酒精性肝病线粒体损伤机制

酒精性肝病线粒体损伤机制摘要：酒精性肝病（ALD）是由于长期酗酒所引起的一类疾病。

肝细胞线粒体是酒精攻击的首选靶点，其机制包括线粒体形态结构的改变、氧化应激反应、渗透转运、蛋白质改变、蛋白质乙酰化以及DNA损伤、脂质过氧化等。

本文主要从前四个方面对ALD的线粒体损伤机制简单阐述，有助于从分子水平了解发病机理，并为临床治疗提供思路。

关键词：酒精性肝病；线粒体；自由基；渗透性转运孔；蛋白质乙酰化随着乙醇消耗的增加，酒精性肝病（Alcoholic Liver Disease，ALD）已经成为全世界范围内备受关注的健康话题。

酒精性肝病包括从酒精性脂肪肝、酒精性肝炎到酒精性肝纤维化[1]。

其发病机制亦被广泛研究。

肝细胞线粒体作为维持能量生成和稳定、调节氧化还原信号和凋亡的细胞器，在ALD早期就会发生异常，其分子机制的研究主要集中在线粒体结构和功能的改变上，主要包括氧化应激、渗透性转运孔开放、Ca2+调节异常、线粒体蛋白质损伤等多个方面。

肝细胞长期暴露于乙醇时，线粒体发生氧化应激反应，活性氧（ROS）和活性氮(RNS)合成增加，渗透转运孔开放的敏感性增强，线粒体DNA受损，并通过转录翻译后改变呼吸链复合物的活性[2]。

多种因素使线粒体呼吸效率降低，ATP合成减少，细胞缺氧加重，启动细胞凋亡途径，最终导致酒精性肝病的发生。

1.乙醇对肝脏细胞线粒体形态结构的影响线粒体是真核细胞重要的细胞器，是动物细胞合成ATP的重要场所，作为能量工厂为机体各项生命活动提供能量。

在肝细胞中，线粒体含量非常丰富，糖类、脂质、蛋白质等都是在线粒体内氧化转换为ATP的，哺乳动物日常活动的80%能量都是由线粒体电子传递链反应提供的。

除此之外，肝细胞线粒体还有其他重要功能，比如：参与尿素合成、参与氨基酸转换等，线粒体还与内质网、细胞质膜一起参与调节细胞浆内Ca2+的浓度。

同时线粒体也是也是细胞内最为敏感的细胞器之一，是自由基作用的靶器官，联系氧自由基和细胞死亡的中心环节。

线粒体具有独特的磷脂双层构成的生物膜，自由可使其中的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化作用[3]，包括不饱和脂肪酸的破坏、脂质过氧化反应主要产物丙二醛（MDA）与膜蛋白游离氨基酸的或磷脂分子缩合生成丧失生物活性的大分子产物，而这些均可使膜的流动性降低通透性增加。

有研究表明[4]，乙醇早期的靶系统是线粒体内氧化还原体系，约25%的ALD 患者中出现线粒体巨大症，是由于线粒体过度增生，以致发生变形和退变的结果。

线粒体结构的改变影响了线粒体的功能，40%的氧化磷酸化和TCA循环被抑制，脂肪酸的清除能力也随之降低，又通过单价渗透作用产生更多的氧自由基（线粒体呼吸链电子渗漏增加，能量偶联效率降低，而解联的呼吸链又会产生大量的ROS），进一步造成肝损伤。

2长期酗酒增强氧化应激损害2.1 ROS的生成与肝细胞损伤肝细胞线粒体在生物大分子的代谢中发挥着重要作用。

机体内的ROS，主要包括O2-、H2O2、-OH等，是细胞能量代谢的副产物，对细胞内生物大分子核酸、蛋白质、脂质等有损伤作用。

ROS来源于多种细胞酶系，包括线粒体呼吸链、NAD(P)H氧化酶，黄嘌呤氧化酶等。

其中，线粒体呼吸链是多数哺乳动物ROS的主要来源。

此外，细胞色素P450 2E1(CYP2E1)也是线粒体ROS的主要来源，可代谢许多内源性或外源性小分子物质，如乙醇、丙酮、甘油等。

乙醇诱导CYP2E1释放，并激活黄嘌呤氧化酶和NADPH氧化酶，产生大量ROS，这也是ROS的另一重要来源[5]。

线粒体呼吸链主要位于线粒体内膜，由四种蛋白复合物构成。

长期酗酒时，乙醇损伤氧化磷酸化系统，电子从呼吸链复合物中泄露，每次传递一个电子给O2，形成O2-，后者通过酶或非酶反应生成H2O2、-OH，是体内ROS的主要来源。

目前认为，呼吸链产生O2-的部位主要位于复合体I、III。

复合体I生成O2-的机制尚不完全清楚，相关研究表明[6]，可能是通过复合体II 向复合体I反向传递电子实现的，复合体III生成O2-的机制已基本明确，主要通过半醌型泛醌中间体的自动氧化完成。

研究显示[7,8]，长期暴露于乙醇可以造成线粒体DNA（mtDNA）氧化损伤，导致mtDNA编码的呼吸链复合亚基的水平降低，活性减弱，继而影响ATP合成。

过多的ROS合成能诱发脂质过氧化反应，生成脂质过氧化产物，如4-羟基壬烯酸（4-HNE）和丙二醛（MDA）。

脂质过氧化产物通过损伤mtDNA式呼吸链成分失活，又发现立体渗透性转运，导致线粒体肿胀破裂，肝细胞死亡。

4-HNE 能激活库普弗细胞产生TNF-α，激活杆星状细胞，诱导中性粒细胞浸润产生炎性反应。

最近研究表明，4-HNE可修饰重要的肝脏蛋白，使之失活，促进ALD的进展[9]。

2.2 RNS生成与肝细胞损伤活性氮（RNS），主要包括过氧亚硝基阴离子（ONOO-）及其质子形式过氧亚硝酸（HONOO）等具有高度氧化活性的自由基和硝基类化合物。

体内的一氧化氮（NO）由NO合酶（NOS）催化产生。

NOS有三种形式，即存在于内皮细胞中的eNOS存在于神经细胞中的nNOS以及可诱导型NO合酶（iNOS）。

正常肝脏中，iNOS水平很低，但是在炎性反应或其他疾病状态下其表达会增加[10]。

Forsyth等研究表明，长期酗酒能诱导iNOS合成。

过量的NO进入线粒体，与O2-反应生成ONOO-，诱导硝化应激反应。

NO结合细胞色素c氧化酶上的亚铁血红素位点，抑制呼吸链活性，使ATP合成减少，ROS合成增加，造成慢性肝脏损伤。

NO还能抑制细胞对缺氧的感知能力，加重组织缺氧，促进肝脂肪变性进展为更严重的肝病。

ONOO-作为NO的代谢产物，是一种强氧化剂，能通过翻译后修饰造成线粒体蛋白质失活，抑制细胞功能，增强细胞损伤的易感性。

2.3抗氧化物的消耗谷胱甘肽（GSH）和超氧化物歧化酶（SOD）是体内主要的抗氧化物。

GSH 在细胞液中合成，一部分由转运体转运至线粒体内，将H2O2分解为H2O，在调节ROS生成及细胞凋亡方面具有重要作用。

慢性酗酒可抑制转运体的功能，选择性的消耗线粒体内的GSH。

DAS等研究提示暴露于乙醛时，SOD水平升高，这可能是抵抗氧化应激的代偿机制，但是长期酗酒时SOD水平仍会降低[11]。

3.线粒体长期置于酒精中渗透转运孔开放及Ca2+调节紊乱3.1线粒体渗透转运孔结构及其功能研究显示线粒体渗透转运通道复合体（Permeability Transition Pore Complex，PTPC）在MPT中起重要作用。

PTPC是一种在线粒体内外膜之间连接部位形成的多聚蛋白质复合体结构，由线粒体外膜的电压依懒性阴离子通道（VDAC）、内膜的腺嘌呤核苷酸移位酶（ANT）、基质的环孢素受体D（CypD）等组成。

生理状态的MPTP能通过小分子量的溶质，并允许质子自由通过线粒体内膜，造成电势差，形成稳定的膜电位在受到某些刺激时( 如Ca2+) MPFP开放，线粒体膜的通透性改变，造成线粒体膜电位降低、ATP衰竭、氧化磷酸化去偶联、线粒体大幅度肿胀、外膜破裂、内外膜间促凋亡因子的释放等变化，从而导致细胞凋亡或坏死[12]。

目前认为，在线粒体渗透转运中CypD在MPTP及Ca2+调节中起着关键的作用。

3.2酗酒导致Ca2+调节紊乱，Ca2+的调节紊乱是许多疾病包括肝病的重要发病机制。

当细胞内Ca2+水平升高时，线粒体能够迅速吸收大量Ca2+以缓解这种饱和状态[13]。

线粒体吸收Ca2+超负荷时，MPTP开放，线粒体两侧离子浓度梯度消失，呼吸链与氧化磷酸化解偶联，ROS合成增多，ATP生成减少，线粒体肿胀，外膜破裂，线粒体蛋白质释放，进入死亡程序[14]。

近年来对MPTP的研究已经确定了CypD在调节MPTP开闭上的重要地位。

CypD是唯一存在于动物线粒体上的亲环素，是线粒体中环孢素A（CsA）的受体。

CsA与CypD结合使MPTP的敏感性降低，更能抵抗线粒体过量摄取Ca2+后引起的MPTP开放[15]。

研究发现，乙醛灌胃动物模型分离出的肝线粒体与对照组相比，CypD水平增加，而渗透转运孔开放阈值降低，对Ca2+的负荷能力降低，Ca2+的储备能力减弱[16]。

长期酗酒时，线粒体氧化应激增强，ROS合成增多，CypD与ANT结合能力增强，CypD水平增加，启动MPTP的Ca2+阈值降低。

使MPTP敏感性增加。

King等[16]还发现乙醛造模动物组与对照组相比，线粒体内的促凋亡蛋白Bax 水平明显增加，可能通过与MPTP或其他膜组分相互作用来改变Ca2+调节机制。

4.长期酗酒导致线粒体蛋白质高度乙酰化蛋白质尤其是组蛋白的乙酰化和去乙酰化是基因表达调控的一种非常普遍的方式。

目前认为，去乙酰化酶3（SIRT3）是线粒体主要的去乙酰化酶，在抵抗氧化损伤方面具有重要作用[17]。

SIRT3使异柠檬酸脱氢酶2其乙酰化，而异柠檬酸脱氢酶2在线粒体内能够合成NADPH。

NADPH是谷胱甘肽还原酶催化生成GSH所必需的，而GSH是线粒体内谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）消除ROS 时的辅助因子[18]。

SIRT3能使呼吸链复合体I、II的亚基去乙酰化[19,20]，直接减少ROS的生成。

此外，还有研究显示SIRT3能使乙酰-CoA合成酶2（AceCS2）去乙酰化，参与脂质代谢，减少肝细胞脂质储存。

因此，SIRT3对消除ROS，减轻氧化应激损害具有重要意义。

相关研究表明[21]，乙醛能增加线粒体蛋白质的乙酰化作用。

据相关报道[22]，长期酗酒可使线粒体蛋白质高度乙酰化。

SIRT3是NAD+依赖酶，在调节乙醇诱导的线粒体蛋白质乙酰化造成的肝损伤中期重要作用；长期酗酒时NAD+降低，线粒体内部的氧化还原状态改变，抑制SIRT3的活性，造成蛋白质高度乙酰化[23,24,25]。

5.小结长期酗酒使线粒体的形态结构发生变化，对氧化磷酸化产生抑制作用并使其解偶联，对线粒体蛋白质、DNA的损害及肝细胞对缺氧、凋亡激发机制更为敏感，表明ALD的发病机制中线粒体扮演着重要的角色。

长期酗酒导致对自由基氧化应激增强，使线粒体功能受损，更加促进了ALD的发生；MPTP在Ca2+调节中的作用以及蛋白质的乙酰化程度均与ALD相关。

进一步明确ALD的发病机制可为治疗方案提供思路。

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