肝细胞损伤的分子生物学机制

随着医学研究的不断进展，我们对各种肝脏疾病的病因有了更加深入的了解，对疾病的治疗也渐渐从对症治疗转移到病因治疗，但是，在强调病因学治疗的同时，不应忽略对肝细胞的保护，因为肝细胞损伤是各型肝病共同的病理基础，是各种原因引起肝脏疾病的共同的表现。肝损伤的结果可致肝细胞死亡，甚至肝衰竭的发生。对于肝细胞死亡及肝细胞损伤机制的研究，有利于临床上防治各种肝损伤，建立多元化的治疗体系。

病毒、药物及有毒物质、自身免疫性肝炎等均可引起肝细胞损伤。肝细胞损伤是一种由多因素介导的复杂的生物学过程，其机制十分复杂，总的来说可分为免疫性和非免疫肝损伤两类。

一、肝细胞损伤的免疫学机制

各种原因引起的免疫性损伤是肝损伤的主要原因。免疫系统防御各种病原体的入侵，维护机体内环境的稳定。但是在病理情况下，免疫系统的过度活化或不正确激活都可以造成对机体的损害。肝脏既是机体的生化工厂，又是内分泌器官，有人还把肝脏作为免疫器官看待，所以在免疫系统损伤机体时肝脏往往首当其冲。例如，免疫介导的肝细胞损伤是急、慢性病毒性肝炎和自身免疫性肝病肝损害的主要原因；细胞毒性免疫反应在药物性肝损伤中也起主要和间接的作用。参与免疫性肝损伤的各种免疫系统成分包括免疫细胞、细胞因子、炎症因子、补体系统等，它们是机体防御系统的重要组成成分，但是产生过多或功能缺陷又可以损伤肝细胞。

1．淋巴细胞介导的细胞毒作用：动物模型的研究表明，病毒性肝炎是肝内的抗原特异性细胞及其活化的抗原非特异细胞和效应分子共同参与免疫反应的结果[3-4]。大多数肝炎病毒为非致细胞病变性病毒，宿主针对病毒感染的肝细胞产生的细胞毒性免疫反应可导致肝损伤的发生：例如细胞毒性淋巴细胞（如自然杀伤细胞）或者病毒特异性细胞毒性T淋

巴细胞（CTL）清除感染的肝细胞、活化的淋巴和单核细胞分泌的细胞因子，清除肝细胞内的病毒的同时引起肝细胞破坏。自然杀伤细胞属于天然免疫系统，但是它不表达传统的T淋巴细胞受体，它们表达的受体能够识别病毒感染细胞异常表达的主要组织相容性复合体（MHC）。这些病毒感染的细胞被自然杀伤细胞释放的出胞颗粒（包含凋亡起始因子）破坏。自然杀伤细胞还可以通过死亡受体系统诱导凋亡消除病毒感染细胞。对HCV感染的研究表明，HCV包膜蛋白E2能够和自然杀伤细胞的CD81作用，从而抑制自然杀伤细胞的功能。另外，与自然杀伤细胞相邻的肝细胞MHCⅠ类分子高表达使自然杀伤细胞的细胞毒性功能受损，原因是HCV核心在细胞核内和p53相互作用，上调了抗原肽转运蛋白和MHCⅠ类分子的表达。CTL在肝细胞损伤机制中发挥另一个主要作用。在转基因小鼠和黑猩猩的研究中表明，HBsAg特异性CTL能够引起肝脏急性坏死性炎症。CTL接受MHC/抗原肽/T淋巴细胞受体三分子复合体第一信号刺激，同时靶细胞上的CD95和CTL上的配体CD95L结合提供第二信号，在双信号刺激下，CTL释放大量细胞因子、穿孔素、颗粒蛋白酶等。CTL释放的穿孔素可以在肝细胞膜上形成孔道，细胞因子、颗粒蛋白酶等由此进入细胞内，在颗粒蛋白酶作用下，半胱天冬氨酸蛋白酶（caspase）3被活化，进一步发生级联放大效应诱导细胞凋亡。CD95/CD95L结合后能够在肝细胞内激活包括Procaspase8/10在内的众多分子组成的死亡诱导信号复合体，活化caspase-8，激活caspase的级联反应，同样诱导细胞凋亡。另外CTL和其他细胞释放的细胞因子肿瘤坏死因子（TNF）α、白细胞介素（IL）-1、IL-6、IL-8等也参与细胞凋亡诱导。

2．细胞因子：肝脏可产生大量的细胞因子，肝库普弗细胞是机体组织中最大的巨噬细胞储库，并且肝脏也是全身细胞因子的效应器官。细胞因子是肝脏中多种细胞免疫反应的中介物，可以增强细胞毒性细胞的免疫效应，具有炎症细胞的趋化和活化效应。在CCl4和缺血再灌注等动物模型中发现，TNFα、IL-1、IL-6等细胞因子参与了肝细胞损伤，并且进一步的研究证实这些细胞因子在引发炎症、创伤和其他类型的肝损伤中发挥了主导作用。TNF和受体结合后可以：（1）增强细胞毒细胞的活性；（2）局部高浓度TNF可诱导组织

内凝血活性，导致病理性凝血，阻断血流，造成细胞损伤；（3）诱导局部的炎症反应及血管改变，TNF有中性粒细胞和单核细胞趋化作用，并使之活化和脱颗粒，释放炎症介质；（4）TNFα可能通过诱导脂类介质和多态介质的产生发挥肝细胞损伤的作用。越来越多的研究表明，在非酒精性脂肪肝的发病机制中，TNFα及其他细胞因子可以通过诱发胰岛素抵抗发挥重要作用；最近研究发现，在酒精性肝炎和肝硬化中，TNFα及其诱导产生的细胞因子IL-6、IL-8、IL-18水平明显升高与肝损伤和不良预后密切相关。

3．炎性介质：在发挥免疫功能清除病原体同时具有致肝细胞损伤作用。血管通透性介质，如组胺、激肽等使血管通透性增加，局部组织充血、水肿；化学趋化性介质，如活化的补体成分、纤维蛋白肽等可以趋化各种免疫细胞在局部聚集；组织损伤性介质，如溶酶体酶和淋巴毒素等可以直接损伤肝细胞；近年来研究得知，血小板活化因子及白三烯等与肝细胞损伤密切相关。

4. 补体系统的激活：抗原抗体复合物和细胞壁成分、病毒DNA（RNA）等通过经典途径和替代途径激活补体系统。例如免疫复合物的C1蛋白与脂多糖等发生结合后可激活补体系统，发挥广泛的生物学效应，参与机体的防御功能。补体激活见于内毒素血症、缺血再灌注肝损伤模型以及各种免疫反应。如果补体系统活化失控，形成过多的膜攻击复合物及过多的炎症介质，则可产生肝细胞损伤，造成病理效应，补体的过度活化还可能导致细胞功能失常，从而使内源性感染的可能性增加。

5．肝细胞凋亡：凋亡是一种不同于细胞坏死的细胞死亡方式，正常的肝细胞凋亡是机体防御病毒感染的一种特殊机制，可以阻断病毒复制和清除衰老或病毒感染的肝细胞，维持肝脏内环境的稳定和正常功能；异常的肝细胞凋亡在肝病的发生、发展中起重要作用，肝细胞过度凋亡会导致严重的肝损伤、甚至肝功能衰竭的发生。肝细胞凋亡参与许多肝脏疾病的病理过程，如乙型和丙型肝炎、自身免疫性肝病、非酒精性脂肪性肝炎、胆汁淤积

性肝病等。在一些化学性因素如CCl4、乙醇、缺氧等所致各类肝损伤中，往往同时伴有肝细胞凋亡。研究证实，乙醇不仅直接损害肝细胞膜，影响其结构和功能，还可通过其代谢产物乙醛与细胞内大分子物质结合，延长细胞循环周期，诱导细胞凋亡发生。肝细胞的凋亡途径主要包括3种，除了胞膜上死亡受体介导的外部途径和线粒体介导的内部途径以外，近来研究发现，内质网应激是引起肝细胞凋亡的一条新途径。内质网是细胞内最大的细胞器，其功能异常可导致肝细胞损伤的发生。各种原因导致内质网功能障碍时，蛋白质的正确折叠发生障碍，非折叠或错误折叠的新合成蛋白质在内质网中大量堆积，最终导致内质网应激的发生。内质网应激的强度过大且时间过长时，内质网功能严重受损，可以激活caspase-12介导的细胞凋亡通路，最终导致细胞凋亡发生。

二、肝细胞损伤的化学机制

化学性肝细胞损伤常由一些化学毒物和药物等引起，导致急性肝细胞损伤。临床上可见肝功能异常，严重时可发生肝功能衰竭。引起肝细胞化学损伤常有以下几种机制。

1．氧自由基：氧自由基包括过氧化氢、羟自由基、超氧阴离子等，生理情况下，氧自由基不断在呼吸链过程中产生，也不断清除，对细胞能量代谢很重要；机体存在着正常的自由基清除酶系和非酶系，酶系包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶等；非酶系包括维生素C、E、A，微量元素硒，还原型谷胱甘肽等含巯基化合物。在病理情况下，体内抗氧化体系不足或因自由基产生过多而引起抗氧化体系的耗竭，产生与清除失去平衡，体内氧自由基产生过多或清除不足，过度激活的氧自由基可引起肝细胞膜、线粒体膜及溶酶体膜发生的脂质过氧化，产生脂质过氧化物及其降解产物（如丙二醛等）可进一步加重生物膜的损伤，最终导致肝细胞坏死。氧自由基及脂质过氧化物可改变或灭活多种巯基酶类的活性，超氧化物歧化酶活性下降；Na+/K+-ATP酶活性下降，干扰细胞能量代谢；还原型辅酶Ⅰ、还原型辅酶Ⅱ、细胞色素P450氧化，使线粒体呼吸功能受损。

由此可见，体内氧自由基的过度激活、脂质过氧化反应的引发和持续是肝细胞损伤重要病理基础之一。

2．肝细胞钙超载：Ca2+是肝细胞内的第二信使，钙稳态对肝细胞的生存极为重要。细胞受损时（如细胞毒性物质CCl4可直接损伤肝细胞膜），Ca2+激活Ca2+依赖性磷脂酶，促进膜磷脂分解，使胞膜及细胞器膜受到损害，胞膜泡形成，其破裂可致肝细胞致死性损伤，此外，磷脂分解产物具有肝毒性，抑制依赖性磷脂酶活性，对肝细胞有明显保护作用；Ca2+激活Ca2+依赖蛋白酶，促进了细胞骨架成分的降解，破坏肝细胞结构的完整性。同时促使核苷酸酶、腺核苷酸环化酶、Na+-Ca2+-ATP酶降解；激活钙依赖核苷酸内切酶，引起DNA水解，阻断胞内依靠转录而进行的潜在修复过程，这些因素都可加重肝细胞损伤，产生恶性循环，使Ca2+跨膜内流增加。大量Ca2+涌入细胞并主要聚集在线粒体内，由于线粒体膜电势丧失，呼吸链功能障碍，电子传递链电子外漏增加，促进了氧自由基的产生，导致线粒体及肝细胞的脂质过氧化损伤。

3．脂肪代谢异常：脂肪肝是仅次于病毒性肝炎的第二位常见肝病，是21世纪肝病领域面临的新挑战。流行病学调查及临床目前所说的脂肪肝主要为慢性脂肪肝，它是发达国家第一位常见肝病，而发展中国家预料在未来的l0～20年亦能成为第一位常见肝病。脂肪肝的发病诱因很多，但根本原因为肝细胞中脂的氧化利用和转运障碍，造成脂的转运障碍是磷脂的代谢障碍和载脂蛋白生成障碍。脂肪肝造成的肝损伤主要由化学性机制引起，实验证明非酒精性脂肪性肝炎和单纯性脂肪肝中肝细胞脂肪酸的氧化比正常肝细胞增强。自由脂肪酸在细胞内蓄积可以直接杀死肝细胞，氧自由基在肝细胞损伤中起重要作用。脂肪蓄积的肝细胞线粒体的呼吸链功能障碍，这样可以导致氧化应激，同时可以使肝细胞由于过氧化作用或三磷酸腺苷（ATP）缺乏而死亡，另外，肝细胞内线粒体的结构改变，线粒体的嵴变短或消失，周围晶状体减少，可以加重线粒体功能障碍。临床检验发现酒精性脂肪肝线粒体损伤可以加强体内脂肪酸积聚，促进甘油三酯形成，一部分甘油三酯分泌入血，

另一部分在肝细胞内蓄积。乙醛和反应性氧化物是线粒体损伤的主要原因，研究表明，线粒体的原发性或继发性损伤是包括脂肪肝在内的各种肝病的发病基础。

4. 胆汁淤积：胆汁淤积可由多种肝脏疾病引起，它引起的肝损害主要源于化学性因素。胆汁淤积时肝脏细胞存在着严重的能量代谢障碍。主要原因包括：（1）高浓度胆红素导致线粒体氧化磷酸化解偶联，ATP形成减少；（2）肝脏血流动力学紊乱，导致肝细胞缺血乏氧；（3）胆汁酸影响肝细胞膜ATP酶活性；（4）线粒体脂质和（或）蛋白过氧化损害；（5）内毒素直接损伤肝细胞ATP生成过程。能量代谢障碍导致大量自由基产生，同时可以造成脂质过氧化，损害生物膜，离子转运障碍造成Ca2+蓄积，钙超载，从而使肝细胞发生化学性损伤。

5．铜、铁代谢障碍：遗传性血色病系人类白细胞抗原相关性遗传性疾病，由于胃肠黏膜过量吸收铁，引起铁过量沉积于肝、心、胰腺等脏器的实质细胞，最终导致受累器官的组织细胞坏死和损伤、纤维化和功能异常。进行性肝豆状核变性是一种因血浆铜蓝蛋白合成障碍引起的遗传性疾病，患者血浆铜蓝蛋白合成障碍致使经肠道吸收的铜蓄积在患者的组织中，特别是肝、脑、肾、角膜等组织，引起病变。发病症状以肝脏损害和神经症状为主。在铁负荷过量情况下，肝细胞保持铁处于非毒性、蛋白结合性高铁状态的能力增强，从而使得细胞内亚铁量不致过高，可使得细胞质内有大量低分子螫合铁存在。但当细胞内有还原剂（抗坏血酸、还原型辅酶Ⅱ）存在时，非运铁蛋白结合性铁和从铁蛋白动员出来的铁便启动过氧化过程。例如，亚铁能与形成的脂质过氧化物起反应，形成氧根和高铁，进而引起肝细胞损害。铁导致肝损伤的机制尚未完全阐明，目前认为可通过数种机制直接造成肝细胞损伤。铁可增加活性氧中间体的生成，后者可导致脂质过氧化，并通过氧化损伤蛋白质和核酸；铁亦可通过减少T淋巴细胞的生成和降低自然杀伤细胞及T辅助细胞的功能，影响抗原特异性细胞反应；铁亦可影响免疫介导的窦状隙库普弗细胞对HCV和HBV的清除；最近证明，铁还可降低库普弗细胞促炎细胞因子的生成量。

总之，肝细胞损伤的机制复杂，分类也有很多，总的来看可以分为免疫性损伤和化学性损伤，其中免疫性损伤占主要地位，但是两者不是完全的。例如药物性肝损伤时，药物代谢产物促进氧自由基形成，使脂质过氧化引起肝细胞损伤，细胞P450氧化酶受损后，细胞膜性结构破坏，释放大量细胞因子和炎症因子，引起炎症细胞的活化、聚集，形成免疫性损伤。肝细胞的化学性损伤和免疫性损伤往往同时发生，它们在生理情况下相辅相成，保护机体防御病原微生物和其他损害的入侵，但在病理情况下，又会造成恶性循环，加重肝细胞损害，引发各种临床肝病。

随着肝脏疾病基础和临床研究的不断进步，对疾病病因的了解及针对病因的治疗也有了长足进步，临床上对肝病的病因治疗得到广泛认同和推广。例如，病毒性肝炎的治疗由开始的单纯保肝降酶治疗转变为现在的抗病毒治疗，而且取得了良好的临床效果，随着抗病毒治疗的不断进展和推广，有人认为单纯抗病毒就会解决乙型和丙型肝炎的所有问题，保肝治疗好像有点多余。从我们对肝脏疾病发病机制的了解，我们认识到病毒性肝炎引起的肝细胞损伤不是由病毒本身引起，而是由免疫系统参与的免疫损伤，所以抗病毒的同时加用保肝治疗更有利于疾病的恢复