(huán)系統(tǒng)中LPS的濃度，而肝損傷的嚴(yán)重程度與血清LPS水平存在正相關(guān)[37]。此外，外源性給予LPS亦可誘導(dǎo)肝臟出現(xiàn)壞死性炎癥[38]。

高水平的LPS對(duì)肝臟造成損傷的機(jī)制是進(jìn)入門靜脈循環(huán)通過(guò)LPS結(jié)合蛋白(LBP)與肝臟Kupffer細(xì)胞表面的CD14結(jié)合，產(chǎn)生大量ROS并刺激Toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)信號(hào)通路，繼而激活核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)并誘導(dǎo)促炎介質(zhì)釋放，尤其是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α。TNF-α一方面通過(guò)炎癥反應(yīng)引起肝炎和肝細(xì)胞壞死，另一方面增強(qiáng)腸道通透性加劇肝臟損傷[39-40]。LPS還與乙醇存在協(xié)同作用，當(dāng)乙醇存在時(shí)可以加劇腸源性LPS導(dǎo)致的肝細(xì)胞炎癥因子的釋放及肝臟損傷[41]。

2.3 腸道屏障完整性被破壞 研究發(fā)現(xiàn)酒精可以影響腸道屏障多種防御功能(包括物理、體液和免疫)[42]。在動(dòng)物和人類模型中，酒精會(huì)破壞腸道屏障完整性并增加血清中細(xì)菌產(chǎn)物的水平[43]。腸道屏障被破壞的機(jī)制有很多，大多相互影響、相互促進(jìn)，最終造成惡性循環(huán)，加重腸道損傷和肝損傷[44]。例如，酒精可以通過(guò)降低腸道缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-induced factor-1α，HΙF-1α)活性和表達(dá)從而引起有害菌增加，進(jìn)而增大腸道通透性[45]。酒精還可以通過(guò)增加腸道細(xì)菌內(nèi)毒素的產(chǎn)生以及短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)的減少，進(jìn)而減少小腸上皮黏蛋白和緊密連接蛋白的表達(dá)，破壞腸道屏障[46]。研究還發(fā)現(xiàn)，飲酒者體內(nèi)膽汁酸濃度高于不喝酒的人，這也可能促進(jìn)腸道通透性的改變[44]。

3 炎癥反應(yīng)

ALD還與機(jī)體中免疫反應(yīng)失衡及促炎細(xì)胞因子或趨化因子的增加密切相關(guān)。酗酒會(huì)造成以白細(xì)胞浸潤(rùn)為特征的肝臟炎癥。Kupffer細(xì)胞是居住在肝臟中的巨噬細(xì)胞，在先天免疫系統(tǒng)中發(fā)揮作用并產(chǎn)生各類細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子可能導(dǎo)致多種肝臟疾病[47]。

目前研究指出主要有三種炎癥途徑參與引發(fā)ALD。第一種是酒精引起腸道菌群變化，增加病原相關(guān)的分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)，然后通過(guò)模式識(shí)別受體(pattern-recognition receptors，PRRs)激活Kupffer細(xì)胞，使之產(chǎn)生TNF-α。TNF-α能夠促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡，同時(shí)參與了中性粒細(xì)胞的炎癥浸潤(rùn)，進(jìn)而參與急、慢性酒精性肝損傷[48]。其次，酒精及其代謝產(chǎn)物還可以通過(guò)產(chǎn)生ROS、破壞腸道完整性，提高門靜脈中內(nèi)毒素(LPS)的濃度等，通過(guò)激活TLR4信號(hào)傳導(dǎo)途徑促進(jìn)Kupffer細(xì)胞分泌如白細(xì) 胞 介 素-6(interleukin-6，ΙL-6)、白 細(xì) 胞 介 素-8(ΙL-8)、白細(xì)胞介素-17(ΙL-17)等參與ALD的發(fā)展。酒精還可通過(guò)影響Kupffer細(xì)胞TLR2/3通路介導(dǎo)ALD的產(chǎn)生[49]。肝星狀細(xì)胞(HSCs)也可以經(jīng)酒精刺激產(chǎn)生TGF-β，使ECM積累和重塑減少，進(jìn)而造成肝臟纖維化[50-51]。

此外，肝臟與其他器官(如腸道、脂肪組織以及骨髓等)的串?dāng)_將炎癥細(xì)胞或損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)遞呈到肝臟進(jìn)而促進(jìn)ALD發(fā)生[52]。在脂肪組織-肝臟軸中，脂肪細(xì)胞可以分泌脂聯(lián)素和瘦素，其中脂聯(lián)素可以抑制Kupffer細(xì)胞TNF-α和ΙL-10的分泌，而瘦素則可以通過(guò)調(diào)節(jié)P38或JNK途徑增加Kupffer細(xì)胞TNF-α的分泌，酒精可以使脂肪細(xì)胞的脂聯(lián)素分泌減少而瘦素生成增多從而導(dǎo)致ALD[53]。在腸-肝軸中，主要是酒精引起腸道通透性增加，導(dǎo)致PAMPs(如LPS)經(jīng)門靜脈進(jìn)入肝臟，通過(guò)Kupffer細(xì)胞和巨噬細(xì)胞MyD88和TRΙF遞呈，MyD88通過(guò)激活NF-κB產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子(TNF-α、ΙL-6和ΙL-1β)和趨化因子CCL2，TRΙF則誘導(dǎo)產(chǎn)生Ι型干擾素參與ALD的發(fā)生[54]。

4 結(jié)語(yǔ)

ALD是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因，其發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，現(xiàn)有研究指出ALD主要與酒精代謝毒性、免疫異常以及腸道受損等因素有關(guān)，但這些因素并非完全獨(dú)立的二是相互影響，相互促進(jìn)，形成損傷肝臟的惡性循環(huán)。此外，最近的研究表明其他器官，包括脂肪組織和腸道等也都參與了ALD的炎癥和損傷。目前，盡管科學(xué)界對(duì)ALD十分重視并進(jìn)行了深入研究，但實(shí)際上還有許多問(wèn)題有待解決，如何在早期發(fā)現(xiàn)并界定ALD？此外，目前對(duì)于ALD治療方案很多，如戒酒、肝移植、固醇激素治療、有益菌移植等，這些治療方法及療效一直存在爭(zhēng)議，國(guó)際上也缺乏公認(rèn)的治療方案[55]，因此，廣大臨床及科研工作者必須更好的認(rèn)識(shí)和研究ALD的發(fā)生與發(fā)展，借此確定正確的臨床治療方法。