硫辛酸在防治肝臟疾病中的作用及其機(jī)制研究

宗藝璇,丁雅雪,龍濤,張慧丹,孟璐,丁啟龍

(中國藥科大學(xué)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江蘇 南京 211198)

硫辛酸(lipoic acid,LA)是一種雙硫化合物，可發(fā)揮輔酶的作用參與機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)代謝。由于LA的化學(xué)結(jié)構(gòu)包含一個雙硫五元環(huán)，它的電子密度很高，親電子性好，能幫助機(jī)體清除損害細(xì)胞、組織和器官的自由基。此外，LA結(jié)構(gòu)中的巰基很容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，它可以保護(hù)巰基酶免受重金屬離子的毒害。 LA在自然界分布廣泛，菠菜和西蘭花等多葉綠色蔬菜中的硫辛酸含量最高，水果和酵母中也含有豐富的LA， LA可在肝臟中合成，其進(jìn)入機(jī)體后易被還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)還原成雙氫硫辛酸(dihydrolipoic acid,DHLA)，二者均可以促進(jìn)維生素C和維生素E的再生，增加谷胱甘肽(GSH)的含量[1]，維持機(jī)體的氧化還原平衡。本文綜述了硫辛酸在防治肝損傷中的作用及干預(yù)機(jī)制，為硫辛酸的臨床應(yīng)用提供新的思路。

1 硫辛酸在肝臟疾病中治療機(jī)制

肝臟是負(fù)責(zé)新陳代謝的重要器官，擔(dān)負(fù)著解毒、代謝、分泌等重要生理功能，外來或人體自身產(chǎn)生的有毒物質(zhì)均要在肝臟中被轉(zhuǎn)化為無毒或溶解性高的物質(zhì)排出體外，因此肝臟極易受到損傷。

1.1 抗氧化應(yīng)激作用 活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)是含氧的化學(xué)反應(yīng)性物質(zhì)，包括超氧陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2)、羥自由基(OH-)、臭氧(O3)和單線態(tài)氧(1O2)等[2]，由于它們含有不成對的電子，因而具有很高的化學(xué)反應(yīng)活性。ROS最主要來源于線粒體氧化呼吸鏈，其在維持機(jī)體穩(wěn)定方面發(fā)揮重要作用。病理狀態(tài)下，ROS生成異常，過量的ROS對DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等機(jī)體內(nèi)重要的營養(yǎng)物質(zhì)造成損傷[3]，導(dǎo)致機(jī)體的氧化-抗氧化平衡失調(diào)，ROS可破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化，直接或間接地誘發(fā)細(xì)胞死亡，誘導(dǎo)各種疾病的發(fā)生。體內(nèi)存在的抗氧化系統(tǒng)包括氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)、維生素C、維生素E、尿酸、膽紅素、鐵蛋白、谷胱甘肽(GSH)等[4]。它們可直接或間接捕獲并中和過量的ROS，維持機(jī)體的氧化還原平衡。

硫辛酸是一種天然抗氧化劑，其具有良好的脂溶性和水溶性，因此可以被細(xì)胞迅速吸收，快速利用。核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)在細(xì)胞氧化應(yīng)激發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，其激活許多抗氧化酶的表達(dá)。LA可以促進(jìn)Nrf2轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核，與啟動子區(qū)域中的抗氧化反應(yīng)元件(AREs)結(jié)合，調(diào)節(jié)抗氧化酶的水平，維持肝細(xì)胞正常的氧化還原狀態(tài)[5]。在大鼠煙霧肝損傷模型中，LA可以提高抗氧化酶SOD、CAT的活性，從而發(fā)揮肝臟保護(hù)作用[6]。LA可提高體內(nèi)GSH的水平，研究表明LA在體內(nèi)被還原成DHLA，后者能還原胱氨酸為半胱氨酸，促進(jìn)GSH的再生[7]。在卵巢切除引起的更年期大鼠模型中，飲食中補(bǔ)充LA可以恢復(fù)肝臟中SOD和GSH-Px的活性，減少蛋白質(zhì)的氧化損傷[8]。此外LA還可以降低亞硝酸鹽和硝酸鹽水平，發(fā)揮抗氧化應(yīng)激的作用。

1.2 抗炎作用 機(jī)體免疫系統(tǒng)受到外界環(huán)境侵害時會產(chǎn)生程度不一的炎癥反應(yīng)。脂肪性肝炎(NASH)以及非酒精性脂肪肝(NAFLD)的典型標(biāo)志是炎癥細(xì)胞浸潤。發(fā)生炎癥反應(yīng)時，肝臟內(nèi)的Kupfffer細(xì)胞會激活炎癥相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，從而引起下游IL-6、IL-1β、IL-17A等炎癥因子的大量釋放[10]。在NAFLD大鼠模型中，LA可以提升IL-10/IL-17A的比率，IL-10是常見的抗炎細(xì)胞因子，表明LA可以激活抗炎機(jī)制，對肝細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用[11]。在2型糖尿病大鼠模型中，LA可以抑制大鼠肝臟中NLRP3炎癥小體的激活，并且顯著降低半胱氨酸蛋白酶1(caspase-1)和IL-1β的表達(dá)水平。在NASH中脂肪的過度蓄積產(chǎn)生的脂毒性可進(jìn)一步推動肝臟炎癥的發(fā)展。脂聯(lián)素是膠原蛋白超家族一員，它是一種調(diào)脂蛋白，具有抗炎、促進(jìn)脂肪酸氧化、減少胰島素抵抗等作用，研究表明LA可增加脂肪組織中脂聯(lián)素基因的表達(dá)，發(fā)揮肝臟保護(hù)作用[13]。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是細(xì)胞的重要能量調(diào)節(jié)因子，AMPK對組織炎癥損傷有顯著抑制作用，LA可以激活A(yù)MPK的磷酸化，抑制炎癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，從而改善炎癥反應(yīng)[14]。

1.3 干預(yù)細(xì)胞凋亡 凋亡是由多基因嚴(yán)格控制的細(xì)胞程序性死亡方式，細(xì)胞凋亡在急性肝功能衰竭和肝癌疾病中扮演著至關(guān)重要的角色。研究顯示LA可以誘導(dǎo)肝臟星狀細(xì)胞(HSCs)凋亡，減少膠原纖維等細(xì)胞外基質(zhì)的分泌，從而逆轉(zhuǎn)肝纖維化[15]。線粒體是細(xì)胞凋亡的調(diào)控中心，LA可以激活線粒體相關(guān)動力蛋白1(Drp1)的磷酸化，抑制線粒體裂變，修復(fù)損傷的線粒體[16]。在大鼠急性肝中毒模型中LA可以上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)，并下調(diào)caspase-3以及促凋亡蛋白Bax的表達(dá)，從而緩解順鉑造成的肝損傷[17]。研究表明LA可以保護(hù)正常細(xì)胞，而在癌癥中會引起癌細(xì)胞凋亡，LA可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激從而激活PERK通路，而PERK的激活又促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白GADD153/CHOP的表達(dá)，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡[18]。

1.4 解毒作用 LA具有很強(qiáng)的螯合有毒金屬的能力，最初作為解毒劑發(fā)揮肝臟保護(hù)作用。有毒金屬半衰期長，進(jìn)入機(jī)體后排泄率低，肝臟是機(jī)體負(fù)責(zé)新陳代謝的重要器官，是有毒金屬作用的靶器官。長期接觸有毒金屬如鎘、銅、鉛等會導(dǎo)致肝功能不全，最終發(fā)展為肝衰竭[19]。在對乙酰氨基酚(APAP)誘導(dǎo)的藥源性肝損傷中，過量的APAP在體內(nèi)被細(xì)胞色素P450酶轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)活性的中間代謝產(chǎn)物N-乙酰苯亞胺基醌(NAPQI)，NAPQI可與體內(nèi)的GSH反應(yīng)，消耗體內(nèi)GSH的含量，之后作用于細(xì)胞膜，尤其是與線粒體蛋白中的巰基共價結(jié)合導(dǎo)致線粒體功能障礙[20]。LA可作用于GSH的活性基團(tuán)巰基，阻止GSH在解毒過程中被氧化為氧化性谷胱甘肽(GSSG)，并持續(xù)提高GSH的活性[21]。LA可直接作用于線粒體，它是線粒體能量代謝酶的重要輔助因子。LA可以提高線粒體膜電位，改善線粒體膜通透性，此外LA還可以減輕線粒體膜的脂質(zhì)過氧化，從而逆轉(zhuǎn)砷誘導(dǎo)的線粒體氧化應(yīng)激，降低肝毒性[22]。

1.5 降脂作用 過度飲酒或肥胖引起肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)異常沉積，導(dǎo)致肝脂肪變性，最終影響肝的正常生理功能。近期，有學(xué)者稱長期補(bǔ)充LA可以抑制脂肪酸和甘油三酯(TG)的合成，從而降低體脂含量，減輕體重。研究顯示LA通過激活A(yù)MPK的磷酸化，增加能量消耗，發(fā)揮降脂作用[23]。此外LA還可以激活mTOR通路促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成[24]。過氧化物酶體增殖劑激活受體-γ(PPAR-γ)是參與脂肪酸代謝的重要轉(zhuǎn)錄因子，它可以促進(jìn)脂肪酸的降解，減少脂肪的沉積，LA可以提高PPAR-γ的活性，降低肝臟和血漿中TG和游離脂肪酸的含量，從而逆轉(zhuǎn)脂肪肝的進(jìn)展[25]。

2 硫辛酸在肝臟疾病中的應(yīng)用

LA是一種功能強(qiáng)大的線粒體輔酶，在市場中有許多口服形式的補(bǔ)劑，其在各種疾病的防治中發(fā)揮關(guān)鍵作用。LA兼具的脂溶性和水溶性，使得它可以滲透到機(jī)體的各個部位發(fā)揮保護(hù)作用，并從多方面應(yīng)用于肝臟疾病的防治。

2.1 硫辛酸與肝纖維化和肝硬化 肝纖維化是由于各種損傷因素導(dǎo)致的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)異常沉積的慢性病理過程，不及時防治可進(jìn)一步發(fā)展為肝硬化。轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β)、血小板衍生生長因子(PDGF)、Toll樣受體4(TLR-4)等促纖維化因子在肝纖維化發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在CCl4誘導(dǎo)的大鼠肝硬化模型中，LA可以改善肝臟的組織病理學(xué)損傷，上調(diào)可以水解ECM蛋白的基質(zhì)金屬蛋白酶13(MMP-13)的表達(dá)，從而減少膠原蛋白的沉積[26]，肝星狀細(xì)胞(HSCs)是肝臟中ECM的主要來源，其被促纖維化因子激活后轉(zhuǎn)化為肌成纖維樣細(xì)胞 (MFC)，研究表明LA對HSCs的激活有抑制作用，LA可以抑制TGF-β/Smad3通路的激活，繼而通過調(diào)節(jié)HSCs的自噬緩解肝纖維化的進(jìn)展[27]。在硫代乙酰胺(TAA)中毒誘發(fā)的大鼠肝纖維化中，LA提高了肝中的抗氧化劑的水平，改善了脂質(zhì)過氧化，并與水飛薊素相比可以更好地恢復(fù)肝臟的正常結(jié)構(gòu)[28]。

2.2 硫辛酸與肝癌 肝細(xì)胞癌屬于惡性腫瘤疾病，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，是病毒性肝炎、脂肪肝、肝纖維化、肝硬化等肝臟疾病發(fā)展的終末階段。近年來，抗氧化藥物在肝癌疾病的治療中發(fā)揮重要的輔助作用。LA具有強(qiáng)大的抗氧化功效，可清除自由基，維護(hù)正常基因的表達(dá)，它作為線粒體中的重要輔酶，參與細(xì)胞能量代謝，促進(jìn)細(xì)胞中ATP的釋放，從而保護(hù)正常細(xì)胞的生存微環(huán)境[29]。由于癌細(xì)胞普遍是厭氧性的，它們主要通過糖酵解提供自身能量需求，癌細(xì)胞中丙酮酸脫氫酶激酶(PDKs)的水平較正常細(xì)胞高，LA可以抑制PDKs的活性，逆轉(zhuǎn)癌細(xì)胞的糖酵解過程從而促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡[30]。生長因子受體結(jié)合蛋白2(Grb2)是信號通路中廣泛存在的連接蛋白，其異常表達(dá)與腫瘤的發(fā)展密切相關(guān)，Grb2介導(dǎo)Ras-MAPK和PI3K-Akt信號通路的激活，并導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)控失去控制，促進(jìn)了癌細(xì)胞的增殖和遷移。LA可以下調(diào)Grb2的表達(dá)，抑制HepG2肝癌細(xì)胞的增殖，從而發(fā)揮良好的抗癌效果。

2.3 硫辛酸與酒精性肝病 長期大量酗酒會誘發(fā)酒精性肝病(ALD)，起初表現(xiàn)為脂肪肝，繼而可發(fā)展成為肝纖維化、肝硬化，嚴(yán)重影響肝臟的正常生理功能。嚴(yán)重酗酒可誘導(dǎo)廣泛性肝細(xì)胞壞死，最終導(dǎo)致肝衰竭。酒精進(jìn)入肝內(nèi)被乙醇脫氫酶氧化為乙醛，乙醛具有致癌性，毒性遠(yuǎn)高于乙醇[32]。乙醛隨后在乙醛脫氫酶(ALDH)的作用下轉(zhuǎn)化為無毒的乙酸排出體外。當(dāng)人體缺乏ALDH時，飲酒會引起強(qiáng)烈的不適并造成肝損傷。LA的還原形式DHLA可以使肝中ALDH的活性提升34%，并且在雙硫侖誘導(dǎo)的大鼠酒精中毒模型中，LA可以競爭性結(jié)合雙硫侖，保護(hù)ALDH免受雙硫侖的抑制作用，從而緩解酒精肝毒性[33]。LA還可以減弱酒精誘導(dǎo)的心律失常和心血管障礙并降低實(shí)驗(yàn)動物的死亡率[34]。在阿爾茨海默病患者中，LA可以提升腦部ALDH的含量，并加速清除腦內(nèi)甲醛的水平降低其毒性作用。

2.4 硫辛酸與2型糖尿病 2型糖尿病(T2DM)與肝功能損傷密切相關(guān)，肝臟是參與機(jī)體血糖儲存、調(diào)控、分布的重要器官。當(dāng)血糖升高時，肝會通過糖異生合成糖原，儲存在體內(nèi)，此外肝還可以將多余的糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，供機(jī)體補(bǔ)充能量，T2DM是典型的肝臟血糖調(diào)節(jié)功能紊亂疾病。細(xì)胞對血糖的攝取需要借助細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)，LA可以增加大鼠肝細(xì)胞中GLUT-4的表達(dá)，促進(jìn)肝臟對葡萄糖的攝取[36]，LA還可以逆轉(zhuǎn)ROS誘導(dǎo)的胰島β細(xì)胞的凋亡，從而發(fā)揮降低血糖的作用[37]。臨床研究顯示，二甲雙胍合并LA用藥可以顯著提高胰島素的敏感性，降低空腹血糖，改善胰島素抵抗(IR)。LA的抗氧化應(yīng)激作用可以逆轉(zhuǎn)由ROS和炎癥引起的內(nèi)皮功能紊亂(ED)，從而緩解T2DM的血管并發(fā)癥[38]。

3 結(jié)論

LA作為一種多功能抗氧化劑，兼具良好的脂溶性和水溶性，可以擴(kuò)散到身體的不同部位發(fā)揮作用， LA通過其抗氧化應(yīng)激、抗炎、降脂、抗衰老等功能，在脂肪肝、肝硬化、肝癌、肝中毒等肝臟疾病中發(fā)揮良好的治療效果。近年來，LA作為一種天然的營養(yǎng)補(bǔ)劑受到消費(fèi)者廣泛關(guān)注，其不良反應(yīng)小，副作用低、安全有效，被應(yīng)用到越來越多的疾病防治中。綜上所述，LA全方位的治療效果在肝臟疾病的防治中發(fā)揮關(guān)鍵作用。