酒精性肝病发生机制的研究进展

许蓬娟 综述 蔡青，谭俊珍 审校

天津中医药大学中西医结合学院生理教研室，天津 301617

目前，酒精的滥用是一个世界性的问题，据估计，酗酒已成为世界第三大健康问题，并与200多种疾病密切相关[1]，每年大约有300万人死于酒精相关疾病，酗酒也成为导致15～49岁人群死亡的第一因素[2]。在哺乳动物体内，肝脏是外源性化合物进行生物转化及排泄的重要器官，也是酒精代谢的主要部位，因此，肝脏就成为酒精毒性的主要靶器官。据世卫组织最新数据显示，酒精性肝病(alcoholic liver disease，ALD)是与饮酒相关最严重、最不可逆的肝损伤类型，也逐渐发展成世界上最常见的肝病类型[3]。

ALD主要包括酒精性脂肪肝、酒精性肝炎以及酒精性肝纤维化等，部分还会发展成肝硬化甚至是肝癌[4-5]。在机体中，酒精首先通过抑制线粒体β-氧化，增加脂肪酸合成等机制干扰脂质代谢，诱导甘油三酯、磷脂和胆固醇酯等在肝实质中沉积，进而导致酒精性脂肪肝。持续饮酒还会影响免疫系统，如白细胞介素会在中性粒细胞的辅助下攻击肝细胞，导致肝脏炎症及肝细胞肿胀，即“酒精性肝炎”。持续的损伤继续造成肝细胞外基质沉积及纤维化，而晚期纤维化会导致肝脏结构严重改变、功能紊乱继而发展为肝硬化。逐渐这些慢性肝损伤、炎症和纤维化以及酒精及其代谢物的致癌作用将导致肝细胞DNA突变，最终发展为肝癌[6-7]。

目前，研究发现多因素(如性别、肥胖、遗传和年龄等)参与ALD的发生与发展，而ALD的病理机制也十分复杂，氧化应激的激活、肠道屏障的异常、免疫功能的缺陷等都与其存在相关性[8]，但最主要的机制为乙醇及其代谢产物的毒性作用、肠道菌群失衡以及肠道炎症等，且这些机制之间还相互影响，相互促进。本文结合近年ALD的研究，从乙醇介导肝损伤、肠道菌群以及炎症反应等方面讨论了ALD的发病机制，为ALD的进一步研究提供理论基础，同时为临床治疗提供思路。

1 乙醇在肝细胞内代谢及肝脏毒性

研究发现，人体摄入乙醇约90%以上在肝脏代谢，脂肪肝是肝脏对乙醇产生的最早反应现象，几乎所有长期接触酒精或乙醇的人都会患上脂肪肝[9-10]。此外，酒精依赖性的脂肪肝与乙醇摄入时间和数量存在正相关[11-12]。乙醇的肝脏毒性可通过产生代谢产物如乙醛、乙酸等介导，也可以通过激活氧化应激产生。

1.1 乙醛的毒性作用 乙醇在肝脏内主要通过肝细胞胞浆中的乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase，ADH，乙醇代谢的主要途径)、过氧化物酶体中的过氧化氢酶以及细胞色素P450-2E1(cytochrome P450-2E1，CYP2E1)氧化形成乙醛[6]，乙醛通过乙醛脱氢酶(ALDH)进一步代谢为乙酸。对肝脏的直接毒性主要是乙醛产生的。

过量的乙醛可以与微管蛋白结合，导致细胞内正常分泌的蛋白质滞留，引起肝细胞的肿胀。乙醛还可直接引发肝脏炎症、细胞外基质(extracellular matrix，ECM)代谢失衡，损害肝脏重塑，导致其纤维化[13]。同时，乙醛还与蛋白质、脂质以及DNA结合形成共价化合物[14-15]，进而影响细胞稳态、改变蛋白质结构、并导致DNA损伤或突变。此外，乙醛还可以刺激肝星状细胞中转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β信号转导，从而使肝脏出现纤维化和炎症等特征[16]。乙醛浓度的增加也可以通过影响肠道屏障作用，引起炎症反应进而导致肝脏损伤[17，5]。

1.2 氧化应激毒性 多种研究表明，氧化应激在ALD的发病机制中起重要作用，尤其是活性氧簇(ROS)的生成是脂肪肝发展为脂肪性肝炎和肝硬化的关键[18-19]。此外，氧化应激还可引起脂肪变性、炎性细胞浸润、肝脏肿大等病理改变[20]。在正常条件下乙醇进入机体经ADH产生乙醛，乙醛再通过ALDH产生乙酸，这期间需要消耗大量氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(即辅酶Ι，NAD+)，并转化为还原型的辅酶Ι(NADH)，进而改变了NAD+/NADH比值。显著增加的NADH进一步促进磷酸甘油的形成，磷酸甘油与脂肪酸结合形成甘油三酯，在肝脏内积聚。同时，乙醇通过抑制过氧化物酶体增殖物激活受体-α(peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α)的表达抑制肝细胞中脂肪酸氧化(脂解)，导致“酒精性脂肪肝”[3]。另一方面，过量NADH导致线粒体发生氧化损伤，生成大量的活性氧簇(如超氧阴离子(O2-)、过氧化氢(H2O2)和羟自由基(OH-)等，并伴随ATP生成的减少，造成肝细胞脂质过氧化、细胞失活、DNA突变和膜结构的破坏[21]。同时，ROS、脂质过氧化物等还会刺激肝脏Kupffer细胞分泌多种细胞因子(如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素、干扰素、趋化因子等)促进肝脏炎症、肝细胞损伤或死亡[22]。ADH和ALDH反应导致的NADH积聚以及NAD+的减少，还会调节其他代谢途径，如糖酵解、三羧酸循环、脂肪酸氧化等，影响肝脏功能[23]。

乙醇的氧化应激途径中还有一个非常重要的成分就是细胞色素P450，尤其是其中的CYP2E1，它是一种含铁血红素，属于微粒体乙醇氧化系统(microsomal ethanol oxidizing system，MEOS)的关键酶。CYP2E1一方面参与乙醇的代谢，影响NAD+/NADH进而影响肝脏；另一方面其可促进ROS等的产生，从而导致肝脏氧化应激损伤。此外，CYP2E1还会招募中性粒细胞和其他免疫细胞，促进肝脏炎症发生[24]。CYP2E1主要表达在肝静脉周围区(Rappaport第3区)，这就解释了为什么与酒精性肝损伤往往在肝小叶此区域更为明显。

除上述机制外，乙醇本身可以与细胞膜的磷脂相互作用，刺激Kupffer细胞，减少肝细胞的抗氧化水平，增加氧化应激[25]。乙醇亦可与其他危险因素相互作用，导致其他形式的肝病，如乙型或丙型病毒性肝炎和非酒精性脂肪性肝炎等，大大增加肝硬化的风险[26]。

2 肠道菌群

肠道微生物群由数万亿微生物(包括细菌、病毒、真菌)组成。这些微生物的基因组数量超过人类基因组至少150倍左右，它们在人体肠道中对机体新陈代谢和消化起着重要的作用[27]。最近研究表明，每个人都拥有一个独特的、个性化的肠道微生物群，由于肠道通过门脉与肝脏相连，所以一旦肠道微生物群发生紊乱很容易导致肝脏疾病[28]。目前，肠道菌群在ALD发病机制中的作用已被证实。

2.1肠道菌群结构失衡 近年来，随着非培养基细菌计数技术的进步(如下一代测序(next-generation sequencing，NGS)，肠道微生物群被视为人体中的另外一个重要“器官”。肠道微生物群具有多种促进人类宿主健康的功能，正常状态下，肠道中有益菌与有害菌以一定比例和谐共生，共同参与机体内环境的维持。一旦这种平衡被打破，即肠道微生物群的失衡，如小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth，SΙBO)，就会引发机体多种疾病的发生[3]。

所谓SΙBO本质是一种以小肠细菌过多为特征的消化系统疾病。很多报道指出SΙBO参与了ALD的发生与发展[29]。酒精可以使肠道微生物组成产生改变，而且这种影响在肝脏出现纤维化之前便已存在[30]。研究发现在慢性酒精滥用的病人空肠中，需氧及厌氧细菌均存在过度增长的现象[31]。YAN等[32]和MUTLU等[33]通过人体和动物实验均证实，酒精可引起肠道菌群中拟杆菌门、变形菌门、疣微菌门数量显著增加。BJORKHAUG等[34]也发现在过度饮酒人群中变形菌门细菌相对丰度较高，Faecalibacterium属菌相对丰度较低，同时萨特氏菌属、霍尔德曼氏菌属含量也都减少。LLOPΙS等[35]也指出ALD患者肠道存在有害菌过度增殖而有益菌减少的现象。其中，有害菌的增加和Faecalibacterium属菌的减少可以通过增加肠系膜淋巴结中CD4+T细胞、肝脏T淋巴细胞和自然杀伤细胞，从而造成肝脏炎症以及肝损伤。此外，酒精导致的SΙBO还会引起的肠道通透性增加、肠道动力下降以及宿主免疫功能的改变。过度生长的细菌还可以产生内源性乙醇，进一步增加肠道通透性，最终加重肠道菌群失衡，最终导致肝脏炎症[36]。

2.2 肠源性脂多糖增加 肠道源性脂多糖(Gut-derived lipopolysaccharide，LPS)即内毒素，是造成肝脏脂肪变性、炎症以及纤维化的另一个关键因素。前文提到酒精可导致小肠细菌过度生长，其中最显著的是革兰氏阴性菌，LPS来源于这些大量繁殖的革兰氏阴性杆菌[36]。通过16SrRNA测序结合短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)定量和宏基因组分析(predictive metagenome profiling，PΙCRUSt)的方法，发现酒精可以使人体肠道革兰氏阴性菌中拟杆菌门的数目增加[34]。这些细菌可以产生大量的LPS。动物模型中也发现，慢性酒精暴露可以增加循环系统中LPS的浓度，而肝损伤的严重程度与血清LPS水平存在正相关[37]。此外，外源性给予LPS亦可诱导肝脏出现坏死性炎症[38]。

高水平的LPS对肝脏造成损伤的机制是进入门静脉循环通过LPS结合蛋白(LBP)与肝脏Kupffer细胞表面的CD14结合，产生大量ROS并刺激Toll样受体4(toll-like receptor 4，TLR4)信号通路，继而激活核转录因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)并诱导促炎介质释放，尤其是肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α。TNF-α一方面通过炎症反应引起肝炎和肝细胞坏死，另一方面增强肠道通透性加剧肝脏损伤[39-40]。LPS还与乙醇存在协同作用，当乙醇存在时可以加剧肠源性LPS导致的肝细胞炎症因子的释放及肝脏损伤[41]。

2.3 肠道屏障完整性被破坏 研究发现酒精可以影响肠道屏障多种防御功能(包括物理、体液和免疫)[42]。在动物和人类模型中，酒精会破坏肠道屏障完整性并增加血清中细菌产物的水平[43]。肠道屏障被破坏的机制有很多，大多相互影响、相互促进，最终造成恶性循环，加重肠道损伤和肝损伤[44]。例如，酒精可以通过降低肠道缺氧诱导因子-1α(hypoxia-induced factor-1α，HΙF-1α)活性和表达从而引起有害菌增加，进而增大肠道通透性[45]。酒精还可以通过增加肠道细菌内毒素的产生以及短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)的减少，进而减少小肠上皮黏蛋白和紧密连接蛋白的表达，破坏肠道屏障[46]。研究还发现，饮酒者体内胆汁酸浓度高于不喝酒的人，这也可能促进肠道通透性的改变[44]。

3 炎症反应

ALD还与机体中免疫反应失衡及促炎细胞因子或趋化因子的增加密切相关。酗酒会造成以白细胞浸润为特征的肝脏炎症。Kupffer细胞是居住在肝脏中的巨噬细胞，在先天免疫系统中发挥作用并产生各类细胞因子，这些细胞因子可能导致多种肝脏疾病[47]。

目前研究指出主要有三种炎症途径参与引发ALD。第一种是酒精引起肠道菌群变化，增加病原相关的分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)，然后通过模式识别受体(pattern-recognition receptors，PRRs)激活Kupffer细胞，使之产生TNF-α。TNF-α能够促进肝细胞凋亡，同时参与了中性粒细胞的炎症浸润，进而参与急、慢性酒精性肝损伤[48]。其次，酒精及其代谢产物还可以通过产生ROS、破坏肠道完整性，提高门静脉中内毒素(LPS)的浓度等，通过激活TLR4信号传导途径促进Kupffer细胞分泌如白细 胞 介 素-6(interleukin-6，ΙL-6)、白 细 胞 介 素-8(ΙL-8)、白细胞介素-17(ΙL-17)等参与ALD的发展。酒精还可通过影响Kupffer细胞TLR2/3通路介导ALD的产生[49]。肝星状细胞(HSCs)也可以经酒精刺激产生TGF-β，使ECM积累和重塑减少，进而造成肝脏纤维化[50-51]。

此外，肝脏与其他器官(如肠道、脂肪组织以及骨髓等)的串扰将炎症细胞或损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)递呈到肝脏进而促进ALD发生[52]。在脂肪组织-肝脏轴中，脂肪细胞可以分泌脂联素和瘦素，其中脂联素可以抑制Kupffer细胞TNF-α和ΙL-10的分泌，而瘦素则可以通过调节P38或JNK途径增加Kupffer细胞TNF-α的分泌，酒精可以使脂肪细胞的脂联素分泌减少而瘦素生成增多从而导致ALD[53]。在肠-肝轴中，主要是酒精引起肠道通透性增加，导致PAMPs(如LPS)经门静脉进入肝脏，通过Kupffer细胞和巨噬细胞MyD88和TRΙF递呈，MyD88通过激活NF-κB产生促炎细胞因子(TNF-α、ΙL-6和ΙL-1β)和趋化因子CCL2，TRΙF则诱导产生Ι型干扰素参与ALD的发生[54]。

4 结语

ALD是全球发病率和死亡率的主要原因，其发病机制尚不完全清楚，现有研究指出ALD主要与酒精代谢毒性、免疫异常以及肠道受损等因素有关，但这些因素并非完全独立的二是相互影响，相互促进，形成损伤肝脏的恶性循环。此外，最近的研究表明其他器官，包括脂肪组织和肠道等也都参与了ALD的炎症和损伤。目前，尽管科学界对ALD十分重视并进行了深入研究，但实际上还有许多问题有待解决，如何在早期发现并界定ALD？此外，目前对于ALD治疗方案很多，如戒酒、肝移植、固醇激素治疗、有益菌移植等，这些治疗方法及疗效一直存在争议，国际上也缺乏公认的治疗方案[55]，因此，广大临床及科研工作者必须更好的认识和研究ALD的发生与发展，借此确定正确的临床治疗方法。