魏海梁， 司明明， 郭 輝， 李京濤， 李 倩， 閆曙光， 鞠 迪

1 陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 a.普外一科； b.肝病科， 陜西 咸陽(yáng) 712000；2 陜西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院， 陜西 咸陽(yáng) 712046

肝臟具有攝取、代謝、生物轉(zhuǎn)化、貯存、合成和分泌等多種功能，是人體內(nèi)體積最大、物質(zhì)代謝最活躍的器官，參與了糖、脂肪、蛋白質(zhì)、激素、維生素等的代謝，將多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送到其他器官組織，是人體能量代謝的中心；同時(shí)肝臟又是人體免疫功能的“排頭兵”，既負(fù)責(zé)清除外源性抗原、病原體，又要防止這些抗原誘發(fā)的免疫反應(yīng)被擴(kuò)大化，造成“自我損傷”。肝內(nèi)細(xì)胞是肝臟發(fā)揮其生理功能的核心，主要由肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞(肝細(xì)胞)和非實(shí)質(zhì)細(xì)胞(內(nèi)皮細(xì)胞、星狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等)構(gòu)成，其中肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞約構(gòu)成肝內(nèi)細(xì)胞總數(shù)的65%，占肝體積的80%，其數(shù)量和體積的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)表明其既是肝臟發(fā)揮生理功能的主體又是肝臟受到“攻擊”時(shí)受損的核心，各種有害因子和物質(zhì)(病毒、藥物、乙醇、缺氧、免疫等)導(dǎo)致線粒體功能障礙、ATP生成減少、能量代謝障礙，活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)釋放后誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)和脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),進(jìn)而加重線粒體損傷，加劇肝細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致肝細(xì)胞短暫或持續(xù)性損傷，甚至凋亡，引起炎癥、纖維化等病理改變，是導(dǎo)致多種肝臟疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵，因此，肝細(xì)胞線粒體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于維持肝細(xì)胞及肝臟生理功能具有舉足輕重的意義。本文就肝細(xì)胞線粒體與肝細(xì)胞損傷間的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 線粒體膜通透性的改變?cè)诟渭?xì)胞損傷過(guò)程中發(fā)揮重要作用

正常肝細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中有1000～2000個(gè)線粒體，他們除了參與肝細(xì)胞的能量代謝外，還參與了脂肪酸的氧化、尿素合成和轉(zhuǎn)氨基等作用。線粒體為肝細(xì)胞內(nèi)極為敏感的細(xì)胞器，廣泛的參與了肝細(xì)胞損傷的病理過(guò)程[1]。因此，正常的線粒體功能是肝細(xì)胞維持機(jī)體正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

線粒體膜通透性的改變?cè)诟渭?xì)胞凋亡或損傷中具有重要作用。線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore，PTP)是40多年前發(fā)現(xiàn)的一種生理現(xiàn)象，但至今仍未被完全了解。PTP是位于線粒體內(nèi)外膜之間的非特異性高導(dǎo)電性通道，由多種蛋白相關(guān)聯(lián)而形成(包括腺嘌呤核苷轉(zhuǎn)運(yùn)體、電壓依賴性陰離子通道及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等[2-3])，對(duì)環(huán)孢素A敏感，正常情況下，PTP只允許水及質(zhì)量小于1500 Da的溶質(zhì)通過(guò)。目有研究表明，PTP存在兩種開(kāi)放狀態(tài)：一種是正常生理狀態(tài)下的短暫開(kāi)放，這種開(kāi)放允許溶質(zhì)(如Ca2+、自由基等)在線粒體基質(zhì)與胞質(zhì)之間快速交換，另一種是持久的開(kāi)放，這種持久的開(kāi)放狀態(tài)導(dǎo)致線粒體去極化，ATP消耗過(guò)大，ROS釋放，損害Ca2+的內(nèi)外環(huán)境平衡穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致線粒體腫脹，誘發(fā)預(yù)凋亡因子釋放，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，因此，這種持續(xù)性開(kāi)放狀態(tài)被認(rèn)為是有害的，也被學(xué)者認(rèn)為是細(xì)胞損傷及不可逆性凋亡的關(guān)鍵點(diǎn)[4-6]。

PTP“不合時(shí)宜”的激活是人體多種疾病發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7]。作用于PTP的藥物也越來(lái)越多地被研究，褪黑素可通過(guò)作用于肝細(xì)胞線粒體膜通透性，抑制肝細(xì)胞線粒體凋亡，改善脂質(zhì)導(dǎo)致的肝細(xì)胞損傷[8]。在動(dòng)物模型及臨床治療中，適當(dāng)補(bǔ)充鋅鹽可以通過(guò)作用于PTP來(lái)改善手術(shù)后缺血/再灌注損傷導(dǎo)致的肝功能下降或肝功能異常[9-10]。比如，小劑量的免疫抑制劑環(huán)孢素A可發(fā)揮其特異性抑制PTP的開(kāi)放、凋亡通路的激活及細(xì)胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子等的釋放，從而抑制線粒體損傷、細(xì)胞凋亡[11]。在大鼠的缺血/再灌注損傷模型中，肽基脯氨酰異構(gòu)酶F(recombinant peptidylprolyl isomerase F，PPIF)或小分子的親環(huán)素D(Cyclophilin D)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)異常的PTP開(kāi)放，減少鈣離子誘導(dǎo)的肝細(xì)胞線粒體腫脹、凋亡，改善肝臟手術(shù)后肝細(xì)胞的缺血/再灌注損傷[12]。

在未來(lái)，線粒體膜通透性會(huì)成為肝臟疾病及藥物作用靶點(diǎn)的研究熱點(diǎn)之一，有望改變保肝藥物藥理作用途徑較為單一的局面，而對(duì)于基礎(chǔ)研究而言，線粒體膜通透性的改變也將成為預(yù)測(cè)細(xì)胞死亡最有價(jià)值的指標(biāo)[13]。

2 ATP合成障礙及消耗加速肝細(xì)胞損傷

線粒體的主要功能是提供細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)代謝所需要的能量，肝臟是人體內(nèi)重要的代謝器官，對(duì)以物質(zhì)代謝為主要功能的肝細(xì)胞來(lái)說(shuō)線粒體的作用尤為重要[14]。

生理狀態(tài)下，線粒體電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，將質(zhì)子由內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)至內(nèi)膜外，形成跨膜電位，作為能量?jī)?chǔ)備供給ATP合成所需，同時(shí)線粒體通過(guò)氧化磷酸化和三羧酸循環(huán)生成大量的ATP，而線粒體膜電位和ATP在細(xì)胞凋亡的過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用[15]。ATP是細(xì)胞維持正常功能的基本能量單位，只有將ATP控制在一定的水平上，細(xì)胞才能免除凋亡的命運(yùn)，當(dāng)ATP水平下降限定值以下，細(xì)胞凋亡就會(huì)發(fā)生，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP水平耗竭，細(xì)胞就不可避免的發(fā)生死亡。而抗氧化劑之所以能抑制細(xì)胞凋亡其主要機(jī)制就是能拮抗線粒體的極性化和ATP水平的下降[16]。選擇性的充分給予線粒體外的ATP可以阻止細(xì)胞發(fā)生壞死，恢復(fù)細(xì)胞自主進(jìn)行凋亡的能力。

而截至目前，多項(xiàng)研究[17-18]證實(shí)，手術(shù)、脂肪肝、病毒感染、酒精暴露、先天性疾病、藥物毒性和代謝紊亂性疾病等因素，可減少肝細(xì)胞線粒體ATP合成，或增加ATP消耗，導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷，例如，對(duì)于多數(shù)終末期肝病患者，手術(shù)治療是較為行之有效的治療方法，然而，手術(shù)造成的缺血/再灌注損傷在術(shù)中是不可避免的。肝切除過(guò)程中，肝動(dòng)脈阻斷常被用來(lái)減少術(shù)中失血，但當(dāng)使用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，肝臟不可避免地處于缺血狀態(tài)，導(dǎo)致供給肝的氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少，肝細(xì)胞線粒體ATP消耗，進(jìn)而導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷。通過(guò)激光共聚焦顯微在穩(wěn)定表達(dá)HBV X蛋白的HL-7702細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，HBx蛋白能夠與環(huán)氧合酶-Ⅲ(cyclooxygenase-Ⅲ,COX-Ⅲ)共定位于線粒體，且HBx蛋白能夠上調(diào)COX-Ⅲ的表達(dá)并增強(qiáng)COX活性，導(dǎo)致質(zhì)子傳遞功能障礙，多余的質(zhì)子及電子不斷累積，進(jìn)而減少了ATP的合成，最終造成線粒體跨膜電位改變，誘發(fā)線粒體功能障礙，內(nèi)源性ROS水平升高，ATP合成障礙，導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷[19]；酒精也可通過(guò)損傷甘油醛-3-磷酸及糖酵解途徑，繼發(fā)線粒體合成ATP障礙，損傷肝細(xì)胞[20]。因此，細(xì)胞內(nèi)ATP水平又決定了其功能異常與否，也成為通過(guò)調(diào)節(jié)ATP來(lái)治療疾病的有效途徑之一。例如，在動(dòng)物肝癌SMMC-7721、HepG-2移植瘤模型中，α-常春藤皂苷能夠通過(guò)降低谷胱甘肽和ATP水平，誘導(dǎo)ROS釋放，激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶、凋亡誘導(dǎo)因子和細(xì)胞色素C蛋白誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑，導(dǎo)致肝癌細(xì)胞凋亡，或是治療人類肝細(xì)胞癌的一種有效方法[21]。因此，可將改善多因素所致的肝細(xì)胞能量供應(yīng)障礙和減少氧化應(yīng)激，作為減輕或改善肝細(xì)胞損傷甚至是防治慢性肝臟疾病的研究熱點(diǎn)。

3 肝細(xì)胞線粒體Ca2+穩(wěn)態(tài)異常是肝細(xì)胞損傷的重要機(jī)制

目前已知，鈣離子是肝細(xì)胞活動(dòng)所需的重要二級(jí)信使，肝臟正常的代謝、合成、解毒功能有賴于鈣信號(hào)通路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度低于細(xì)胞外鈣離子濃度，巨大的濃度差造成鈣離子不斷流向細(xì)胞內(nèi)，此時(shí)需要通過(guò)線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等將細(xì)胞內(nèi)的鈣離子不斷排出，以保持鈣離子在細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，其中線粒體是穩(wěn)定鈣離子平衡的主要細(xì)胞器，一旦線粒體的排鈣機(jī)制受損，鈣離子在細(xì)胞內(nèi)大量滯留，就會(huì)激活磷脂酶類、蛋白水解酶類、核酸內(nèi)切酶類，破壞細(xì)胞質(zhì)膜和細(xì)胞骨架，促使蛋白質(zhì)和核酸裂解，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[22-23]。因此，線粒體和細(xì)胞質(zhì)鈣信號(hào)被認(rèn)為是肝細(xì)胞再生的調(diào)節(jié)因子。

線粒體鈣攝入蛋白1(mitochondrial calcium uptake 1，MICU1)是目前已知的肝細(xì)胞損傷修復(fù)中的關(guān)鍵蛋白，在肝部分切除術(shù)小鼠模型中，MICU1可控制Ca2+從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體基質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)速率，調(diào)節(jié)肝細(xì)胞線粒體Ca2+超載，幫助維持肝細(xì)胞線粒體Ca2+穩(wěn)態(tài)，修復(fù)受損的肝細(xì)胞，促進(jìn)肝細(xì)胞再生[24]。另一項(xiàng)研究[25]也證實(shí)，線粒體鈣緩沖可促進(jìn)肝臟再生，可能是通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。相反，MICU1的缺失，會(huì)導(dǎo)致生理應(yīng)激條件下的線粒體鈣超載，損傷細(xì)胞能量代謝及細(xì)胞功能，導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷[26]。

因此，Ca2+在肝細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、線粒體Ca2+穩(wěn)態(tài)、線粒體能量代謝以及肝細(xì)胞凋亡方面的參與機(jī)制不容忽視。

4 討論

現(xiàn)今，流行病學(xué)資料顯示，由多因素引起肝細(xì)胞損傷導(dǎo)致的慢性肝臟疾病已成全球致死性病因之一[27]，我國(guó)是人口大國(guó)，慢性肝臟疾病發(fā)病率持續(xù)增長(zhǎng)，加重了社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及醫(yī)療負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響患者的身心健康。

研究證實(shí)，線粒體功能障礙或損傷，繼發(fā)機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)改變，與人類多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切[28]，包括肝癌[29]。同樣，病毒、藥物、酒精及脂肪浸潤(rùn)導(dǎo)致的肝細(xì)胞線粒體損傷、結(jié)構(gòu)異常和功能障礙，是肝細(xì)胞死亡、病毒性肝炎、肝硬化及脂肪性肝炎等慢性肝臟疾病的始動(dòng)因素[30]，而持續(xù)性肝細(xì)胞死亡又是導(dǎo)致慢性肝病惡性進(jìn)展的主要原因，因此，在治療慢性肝臟疾病的同時(shí)，針對(duì)肝細(xì)胞線粒體功能障礙，肝細(xì)胞損傷、壞死和凋亡加以早期有效干預(yù)，促進(jìn)肝細(xì)胞及肝功能修復(fù)，延緩慢性肝臟疾病自然病程，是改善甚至是阻斷慢性肝病惡性進(jìn)展的重要方法與治療關(guān)鍵，具有重要的科研價(jià)值和臨床意義。