肝脏损伤的机制

干 易i嘲I9之jl乱亡f蛔 岜 t 星 晰害揍f留 己 喀 中华消化杂志 1998年 8月第l8卷 第4期 肝脏损伤的机制 姚光掰 7 J ．。2， 肝实质细胞(hepatocyte)是肝脏 最主要的细胞成分，它行使重要的代 谢，贮存和解毒功能．其他的三种非实 质性细胞，枯否细胞(kupffer cel1)、星 状细胞(stellate cel1)和血管内皮细胞 (endothelial cel1)．对于维持肝脏功 能的完整性同样起着不可缺少的作 用。这4种细胞在解剖学位置上十分接 近，通过旁分泌和 自分泌形式产生各 种化学介质，藉以传递信息，沟通交 流．相互影响，相互作用(图1)。各种有 害的因子和物质，例如：病毒，药物、乙 醇，缺氧，免疫等．以一种或几种细胞 为靶细胞．激发细胞损伤，产生一系列 的介质．造成细胞坏死和凋亡、炎症、 纤维化等病理改变．最终导致各种肝 脏疾病f 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1)。 图1 肝脏细胞 l介质在 J}f扭伤中的相互作fI】 肝脏损伤的基本要素 一 细胞死亡：坏死与凋亡 细胞死亡是肝脏损伤最基本的共 同前提。细胞死亡有细胞坏死和细胞 凋亡两种形式，二者的形态学特点 发 生机制和生物学意义不同。 H 细胞坏死：细胞坏死是指细胞 膜的完整性被破环，胞质膜破裂，最后 导致细胞溶解．细胞内细胞器死亡，胞 质液的酶类释出f~H：ALT AST)。由于 细胞内成份释至细胞外，激起炎症反 应，炎症细胞 细胞因子和毒性氧基因 的出现，使邻近的组织进一步损伤．加 重病变，如果发展下去可使更多的细 胞死亡，器官功能不全和疾病形成。在 组织学上．很容易认出坏死，因为在病 变部位的坏死残余可持续较长时间， 同时伴有炎症反应。细胞坏死是由于 有害环境或因子对细胞损害的结果， 所以坏死可认为细胞被谋杀。 坏死的机制：细胞坏死，特别是肝 细胞坏死是一个复杂的过程，使细胞 内各种代谢完全失调，最终致死。归纳 起来 包括下列几个方面：(1)细胞的内 环境稳定性丧失．细胞内钙离子增加， 钾离子减少．细胞肿胀和破裂。(2)氧应 激的作用，有毒的氧基团使巯基氧化 裹1 肝脏损伤：起因和结局 作者单位 200040上悔市静安区r 心医院 235 ’ 基础 医学与临床 脂质过氧化，DNA破裂，最终使细胞器 失去功能，导致细胞死亡。(3)激衍一系 列水解酶类，如：蛋白水解酶，磷脂酶， 核酸内切酶等．使细胞破坏。 口 细胞凋亡：形态学特点为细胞 收缩．棱染色质浓缩，胞棱断裂成碎 片，细胞表面微绒毛消失，形成小泡， 内台存活的细胞器。最后细胞分裂成 分散的有完整膜的凋亡小体。后者形 成后，很快地(2～刮、时)被相邻的上皮 细胞和专业吞噬细胞所清除。所以在 普通HE染色的组织切片中，很难发现 凋亡小体。犹如天空流星．一过即逝。 一 般来说，凋亡不会导致炎症反应，但 可激活转化生长园子fl(TGF一口)．促进 纤维化。凋亡在本质上是机体保持正 常细胞转换的生理过程。通过细胞凋 亡 ，除旧更新 ，将衰老细胞去除 ．是一 种按程序进行的 自我破坏现象，故可 称细胞自杀。但凋亡的过多或过少均 可造成病理现象。估计如每小时肝细 胞的凋亡率为5 ，在2～3天将有25 的肝细胞死亡。 捅亡的机制：细胞凋亡是一种有日 的受体介导的过程，细胞表面有一系 列与捅亡相关的受体，当它们被激话 后 ，造成细胞死亡。这些受体包括 TGF一口受体，Fas(CD。6或APO一1)， TNF1和2受体，APO一2，APO一3和 死亡受体4(DR4)。Fa&及其配体在激起 肝细胞凋亡过程中受到特别的重视。T 淋巴细胞表面有Fas配体表达，与肝细 胞表面的Fas结合．造成凋亡。在某些 病理状态时，肝细胞表面可有Fas配体 表达．如在乙醇性肝炎时．Fas~H性的 肝细胞和表达Fas配体的肝细胞相互 作用．自相残杀。Fas与配体结合，激}舌 了细胞 内的蛋 白水解酶 类 的连锁反 应f如：胱门蛋白酶)，破环线粒体外膜． 最后造成细胞凋亡。 ㈢ 环死与凋亡的关系：坏死和凋 亡均参予细胞的死亡。在临床肝脏病 中，F1前尚难决定肝细胞坏死或捅亡 维普资讯 http://www.cqvip.com 236 所占的比例。一般来说．外来毒素或有 害因子，当剂量较低时，以凋亡为主． 在剂量较高时．以坏死为主。但也不是 绝对的，因为侵袭围子和宿主反应是 多态性的。因此 在考虑治疗策略时．应 同时采取防止和阻断坏死和稠亡两者 双管齐下的方针。实质上，坏死和凋亡 导致细胞死亡的机翩 有共同之处 F【 前认为，线粒体在细胞死亡中执行刽 子手的作用．造成坏死和凋亡的机制 最终使线粒体结构改变，失去功能。结 果为线粒体功能衰竭．形成坏死。或者 线粒体释 出一些凋亡诱发 因子．如 AIF，细胞色素C，则造成捅亡。所以坏 死和凋亡的形成具有共同通路．不过 在量和质的方面有所差别。 二．氧应激与细胞损伤 由于 化学药品、缺 氧后的再氧 化 (再灌流)和急慢性炎症反应等均产 生氧化性的细胞损伤，并伴有多种细 胞结构和功能的改变，缺氧的细胞生 成反 应性氧基 团fROS．reactive oxy． gen species)．在正常情况下，由抗氧 化系统所分解．线粒体是细胞内产生 ROS的主要来源。在某些病理状态例 如毙症和促氧化性化学毒性物存在 时，组织内的ROS产生增加．如产生过 高，则可导致细胞的坏死或凋亡。 ㈠ 氧应激与替胱甘肽氧化：还原 型谷胱甘肽(GSH)在细胞防御反应性 氧基团(又称：氧自由基)及其中间反应 物 造成 的损 害 中 ．起有 独特 的作 用。GSH不仅能还原过氧化氢和有机 过氧化物．并能与亲电子基结合．保护 含巯基的蛋白质 GSH氧化后成为还 原型的答胱甘肽(GSSG)．在GSH还原 酶和NADPH作用下．又生成GSH。当 细胞内氧化一抗氧化机制失调．ROS形 成过多 细胞内GSH耗竭，含巯基蛋白 破坏．可诱发细胞死亡 ( 氧应激与细胞内钙稳态改变： 正常细胞质液内游离Ca +浓度为 0 1～0．2ttM．而细胞外Ca 浓度为 1 3mM左右 如此大的浓度差距，造成 很大的电化学梯度 ，使Ca++不断流人 细胞内 因此需要通过胞质膜、内质 网、线粒体和桉膜的排钙机制，将细胞 内的钙不断排出，以维持Ca 在细胞 内的内环境稳定。细胞受到氧应激损 伤时．细胞排出Ca 的机制受损．Ca 流出受阻．Ca++便在细胞内、线粒 体和胞棱内滞留．激活磷脂酶类．蛋白 水解酶类、枚酸内切酶类，破坏胞质膜 和细胞骨架，裂解蛋白质和核酸．最终 杀死细胞。 ㈢ 氧应激与DNA损伤：氧 自由 基和羟 自由基激活细胞棱酸内切酶 系．使DNA断裂．特别在铜与DNA结 合部位更易受到破坏。 ㈣ 一 氧 化 氮 介 导 的 细 胞 损 害：NO及其氧化物作用于线粒体的 呼吸酶链，核糖核酸还原酶 ．巯基蛋 白 质，mRNA和DNA修复系统．造成细 胞损害和死亡． ㈤ 氧应激与细胞凋亡：细胞暴露 于氧化物．高浓度时造成坏死．低浓度 则造成凋亡而不是坏死．应用抗氧化 剂可以防止凋亡．提示氧应激在凋亡 中也起着一定的作用 肝实质细胞损伤 各种致病因子引起肝细胞损伤的 机制各不相同，现举例说叨 一 、免疫性损伤 肝细胞的免疫损伤可由于体液免 疫或细胞免疫等引起，但以后者更为 重要 细胞毒T细胞(CTL)通过两种方 式损伤肝细胞。CTL的抗原特异的T细 胞受体(TCR)和CD8分子与靶细胞(肝 细胞)表面的抗原——MHCI结合．激 活细胞内信号．产生穿孔素和颗粒酶． 通过脱胞作用和进入靶细胞，激活蛋 白水解酶系如胱门蛋白酶(Caspase)， 造成细胞死亡或凋亡 (图2)。慢性乙肝 病毒、慢性丙肝病毒、自身免疫性肝 炎、某些药物性肝炎和肝移植后的排 异 其主要或部分的肝损伤，是由免疫 反应所致。 目IT E镕 围2 细胞毒性T淋巴细胞与病毒感染的肝细 胞之问相互作川．导致肝细胞死亡 Chin J Dig．August 1998．Vol 18，No 4 二、药物性肝损害 药物引起的肝损害可由药物直接 作用 药物代谢物或免疫机制引起。乙 酰氨基酚(扑热息痛)过量引起的肝坏 死是由于其中亲电子代谢物NAPQI 形成过多．不能完全被GSH所解毒 ．以 致与太分子物质共债结合．造成肝细 胞坏死。舁烟肼造成的肝损伤．可能是 由于肼、乙酰肼和N一羟基肼等中间产 物，使组织产生毒性氧基团或亲电子 物 结合组织大分子蛋白质，并对线粒 体有毒性作用．造成肝细胞坏死。异烟 肼引起的肝损伤与剂量无关．与药物 代谢的遗传异质性、年龄与利福平或 匹嗪酰胺合并用药、以及嗜酒等有关。 双氯灭酚(扶他林)．氟烷等引起的肝损 伤系由免疫反应所 I起，药物或其代 谢物与组织蛋白结合形成新抗原，弓I 起免疫性损伤。 三、乙醇性肝炎 乙醇性肝炎的病理改变有肝细胞 坏死，中性粒细胞和淋巴细胞浸润。在 碎片状坏死区的炎症细胞 以CTL为 主。现认为，内毒素在乙醇性肝损伤中 起着重要的作用．人类和实验动物饮 酒后，血浆内的内毒素水平明显增高 内毒素系一种来自肠道内的革兰阴性 杆菌壁的脂多糖(LPS)．饮酒后由于胃 肠粘膜通透性增加以及枯否细胞清除 LPSfl~力降低．使血浆内LPS水平增 高。LPS与血浆内的结合蛋白(LBP)形 成复合物．与另一种糖蛋白CD14结 合，激活辅否细胞产生TNF 、IL一8、 IL一1和血栓素等炎性介质。同时乙醇 中毒使细胞产生很多的毒性氧基团． 处在氧应激状．不仅可直接使肝细胞 坏死，也进一步加重炎症反应。脂质过 氧化的产物和乙醇的代谢物乙醛，与 蛋白质结合，成为新抗原，激发免疫反 应，使CTL攻击肝细胞 在乙醇性肝炎 时，不仅淋巴细胞表达Fas配体，肝细 胞也表达Fas配体 与表达Fas的肝细 胞相互作用 ．引起细胞凋亡。 枯否细胞 枯否细胞是人体内最重要的吞噬 细胞 之一 约 占人体固定吞噬细 胞总 量的80％～90 。在肝脏的所有 细胞 中，约15 为枯否细胞．其所占比例仗 次于肝宴质细胞 在正常情况下．柿否 ～ ＼ ／ ／ 维普资讯 http://www.cqvip.com 中华消化杂志 1998年 8月第坞卷 第4期 细胞位于肝赛腔内 以其长的突起固 定于 内皮 细胞。枯否细胞表面有Fc和 C3受体 可通过吞噬或调理作用，清除 来自门脉血液内的颗粒或其他异源陛 物质。枯否细胞突出的功能是对内毒 索(LPS)的清除和解毒作用。枯否细胞 激活后 能产生反应性氧基团、细胞网 子和蛋白质分解酶类。这些化学介质 的产生在一定程度是材否细胞的生物 效应 清除有害的异性物质或颗粒，帮 助免疫系统破坏抗原。但是如果反应 过强 时间过长 反过来则会造成肝损 伤。 一 、肝损伤与柿否细胞激活 在四氯化碳、氨基半乳糖和乙酰 氨基酚等中毒性肝损伤的动物实验 中，观 刊给予上述毒物后，肝脏内巨 噬细胞增加近3倍，主要来 自循环内的 单核细胞．这些细胞的分布与肝细胞 损害的部位一致．肝损伤后，枯否细胞 出现形态学和生理功能的改变。激活 的枯否细胞体积增大，更具星状形态 胞浆内有空泡．以及胞浆与胞核的比 例增加。在功能上，可产生很多产物． 如反应性氧基团 细胞罔子，类花生四 烯酸 蛋白分解酶类(表2)．激活的枯否 细胞其吞噬、趋化和细胞毒作用增加． 并动员白细胞进入肝脏 损伤肝细胞。 在再灌流性肝损伤，例如休克，肝移植 或其他的肝脏手术时，肝脏的损伤与 材否细胞激活也有关 再灌流激发有 毒的氧基团释放．激活枯否细胞和产 生TNF 后者又发动中性粒细胞积 聚 以及进一步释出各种有害的产物， 使肝脏损伤 (图3)。乙醇性肝炎的发病 机制与枯否细胞激活的关系 前面已 经提到。 二、 否细胞激活与LPS、TNF 的关系(图3) 在实验性中毒性肝损伤的发病机 表2 激活的楠否细胞的产物 反应牲氧基研 超氧化物 过氧化氢 一 氧化氨 卦l『胞闻了 TNF ，Tl广1．II 6 Tl广8血小板凝集网了 娄花生田烯醴 蛋白分解酶娄 圉8 中毒性肝损伤的发病机制 制中 内毒素(LPS)和TNF 起到关键 性的作用。肠道吸收LPS增加 激活枯 否细胞产生TNF LPS作为一种介质 使肝细胞损伤和死亡．TNF 是一种由 吞噬细胞产生的因子 作用于细胞表 面的受体(包括肝细胞)，使激活细胞内 的应答．包括：磷脂酶、激酶、磷酸酶 反 应性氧基团和转录因子等。TNF 对很 多种肿瘤细胞有细胞毒作用 但对正 常细胞无作用。当细胞的RNA和蛋白 质受到抑制时 正常细胞对TNF 敏 感。TN 对肝细胞并无毒性．当其他 因素存在耐．如毒性物质、氧应激 及细胞不能产生有效的保护因子时． 可损伤肝细胞、使其死亡或捅亡。 三、桉因子kB的激活 棱因子一kB(NF—kB)是一个由多 单位组成的转录因子 可以激活很多 涉 及 免 疫 和 炎 症 反 应 过 程 的 基 因。NF-kB以非激活形式存在于细胞 浆内，可被一些因素如：氧应激，内毒素 等激活。最近研究表明，N kB在抵抗 TNF 中起着关键的作用。肝细胞和非 肝细胞的NF-kB激活时 使细胞内的 一 些基因的转录上调 可保护肝细胞 被TNF=损伤．当NF—kB激活受阻时． 肝细胞在暴露于TNF 后很快死亡．但 是NF—kB的不确当的激活 使一些细 胞网子和炎性介质表达过多，也是有 害的。 四、枯否细胞激活和糌附因子 枯 否细胞 激 活后释 出的TNF IL-l和Y干扰索等 可使一些血管内 皮细胞的粘附因子表逃增加，从而吸 引炎症 细胞到病灶局部 ．造成炎症反 应 例如内皮细胞的ICAM-I与中性粒 细胞 的口2整合素结合．内皮细胞 的 VCAM一1与T细胞和单桉细胞的 1 整合索VLA一4结合。 五、枯否细胞激活与促炎症性类 花生四烯酸(eicosanoids)产生增加． 237 如：血桂塞，前列环素等 促进炎症反 应 星状细胞 星状细胞曾命名为贮脂细胞或Ito 细胞．在肝纤维化过程中起到中心的 作用。星状细胞位于肝窦的内皮下腔 位于肝细胞的侧基膜和肝窦内皮细胞 腔外侧之间。正常情况下是维生素A的 主要贮存址。由于它与其他细胞之间 相邻近．有利于细胞间交通和旁分泌 的作用．在常规HE染色的肝组织切 片 不能显示星状细胞 但可用免疫组 织化学将其定位．并可将其分离进行 体外细胞培养，研究其功能、 一 、星状细胞的初期激活 星状细胞激活是各种肝损伤(病毒 性、乙醇性、中毒性和遗传性肝病等)的 共同结果。星状细胞的激活过程可分 成二个阶段：(1)初期激{舌，(2)持续激 活．初 期激活代表 早期 的基阑和表型 的改变，使细胞对其他的细胞网子和 刺激应答．持续激活是在这些刺激的 作用下，维持表型的激活和纤维化形 成。初期激活主要由于旁分潞的刺激 而持续激活包括自分泌和旁分泌二方 面。 星状细胞的初期激活是受到邻近 细胞旁分泌刺激的结果 这些细胞包 括：肝窦内皮细胞、枯否细胞 肝细胞和 血小板。由于肝细胞在肝脏 的数量最 丰富，所以是一种有力的激活者．其中 脂质过氧化物 可能最为关键。肝细胞 损伤形成的脂质过氧化物．产生氧自 由基．可激活星状细胞．而抗氧北剂可 阻断其激活。 二、星状细胞的持续激活 ㈠ 细 胞增殖 ：血小板 生长 闻 子fPDGF)促使星状细胞的PDGF受 体表达 使细胞激酶类活跃，促进细胞 的有丝分裂和增殖． (一一细胞移动：对PDGF和其他趋 化信号应答，移动至肝脏损伤的部位 ㈢ 收缩：内皮素一l是使星状细胞 收缩最主要的刺激物．其他还有PGF 2 肾上腺髓质素和P物质。星状细胞 收缩的部位．在肝损伤早期可能为：肝 窦前、窦旁和窦后 当纤维进展日寸，在 肝窦的纤维柬中可有激活的星状细 胞(亦称：肌成纤维细胞)．其作用可使 维普资讯 http://www.cqvip.com 238 整个肝脏收缩，使血管阻力和门静弥 压增高。局部的一氧化氮和一氧化碳 对 内皮素1弓【起的星状细胞和血 管收 缩有对抗作用。 ㈣ 纤维化形成：激活的星状细胞 使细胞外基质(ECM)产生增加，以致 形成纤维化。在正常和肝损伤时，星状 细胞是ECM主要的来源(表3)。在肝纤 维化形成期，ECM有量和质两方面的 改变，例如从基底膜样基质(Ⅳ v1型胶 原)向纤维化间质的胶原(I、Ⅲ型)转 变。特别 是 I型胶原在纤维性疤痕形 成中特别重要。TGF 是刺激I型胶原 的旁分泌和 自分泌物质。 ㈤释出细胞因子：通过旁分泌或自 分泌方式分泌各种细胞罔子，对于持 续激活星状细胞和纤维化形成十分重 要。 ㈥ 基质蛋白酶活力：通过星状细 胞产生MMP 。MT—MMP和基质溶 解素(表3)。以及TIMP活力的改变，正 常基质降解增加和加速补充问质的胶 原。星状细胞接触了这些间质基质，便 进一步激活。 ㈦ 维生紊A丧失：星状细胞激活 后，其所含的维生素A使丧失。星状细 胞持续激活的后果是造成肝纤维化和 肝硬化。 内皮细胞 一 、 内皮细胞的结构 肝窦内皮细胞为肝窦(肝毛细血 管)的衬里．在肝窦内排列成管状 然 而，与其他内皮细胞不同，肝窦壁的内 皮细胞有许多筛孔．其直径平均为1．75 nm，也有大至1Fml 这些筛孔可以让血 液及其内容物白由通过，以便让营养 物、代谢物和废料，在肝细胞与血液之 间交换。 二、内皮细胞的功能 内皮细胞表面有透明质酸和乙酰 化低密度脂蛋白的受体，是清除血液 内透明质酸的主要部位 当内皮细胞 受损后，血浆内透明质酸浓度增高。与 其他的内皮细胞不同，其不舍有wei． bel—Palade／]~体及第Ⅷ凝血因子。肝 窦内皮细胞是血管活性介质的来源之 一 。 在LPS刺激后，内皮细胞释出内皮 紊l、NO 超氧化合物、前列环素和血 栓素等。内皮细胞在刺激后，也能产生 一 些细胞因子．如IL-1日和IL-6。 三、肝脏病时内皮细胞的改变 在乙醇性肝炎和慢性乙型、丙型 肝炎时可见到肝窦内皮细胞的筛孔消 失．并有基底膜形成。此种现象称为：肝 窦的毛细血管化。这样便阻碍了肝细 胞与血流之间的物质交换，加重了肝 脏的拟伤。肝小静脉阻塞病 OD)是 由于肝窦和肝小静脉内皮细胞损伤． 造成微血栓形成和小叶中央区的肝细 胞坏死。近年来。在肝细胞移植时。由 于大剂量的细胞毒化疗药和放疗的应 用，易发生VOD。 四、肝移植与内皮细胞损伤 表3 星状细胞产生的细胞外基质和其降解酶 细胞外基质 胶原 蛋白多糖 精置 基质蛋 白酶及其抑制物 基质蛋白酶 蛋白酶抑制街 l、叮 1V、V、vl、XW捌 盱亲，硫酸皮肤素和硫酸软骨索．perkan，syndec~m，bi~ycau， decorin 缃胞纤维结音誊．层牯噩白，merlin，ten~in nidogon／entactln． undulin进 Jj】I质酸 基质金属噩白酶一l，2(MM P) 基质溶解常一1 膜型一基质金屈蛋白酶(MT-MMP) 组织金属蛋白酶抑制物1．2(T1MP1．2] 血浆素原激话捌抑制物一1 C一1酶膊抑制物 Chin J Dig，August 1998，Vo1．18，No 4 肝移植时 通常先将 被移植的肝 脏 用 冷保 存 液 f如 ：UW 溶液 )加 以灌洗，在冰球状态下保存 如果移植 手术失败 ．主要是肝窦 内皮细胞 的死 亡 ，而其他肝实质和 非实质细胞 均存 活．研究发现，内皮细胞死亡是由于再 灌注损伤，而在灌流前玲冻保存肝脏 的内皮细胞是存活的。冰凉保留的肝 脏用温的血液或生理盐水灌注肝脏， 则会造成内皮细胞死亡和枯否细胞激 活。如用低温略偏酸性(pH6．5)的溶液 灌注，则被移植的肝脏得以成活．主要 是内皮细胞受损少。所以移植肝脏的 贮存／再灌注损伤，是由于再灌注所 致。这种损伤与氧自由基没有叫确关 系，是由于肝窦血流微循环障碍。主要 血管内皮粘附因子(ICAM—I)和中性 粒细胞粘附因子整台索LFA一2和 Mac一1的激活，使肝窦的微循环受阻。 应用Carolina灌洗液．含有腙嘌呤 抗 氧化剂：别嘌呤醇、desferal、GsH和 氨酸，pH为6 5，可明显改善移植物的 存活。 参 考 文 献 l Roser BG Gores GJ．Liver cel1 necr0- sis：cellular mechanism and c1inical implication Gastroenterology， 1995， 108：252—255 2 Patel T． G0re8 GJ． Apoptosis and hepatobiliary disease Hepatology， l995 21：1725—1728 3 Lui CC， Young LHY， Young JDE Lymphocyte—mediated cytolysis and disease N Eng1 J M ed．1996．335：1651— 1654 4．Laskin DL Nonparenchymal cells and hepatotoxicity Seminar吕 Liver Dis 1990．10：293-297 5．Mcclain CJ．Hill DB Schmidt J，et al_ Cytokines and alcoholic liver disease Seminars Liver Dis．1993．13：17-20 6 Rockey DC The cellular pathogenesis of portal hypertension：stellate cell 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