肝性脑病发病机制的研究进展



肝性脑病发病机制的研究进展

张阳威张连峰

(郑州大学第一附属医院河南 郑州450002)

【关键词】肝性脑病；发病机制；氨中毒学说；神经递质；感染；炎症

肝性脑病(hepatic encephalopathy，HE)指由肝功能严重失调或障碍所致，以代谢紊乱为主要特征的中枢神经系统功能失调综合征[1]。有肝功能失调或障碍的患者，出现神经、精神症状，在排除其他大脑疾病后，就可诊断为HE，主要症状为意识障碍、行为失常，甚至昏迷。HE是各种终末期肝病最常见的死亡原因，有报道指出60%的肝硬化患者最终出现HE并且出现显性HE后，其1年和3年生存率分别是42%和23%[2]，因此探寻其发病机制并避免诱发显得尤为重要。但到目前为止，没有一种理论能够成功解释肝功能异常、中枢神经系统紊乱和临床症状之间的相互关系。近年来，国内外学者从分子生物学水平及细胞生物学水平对HE发病机制进行探索，除了“氨中毒学说”、“假神经递质”等比较经典的假说外，也发现了细菌感染及炎症反应、低钠血症、微量元素等在HE发病过程中的重要作用，现分别对其进行阐述。

1氨中毒学说

氨中毒学说自20世纪提出以来一直被大家所接受，处于HE发病机制的中心地位。人体内氨的代谢主要是由肠道、肝脏、肾脏和骨骼肌共同参与。在肝硬化患者体内，其中任何一个环节产生的氨增多，均可能导致HE。目前临床上通过多种途径降低血氨来达到治疗HE的目的，包括应用利福昔明等抗生素减少肠道氨的产生，酸化肠道降低氨的吸收等[3]，但是氨导致HE发病的机制尚未完全清楚。另一方面大量的病理研究结果提示，在急性肝衰竭所致的HE中患者多以脑水肿和颅内高压为主，而在慢性肝损伤所致的HE患者中，以星形胶质细胞向Alzheimer Ⅱ型细胞转变为主[4]。在此基础上，国内外学者通过大量的动物实验及临床研究解释氨与脑水肿及星形胶质细胞水肿的关系来阐明HE发病机制。肝衰竭时血脑屏障的通透性增加，氨易进入脑组织。而脑内高水平的氨对中枢神经系统有很大的毒性。一方面其可直接改变抑制性递质及兴奋性递质的比例，并且改变一些重要的脑基因的表达，如星形细胞结构蛋白、谷氨酸转运体、胶质纤维酸性蛋白和水通道4(aquaporin 4，AQP4)。AQP4可能与高血氨状态下的星形胶质细胞水肿有关，进而损害颅内血流的自动调节功能[5-7]。另一方面氨在脑内的清除主要依靠星形胶质细胞内谷氨酰胺合成酶的作用与谷氨酸合成谷氨酰胺。由于谷氨酰胺具有渗透分子作用，当谷氨酰胺明显增加时可继发细胞内水分积聚，引起细胞水肿。此外谷氨酰胺还能诱导星形胶质细胞线粒体通透性改变(MPT)，导致线粒体功能及脑细胞能量代谢障碍，损害细胞内信号通路，促进神经元凋亡级联反应的发生，造成HE患者的中枢神经系统紊乱。另外，也有学者认为，氨也可以通过干扰三羧酸循环影响能量供应导致细胞水肿。但是，临床实践证明，即使患者血氨水平很高，也并不一定出现HE，而且血氨水平与肝性脑病的严重程度缺乏一定的相关性，因此，氨中毒学说并不是HE发病的唯一机制。

2神经递质的变化

2.1γ-氨基丁酸/苯二氮卓类复合受体假说γ-氨基丁酸(gama-amnio-butyric acid，GABA)是中枢神经系统特有的、最主要的抑制性递质。目前的研究发现GABA是以γ-氨基丁酸/苯二氮卓类复合受体的形式产生抑制作用的。这种复合受体可开放离子通道，促进氯离子由神经元胞膜的离子通道进入突触后神经元的细胞质，产生抑制作用，出现HE的意识障碍，甚至昏迷等临床症状[9]。该假说目前尚无法解释复合受体增加的机制，还需进一步探究。但是有证据表明，肝损伤时内源性苯二氮卓类受体激动剂水平较正常人高[10]，并且给动物模型服用复合受体激动剂如苯巴比妥、地西泮等可诱导或加重HE，给予复合受体拮抗剂氟马西尼可减少HE的发作。另一方面，在GABA介导的神经传导过程中，神经类固醇的作用不可小觑，可通过特有的结合位点结合增强GABA的抑制作用。有动物实验证实，在高血氨诱导的HE模型中，神经类固醇浓度明显升高，给予神经类固醇拮抗剂的实验组死亡率与对照组差异有统计学意义。但是，神经类固醇浓度增加的机制不明，可能与边缘性苯二氮卓受体密度增加有关。近期研究发现，氨与复合受体可呈相互协同作用，增加抑制作用[11]。

2.2假性神经递质/氨基酸失衡学说正常情况下兴奋性递质与抑制性神经递质两者保持生理平衡，但当肝脏损伤时，芳香族氨基酸的代谢产物酪胺和苯乙胺的清除发生障碍，此两种胺可进入脑组织，经β羟化酶的作用分别形成β羟酪胺和苯乙醇胺。后两者的化学结构虽与去甲肾上腺素相似，但却不能传递神经冲动或作用很弱，因此被称为假性神经递质。因此，如果假性神经递质被脑细胞摄取并取代了突触中正常的兴奋性递质，那么神经传导会产生抑制。在HE的治疗过程中，医生也会建议患者以植物蛋白为主，并长期服用支链氨基酸[3]。但是也有学者反驳此假说，他们的实验证实给动物脑内只注入大量假性神经递质以后，动物未出现肝性脑病的意识障碍、昏迷等临床症状。而肝性脑病患者脑内许多神经递质如谷氨酸、5-羟色胺等水平也发生异常[12]，因此考虑假性神经递质学说是与其他机制相互影响导致HE的，但目前尚不清楚。

3细菌感染与炎症反应

慢性肝损伤患者体内，细菌的代谢产物如硫醇和酚类水平明显升高，它们有很大的神经毒性，一些学者认为此也与HE的发病有一定关系。严重肝功能障碍时多伴有肠道屏障受损、肠蠕动减慢、肠道菌群失调，导致肠道内细菌代谢产生的有毒物质增加，并被吸收入血。由于肝脏长期炎症，导致代谢有毒物质能力下降，或者由于门-体静脉分流，导致有毒物质未经肝脏代谢，这些有毒物质最终透过血脑屏障进入脑内，导致中枢神经系统功能紊乱。另一方面，肠道菌群也被认为可产生内源性苯二氮卓类物质，后者能通过与GABA形成复合受体导致神经冲动传导异常。近期的研究也强调由细菌引起的急性感染和炎症反应在有神经精神症状的HE中的重要作用[13]。因此，益生菌等微生态制剂被用于治疗HE[3]。

临床统计表明，肝硬化合并肝性脑病患者的炎症反应标记物(CRP、WBC、TNF、IL-1、IL-6、IL-10等)水平明显高于不合并肝性脑病的患者。在肝损伤进展过程中，病毒和毒素除直接损伤肝细胞外，还可刺激单核巨噬细胞系统产生大量的TNF、IL-1、IL-6、IL-10等炎症介质或细胞因子[14]。在正常情况下，血脑屏障可阻止这些细胞因子等大分子物质进入内皮细胞脑侧。而在动物实验和体外模型中证实TNF等炎症因子可促进血脑屏障通透性增加，这也反过来使炎症因子更易进入脑内。另一方面，脑内星形胶质细胞本身也可以产生炎症因子。在早期，星形胶质细胞主要产生TNF，后者可反过来刺激星形胶质细胞产生IL-1和IL-6。外周和中枢的细胞因子通过一系列的级联反应形成细胞因子的“瀑布样效应”及全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)，能诱发或加重HE。基于这个原理，可清除炎症因子的人工肝支持系统目前被认为是治疗终末期肝病的有效手段，并且证实联合使用血浆置换和血液滤过效果优于单独使用血浆置换[15]。但是，炎症因子在体内的作用机制是否与动物实验一致，尚未得到证实。

4低钠血症

临床实践表明，终末期肝损伤患者，多伴随血清钠水平的降低。Guevara等[16]揭示了低钠血症是HE发病的一个独立危险因素，且血清钠水平越低，HE的发病率越高。低钠血症观点的提出，为HE的治疗提供了新的思路。但是，低钠血是通过怎样的机制导致HE的，目前说法不一。有学者认为，血清钠水平较低时，由于细胞内外的渗透压差作用导致星形胶质细胞水肿，也有学者认为低血钠可使星形胶质细胞发生氧化反应及氮化应激反应，神经细胞损伤及功能障碍，血脑屏障受损，出现脑水肿。

5微量元素

5.1锰中毒假说锰来源于食物，参与人体三大物质的代谢，是人体必需的微量元素，多经门脉吸收，由肝脏代谢，随胆汁排出。肝衰竭时，锰的排出减少，血锰的含量增多，中枢神经系统内的锰也增多，磁共振显像证实其主要沉积在苍白球、豆状核和尾核等部位。由于锰对线粒体的强亲和力，在富含线粒体的神经细胞及轴突中有较多聚集，当低价态的锰离子被氧化成高价态的锰离子时，产生大量的自由基，后者导致酶的活性降低，最终通过线粒体的功能障碍影响脑细胞的功能，这也可以用来解释HE患者出现震颤等帕金森样症状[17]。另一方面锰能产生活性氧和毒性儿茶酚胺(6-羟多巴胺)，诱导神经细胞的凋亡和星形胶质细胞转变为Alzheimer Ⅱ型细胞[18]，影响递质系统和能量代谢。锰还可以激活星形胶质细胞内的转位蛋白，促进神经类固醇的合成，增加GABA的抑制作用。清除锰对改善HE患者症状是否有效尚需进一步证实。

5.2锌缺乏理论锌被认为参与HE发病是由于其能增加鸟氨酸氨基甲酰转移酶和谷氨酰胺合成酶的活性来提高氨的代谢。肝脏作为锌元素吸收、储存和代谢的重要器官，当肝脏发生病变时，机体的消化、代谢功能明显降低，从而造成缺锌，形成恶性循环。有研究表明[3,19]，终末期肝病模型(modle for end-stage liver disease，MELD)评分为12的患者，锌缺乏率为96%。但是，近期的临床试验显示，HE患者补锌获益甚微[20]，且补锌对HE患者认知功能的改善仍存在争议。

6其他

HE的发病机制复杂多样，除了上述的理论，还可能有褪黑素、神经细胞凋亡、神经内分泌激素等参与。褪黑素(melatonion，MT)除了被大家熟知的镇痛、镇静等作用外，有研究发现其可通过促进炎症反应发生及诱导脑内GABA合成等途径参与HE的发病。也有学者将HE患者的脑萎缩及精神障碍与神经细胞的凋亡联系到一起，他们认为氨的神经毒性及线粒体功能障碍是造成神经细胞凋亡的原因[21]。另一方面，神经内分泌激素在HE发病中的作用也被提及，HE动物模型血清催乳素水平低下[22]，原因尚不清，可能与高血氨有关。

7小结

目前普遍认为HE是多种因素造成的结果，而“氨中毒学说”一直处于中心地位，并且与其他各种因素通过肝损伤联接，相互依赖、相互补充、互为因果。HE的高发病率及死亡率催促着研究者不断进步，随着研究的不断深入，为HE提供了新的治疗方案。但是，动物模型与体外试验的结果是否与HE发病机制完全一致，是否还有一些尚未发现的原因，这些值得进一步深入研究。

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(收稿日期：2015-09-10)

【中图分类号】R 575

doi:10.3969/j.issn.1004-437X.2016.02.031

通讯作者：张连峰，E-mail：1131216339@qq.com。