酒精代謝的損傷防護(hù)和動物模型研究進(jìn)展

馮楊夢曉,德央,任青兮,周志磊,姬中偉,羅桑江才,松桂花,毛健*

1(江南大學(xué) 糧食發(fā)酵與食品生物制造國家工程研究中心,江蘇 無錫,214122)2(西藏藏醫(yī)藥大學(xué) 藏藥系,西藏 拉薩,850000)

我國是世界酒精飲料的生產(chǎn)和消費大國。據(jù)中國酒業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,2021年我國釀酒行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)累計完成產(chǎn)品銷售收入8 686.7億元,進(jìn)口酒總額達(dá)到54.9億美元(約合人民幣347億元),加上規(guī)模以下酒企的產(chǎn)品銷售收入,從零售端預(yù)估,中國酒水消費市場規(guī)模至少為萬億元。盡管這是一個巨大的經(jīng)濟(jì)機(jī)會,但隨之而來的健康風(fēng)險也在增加,并對醫(yī)療保健系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)。在全球范圍內(nèi),大約有20億人飲用酒精飲料,其日益增長的消費和相關(guān)的健康風(fēng)險是世界衛(wèi)生組織非常關(guān)注的問題[1]。

酒精在進(jìn)入人體后會被迅速吸收,并聚集于血液和各組織中(尤其是腦組織,其酒精濃度是血液的約10倍),僅有極少量酒精能夠直接排出體外,大部分仍然需要通過肝臟代謝[2-3]。酒精作為一種非特異性的中樞神經(jīng)抑制劑,會造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮和抑制,從而改變飲酒者的行為。當(dāng)飲酒者飲入少量酒精時,會刺激飲酒者產(chǎn)生愉悅感;但隨著酒精攝入量的增大,飲酒者的思維會變得遲鈍,無法控制自己的身體。長期飲酒會誘發(fā)多種疾病,因此探索減輕酒精損傷的生物學(xué)機(jī)制和途徑是必要的。

本文圍繞酒精在人體吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、排泄和分解的具體過程,分析了酒精在機(jī)體引起的主要損傷以及減輕酒精傷害的作用機(jī)理,綜述了各類有減少酒精損傷同時加速醒酒作用的活性物質(zhì)。此外,對目前研究者使用頻率較多的酒精代謝動物模型進(jìn)行了介紹,包括模式動物的選擇、造模方法的優(yōu)化、動物行為學(xué)的研究以及早期生物標(biāo)志物的識別等。本項工作旨在理解酒精介導(dǎo)相關(guān)疾病發(fā)生和發(fā)展的作用機(jī)制和風(fēng)險因素的基礎(chǔ)上,為新型低醉酒、低損傷、代謝快的解酒保肝類產(chǎn)品開發(fā)提供新思路。

1 酒精的體內(nèi)代謝過程

1.1 酒精在體內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、排泄和分解

乙醇分子質(zhì)量小,同時具備親水性和親脂性,被人體攝入后可快速通過簡單擴(kuò)散和易化擴(kuò)散兩種方式順著濃度梯度直接穿過細(xì)胞膜進(jìn)入血液系統(tǒng),這是一種被動擴(kuò)散過程,不需要消耗能量,只要膜兩側(cè)存在濃度差就可以持續(xù)進(jìn)行下去[4]。因此,酒精飲料在口腔的短暫停留即可突破口腔黏膜表面被微量吸收快速進(jìn)入血液。此外,胃黏膜會進(jìn)一步吸收10%～20%的酒精,其余絕大部分被胃液稀釋到體積分?jǐn)?shù)5%左右的酒精濃度,然后進(jìn)入小腸被快速吸收。乙醇分子主要通過門靜脈轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟,并通過肝靜脈到達(dá)心臟,然后進(jìn)入肺部,再返回心臟,最后被泵入整個體循環(huán)。肝臟是負(fù)責(zé)代謝攝入酒精的主要器官,超過90%酒精經(jīng)過肝臟氧化代謝后排出,少量是在肝外組織(如大腦等)通過細(xì)胞色素P450和過氧化氫酶(catalase,CAT)代謝,剩余小部分不被吸收直接經(jīng)腎以尿液排出、經(jīng)肺從呼吸道呼出或經(jīng)皮膚汗腺蒸發(fā)排出[5]。

酒精在體內(nèi)的代謝分為氧化途徑和非氧化途徑(圖1)。氧化途徑是酒精代謝的主要方式,依賴于以下3種酶系:①細(xì)胞質(zhì)中乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase,ADH);②內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中微粒體乙醇氧化系統(tǒng)(microsomal ethanol oxidizing system,MEOS);③過氧化物酶體中CAT。3條氧化途徑主要區(qū)別在于參與乙醇氧化成乙醛的酶不同,而之后乙醛氧化為乙酸的過程是相同的[6]。ADH由多種同工酶組成,是肝臟中催化酒精氧化代謝的主要酶系,大約80%的乙醇通過此途徑轉(zhuǎn)化為乙醛,然后在乙醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase,ALDH)作用下進(jìn)一步氧化為乙酸,活化成乙酰輔酶A,進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化分解為CO2和H2O排出體外,并釋放大量能量[7]。MEOS主要包含細(xì)胞色素P450同工酶CYP2E1、CYP1A2和CYP3A4,其Km值(米氏常數(shù))明顯高于I型ADH酶系[8],因此MEOS途徑通常在高血液酒精濃度(blood alcohol concentration,BAC)和長期慢性飲酒(幾周或幾個月)時發(fā)揮有效作用[9]。CAT通路是乙醇氧化的另一個輔助途徑,能夠在H2O2生成系統(tǒng)存在的情況下介導(dǎo)酒精代謝,是大腦中乙醇氧化代謝的核心途徑,同時在重度酒精消費者中發(fā)揮重要作用[6, 10]。非氧化途徑是酒精代謝的次要方式,依賴于2種酯化酶:①脂肪酸乙酯合酶;②磷脂酶D。2條非氧化途徑的區(qū)別在于前者催化乙醇與脂肪酸作用形成脂肪酸乙酯,后者催化乙醇與磷脂酰膽堿作用生成磷脂酰乙醇[11]。整體來講,酒精代謝的氧化和非氧化途徑是相互關(guān)聯(lián)的,抑制ADH、MEOS和CAT降低酒精的氧化代謝會導(dǎo)致酒精的非氧化代謝增加以及肝臟和胰腺中脂肪酸乙酯增加。酒精代謝主要受環(huán)境因素(如飲食情況、酒精濃度、飲酒量等)和個體差異(如性別、年齡、遺傳、種族、煙酒嗜好、營養(yǎng)狀況等)影響[12]。

1.2 酒精攝入對人體健康的不利影響

研究顯示,酒精及其氧化代謝產(chǎn)生的乙醛和自由基等中間產(chǎn)物是影響人體健康的主要風(fēng)險因子,它們以多種方式協(xié)同誘導(dǎo)細(xì)胞和組織損傷[6,12]。酒精非氧化代謝途徑占比很少,非氧化代謝產(chǎn)物引起組織損傷的潛在病理和診斷相關(guān)性還需要進(jìn)一步評估[6]。

酒精在胃中停留時以濃度依賴性方式誘導(dǎo)胃上皮細(xì)胞快速死亡,激活壞死性凋亡途徑中關(guān)鍵介質(zhì)的磷酸化[13],通過激活胃黏膜肥大細(xì)胞,使其釋放組胺、血小板激活因子、白三烯、內(nèi)皮素及各種超氧化物[14]。這些物質(zhì)可通過增加胃黏膜的通透性使胃黏膜屏障受損,導(dǎo)致胃黏膜損傷。此外,慢性酒精暴露導(dǎo)致腺泡細(xì)胞的消化酶和溶酶體酶水平顯著升高,與此同時含有這些酶的細(xì)胞器穩(wěn)定性下降。這些變化增加了消化酶和溶酶體酶之間接觸的可能性。在適當(dāng)觸發(fā)因子存在的情況下,可過早激活細(xì)胞內(nèi)的消化酶,從而導(dǎo)致胰腺炎[15]。

乙醛作為乙醇的中間代謝產(chǎn)物已被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer,IARC)列為人類I類致癌物質(zhì)。乙醛可使肝細(xì)胞內(nèi)線粒體受損,分解脂肪酸的功能下降,伴隨飲酒時進(jìn)食的過量脂類物質(zhì),造成脂肪在肝細(xì)胞內(nèi)蓄積,引起肝細(xì)胞脂肪變性,嚴(yán)重時會發(fā)生脂肪肝。乙醛還可與蛋白質(zhì)結(jié)合形成乙醛復(fù)合體,使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)發(fā)生錯誤折疊,引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能紊亂[16]。此外,乙醛的積累會進(jìn)一步導(dǎo)致心律失常、惡心、焦慮和面部潮紅等體征,刺激纖維生成和誘導(dǎo)免疫應(yīng)答,使得肝細(xì)胞再度受損[17]。研究證明,乙醛對腦神經(jīng)組織和胰腺腺泡細(xì)胞具有直接毒性[18]。乙醛代謝時所需的酶類是腦內(nèi)正常氨類神經(jīng)介質(zhì)合成時所需的酶,因而乙醛代謝競爭性地抑制了腦內(nèi)正常神經(jīng)介質(zhì)的形成。因此,飲酒過量引起的酒精性昏迷實際上是一種興奮性神經(jīng)介質(zhì)被抑制的現(xiàn)象。長期過量飲酒會導(dǎo)致大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)(如大腦皮層、海馬體和小腦)發(fā)生持久性或不可逆性改變,包括因神經(jīng)元丟失而造成的皮質(zhì)和白質(zhì)萎縮、腦室擴(kuò)大、樹突和突觸等部位的神經(jīng)遞質(zhì)和受體數(shù)量改變等,這些變化將導(dǎo)致酒精性精神障礙、大腦萎縮、智力減退等現(xiàn)象[19]。

乙醇代謝為乙醛的過程中通過CYP2E1產(chǎn)生許多活性氧(reactive oxygen species,ROS),例如乙氧基自由基、羥乙基自由基、超氧自由基、H2O2、羥基自由基和過氧自由基等[20]。部分在胃中代謝產(chǎn)生的自由基自身會直接損傷胃黏膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞,還可促使巨噬細(xì)胞和多核白細(xì)胞吸附在內(nèi)皮細(xì)胞表面,引起血漿滲出和出血,造成胃黏膜損傷[21]。肝組織內(nèi)的自由基能直接與乙醇結(jié)合生成羥乙基自由基,羥乙基自由基可攻擊甲硫氨酸和半胱氨酸等含硫氨基酸,引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變從而影響其功能,最終導(dǎo)致肝臟部分代謝酶系活性降低以及功能性糖蛋白失效[22]。此外,羥乙基自由基也能競爭性結(jié)合谷胱甘肽形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,從而降低肝臟對自由基和氧化應(yīng)激的自我防御能力[23]。過量累積的自由基也會導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)過氧化,破壞肝細(xì)胞通透性,引起肝細(xì)胞的病變和凋亡[17]。

1.3 酒精代謝的損傷防護(hù)機(jī)理

1.3.1 通過加強(qiáng)乙醇在胃腸道的首過消除(first pass metabolism,FPM)減少酒精在肝臟的含量

胃腸道黏膜中存在多種ADH,比如ADH7,該酶參與酒精的代謝,反應(yīng)與肝臟中類似[24],所以酒精入口后,少部分會在尚未被吸收進(jìn)入血液循環(huán)之前經(jīng)消化道在胃內(nèi)被氧化代謝,這一現(xiàn)象被稱為乙醇的FPM[25]。FPM可以減少進(jìn)入血液循環(huán)的酒精量,同時酒精在胃中的吸收速度明顯比在小腸中慢,可以一定程度上減少有害物質(zhì)如乙醛的堆積。因此,任何能夠增加胃中酒精滯留時間和增加ADH7活性的食物都能夠在降低酒精吸收量的同時增加酒精在肝外的代謝,從而減少對肝臟的損傷[26]。

在飽腹?fàn)顟B(tài)下,將胃和小腸分開的幽門括約肌會關(guān)閉,相比于空腹喝酒,只有1/4左右的酒精會進(jìn)入肝臟。因此,在喝酒前攝入一些食物能夠增加酒精在胃中的滯留時間和代謝,減少在肝臟中的代謝。另外,還可以通過抑制消化道對乙醇的吸收,加強(qiáng)乙醇在胃腸道的FPM,減少進(jìn)入肝臟的酒精含量。長時間攝入乙醇會導(dǎo)致胃腸道組織中ADH活性下降,因此提高機(jī)體胃組織中ADH活性可以減少機(jī)體對乙醇的生物利用度,加強(qiáng)FPM,緩解乙醇對肝臟和大腦等重要組織器官的毒害作用[27]。

1.3.2 通過與酒精代謝過程中產(chǎn)生的醛類結(jié)合而減少對肝臟的損傷

某些物質(zhì)(如一些小肽)可以在乙醛與細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)合之前優(yōu)先與乙醛發(fā)生反應(yīng),減少因乙醛與細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)合而導(dǎo)致的蛋白質(zhì)功能紊亂和誘導(dǎo)免疫應(yīng)答,從而減少器官和組織損傷[28]。此外,肝臟中ADH和ALDH活力水平是人體乙醇代謝的關(guān)鍵。提高其活性可加速乙醇在體內(nèi)的代謝,降低中間代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的細(xì)胞毒性,減輕乙醇對肝的毒性[29]。

1.3.3 通過提高體內(nèi)多種抗氧化酶含量來清除酒精代謝產(chǎn)生的過剩自由基

人體內(nèi)抗氧化酶主要分為三大類:超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、CAT和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)。SOD是生物體內(nèi)最重要的自由基清除劑,可以維持機(jī)體代謝平衡,其主要作用途徑是催化超氧陰離子自由基歧化為H2O2和O2,減少細(xì)胞損傷[30]。CAT本質(zhì)為一類氧化還原酶,具有強(qiáng)烈的抗氧化性,可增強(qiáng)機(jī)體對H2O2的抑制,使其快速分解,減少有害物質(zhì)丙二醛的含量[31]。同時,CAT還可作為ROS清除劑,減少腸黏膜ROS數(shù)量,調(diào)控腸道健康[32]。GPx是體內(nèi)主要的硒蛋白,有助于控制炎癥部位自由基的過度產(chǎn)生,維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài),并表現(xiàn)出抗氧化活性[33]。有研究表明,當(dāng)小鼠肝臟中的硒依賴型谷胱甘肽過氧化物酶(selenium-dependent glutathione peroxidase,Se-GPx)活性增加時,抗氧化系統(tǒng)減輕損傷的能力隨后增強(qiáng)[34]。

2 酒精代謝的損傷防護(hù)物質(zhì)

2.1 天然活性成分

目前治療酒精性肝病研究最多的是天然活性成分,主要包括:動植物中提取的多肽、植物中的有效活性成分和中草藥提取物等。

1997年,YAMAGUCHI等[35]首次報道了玉米肽在加速酒精代謝和預(yù)防酒精性肝損傷方面的能力。經(jīng)多項實驗發(fā)現(xiàn),玉米肽可能主要通過激活酒代謝相關(guān)酶系、為酒精代謝提供充足的NAD+和競爭性與乙醛結(jié)合3種途徑共同起作用。①激活乙醇代謝相關(guān)酶系:將玉米肽分別應(yīng)用于原發(fā)性高血壓大鼠和肥胖病人中,發(fā)現(xiàn)兩者血液中乙醇及其氧化產(chǎn)物乙醛的含量明顯降低(P<0.01),說明玉米肽可以通過激活A(yù)DH活性而促進(jìn)酒精代謝,進(jìn)而拮抗酒精對肝臟的損傷。其機(jī)理可能是玉米肽誘導(dǎo)ADH的三級或四級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使ADH能迅速適應(yīng)底物的進(jìn)入以促進(jìn)乙醇與ADH活性位點的結(jié)合,從而加速酒精代謝[28]。②為乙醇代謝提供充足的NAD+:與其他寡肽(小麥肽和豌豆肽)相比,玉米肽的攝入使血液中丙氨酸和亮氨酸含量顯著升高(P<0.01),為乙醇氧化過程提供充足的NAD+。③競爭性與乙醛結(jié)合:玉米肽的分子質(zhì)量小于細(xì)胞蛋白的分子質(zhì)量,并且玉米肽中游離氨基比細(xì)胞蛋白多。因此,另一個可能的原因是玉米肽競爭性結(jié)合乙醇代謝產(chǎn)生的醛,從而減少乙醛與細(xì)胞蛋白的結(jié)合,起到保護(hù)肝臟的作用。此外,從其他植物中提取的多肽,如鷹嘴豆肽[36]、核桃肽[37]和越南油茶肽[38]等也具有一定程度上減少酒精損傷,促進(jìn)醒酒的作用。與植物相比,動物的蛋白質(zhì)含量更高,更易通過水解來獲得具有不同活性的多肽,如雞肉肽[39]、蛤蜊肽[40]和東海烏參肽[41]等都被證明有醒酒護(hù)肝的效果。

葛根具有明確的解酒保肝效果,也是目前解酒保肝研究最多的藥材[42]。葛根中主要起作用的物質(zhì)是異黃酮,包括葛根素和大豆苷元[43]。葛根進(jìn)入人體后,可使乙醇代謝中起主要作用的ADH活性升高[44]。另有研究表明,葛根素和大豆苷元通過抑制消化道對乙醇的吸收延遲胃排空,加強(qiáng)了乙醇在胃腸道的FPM,降低血液乙醇濃度,從而延長醉酒小鼠的醉酒潛伏期,并縮短醒酒時間[45]。并且大豆苷元不僅具有分解乙醛的功能,還有減弱酒精對大腦抑制的功能[46]。其他一些活性成分(如魔芋葡甘聚糖[47]、香芹酚[48]和葉黃素[49]等)也表現(xiàn)出緩解酒精肝損傷和加速醒酒的功能。

有些草藥提取物可以緩解常見的醉酒癥狀,如茯苓、柑橘、枸杞、人參和水飛薊等[12]。杜仲草提取物顯示出清除自由基、抗宿醉特性和保護(hù)肝臟的作用,可能是因為其含有雜多糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖[50];一些植物配方通過使用富含多糖的混合物來減少碳水化合物的消耗,如刺五加提取物對酒精誘導(dǎo)的低血糖和炎癥反應(yīng)有抑制作用[51];青蒿素是一種從黃花蒿提取物中得到的半合成藥物,已證明對肝損傷和慢性酒精中毒具有保護(hù)作用,它可以抑制壞死因子的激活和炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)[52]。

2.2 微生物

目前微生物及其代謝產(chǎn)物療法也是改善酒精性肝損傷的熱門方案,包括益生菌、益生元、合生元及后生元等。它們的使用能不同程度改善有益微生物菌群數(shù)量、調(diào)節(jié)腸道菌群比例、增強(qiáng)腸道黏膜完整性和抑制有害微生物產(chǎn)生酒精等,從而發(fā)揮保腸護(hù)肝的作用[53]。研究表明,使用艾克曼嗜黏蛋白菌(Akkermansiamuciniphila)和鼠李糖乳酸桿菌GG株(LactobacillusrhamnosusGG)能提高腸道屏障功能,降低炎癥反應(yīng),改善酒精性肝損傷[54]。兩歧雙歧桿菌(Bifidobacteriumbifidum)和植物乳桿菌8PA3(Lactobacillusplantarum8PA3)治療也可以改善患者肝損傷水平[55]。春港乳球菌(Lactococcuschungangensis)是乳制品中常用的發(fā)酵劑,與其他乳球菌相比,用春港乳球菌CAU 28T生產(chǎn)的奶油奶酪樣品顯示出最高的ALDH活性,并且能降低小鼠血清中的乙醛水平[56]。

2.3 維生素和礦物離子

多項研究表明,煙酸和鋅在酒精代謝中起重要作用[57]。研究人員分析了23名參加自然宿醉研究的健康飲酒者的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)飲食中攝入的煙酸和鋅含量與宿醉程度呈負(fù)相關(guān),即飲酒者攝入較高的煙酸和鋅,其嚴(yán)重宿醉的程度明顯較輕[58]。在探討維生素D缺乏與酒精性肝病的相關(guān)性實驗中發(fā)現(xiàn)維生素D缺乏和不足的群體發(fā)生酒精性肝炎和酒精性肝硬化的例數(shù)明顯增加[59]。也有文獻(xiàn)報道顯示口服維生素B6顯著減少了宿醉癥狀的數(shù)量[60]。

有研究發(fā)現(xiàn),各種礦物質(zhì),包括硒、鋅、銅、釩、鐵和鎂,可能對酒精代謝和谷氨酸活性有直接影響,或者可能通過其抗氧化和抗炎特性影響酒精宿醉的嚴(yán)重程度[61]。

3 酒精代謝動物模型

3.1 模式生物

目前,實驗室中經(jīng)常使用的動物物種(模式生物)包括:嚙齒動物(小鼠和大鼠)、斑馬魚、豬、恒河猴、豚鼠等。最常用的是嚙齒類動物模型,小鼠不同的品系有很大差異,比如C57BL/6J小鼠就因為其高度嗜酒的天性而常被用于酒精成癮的相關(guān)研究[62]。Wistar大鼠具備繁殖快、易飼養(yǎng)等特點,也常用于酒精飲用動物造模研究。斑馬魚是一種小型(3～4 cm長)淡水硬骨魚,與人類基因同源性高達(dá)87%。斑馬魚多用于飲酒后行為學(xué)觀察,使用計算機(jī)化的視頻跟蹤可以分析斑馬魚的游泳路徑、游泳速度以及游泳姿勢等[63]。但是由于斑馬魚體型較小,不易解剖,血量較少,因而測量其醉酒相關(guān)理化指標(biāo)有一定難度。此外,豬、比格犬、猴子等大型動物雖然可以實現(xiàn)連續(xù)取血,但是在實驗室飼養(yǎng)有一定難度且造價成本較高。

常用嚙齒類酒精飲用動物模型的造模方法有酒精流質(zhì)食物暴露模型、酒精灌胃模型、單瓶強(qiáng)制飲酒實驗?zāi)Ｐ秃碗p瓶自由選擇實驗?zāi)Ｐ偷?。酒精流質(zhì)食物暴露模型是把包含一定酒精成分的流質(zhì)飼料作為動物的唯一食物,可造成較好的酒精攝入水平,使大鼠達(dá)到低至中度的BAC水平[64]。該模型的優(yōu)點是操作簡單,流質(zhì)飼料既可自主飲用又可灌胃,缺點是不能保證動物達(dá)到醉酒狀態(tài)且BAC難以維持穩(wěn)定[65]。酒精灌胃模型是指采用灌胃針通過食管將酒精灌入動物胃中[66]。該模型優(yōu)點是可以精確控制給予動物的酒精劑量和達(dá)到的BAC,缺點是構(gòu)建方法具有侵入性,且打破了動物飲酒的自主性[67]。單瓶強(qiáng)制飲酒實驗是僅允許動物飲用單一酒精溶液,旨在通過禁水而促進(jìn)動物對酒精的攝入,但因其不能模擬人類飲酒的自主選擇性,制約了其在酒精成癮及相關(guān)中樞機(jī)制研究中的應(yīng)用[68]。雙瓶自由選擇實驗是目前國際最常用的自主酒精飲用動物模型,實驗中同時給予動物酒精溶液和水。與單瓶強(qiáng)制飲酒實驗相比,雙瓶自由選擇實驗?zāi)芨玫啬M人類飲酒習(xí)慣[69]。斑馬魚等魚類模型采用的是將酒精稀釋為一定度數(shù)的養(yǎng)魚水,通過酒精暴露實施給藥。實驗證明斑馬魚在低濃度酒精(≤1%,體積分?jǐn)?shù),下同)暴露下呈現(xiàn)興奮狀態(tài),表現(xiàn)為游動速度加快、在魚缸上層游動頻率增多和與同伴互動次數(shù)增加等;而在高濃度酒精(≥1.5%)暴露下呈現(xiàn)抑制活動的狀態(tài),表現(xiàn)為游動速度減慢甚至靜止、在魚缸下層游動頻率增多和與同伴互動次數(shù)減少等[70]。豬、比格犬、猴子等大型動物一般采用灌胃、和水混合飲用以及混合在食物中進(jìn)食等方法[71]。此外,調(diào)查總結(jié)了近10年酒精損傷相關(guān)動物模型的優(yōu)缺點以及相關(guān)應(yīng)用,如表1所示。

表1 近10年酒精代謝相關(guān)動物模型Table 1 Animal models related to alcohol metabolism in recent decade

3.2 動物體內(nèi)酒精代謝關(guān)鍵生物標(biāo)志物分析

酒精代謝的關(guān)鍵生物標(biāo)志物分為:乙醇代謝酶系、血清肝功能酶系、氧化應(yīng)激標(biāo)志物和炎癥因子等幾類。

①乙醇代謝酶系:ADH和ALDH是乙醇代謝的關(guān)鍵酶,能反應(yīng)酒精在體內(nèi)的代謝速度。②血清肝功能酶系:正常動物谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine aminotransferase,ALT)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase,AST)主要存在于肝臟中,血液中含量較低,當(dāng)過度飲酒或疲勞時,肝細(xì)胞受到損傷可導(dǎo)致這些轉(zhuǎn)氨酶釋放進(jìn)入血液。因此ALT和AST是檢測肝細(xì)胞功能的靈敏指標(biāo)[78]。③氧化應(yīng)激標(biāo)志物:乙醇代謝過程中會產(chǎn)生多余的自由基,而谷胱甘肽作為體內(nèi)最重要的自由基清除劑之一,起到維持氧化平衡的作用。丙二醛的量常?？煞从硻C(jī)體內(nèi)脂質(zhì)過氧化的程度,間接地反映出細(xì)胞損傷的程度。丙二醛的測定常常與SOD的測定相互配合,SOD活力的高低間接反映了機(jī)體清除氧自由基的能力[47]。甘油三酯、血清總膽固醇是血清中主要的脂質(zhì),可以直接反映血脂水平,而酒精代謝會產(chǎn)生更高的NADH/NAD+比率,從而抑制脂肪酸氧化并增強(qiáng)甘油三酯合成,導(dǎo)致脂肪肝[79]。④炎癥因子:健康動物血清中炎癥因子濃度極低,在急/慢性炎癥以及組織損傷時炎癥因子的濃度會迅速上升。因此,炎癥因子可作為炎癥和組織損傷的標(biāo)志物,并在疾病的發(fā)展中起重要調(diào)節(jié)作用。白細(xì)胞介素-6作為肝細(xì)胞刺激因子,在感染或外傷引起的急性炎癥反應(yīng)中誘導(dǎo)反應(yīng)蛋白的合成。過量酒精攝入會誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-10等炎癥介質(zhì)產(chǎn)生,促進(jìn)酒精性肝損傷的發(fā)生和進(jìn)展[80]。

3.3 動物模型的選擇

在選擇一個動物模型進(jìn)行酒精代謝相關(guān)研究時,有許多不同的因素需要考慮。所選擇的動物模型應(yīng)該反映出要回答的具體研究問題。根據(jù)要檢測的內(nèi)容,每個模型都有自己的優(yōu)點和缺點。還應(yīng)考慮動物年齡、給藥途徑、BAC峰值和營養(yǎng)控制。簡單的無脊椎動物和脊椎動物,如秀麗隱桿線蟲、非洲爪蟾和斑馬魚,可以成為在遺傳水平或特定的發(fā)育階段檢查乙醇影響的極好工具。嚙齒動物更常用于轉(zhuǎn)化研究,其中可以檢查治療方法的效果,以便將來在臨床人群中使用。在研究復(fù)雜行為時,非人靈長類動物模型是金標(biāo)準(zhǔn),但由于樣本量小、成本大和時間限制,研究往往受到限制。這時候可以選擇大鼠和斑馬魚等以節(jié)省成本[72]。

4 結(jié)論與展望

我國是釀酒大國,同時也是飲酒大國,酒文化源遠(yuǎn)流長。飲酒已成為數(shù)千年來人類文化的一部分,是一種傳統(tǒng)待客之道,也是社交禮儀的重要組成。了解酒精從入口到吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和排泄的生理過程,明晰其潛在健康風(fēng)險并制定有效預(yù)防策略對酒類行業(yè)發(fā)展以及“健康中國”建設(shè)具有重要意義。目前,ALD是全球慢性肝病的主要原因,并且仍然是全球主要的健康問題。雖然已有很多研究表明一些活性物質(zhì)(如玉米肽、異黃酮和?；撬岬?可以減少肝臟損傷,但內(nèi)在的作用機(jī)制尚不清楚。用于酒精代謝研究的動物模型雖然很多,研究者也開發(fā)出了適應(yīng)不同研究內(nèi)容的造模方法,但是仍有許多不足之處。比如斑馬魚的行為學(xué)研究,現(xiàn)在大部分研究側(cè)重點是斑馬魚在酒精環(huán)境下的恐懼行為改變,而缺乏類似小鼠翻正反射等明確的醉酒/醒酒標(biāo)準(zhǔn)。其次,在動物模型中如何更好地模擬人類飲酒的社會因素,也是一個值得關(guān)注的方面。針對目前市場上各類解酒產(chǎn)品銷售情況來看,除解酒功能需要進(jìn)一步強(qiáng)化之外,適應(yīng)消費者口味也是重要的研究方向之一。此外,醒酒解酒產(chǎn)品藥食不分,市場混亂也是一大問題。天然活性產(chǎn)物是目前研究最多的醒酒功能物質(zhì),并且對長期飲酒造成的肝損傷有緩解效果,消費者也更容易接受。研究者可以圍繞天然活性產(chǎn)物,結(jié)合多種功能物質(zhì),研制出更有效果的低醉酒、低損傷、代謝快的解酒保肝類產(chǎn)品。