乙醇非氧化代谢产物与急性胰腺炎

林峰庆，李梁岚，李维勤

南京大学医学院附属金陵医院 重症医学科，江苏 南京 210023

急性胰腺炎是一类常见的急诊胃肠道疾病，以急剧上腹痛为特征。重症急性胰腺炎患者病死率约为15%～20%，并且发病率有逐年上升的趋势，为人类健康带来严峻挑战[1]。目前认为，和急性胰腺炎相关的病因有乙醇、胆结石以及高甘油三酯血症[2]。乙醇和急性胰腺炎之间的关联发现为时已久，但是其背后的分子机制不明，并且仅有少量的酗酒者（需要单日饮酒量＞5 杯）会患上急性或者慢性胰腺炎[2]。乙醇性急性胰腺炎更容易导致胰腺纤维化，进而转归成慢性胰腺炎。动物实验证明，长期乙醇喂养的小鼠并不能导致急性胰腺炎，但是通过戒酒能减缓急性胰腺炎发病后胰腺纤维化的进展[3]。目前认为，乙醇除了可能介导胰腺急性损伤外，某些代谢缓慢的乙醇代谢产物能导致胰腺慢性损伤，并且启动胰腺纤维化进程。

乙醇在体内的代谢途径主要是有氧代谢，即乙醇被氧化成乙醛。乙醇非氧化代谢产物有葡萄糖醛酸乙酯、硫酸乙酯、脂肪酸乙酯以及磷脂酰乙醇。由于葡萄糖醛酸乙酯以及硫酸乙酯是水溶性物质，代谢较快，目前并未发现其具有生物学活性[4]。而脂肪酸乙酯以及磷脂酰乙醇被证实具有某些生物学活性，例如涉及调控MAPK信号通路或者影响Ca2+浓度，并且可能导致胰腺、肝脏以及小肠某些细胞的损伤或者活化[5-7]。另外，相较于氧化代谢产物乙醛，脂肪酸乙酯以及磷脂酰乙醇在体内存留时间明显较长[8-9]。故脂肪酸乙酯以及磷脂酰乙醇更有可能是急性胰腺炎与乙醇发生关联的原因。

目前对乙醇非氧化代谢产物的生物学功能所知甚少，但是考虑到其缓慢的代谢速率以及某些生物学特性，研究脂肪酸乙酯以及磷脂酰乙醇对胰腺的影响能帮助我们更好地了解乙醇与急性胰腺炎的关联，并且为急性胰腺炎临床治疗带来实质性帮助。

1 脂肪酸乙酯

1.1 脂肪酸乙酯代谢途径

脂肪酸乙酯是一种乙醇非氧化生物活性代谢产物，可以由脂肪酸乙酯合酶（FAEES）或者乙酰辅酶A-乙醇-O-乙酰转移酶（AEAT）催化形成，并且被脂肪酸乙酯水解酶（FAEEH）分解成乙醇和脂肪酸。脂肪酸乙酯主要堆积在胰腺以及肝脏[10]。Haber等[11]通过动物实验证实胰腺能够自主合成脂肪酸乙酯。人在饮酒数分钟后即可在血清内检测到脂肪酸乙酯，其代谢模式和乙醇类似；但是脂肪酸乙酯在酗酒者[饮酒史（8.8±5.3）年，每日饮酒量（340±190）g]体内存留时间可高达99 h[8]。脂肪酸乙酯目前也是法医、公共卫生学用于研究乙醇暴露史的热门候选指标之一[12-13]。

和乙醇不同的是，脂肪酸乙酯血浆浓度在单次饮酒1 d后明显升高，代谢速率缓慢，并且和血清甘油三酯浓度无关[8]。另外在动物实验中，在体内代谢99 h后的脂肪酸乙酯浓度被证实能够影响胰腺细胞溶酶体稳定性，从而导致胰腺损伤[8]。另有研究发现，在长期乙醇喂养的大鼠模型中，FAEES Ⅲ基因表达量上升[14]，故推测合成脂肪酸乙酯可能是胰腺代谢乙醇的主要方式。在流行病学研究中也发现，乙醇性胰腺炎患者的羧酸脂肪酶（一种FAEES）的野生型（NN型）基因频次降低，L型等位基因频次增高[15]。脂肪酸乙酯和甘油三酯对胰腺的影响是独立的，并且酗酒者体内的脂肪酸乙酯浓度足以介导胰腺损伤。

1.2 脂肪酸乙酯介导胰腺损伤的机制

目前认为，脂肪酸乙酯能够影响胰腺腺泡细胞增生、细胞自噬、溶酶体稳定性以及线粒体损伤[16-18]。体外试验证实，人类来源的胰腺组织中脂肪酸乙酯能导致胰腺腺泡细胞凋亡[19]。Huang等[18]证实，抑制FAEES对胰腺有保护作用；他们并且提出一种使用棕榈油酰乙酯（POA）+乙醇诱导急性胰腺炎的动物模型。Wu等[20]指出，抑制胰腺腺泡细胞乙醇氧化途径后，脂肪酸乙酯含量上升，从而导致细胞活力下降。目前认为，脂肪酸乙酯导致胰腺腺泡细胞损伤的主要原因是诱导腺泡细胞内Ca2+浓度上升，或者是其代谢产物脂肪酸导致胰腺损伤。和脂肪酸不同的是，脂肪酸乙酯能够使腺泡细胞内Ca2+浓度快速上升，从而导致Ca2+依赖蛋白酶原激活以及细胞坏死；而脂肪酸对Ca2+的诱导则相对缓慢[6]。但是也有研究显示，脂肪酸上升细胞质Ca2+浓度的速度要快于脂肪酸乙酯，其背后的原因可能和检测时间点、时长或者选用的试剂有关系。脂肪酸乙酯的主要诱导方式是通过IP3Ⅱ和IP3Ⅲ使得胞内储存的Ca2+向细胞质释放；而脂肪酸诱导胰腺损伤的方式则是通过抑制线粒体ATP合成[21]。虽然脂肪酸乙酯诱导胰腺腺泡损伤反应快于脂肪酸，但是有研究指出，在等量的情况下，脂肪酸对胰腺的损伤大于脂肪酸乙酯，后者会导致较高的血浆促炎因子；研究人员认为，促脂肪酸转变成脂肪酸乙酯或可以缓解急性胰腺炎[22]。但不可否认的是，无论是脂肪酸乙酯还是脂肪酸，都会对胰腺造成损害，因为脂肪酸乙酯最主要的代谢途径是分解成脂肪酸。

综合上述文献，将脂肪酸转变成脂肪酸乙酯以治疗乙醇性胰腺炎并不能从根本解决问题，同时降低二者产量以及Ca2+浓度更有利于降低胰腺损伤。探索同时抑制脂肪酸以及脂肪酸乙酯生成，及其对Ca2+浓度的影响，或许是可行的研究方向之一。另外，脂肪酸乙酯在腺泡细胞中调控Ca2+浓度及其参与的相关信号转导途径，具体分子机制仍有不清。胞内不同来源的Ca2+可能会导致不同的生物学效应，从而影响疾病转归。

脂肪酸乙酯除了会对胰腺造成急性损伤，在酗酒者体内长期存在一定浓度的脂肪酸乙酯也可能导致慢性损伤。脂肪酸乙酯参与调控肝脏星状细胞分裂以及MAPK信号通路，从而影响肝纤维化[5]。与此相似，脂肪酸乙酯也能激活胰腺腺泡细胞的p38 MAPK信号通路[23]。在动物实验中，抑制p38 MAPK信号通路能缓解急性胰腺炎以及抑制炎性因子分泌[24]，以及活化的胰腺星状细胞MAPK信号通路高表达[25]。另有更进一步的研究指出，脂肪酸乙酯能够直接和星状细胞作用，若是预先使用TGF-β（一种常见的胰腺炎微环境细胞因子）刺激星状细胞，将能够提高星状细胞对脂肪酸乙酯诱导的细胞死亡的耐受性，而稳态的星状细胞则无此表现[26]。这提示，脂肪酸乙酯可能是导致急性胰腺炎转归成慢性胰腺炎以及胰腺纤维化的因素之一。有研究以鹿鼠为模型动物，给予大剂量口服乙醇或脂肪酸乙酯，结果发现该方法能很好地模拟慢性乙醇性胰腺炎以及纤维化的特征[27]。

2 磷脂酰乙醇

2.1 磷脂酰乙醇代谢途径

磷脂酰乙醇是一种乙醇非氧化代谢产物，由磷脂酶D催化形成，并且主要被磷脂酸磷酸水解酶（phosphatidate phosphohydrolase）分解成磷酸乙酯（ethyl phosphate）和甘油二脂（diacylglycerol）。另外磷脂酰乙醇还是磷脂酶A2、磷脂酰胆碱前体磷脂酶C的底物。有研究发现，在大鼠乙醇喂养后使用高效液相色谱法检测脏器的磷脂酰乙醇含量，发现其主要累及小肠、肺以及胃，而在胰腺中检测不到[28-29]。但是有研究指出，在乙醇存在下，胰岛细胞会产生磷脂酰乙醇，其半衰期为1～2 h[30]。虽然磷脂酰乙醇在胰腺中累及的量不多，但是与胰腺密切相关的小肠是磷脂酰乙醇累及最多的器官，并且可存在于血浆中，故磷脂酰乙醇可能通过循环系统以及小肠调控胰腺功能。磷脂酰乙醇在慢性长期饮酒的人群中稳定存在，其血清浓度和饮酒量呈现正相关[31]。单次饮酒8 h后磷脂酰乙醇血浆浓度达到峰值，半衰期约为3 d[9]。综合考虑磷脂酰乙醇血浆浓度和饮酒量之间的关系，急性胰腺炎伴有酗酒的患者血清磷脂酰乙醇浓度可能为0.205～1.355 μmol/L。目前尚未发现以这一区间范围的磷脂酰乙醇干预胰腺泡细胞的体内、体外试验报道。

2.2 磷脂酰乙醇生物学活性

目前对于磷脂酰乙醇生物学活性的研究较少。磷脂酰乙醇具有促肠道细胞增生的作用，其主要是通过促ZONBA入核上调增生相关基因表达[7]。在肝脏细胞中，磷脂酰乙醇则有增强血管紧张素Ⅱ促p42/44 MAPK信号通路的作用。有研究表明，磷脂酰乙醇，而不是乙醇，才是导致p42/44 MAPK信号通路上调的原因[32]。但是磷脂酰乙醇增强血管紧张素Ⅱ的分子机制仍然未知。一如上述所提，抑制MAPK信号通路具有抗炎和抗纤维化的作用，故干预MAPK信号通路可能是磷脂酰乙醇介导胰腺损伤的机制之一。另外也有研究发现，磷脂酰乙醇对Na+/K+-ATP酶、蛋白激酶C、细胞膜流动性有影响[33-35]。

磷脂酰乙醇的代谢涉及多种生物活性物质的激活或者生成，例如磷脂酸或者磷脂酶A2[36]。磷脂酸在有丝分裂的过程中起到重要作用[37]，在使用胆囊收缩素诱导的急性胰腺炎模型中，磷脂酶D活性上调并且维持多天，磷脂酸合成量也增多[38]。有研究表明，磷脂酶A2及其底物卵磷脂一起孵育胰腺腺泡细胞，可导致细胞破坏[39]。是故磷脂酰乙醇对胰腺的作用可能是直接或者间接的。

另外，胃肠道是磷脂酰乙醇累及最多的器官，而胃肠道和胰腺的功能密切相关。和胰腺类似，目前有关磷脂酰乙醇对胃肠道的影响研究较少，但有研究显示，和磷脂酰乙醇代谢相关的物质磷脂酸参与了CCK-8诱导的淀粉酶分泌[40-41]。

3 小结

虽然非氧化代谢不是人体代谢乙醇的主要方式，但是考虑到非氧化产物缓慢的代谢速率以及级联放大效应，非氧化代谢产物仍具有重要的生物学意义。脂肪酸乙酯以及磷脂酰乙醇被证实具有多种生物学活性。脂肪酸乙酯对胰腺的作用主要是调节细胞内Ca2+浓度以及MAPK信号通路，有促胰腺坏死以及纤维化的作用，但是其具体分子机制有待研究。磷脂酰乙醇在体内主要累及部位是小肠，有促小肠细胞增生的作用，而其代谢可能干扰磷脂酸生成、磷脂酶D以及磷脂酶A2的活化，这些物质参与胰腺的增生、坏死以及CCK-8信号转导，可能对急性胰腺炎发病有间接作用。另外，确定这两个物质在体内的浓度与胰腺损伤之间的关系，有利于我们建立更好的乙醇性急性胰腺炎、慢性胰腺炎，或者胰腺纤维化动物模型。

综上，揭示这两个代谢产物对胰腺的作用有助于我们更好地理解急性胰腺炎的发病机制以及转归，以建立更合适的动物模型提供研究，并找到更有效的治疗靶点。