脂質過氧化與脂肪肝

 

 

浙江大學醫學院附屬第一醫院消化內科 厲有名

　　脂肪肝是肝臟對各種代謝異常改變產生應激反應引起的肝臟脂肪浸潤。脂類在肝內蓄積超過肝濕重的5％或在組織學上50％以上的肝實質脂肪化時,均可稱為脂肪肝。酒精中毒、肥胖、糖尿病和高脂血癥是脂肪肝的常見原因;另外,小腸分流術后、短期內體重驟減、完全胃腸外營養、接觸工業毒物、銅中毒、胰島素抵抗及營養不良等引起的代謝異常也不少見。脂肪肝的發病機理至今尚未完全明確,主要與脂肪代謝障礙有關。目前研究認為氧應激和脂質過氧化是各種原因引起的脂肪肝形成的共同機制。

　　一、氧應激與脂質過氧化

　　活性氧(reactive oxygen species, ROS)是指還原氧化產生的、并在分子組成上含有氧的一類化學性質非�；顫姷奈镔|總稱,包括自由基和過氧化氫(H₂O₂)。自由基是外層軌道上有單個不配對價電子的原子、原子團和分子的總稱,在生理和病理情況下,體內有多種自由基產生,其中最重要的是由氧誘發產生的自由基,即氧自由基。它包括超氧陰離子(O₂^-)、羥自由基(OH·)、單線態氧(O₂^-)、一氧化氮(NO, 為氣體自由基)、過氧亞硝酸陰離子(OONO^-)及由氧自由基和多聚不飽和脂肪酸作用生成的脂性自由基,如烷自由基(R·)、烷氧基(RO·)、烷過氧基(ROO·)等。H₂O₂是一種氧化作用很強的活性氧。

　　氧應激狀態是指ROS的產生超過抗氧化系統的清除能力或去毒能力,即氧化物和抗氧化物之間的動態平衡失調。在正常狀態下,氧接受4個電子還原成水,正常呼吸狀態下也可發生電子傳導過程中部分電子漏溢而產生超氧陰離子O₂^-。肝細胞存在超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶等酶類抗氧化系統和還原型谷胱甘肽(GSH)及生育酚等非酶類抗氧化物質,可以抵御活性氧所致的細胞損害,因此輕度ROS增加不足于造成DNA和肝細胞損害,這與正常防御機制能與之抗衡,未能足夠啟動脂質過氧化反應有關。線粒體是肝臟脂肪酸β氧化、ATP形成、及ROS形成的主要部位,故是氧應激和ROS產生的最大來源,過多的ROS便可由氧應激而損傷線粒體或導致氧溢出線粒體外。

　　在病理條件下,ROS產生過多或抗氧化系統活性下降,可引發脂質過氧化反應損傷細胞膜使細胞受損。脂質過氧化為氧應激增強后發生的ROS氧化生物膜的過程,即ROS與生物膜的磷脂、酶和膜受體相關的多不飽和脂肪酸的側鏈及核酸等大分子物質起脂質過氧化反應形成脂質過氧化產物(lipid peroxide, LPO)如丙二醛 (malonaldehyde, MDA)和壬烯 (4-hydroxynonenal,HNE),從而使細胞膜的流動性和通透性發生改變,最終導致細胞結構和功能的改變。

　　二、脂肪肝與氧應激

　　早期的脂肪變性的肝臟往往表現為線粒體超結構損害, 呼吸鏈活性下降、合成ATP功能障礙。 乙醇、藥物、飲食含大量多不飽和脂肪酸、細胞內游離脂肪酸增多、肝細胞CYP2E1表達增多、肝內游離鐵增多及胰島素抵抗等均是ROS的產生來源。Yan和Nardo等發現脂肪肝大鼠線粒體超氧陰離子明顯增多,H₂O₂較對照組升高200％。ROS不僅是促進脂肪肝進展的一個扳機,而且是脂肪肝持續病變的原因。ROS可通過傳遞電子直接氧化細胞大分子物質,造成脂質、蛋白質、碳水化合物及核酸等氧化或再氧化損害,破壞細胞功能及完整性。ROS可增加TNFα產物并氧化沉積于肝臟的脂肪。TNFα和脂質過氧化產物可使呼吸鏈的電子流傳遞障礙、引起呼吸鏈成分過渡減少、線粒體ROS形成增多及脂質過氧化增強。酒精、藥物或其他因素可直接增加ROS形成或首先損害呼吸鏈引起繼發性ROS增加形成,而ROS又能誘導抗氧化劑的耗竭從而影響ROS的失活,形成惡性循環。脂肪性肝炎患者ROS水平越高,脂質過氧化水平、細胞因子形成、及纖維化程度也越高。

　　胰島素抵抗能促進肝臟游離脂肪酸的沉積,也可刺激微粒體過氧化酶或直接降低線粒體b氧化而促進氧應激。脂肪肝動物實驗證實CYP2E1抑制劑能減輕肝損害和脂質過氧化的程度,因此,CYP2E1在脂肪肝的發病機制中的作用顯得尤為重要。它能被肝內脂肪酸和酮體誘導生成,并能作用于體內代謝產物和食物中的亞硝氨使之產生自由基。CYP2E1在生理狀體時受胰島素抑制,而脂肪肝患者卻無一例外地升高。脂肪性肝炎的動物模型發現,CYP2E1是微粒體脂質過氧化反應的催化劑,而CYP2E1基因敲除的小鼠中發現CYP4A被誘導出并發揮微粒體脂質過氧化酶的功。編碼肝內過氧化物酶體、微粒體及線粒體脂肪酸代謝酶的基因受過氧化體活化增生物受體(perioxisome proliferator-activated receptor alpha, PPARα)調節轉錄,過氧化體β氧化酶不足是該病的關鍵。PPARα和或過氧化物酶體脂肪乙酰輔酶A氧化酶(peroxisomal fatty acyl-CoA oxidase, AOX )單獨或同時缺乏的小鼠在進食狀態脂肪變性程度最輕,而饑餓狀態卻呈現嚴重的脂肪變性,說明PPARα誘導的脂肪酸氧化在能量相關的應激狀態下決定了脂肪肝的嚴重程度。

　　三、脂肪肝與脂質過氧化

　　持久大量的ROS產生經脂質過氧化這一生化和結構破壞性反應的打擊,形成LPO ,導致脂肪肝發生炎癥、壞死和纖維化。人和動物模型均表明脂質過氧化的程度與脂肪肝的嚴重程度密切相關,脂質過氧化的增強可產生更多的反應性和細胞毒性介質并誘導肝臟發生炎癥和纖維化,可能與NF-KB的激活及免疫機制有關。MacDonald等在脂肪肝患者肝活檢中發現脂質過氧化好發于富含脂質的肝細胞或鄰近的細胞內,尤以3區帶為甚,可能與缺氧有關。關于脂質過氧化的詳細的促成機制尚未完全明確,除原先存在的氧應激增加的有關因素繼續作用外,其他因素也可增加脂質過氧化對肝臟進行二次打擊,如LPS、鐵、許多伴有ROS代謝物的藥物、缺血再灌注、TNF-α增多、CYP2E1表達增高并伴有PPAR-α表達增多、胰島素抵抗持續存在、活化的炎癥細胞和血管內皮細胞參與釋放ROS等。Grattagliano等研究發現饑餓狀態能耗竭抗氧化劑,從而增強脂質過氧化。LPO不僅使內源性ROS增加、毒性增強,且可抑制抗氧化削弱細胞防御機制,脂質過氧化可直接損害細胞膜并致細胞死亡。丙二醛(MDA)和壬烯(HNE)是兩個強毒力的脂質過氧化終產物,常常是作為判斷脂質過氧化的指標。它們可促進Cuppfer 細胞與肝細胞釋放細胞因子,并共同進一步介導肝細胞死亡、Mallory小體形成、肝星狀細胞活化和肝纖維化形成。HNE具有使中性粒細胞趨化和浸潤的作用;MDA亦可激活NF-κB,NF-kB通過調節多種前炎癥細胞因子如TNF-a、IL-8、ICAM-1和E-selectin等引起炎癥反應;它們與蛋白形成加合物后還可防礙甘油三酯的運轉。但是,LPO形成并不是初始反應,是在氧應激耗竭肝細胞抗氧化防御系統后方可形成。

　　四、二次打擊學說

　　任何原因引起的肝脂肪變性均有共同的組織學特征,并可能形成肝細胞炎癥壞死、纖維化和肝硬化,但為何某些脂肪肝患者卻不會向脂肪性肝炎發展?因此,Berson等通過大量實驗研究并提出“二次打擊學說”,為各種原因引起的脂肪性肝炎的發病機制提供了基礎理論。第一次打擊即各種原因引起脂肪肝,第二次打擊即氧應激及脂質過氧化。第二次打擊是脂肪肝發展為炎癥、纖維化所必需的條件這一說法已得到大多數學者的公認。前以述及,氧應激和脂質過氧化是酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪肝的共同的發病機制,但即使兩者的脂肪變性程度完全相同,其預后卻并不相同。酒精性脂肪肝發生肝細胞壞死、炎癥和纖維化的幾率更高,而肥胖相關性脂肪肝發生脂肪性肝炎則很低,可能與嗜酒者每天攝入大量酒精引起嚴重而持久的氧應激、脂質過氧化以及持續性內毒素血癥有關。

　

　五、小結

　　綜上所述,氧應激和脂質過氧化這一雙重打擊在脂肪肝致病過程中是關鍵,肝細胞內脂質過氧化的機制以及胞內對抗氧應激的防御機制有待于我們在今后作進一步探索和研究,同時也為臨床醫生在預防和治療脂肪肝這一領域提供了新的靶點和方向,阻斷氧應激及脂質過氧化如過氧化物體b氧化抑制劑、CYP2E1和TNFa拮抗劑及抗氧化劑的應用在該領域可能會有很大的潛力。