氧化应激在酒精性肝病中作用机制的研究进展

夏 婷，张 瑾，姚佳慧，郑 宇，宋 佳，王 敏

(1.天津科技大学生物工程学院工业发酵微生物教育部重点实验室，天津 300457；2. 遵义医学院珠海校区生理学教研室，广东 珠海 519041)

氧化应激在酒精性肝病中作用机制的研究进展

夏 婷1,2，张 瑾1，姚佳慧1，郑 宇1，宋 佳1，王 敏1

(1.天津科技大学生物工程学院工业发酵微生物教育部重点实验室，天津 300457；2. 遵义医学院珠海校区生理学教研室，广东 珠海 519041)

酒精性肝病是临床常见的一种肝病，当人体大量饮酒，酒精在体内代谢过程中会产生有害物质引发肝脏病变。氧化应激机制是酒精性肝病的主要发病机制，在酒精性肝病的发生、发展中发挥重要作用。已有研究表明，酒精引起细胞内活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)介导的氧化应激，通过凋亡信号通路和MAPK信号通路等引起肝细胞损伤，通过Nrf2信号通路抵抗氧化应激，减少肝损伤。该文对氧化应激在酒精性肝病中作用机制的研究进行综述。

酒精代谢;氧化应激;酒精性肝病;信号通路;发病机制;肝损伤

酒精性肝病是临床常见的一种肝病，严重危害着机体健康。酒精性肝病在欧美等国家的发病率较高，近几年在我国也有逐年上升的趋势，已成为除病毒性肝炎所致肝损伤以外的第二大常见肝病[1]。一些地区流行病学调查发现，我国成人的酒精性肝病的发病率在4%左右。嗜酒者中 90% 以上发展为脂肪肝，10%～35%发展为酒精性肝炎，8%～20%的慢性嗜酒者演变为肝硬化，甚至肝癌[2]。乙醇在机体内代谢过程中会产生大量活性氧和活性氮自由基，当其超过机体清除能力时，便会引起肝脏的氧化应激损伤，进一步导致酒精性脂肪肝、肝炎、肝硬化，甚至肝癌[3]。因此，氧化应激在酒精性肝病的发生、发展中发挥重要作用。该文将对氧化应激在酒精性肝病中作用机制及相关信号通路研究做一综述。

1 酒精在体内的代谢及肝损伤

酒精化学名为乙醇，是一种既易溶于水又易溶于脂质的极性小分子物质，人体摄入酒精后，经胃肠道吸收，90%以上通过肝脏代谢，少量直接通过肺、尿液和汗液排出体外。肝脏内代谢过程中，首先乙醇氧化为乙醛，随后乙醛氧化为乙酸。其中乙醇氧化为乙醛，主要通过以下代谢途径：① 经乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase，ADH)以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)为辅酶，将乙醇氧化为乙醛，该反应在肝细胞质中完成；② 经肝微粒体混合功能氧化酶系统(microsomal ethanol oxidizing system，MEOS)，其中主要的成分是细胞色素P450第二家族E亚型多肽1 (cytochrome P450 2E1，CYP2E1)与酒精代谢密切相关；③ 经过氧化物酶体中过氧化氢酶系统，需要还原型辅酶Ⅱ(nicotinamide adenine dicucleodide phosphate，NADPH)参与催化。后两个酶系统主要存在于肝细胞内质网中。当血液及组织液中的乙醇浓度较低时，主要通过ADH途径代谢；当乙醇浓度>10 mmol·L-1时，后两个酶系统也开始参与乙醇代谢[4]。随后乙醛进一步通过线粒体中的乙醛脱氢酶2(acetaldehyde dehydrogenase 2，ALDH2)和细胞质中的ALDH1进一步氧化为乙酸。最终乙酸经三羧酸循环，彻底氧化为水和二氧化碳排出体外，少部分生成蛋白质、脂肪等大分子物质被机体利用。

当人体大量饮酒，摄入的酒精量超过其代谢能力时，酒精便在体内蓄积。乙醇不仅可直接损伤肝细胞及其细胞器，而且氧化生成的乙醛具有高毒性和高活性。它能够破坏肝细胞的微管结构，造成微管功能障碍，影响营养物质的运输；能与蛋白质共价结合形成具有细胞毒性的乙醛蛋白加合物，进一步导致肝细胞内蛋白酶失活、DNA修复代谢异常、肝细胞线粒体结构和功能障碍以及氧利用障碍等，形成对肝细胞的损伤[5]；还能刺激胶原蛋白的合成，进而形成肝纤维化和肝硬化。此外，乙醇的代谢过程中在CYP2E1、NADPH氧化酶、一氧化氮合酶等作用下，会生成大量活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)，释放细胞因子，引起线粒体呼吸链传递电子功能障碍；促进脂质过氧化，造成细胞内膜结构破坏，改变肝细胞膜的通透性；可引起肝细胞膜磷脂发生过氧化反应，产生大量脂自由基，抑制脂肪酸的β氧化，导致肝细胞中甘油三酯(triglyceride，TG)的代谢受阻，引起脂质的过量积累[6]；促进炎症反应和免疫反应，进一步造成肝细胞的损伤。

2 酒精诱导的氧化应激机制

酒精性肝病的发病机制复杂多样，多种因素的相互作用导致酒精性肝病的发生和发展，对于其发病机制的研究主要有氧化酒精代谢相关的氧化应激、肠源性内毒素、炎性介质、营养失衡等[7]。其中氧化应激贯穿酒精性肝病的始终，是引起酒精性肝脏病变的重要机制之一。正常情况下机体的氧化与抗氧化系统处于动态平衡状态，过量饮酒会导致机体内ROS以及RNS等活性分子的产生激增与清除能力下降，机体的氧化与抗氧化的平衡被打破，便会产生氧化应激。以下对酒精诱导的氧化应激机制做重点介绍。

2.1ROS介导的氧化应激生理状态下，细胞摄入O2后参与线粒体呼吸链的能量代谢过程，维持机体正常的生命活动。大部分O2被还原成H2O，少部分没有被完全还原的O2，便以活性氧的形式存在于细胞中。ROS是以氧为中心的活性基团，主要包括超氧阴离子(O2-)、过氧化氢(H2O2)、羟基自由基(·OH)，它们可以进一步催化过氧自由基(ROO-)、烷氧基(RO-)和硫自由基(RS-)的产生。机体摄入过量酒精导致没有被完全还原的O2在体内大量堆积，引发ROS的激增[8]。ROS的产生途径主要有(Tab 1)：①乙醇引起线粒体电子传递链中细胞色素bc1复合体功能障碍，造成线粒体中电子的泄露，致使分子氧在NADPH氧化酶的催化下生成大量ROS[9]；② 可活化CYP2E1，催化线粒体中的电子泄漏，使大量分子氧活化为ROS[10]；③ 黄嘌呤氧化酶以乙醛为底物产生超氧化物。其中CYP2E1的活化和NADPH氧化酶催化产生的ROS在酒精性肝病的发生发展中发挥重要的作用[11]。Lu等[12]通过对比野生型小鼠和CYP2E1基因敲除小鼠酒精灌胃后肝脏损伤情况，结果发现野生型小鼠肝脏中出现大量脂肪积累，而CYP2E1基因敲除小鼠肝脏无明显脂肪变性。与野生型小鼠相比，CYP2E1基因敲除小鼠肝脏中的脂质过氧化物表达水平降低，过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferator-activated receptor α，PPARα)表达水平升高。结果表明CYP2E1介导的氧化应激可通过抑制脂肪酸氧化，从而导致酒精性脂肪肝。

研究报道乙醇诱导的ROS激增不仅直接对肝细胞造成氧化损伤，还可导致脂质过氧化。肝细胞膜的脂质过氧化，破坏细胞内膜性结构，增加膜的通透性；膜脂质过氧化促进前列腺素、血栓素、白三烯等生物活性物质的形成，诱发炎症反应[13]。ROS还可与肝细胞膜磷脂的多不饱和脂肪酸的侧链反应生成丙二醛(malondialdenhyde，MDA)和4-羟基壬烯酸(4-hydroxynonenal，HNE)等脂质过氧化物，可刺激机体体液免疫和细胞免疫，导致肝细胞免疫损伤。MDA还可引起低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)横向交联，使胆固醇积累在血管壁上，导致酒精性脂肪肝[14]。ROS还会引起线粒体功能障碍，影响腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)的生成，诱导细胞凋亡。此外，过量饮酒可引起肝细胞内ROS和同型半胱氨酸水平增高，二者分别促进多聚ADP核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PADP)的分裂，使细胞核DNA片段化增加[15]。

Tab 1 Enzymes of oxidative stress mediated by alcohol

2.2RNS介导的氧化应激RNS介导的氧化应激也在酒精性肝病中发挥了重要的促进作用[16]。RNS是以一氧化氮(nitrogen monoxide，NO)为中心的活性基团及其衍生物。在生理状态下，诱导型一氧化氮合酶(induced nitric oxide synthase，iNOS)没有活性，乙醇可激活iNOS并大量表达，使iNOS催化左旋精氨酸(L-Arg)产生大量的NO，NO极易与O2-作用，生成过氧化亚硝酸盐(ONOO·)及其质子形式过氧亚硝酸(HOONO)等自由基和硝基类化合物。它们具有明显的细胞毒性，可与LDL反应，改变肝细胞膜通透性，对肝细胞膜产生不可逆的损伤。此外，RNS可介导肝细胞内蛋白质发生硝基化修饰，导致蛋白质变性[17]；还会引起核苷酸碱基的硝化去氨基，导致DNA损伤，这些都会造成肝细胞功能障碍，甚至细胞死亡。

3 氧化应激介导的酒精性肝病相关信号通路

近年来，随着国内外研究人员对酒精性肝病的深入认识，发现机体内氧化应激的相关信号通路在酒精性肝病发生、发展中的调控作用。酒精诱导的氧化应激会造成肝细胞线粒体功能障碍，减少ATP的产生，引起的能量缺失使得位于细胞表面的死亡受体与其活化的配体结合，激活下游的caspase-8，进而导致外源性细胞凋亡和坏死。线粒体功能障碍还会诱发线粒体释放细胞色素C(cytochrome C，cyt C)，cyt C与凋亡蛋白活化因子以及caspase-9共同形成凋亡复合体，并进一步激活caspase-3，通过内源性细胞凋亡通路导致细胞凋亡[18]。另外，酒精引起肝脏氧化应激亦可通过调控线粒体的凋亡相关蛋白Bcl-2和Bax表达，进而活化caspase-3，诱导肝细胞凋亡。

当机体代谢酒精时，也会启动一些抗氧化通路来干预酒精诱导的氧化应激，其中核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2)介导的信号通路是抗氧化的关键信号通路[19]。正常情况下，绝大部分Nrf2与胞质Keap1(Kelch-like epichlorohydrin- associated protein 1，Keap1)结合，以非活性状态存在于细胞质中，通常Nrf2表达量维持在较低水平。酒精诱导的氧化应激会使Nrf2与Keapl解离，解离后的Nrf2进入细胞核，与抗氧化反应元件(antioxidant response elements，ARE)结合，从而诱导下游调控的Ⅱ相解毒酶如NADPH的奎宁氧化还原酶1(quinine oxidoreductase1，NQO1)、血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)、谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferases，GST)的基因转录，可干预酒精对肝脏的损害[20]。Lamlé等[21]给Nrf2基因敲除的小鼠酒精饮食后，发现与正常组小鼠相比，Nrf2基因敲除的小鼠因肝衰竭的死亡率剧增，肝脏病理切片出现明显的脂肪变性，乙醛解毒能力明显降低，导致毒性代谢物的积累。结果证明，Nrf2在酒精性肝病中发挥重要的保护作用。目前，越来越多的抗氧化剂用于酒精性肝病的治疗，如抗氧化维生素类、天然抗氧化物、人工合成抗氧化剂等[22]，其中Nrf2信号通路作为一个新的靶点，该通路的激活可以减轻酒精性肝病的发生、发展。

过量饮酒引起的氧化应激还可以抑制磷酸化丝裂素活化蛋白激酶(phosphorylated mitogen-activated protein kinase，p-MAPK)的基因表达，从而激活下游胆固醇调节元件结合蛋白(cholesterol regulatory element binding protein-1c，SREBP-1c)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)，进而上调脂肪合成基因，如脂肪酸合酶(fatty acid synthase，FAS)和磷脂酸磷酸酶(phosphatidic acid phophyhydrolase，PAP)的表达。PAP和FAS是甘油三酯和脂肪酸合成途径中的重要酶，它们的表达水平提高可促进肝细胞中甘油三酯的积累，进而引发酒精性脂肪肝[23]。同时，酒精还可通过抑制p-MAPK活性，下调下游PPARα的表达，抑制脂肪酸β-氧化，进而加重酒精性脂肪肝。此外，研究表明酒精通过介导CYP2E1和TNF-α/LPS的升高，诱导的氧化应激可以激活肝细胞中的JNK和p38 MAPK信号通路，并靶向损伤肝细胞线粒体，使线粒体膜电位下降、ATP生成减少，以及促凋亡因子(Bax、AIF、caspase-3等)表达增加，进而引起细胞的凋亡或坏死，造成肝细胞损伤[24]。

4 总结与展望

酒精性肝病发病率逐年上升，严重危害人类健康，研究酒精性肝病的发病机制对其预防和治疗具有重要的现实意义。随着对酒精性肝病发病机制研究的不断深入，发现氧化应激在酒精性肝病的发病机制中占有重要的地位。探究氧化应激介导的酒精性肝病相关信号通路，将有助于从新的视角来阐明氧化应激在酒精性肝病中的分子作用机制，拓展酒精性肝病发病机制的理论基础。此外，在酒精性肝病的发生发展过程中，如何在发病早期进行有效预防和控制有待进一步研究。目前，已有研究报道一些天然抗氧化剂中含有多酚、黄酮、维生素等抗氧化活性成分，可抵抗机体的氧化应激，具有预防心血管疾病、护肝等功效[25]，因此，寻找合适的天然抗氧化剂，降低肝细胞内的氧化应激水平，减少酒精性肝病，对于酒精性肝病的防治具有重要的指导意义，为酒精性肝病的预防和治疗提供了新方向。相信随着对氧化应激介导的酒精性肝病相关信号通路的深入研究，有望发现新的酒精性肝病的靶向治疗药物，为酒精性肝病的防治提供新的思路和策略。

[1] Wang F S, Fan J G, Zhang Z, et al. The global burden of liver disease: the major impact of China[J].Hepatology, 2014,60(6):2099-108.

[2] 邱 萍, 李 相, 孔德松,等. 酒精性肝病发病机制研究的新进展[J]. 中国药理学通报, 2014,30(2):160-3.

[2] Qiu P, Li X, Kong D S, et al. Research progress on pathogenesis of alcoholic liver disease[J].ChinPharmacolBull, 2014,30(2):160-3.

[3] Neuman M G, Malnick S, Maor Y, et al. Alcoholic liver disease: clinical and translational research[J].ExpMolPathol, 2015,99(3): 596-610.

[4] Sun Q, Zhang W, Zhong W, et al. Pharmacological inhibition of NOX4 ameliorates alcohol-induced liver disease in mice through improving oxidative stress and mitochondrial function[J].BiochimBiophysActa, 2016,1861(1): 2912-21.

[5] Zeng T, Xie K Q. Ethanol and liver: recent advances in the mechanisms of ethanol-induced hepatosteatosis[J].ArchToxicol, 2009,83(12): 1075-81.

[6] Song B J, Moon K H, Olsson N U, et al. Prevention of alcoholic fatty liver and mitochondrial dysfunction in the rat by long-chain polyunsaturated fatty acids[J].JHepatol, 2008,49(2): 262-73.

[7] 臧 月, 王 生, 刘 楠,等. 肠道菌群失调介导酒精性肝病发生发展的机制研究进展[J]. 中国药理学通报, 2016,32(4):451-5.

[7] Zang Y, Wang S, Liu N, et al. Alcoholic liver disease: gut microbiota and therapeutic perspectives[J].ChinPharmacolBull, 2016,32(4):451-5.

[8] Manzo-Avalos S, Saavedra-Molina A. Cellular and mitochondrial effects of alcohol consumption[J].InterJEnvResPubHeal, 2010,7(12): 4281-304.

[9] De M S, Brenner D A. Oxidative stress in alcoholic liver disease: role of NADPH oxidase complex[J].JGastroenHepatol, 2008,23(1): 98-103.

[10] Butura A, Nilsson K, Morgan K, et al. The impact of CYP2E1 on the development of alcoholic liver disease as studied in a transgenic mouse model[J].JHepatol, 2009,50(3): 572-83.

[11] Novak L, Stípek S, Zima T, et al. Plasma xanthine oxidase and resistance to hypoxia: effect of purines and alcohol administration[J].DrugMetabolDrugInteract,2011,9(3-4): 311-20.

[12] Lu Y, Zhuge J, Wang X, et al. Cytochrome P450 2E1 contributes to ethanol-induced fatty liver in mice[J].Hepatology, 2008,47(5): 1483-94.

[13] Chang Y Y, Liu Y C, Kuo Y H, et al. Effects of antrosterol from Antrodia camphorata submerged whole broth on lipid homeostasis, antioxidation, alcohol clearance, and anti-inflammation in livers of chronic-alcohol fed mice[J].JEthnopharmacol, 2017,202:200-8.

[14] Pal S, Bhattacharjee A, Mukherjee S, et al. Effect of Alocasia indica Tuber extract on reducing hepatotoxicity and liver apoptosis in alcohol intoxicated rats[J].BiomedResInt, 2014,2014(1): 1-10.

[15] Zhang Y, Wang C, Tian Y, et al. Inhibition of poly(ADP-ribose) polymerase-1 protects chronic alcoholic liver disease[J].AmJPathol, 2016,186(12): 3117-30.

[16] Barone R, Rappa F, Macaluso F, et al. Alcoholic liver disease: a mouse model reveals protection by Lactobacillus fermentum[J].ClinTranslGastroen, 2016,7(1): 138-47.

[17] Abdelmegeed M A, Song B J. Functional roles of protein nitration in acute and chronic liver diseases[J].OxidMedCellLongev, 2013,2014(12): 1-21.

[18] Song G H, Liu M L, Gao J P, et al. Effects of fluoride on expression of caspase-3 and caspase-9 mRNA in livers tissue of rats[J].JEnvironHealth, 2014,31(2): 121-3.

[19] Jadeja R N, Upadhyay K K, Devkar R V, et al. Naturally occurring Nrf2 activators: potential in treatment of liver disease[J].OxidMedCellLongev, 2016,2016: 1-13.

[20] Wang Z, Dou X, Li S, et al. Nrf2 activation-induced hepatic VLDLR overexpression in response to oxidative stress contributes to alcoholic liver disease in mice[J].Hepatology, 2014,59(4): 1381-92.

[21] Lamlé J, Marhenke S, Borlak J, et al. Nuclear factor-eythroid 2-related factor 2 prevents alcohol-induced fulminant liver disease[J].Gastroenterology, 2008,134(4): 1159-68.

[22] Han K H, Hashimoto N, Fukushima M. Relationships among alcoholic liver disease, antioxidants, and antioxidant enzymes[J].WorldJGastroenterol, 2016,22(1): 37-49.

[23] Kim M J, Sim M O, Lee H I, et al. Dietary umbelliferone attenuates alcohol-induced fatty liver via regulation of PPARα and SREBP-1c in rats[J].Alcohol, 2014,48(7): 707-15.

[24] Cederbaum A I, Lu Y, Wang X, et al. Synergistic toxic interactions between CYP2E1, LPS/TNFα, and JNK/p38 MAP kinase and their implications in alcohol-induced liver injury[J].AdvExpMedBiol, 2015,815(11): 145-72.

[25] Xia T, Yao J, Zhang J, et al. Protective effects of Shanxi aged vinegar against hydrogen peroxide-induced oxidative damage in L02 cells through Nrf2-mediated antioxidant responses[J].RSCAdv, 2017,28(7): 17377-86.

Researchprogressinmechanismofoxidativestressinalcoholicliverdisease

XIA Ting1,2, ZHANG Jin1, YAO Jia-hui1, ZHENG Yu1, SONG Jia1, WANG Min1

(1.KeyLabofIndustrialFermentationMicrobiology,MinistryofEducation,CollegeofBiotechnology,TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin300457,China;2.DeptofPhysiology,ZhuhaiCampus,ZunyiMedicalUniversity,ZhuhaiGuangdong519041,China)

Harmful substances are produced during the metabolism of alcohol in the human body, which causes liver disease. The mechanism of oxidative stress is the main pathogenesis of alcoholic liver disease, which plays a major role in the occurrence and development of alcoholic liver disease. Alcohol-induced oxidative stress mediated by reactive oxygen species(ROS)/reactive nitrogen species(RNS) brings about liver disease via apoptotic signaling pathway and MAPK signaling pathway, and alleviates liver disease through Nrf2 signaling pathway. In this paper, the studies on the mechanism of oxidative stress in alcoholic liver disease are reviewed.

alcohol metabolism; oxidative stress; alcoholic liver disease; signaling pathway; pathogenesis; liver injury

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.10.006

A

：1001-1978(2017)10-1353-04

R-05；R329.25；R349.1；R575.022

时间：2017-9-5 9:25 网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20170905.0925.012.html

2017-06-15,

2017-08-20

国家自然科学基金资助项目(No 81600126，31471722)；国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(No 2013AA102106)；国家重点研发计划(No 2016YFD0400505)；教育部“长江学者和创新团队发展计划”资助项目(No RT15R49)；天津市科技支撑计划项目(No 16YFZCNC00650)

夏 婷(1979-)，女，博士，讲师，研究方向：发酵食品的抗氧化功能，E-mail: xiatingsyu@foxmail.com； 王 敏(1971-)，女，博士，教授，博士生导师，研究方向：发酵食品酿造机制及现代化酿造生产与品质调控关键技术，通讯作者，E-mail：minw@tust.edu.cn