酒精性肝病發生機制的研究進展

許蓬娟 綜述 蔡青，譚俊珍 審校

天津中醫藥大學中西醫結合學院生理教研室，天津 301617

目前，酒精的濫用是一個世界性的問題，據估計，酗酒已成為世界第三大健康問題，并與200多種疾病密切相關[1]，每年大約有300萬人死于酒精相關疾病，酗酒也成為導致15～49歲人群死亡的第一因素[2]。在哺乳動物體內，肝臟是外源性化合物進行生物轉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。據世衛組織最新數據顯示，酒精性肝病(alcoholic liver disease，ALD)是與飲酒相關最嚴重、最不可逆的肝損傷類型，也逐漸發展成世界上最常見的肝病類型[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，部分還會發展成肝硬化甚至是肝癌[4-5]。在機體中，酒精首先通過抑制線粒體β-氧化，增加脂肪酸合成等機制干擾脂質代謝，誘導甘油三酯、磷脂和膽固醇酯等在肝實質中沉積，進而導致酒精性脂肪肝。持續飲酒還會影響免疫系統，如白細胞介素會在中性粒細胞的輔助下攻擊肝細胞，導致肝臟炎癥及肝細胞腫脹，即“酒精性肝炎”。持續的損傷繼續造成肝細胞外基質沉積及纖維化，而晚期纖維化會導致肝臟結構嚴重改變、功能紊亂繼而發展為肝硬化。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致肝細胞DNA突變，最終發展為肝癌[6-7]。

目前，研究發現多因素(如性別、肥胖、遺傳和年齡等)參與ALD的發生與發展，而ALD的病理機制也十分復雜，氧化應激的激活、腸道屏障的異常、免疫功能的缺陷等都與其存在相關性[8]，但最主要的機制為乙醇及其代謝產物的毒性作用、腸道菌群失衡以及腸道炎癥等，且這些機制之間還相互影響，相互促進。本文結合近年ALD的研究，從乙醇介導肝損傷、腸道菌群以及炎癥反應等方面討論了ALD的發病機制，為ALD的進一步研究提供理論基礎，同時為臨床治療提供思路。

1 乙醇在肝細胞內代謝及肝臟毒性

研究發現，人體攝入乙醇約90%以上在肝臟代謝，脂肪肝是肝臟對乙醇產生的最早反應現象，幾乎所有長期接觸酒精或乙醇的人都會患上脂肪肝[9-10]。此外，酒精依賴性的脂肪肝與乙醇攝入時間和數量存在正相關[11-12]。乙醇的肝臟毒性可通過產生代謝產物如乙醛、乙酸等介導，也可以通過激活氧化應激產生。

1.1 乙醛的毒性作用 乙醇在肝臟內主要通過肝細胞胞漿中的乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH，乙醇代謝的主要途徑)、過氧化物酶體中的過氧化氫酶以及細胞色素P450-2E1(cytochrome P450-2E1，CYP2E1)氧化形成乙醛[6]，乙醛通過乙醛脫氫酶(ALDH)進一步代謝為乙酸。對肝臟的直接毒性主要是乙醛產生的。

過量的乙醛可以與微管蛋白結合，導致細胞內正常分泌的蛋白質滯留，引起肝細胞的腫脹。乙醛還可直接引發肝臟炎癥、細胞外基質(extracellular matrix，ECM)代謝失衡，損害肝臟重塑，導致其纖維化[13]。同時，乙醛還與蛋白質、脂質以及DNA結合形成共價化合物[14-15]，進而影響細胞穩態、改變蛋白質結構、并導致DNA損傷或突變。此外，乙醛還可以刺激肝星狀細胞中轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β信號轉導，從而使肝臟出現纖維化和炎癥等特征[16]。乙醛濃度的增加也可以通過影響腸道屏障作用，引起炎癥反應進而導致肝臟損傷[17，5]。

1.2 氧化應激毒性 多種研究表明，氧化應激在ALD的發病機制中起重要作用，尤其是活性氧簇(ROS)的生成是脂肪肝發展為脂肪性肝炎和肝硬化的關鍵[18-19]。此外，氧化應激還可引起脂肪變性、炎性細胞浸潤、肝臟腫大等病理改變[20]。在正常條件下乙醇進入機體經ADH產生乙醛，乙醛再通過ALDH產生乙酸，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+)，并轉化為還原型的輔酶Ι(NADH)，進而改變了NAD+/NADH比值。顯著增加的NADH進一步促進磷酸甘油的形成，磷酸甘油與脂肪酸結合形成甘油三酯，在肝臟內積聚。同時，乙醇通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體-α(peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α)的表達抑制肝細胞中脂肪酸氧化(脂解)，導致“酒精性脂肪肝”[3]。另一方面，過量NADH導致線粒體發生氧化損傷，生成大量的活性氧簇(如超氧陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2)和羥自由基(OH-)等，并伴隨ATP生成的減少，造成肝細胞脂質過氧化、細胞失活、DNA突變和膜結構的破壞[21]。同時，ROS、脂質過氧化物等還會刺激肝臟Kupffer細胞分泌多種細胞因子(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)促進肝臟炎癥、肝細胞損傷或死亡[22]。ADH和ALDH反應導致的NADH積聚以及NAD+的減少，還會調節其他代謝途徑，如糖酵解、三羧酸循環、脂肪酸氧化等，影響肝臟功能[23]。

乙醇的氧化應激途徑中還有一個非常重要的成分就是細胞色素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(microsomal ethanol oxidizing system，MEOS)的關鍵酶。CYP2E1一方面參與乙醇的代謝，影響NAD+/NADH進而影響肝臟；另一方面其可促進ROS等的產生，從而導致肝臟氧化應激損傷。此外，CYP2E1還會招募中性粒細胞和其他免疫細胞，促進肝臟炎癥發生[24]。CYP2E1主要表達在肝靜脈周圍區(Rappaport第3區)，這就解釋了為什么與酒精性肝損傷往往在肝小葉此區域更為明顯。

除上述機制外，乙醇本身可以與細胞膜的磷脂相互作用，刺激Kupffer細胞，減少肝細胞的抗氧化水平，增加氧化應激[25]。乙醇亦可與其他危險因素相互作用，導致其他形式的肝病，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險[26]。

2 腸道菌群

腸道微生物群由數萬億微生物(包括細菌、病毒、真菌)組成。這些微生物的基因組數量超過人類基因組至少150倍左右，它們在人體腸道中對機體新陳代謝和消化起著重要的作用[27]。最近研究表明，每個人都擁有一個獨特的、個性化的腸道微生物群，由于腸道通過門脈與肝臟相連，所以一旦腸道微生物群發生紊亂很容易導致肝臟疾病[28]。目前，腸道菌群在ALD發病機制中的作用已被證實。

2.1腸道菌群結構失衡 近年來，隨著非培養基細菌計數技術的進步(如下一代測序(next-generation sequencing，NGS)，腸道微生物群被視為人體中的另外一個重要“器官”。腸道微生物群具有多種促進人類宿主健康的功能，正常狀態下，腸道中有益菌與有害菌以一定比例和諧共生，共同參與機體內環境的維持。一旦這種平衡被打破，即腸道微生物群的失衡，如小腸細菌過度生長(small intestinal bacterial overgrowth，SΙBO)，就會引發機體多種疾病的發生[3]。

所謂SΙBO本質是一種以小腸細菌過多為特征的消化系統疾病。很多報道指出SΙBO參與了ALD的發生與發展[29]。酒精可以使腸道微生物組成產生改變，而且這種影響在肝臟出現纖維化之前便已存在[30]。研究發現在慢性酒精濫用的病人空腸中，需氧及厭氧細菌均存在過度增長的現象[31]。YAN等[32]和MUTLU等[33]通過人體和動物實驗均證實，酒精可引起腸道菌群中擬桿菌門、變形菌門、疣微菌門數量顯著增加。BJORKHAUG等[34]也發現在過度飲酒人群中變形菌門細菌相對豐度較高，Faecalibacterium屬菌相對豐度較低，同時薩特氏菌屬、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度增殖而有益菌減少的現象。其中，有害菌的增加和Faecalibacterium屬菌的減少可以通過增加腸系膜淋巴結中CD4+T細胞、肝臟T淋巴細胞和自然殺傷細胞，從而造成肝臟炎癥以及肝損傷。此外，酒精導致的SΙBO還會引起的腸道通透性增加、腸道動力下降以及宿主免疫功能的改變。過度生長的細菌還可以產生內源性乙醇，進一步增加腸道通透性，最終加重腸道菌群失衡，最終導致肝臟炎癥[36]。

2.2 腸源性脂多糖增加 腸道源性脂多糖(Gut-derived lipopolysaccharide，LPS)即內毒素，是造成肝臟脂肪變性、炎癥以及纖維化的另一個關鍵因素。前文提到酒精可導致小腸細菌過度生長，其中最顯著的是革蘭氏陰性菌，LPS來源于這些大量繁殖的革蘭氏陰性桿菌[36]。通過16SrRNA測序結合短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)定量和宏基因組分析(predictive metagenome profiling，PΙCRUSt)的方法，發現酒精可以使人體腸道革蘭氏陰性菌中擬桿菌門的數目增加[34]。這些細菌可以產生大量的LPS。動物模型中也發現，慢性酒精暴露可以增加循環系統中LPS的濃度，而肝損傷的嚴重程度與血清LPS水平存在正相關[37]。此外，外源性給予LPS亦可誘導肝臟出現壞死性炎癥[38]。

高水平的LPS對肝臟造成損傷的機制是進入門靜脈循環通過LPS結合蛋白(LBP)與肝臟Kupffer細胞表面的CD14結合，產生大量ROS并刺激Toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)信號通路，繼而激活核轉錄因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)并誘導促炎介質釋放，尤其是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α。TNF-α一方面通過炎癥反應引起肝炎和肝細胞壞死，另一方面增強腸道通透性加劇肝臟損傷[39-40]。LPS還與乙醇存在協同作用，當乙醇存在時可以加劇腸源性LPS導致的肝細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 研究發現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]。在動物和人類模型中，酒精會破壞腸道屏障完整性并增加血清中細菌產物的水平[43]。腸道屏障被破壞的機制有很多，大多相互影響、相互促進，最終造成惡性循環，加重腸道損傷和肝損傷[44]。例如，酒精可以通過降低腸道缺氧誘導因子-1α(hypoxia-induced factor-1α，HΙF-1α)活性和表達從而引起有害菌增加，進而增大腸道通透性[45]。酒精還可以通過增加腸道細菌內毒素的產生以及短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)的減少，進而減少小腸上皮黏蛋白和緊密連接蛋白的表達，破壞腸道屏障[46]。研究還發現，飲酒者體內膽汁酸濃度高于不喝酒的人，這也可能促進腸道通透性的改變[44]。

3 炎癥反應

ALD還與機體中免疫反應失衡及促炎細胞因子或趨化因子的增加密切相關。酗酒會造成以白細胞浸潤為特征的肝臟炎癥。Kupffer細胞是居住在肝臟中的巨噬細胞，在先天免疫系統中發揮作用并產生各類細胞因子，這些細胞因子可能導致多種肝臟疾病[47]。

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

此外，肝臟與其他器官(如腸道、脂肪組織以及骨髓等)的串擾將炎癥細胞或損傷相關分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)遞呈到肝臟進而促進ALD發生[52]。在脂肪組織-肝臟軸中，脂肪細胞可以分泌脂聯素和瘦素，其中脂聯素可以抑制Kupffer細胞TNF-α和ΙL-10的分泌，而瘦素則可以通過調節P38或JNK途徑增加Kupffer細胞TNF-α的分泌，酒精可以使脂肪細胞的脂聯素分泌減少而瘦素生成增多從而導致ALD[53]。在腸-肝軸中，主要是酒精引起腸道通透性增加，導致PAMPs(如LPS)經門靜脈進入肝臟，通過Kupffer細胞和巨噬細胞MyD88和TRΙF遞呈，MyD88通過激活NF-κB產生促炎細胞因子(TNF-α、ΙL-6和ΙL-1β)和趨化因子CCL2，TRΙF則誘導產生Ι型干擾素參與ALD的發生[54]。

4 結語

ALD是全球發病率和死亡率的主要原因，其發病機制尚不完全清楚，現有研究指出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，但這些因素并非完全獨立的二是相互影響，相互促進，形成損傷肝臟的惡性循環。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，盡管科學界對ALD十分重視并進行了深入研究，但實際上還有許多問題有待解決，如何在早期發現并界定ALD？此外，目前對于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議，國際上也缺乏公認的治療方案[55]，因此，廣大臨床及科研工作者必須更好的認識和研究ALD的發生與發展，借此確定正確的臨床治療方法。