酒精性肝病的發病機制：實質細胞與非實質細胞間的相互作用

Jessica I COHEN* Laura E NAGY*?

Departments of*Pathobiology,?Gastroenterology and Hepatology,Cleveland Clinic,and?Department of Nutrition,Case Western Reserve University,Cleveland,Ohio,USA

ALD

長期攝入酒精將導致肝損傷。肝損傷逐級進展，從酒精性脂肪肝、酒精性脂肪性肝炎直至肝纖維化和肝硬化，每一階段均有其獨特的病理學特征。脂肪肝或稱脂肪變性，是肝損傷最初期的表現，存在于約90%的飲酒者中，其標志為肝細胞內脂質積聚和肝腫大。約20%的酗酒者將進展至肝損傷的

酒精與公共衛生

酗酒與包括肝炎、肝硬化和胰島素抵抗在內的60余種疾病有關，是全球性健康問題的主要成因之一。據估計，美國約有1800萬酗酒者和1000萬以上的酒精性肝病（ALD）患者，年酗酒相關醫療費用高達1660億美元。根據美國國立酒精濫用與酒精中毒研究所的資料，2004年約2.8萬美國居民死于酒精性肝硬化，約40%的致死性車禍與飲酒有下一階段——脂肪性肝炎。該階段以炎癥反應、肝細胞壞死和凋亡、ALT、AST等血清肝酶升高為標志。酒精性肝炎的臨床表現不一，輕者以實驗室檢查見轉氨酶輕度升高為惟一征象，重者肝功能嚴重異常，出現黃疸、肝性腦病、腹水、食管靜脈曲張、凝血障礙以至昏迷等并發癥。如停止攝入酒精，脂肪肝和輕度脂肪性肝炎是可逆的，重度酒精性脂肪性肝炎的死亡率則高達30%～60%。

隨著肝損傷的進展，約半數酒精性肝炎患者肝星狀細胞（HSC）活化并產生過量膠原，發生肝纖維化和肝硬化。在此階段，細胞外基質（ECM）過度沉積，導致肝竇丟失、肝硬化，部分患者可致死。ALD患者進展至肝硬化的比例不一，不同研究報道為10%～30%。酒精性肝硬化仍為全球肝移植最常見的指征之一。

ALD的起始和進展機制

“二次打擊”假說是酒精性肝損傷進展的可能機制之一，第一次打擊為乙醇暴露導致肝脂肪變性。長期乙醇暴露對肝臟的脂質內環境穩態有重大影響，引起脂肪酸氧化減少、合成增加，三酰甘油從肝臟輸出受抑，這些脂質代謝的變化最終導致脂肪變性。第二次打擊是繼續暴露于乙醇的結果，如乙醇代謝使氧化應激增加。此外，與肥胖癥或病毒性肝炎等共病亦可作為第二次打擊加劇酒精性肝損傷。

與“二次打擊”假說相似，“致敏和初始”學說認為攝入酒精可致敏肝臟，使之對次級危險因素引起的損傷更為易感。乙醇代謝對肝細胞功能的影響可能是肝臟致敏的成因。“初始”指誘導或激活肝損傷機制的早期事件，如長期乙醇暴露后，肝內駐留型巨噬細胞Kupffer細胞對內毒素變得敏感，誘導產生促炎細胞因子和活性氧簇（ROS），導致肝損傷。

乙醇的代謝機制

乙醇主要在肝臟內由乙醇脫氫酶（ADH）代謝生成乙醛，同時輔酶Ⅰ（NAD）經還原反應轉變為還原型輔酶Ⅰ（NADH）（見圖1）。絕大多數乙醇經由此途徑代謝。血液中ADH含量很低，約為0.2～2 mmol/L，乙醇濃度亦很低。毒性代謝產物乙醛能誘導肝臟氧化應激，損傷線粒體功能。NADH產生增加可打破肝臟的氧化-還原平衡，干擾糖異生。乙醛由乙醛脫氫酶代謝生成乙酸，乙酸作為三羧酸循環的底物可產生能量。

乙醇代謝的第二條主要途徑為微粒體乙醇氧化系統，該途徑由細胞色素P4502E1（CYP2E1）催化（見圖1）。與ADH相似，CYP2E1亦主要存在于肝細胞中，然而個別研究報道長期乙醇暴露后Kupffer細胞中CYP2E1表達增加。由于CYP2E1的含量高達10～15 mmol/L，因此該途徑的作用為代謝過量的乙醇。長期乙醇暴露后，人類和嚙齒類動物肝內的CYP2E1含量增高4～10倍。在動物和細胞模型中，乙醇暴露在體內和體外均可增加CYP2E1的合成并減少其降解。除乙醇外，CYP2E1還能代謝對乙酰氨基酚等藥物、麻醉劑和工業溶劑。乙醇經CYP2E1代謝產生ROS，ROS可與蛋白質和脂類作用，導致氧化損傷。

圖1 肝臟乙醇代謝的主要途徑

乙醇代謝的第三條途徑為非氧化途徑，該途徑系由脂肪酸乙酯（FAEE）合酶介導產生FAEEs。FAEEs是乙醇和脂肪酸的酯化產物，具有細胞毒性。濫用酒精最常損傷肝臟和胰腺，這兩個器官中FAEE和FAEE合酶濃度最高。由于停止飲酒后循環血液中的FAEE可以被清除，血清FAEE可作為急性和慢性酒精攝入的臨床標記物。

乙醇對肝內細胞的作用

肝細胞細胞器應激：肝細胞是肝內乙醇毒性作用的主要靶點。長期乙醇暴露可損傷肝內多種代謝和解毒路徑的功能，對許多細胞器的活性亦有重大影響（見圖2）。肝內乙醇毒性作用的關鍵靶點之一為線粒體，長期乙醇暴露能在多重水平損傷線粒體功能，導致生物能量減少、ROS產生增加、線粒體DNA損傷和蛋白質合成抑制、谷胱甘肽運輸異常以及對線粒體通透性改變的敏感性增加。長期乙醇暴露還可致內質網應激和蛋白酶體活性降低。肝細胞內的囊泡轉運被破壞，伴高爾基體運輸和受體介導的胞吞作用受損，這些改變可能是由微管功能破壞所致。近期研究顯示，長期乙醇暴露還可使組蛋白乙酰化的精細調控發生紊亂。上述由乙醇引起的肝細胞細胞器應激綜合作用，使肝細胞的代謝和解毒活性受損，并通過壞死和凋亡通路使之對細胞死亡更為敏感。

圖2 肝細胞內乙醇作用的靶細胞器

肝竇內皮細胞結構改變：肝竇內皮細胞是一組特殊的內皮細胞，其特征性的窗孔結構使大分子物質和紅細胞易于流入Disse間隙。除已明確乙醇暴露可致窗孔結構丟失外，目前關于長期乙醇暴露對肝竇內皮細胞的直接和（或）間接作用所知甚少。

免疫反應在ALD起始和進展中的作用：免疫反應由先天性和獲得性免疫系統兩部分組成，兩者在機體對損傷或應激產生應答的多個階段中均有密切聯系。先天性免疫反應的組分，包括自然殺傷（NK）細胞、NK-T 細胞、Kupffer細胞和補體系統，以及T細胞和抗體依賴性獲得性免疫反應，參與了肝臟對不同類型損傷，如細菌和病毒感染、毒素（如乙醇）暴露、肝部分切除術和缺血-再灌注等的應答。目前對Kupffer細胞在損傷應答中的作用了解最為深入。長期乙醇暴露可降低NK細胞活性。NK細胞能于早期活化階段殺傷HSC，并通過釋放含粒酶、穿孔蛋白、死亡配體如腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體（TRAIL）和多種促炎細胞因子的顆粒，充當殺傷病毒感染細胞時的重要效應細胞。而NK-T細胞則于對乙醇產生應答的早期被激活，在肝臟先天性免疫反應的防御機制中起關鍵作用。

肝臟駐留型巨噬細胞Kupffer細胞活化和敏感性增強：長期暴露于乙醇可使空腸共生細菌過度生長。微生物群的增加以及伴隨發生的乙醇所致的小腸屏障功能破壞，促使革蘭陰性細菌易位進入門靜脈循環。予大鼠和小鼠酒精灌胃或人類攝入酒精后，血中內毒素濃度均增高。予大鼠抗生素治療以清除革蘭陰性細菌，酒精的肝損傷作用減弱。

門靜脈血流通過第一級毛細血管床將內毒素或脂多糖（LPS）帶入肝臟內。而Kupffer細胞則發揮解毒作用，將LPS清除出血液循環。LPS激活Kupffer細胞，產生細胞因子如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等炎癥介質和ROS。Kupffer細胞對ALD的進展具有關鍵意義。予大鼠巨噬細胞毒素氯化釓治療可消除Kupffer細胞，預防乙醇誘導的肝損傷。LPS介導的信號亦為乙醇誘導的肝損傷進展時所必需。LPS信號出現于LPS和LPS結合蛋白（LBP）附著于細胞表面受體CD14時。CD14由LPS受體復合物的兩個主要組分組成，能與Toll樣受體4（TLR-4）相互作用。LPS受體復合物活化后可刺激多個信號轉導級聯反應。缺乏LPS受體組分（CD14、TLR-4、LBP）的小鼠，即使長期予乙醇灌胃亦不發生肝損傷。

TLR-4信號可由MyD88依賴性和非依賴性途徑介導。MyD-88依賴性信號以LPS刺激后迅速出現TNF-α表達為特征，MyD88非依賴性信號的激活則較為緩慢，可使Ⅰ型干擾素（IFN）和IFN依賴性基因表達增加。長期乙醇暴露可使Kupffer細胞對TLR-4-MyD88依賴性反應，如MAPK、NF-κB快速激活和TNF-α表達致敏。在多個長期乙醇暴露模型中，大鼠和人類血TNF-α水平均增高。TNF-α受體Ⅰ（TNFR1）是對TNF-α信號產生應答的表面受體，TNFR1缺陷小鼠和靜脈注射抗小鼠TNF-α多克隆抗體兔血清的小鼠，暴露于乙醇后不出現肝損傷征象。近期資料提示，TLR-4信號的MyD88非依賴性/TRIF（Toll-interleukin-1 receptor domaincontaining adapter IFN-β）依賴性通路亦為長期乙醇暴露誘導肝損傷的關鍵成因。然而，目前關于長期乙醇暴露對MyD88非依賴性信號調節的影響所知甚少。綜合上述研究結果，可以認為LPS-TLR-4信號和Kupffer細胞活化對乙醇誘導的肝損傷的進展均具有關鍵作用。

HSC的活化：活化的HSC是受損肝臟中膠原表達增加的主要來源，亦為肝纖維化的標志。肝纖維化或稱瘢痕化，以ECM蛋白合成增加和降解減少所致的ECM過度沉積為特征。

正常肝臟中的HSC具有脂肪細胞樣表型，胞質中含有富含維生素A的脂滴。初始靜息型HSC對肝損傷產生應答，形成信號；隨后這些信號誘導HSC從靜息表型轉分化為活性表型。促纖維化信號如血小板源性生長因子刺激HSC增殖并移行至損傷區域。此外，自分泌和旁分泌信號如轉化生長因子-β（TGF-β）和結締組織生長因子亦能刺激HSC活化和纖維形成。活化HSC的纖維化表型以Ⅰ型膠原過度合成和產生收縮能力為特征。在起始信號活性持續，以及由HSC和肝內其他類型細胞產生的多種自分泌和旁分泌介質的共同作用下，HSC維持于活化狀態。

肝損傷時HSC與血管生成的相互作用

無論是在肝臟發育時還是肝損傷時，HSC均能促成肝臟血管生成，在血管生成時起肝臟特異性毛細血管周細胞的作用。然而在肝損傷時，此作用可能與典型周細胞有一定差異。這一差異與兩種不同類型的微血管系統（肝竇和稍大一些的血管）一起，成為肝臟血管生成的獨有特征。HSC在肝臟再生時血管生成中的作用已得到充分闡述，關于HSC介導的血管生成在肝損傷纖維化形成時起關鍵作用的研究亦日益增多。肝臟修復時，血管生成異常伴肝竇重塑受損，導致肝竇內皮細胞毛細血管化和肝竇血管間發生分流。要形成具有功能的血管，需對細胞和分子網絡進行密切調節，血管內皮生長因子（VEGF）、TGF-β、肝細胞生長因子等細胞因子對血管生成具有重要調節作用。HSC分泌的血管生成素-1是一種血管源性細胞因子，為血管重塑所必需。抑制血管生成素-1信號可改善長期CCl4暴露或膽管結扎引起的肝纖維化。

ALD發生過程中實質細胞與非實質細胞間的相互作用

肝纖維化的病理生理學機制涉及肝臟中不同類型細胞間復雜的相互作用。肝臟先天性免疫系統的細胞組分亦為各種損傷致肝纖維化發生的常見要素。Kupffer細胞耗竭可減輕常用的CCl4肝損傷模型的肝纖維化。浸潤的嗜中性粒細胞、NK-T細胞、T細胞、B細胞以及肝細胞、肝竇和血管內皮細胞共同促成纖維化形成，NK細胞則可抑制肝纖維化。

促炎細胞因子的產生是損傷致纖維化形成中的關鍵步驟。其他介質還包括ROS、活性氮簇和凋亡細胞小體。這些介質均可在乙醇暴露時被激活。事實上，越來越多的研究表明，許多在乙醇誘導的肝臟炎癥反應中起關鍵作用的因素亦為肝纖維化所必需，如乙醇誘導肝臟脂肪變性和炎癥反應時，均需有LPS受體TLR-4表達。近期研究亦證實了TLR-4信號對HSC的作用，及其在肝纖維化形成中的作用。最近資料表明，乙醇亦能抑制肝臟NK細胞功能，減弱其抗纖維化作用。

結語

長期酗酒是肝病最常見的病因之一，且可與其他環境和（或）遺傳因素相互作用，加速肝纖維化和肝損傷的進展，如酒精攝入可加速人類丙型肝炎和動物CCl4模型的肝纖維化。乙醇致肝纖維化的機制，及其與其他肝毒素協同作用加速纖維化的能力，均未完全闡明。乙醇的促纖維化作用可能或至少部分與乙醇損傷肝臟，使肝細胞對損傷的易感性增強有關。其他分子機制亦可能參與了乙醇加速肝纖維化的作用，如乙醇可誘導LPS產生增加，通過與Kupffer細胞上的TLR-4和HSC相互作用，刺激炎癥反應，激活HSC。乙醇誘導的氧化應激、高反應性醛類的產生和（或）細胞凋亡亦可能加速肝纖維化。進一步了解乙醇對肝纖維化發病機制的復雜影響，將有助于ALD患者治療和干預措施的開發。

（略）

譯自Cohen JI,Nagy LE.Pathogenesis of alcoholic liver disease: interactions between parenchymal and nonparenchymal cells.J Dig Dis,2011,12(1):3-9.