脂肪肝是肝脏对各种代谢异常改变产生应激反应引起的肝脏脂肪浸润。脂类在肝内蓄积超过肝湿重的5%或在组织学上50%以上的肝实质脂肪化时,均可称为
脂肪肝。酒精中毒、肥胖、
糖尿病和高脂血症是
脂肪肝的常见原因;另外,小肠分流术后、短期内体重骤减、完全胃肠外营养、接触工业毒物、铜中毒、胰岛素抵抗及营养不良等引起的代谢异常也不少见。
脂肪肝的发病机理至今尚未完全明确,主要与脂肪代谢障碍有关。目前研究认为氧应激和
脂质过氧化是各种原因引起的
脂肪肝形成的共同机制。
一、氧应激与
脂质过氧化 活性氧(reactive oxygen species, ROS)是指还原氧化产生的、并在分子组成上含有氧的一类化学性质非常活泼的物质总称,包括自由基和过氧化氢(H
2O
2)。自由基是外层轨道上有单个不配对价电子的原子、原子团和分子的总称,在生理和病理情况下,体内有多种自由基产生,其中最重要的是由氧诱发产生的自由基,即氧自由基。它包括超氧阴离子(O
2-)、羟自由基(OH·)、单线态氧(O
2-)、一氧化氮(NO, 为气体自由基)、过氧亚硝酸阴离子(OONO
-)及由氧自由基和多聚不饱和脂肪酸作用生成的脂性自由基,如烷自由基(R·)、烷氧基(RO·)、烷过氧基(ROO·)等。H
2O
2是一种氧化作用很强的活性氧。
氧应激状态是指ROS的产生超过抗氧化系统的清除能力或去毒能力,即氧化物和抗氧化物之间的动态平衡失调。在正常状态下,氧接受4个电子还原成水,正常呼吸状态下也可发生电子传导过程中部分电子漏溢而产生超氧阴离子O
2-。肝细胞存在超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶等酶类抗氧化系统和
还原型谷胱甘肽(GSH)及生育酚等非酶类抗氧化物质,可以抵御活性氧所致的细胞损害,因此轻度ROS增加不足于造成DNA和肝细胞损害,这与正常防御机制能与之抗衡,未能足够启动
脂质过氧化反应有关。线粒体是肝脏脂肪酸β氧化、ATP形成、及ROS形成的主要部位,故是氧应激和ROS产生的最大来源,过多的ROS便可由氧应激而损伤线粒体或导致氧溢出线粒体外。
在病理条件下,ROS产生过多或抗氧化系统活性下降,可引发
脂质过氧化反应损伤细胞膜使细胞受损。
脂质过氧化为氧应激增强后发生的ROS氧化生物膜的过程,即ROS与生物膜的磷脂、酶和膜受体相关的多不饱和脂肪酸的侧链及核酸等大分子物质起
脂质过氧化反应形成
脂质过氧化产物(lipid peroxide, LPO)如丙二醛 (malonaldehyde, MDA)和壬烯 (4-hydroxynonenal,HNE),从而使细胞膜的流动性和通透性发生改变,最终导致细胞结构和功能的改变。
二、
脂肪肝与氧应激
早期的脂肪变性的肝脏往往表现为线粒体超结构损害, 呼吸链活性下降、合成ATP功能障碍。 乙醇、药物、饮食含大量多不饱和脂肪酸、细胞内游离脂肪酸增多、肝细胞CYP2E1表达增多、肝内游离铁增多及胰岛素抵抗等均是ROS的产生来源。Yan和Nardo等发现
脂肪肝大鼠线粒体超氧阴离子明显增多,H
2O
2较对照组升高200%。ROS不仅是促进
脂肪肝进展的一个扳机,而且是
脂肪肝持续病变的原因。ROS可通过传递电子直接氧化细胞大分子物质,造成脂质、蛋白质、碳水化合物及核酸等氧化或再氧化损害,破坏细胞功能及完整性。ROS可增加TNFα产物并氧化沉积于肝脏的脂肪。TNFα和
脂质过氧化产物可使呼吸链的电子流传递障碍、引起呼吸链成分过渡减少、线粒体ROS形成增多及
脂质过氧化增强。酒精、药物或其他因素可直接增加ROS形成或首先损害呼吸链引起继发性ROS增加形成,而ROS又能诱导抗氧化剂的耗竭从而影响ROS的失活,形成恶性循环。脂肪性
肝炎患者ROS水平越高,
脂质过氧化水平、细胞因子形成、及纤维化程度也越高。
胰岛素抵抗能促进肝脏游离脂肪酸的沉积,也可刺激微粒体过氧化酶或直接降低线粒体b氧化而促进氧应激。
脂肪肝动物实验证实CYP2E1抑制剂能减轻肝损害和
脂质过氧化的程度,因此,CYP2E1在
脂肪肝的发病机制中的作用显得尤为重要。它能被肝内脂肪酸和酮体诱导生成,并能作用于体内代谢产物和食物中的亚硝氨使之产生自由基。CYP2E1在生理状体时受胰岛素抑制,而
脂肪肝患者却无一例外地升高。脂肪性肝炎的动物模型发现,CYP2E1是微粒体
脂质过氧化反应的催化剂,而CYP2E1基因敲除的小鼠中发现CYP4A被诱导出并发挥微粒体
脂质过氧化酶的功。编码肝内过氧化物酶体、微粒体及线粒体脂肪酸代谢酶的基因受过氧化体活化增生物受体(perioxisome proliferator-activated receptor alpha, PPARα)调节转录,过氧化体β氧化酶不足是该病的关键。PPARα和或过氧化物酶体脂肪乙酰辅酶A氧化酶(peroxisomal fatty acyl-CoA oxidase, AOX )单独或同时缺乏的小鼠在进食状态脂肪变性程度最轻,而饥饿状态却呈现严重的脂肪变性,说明PPARα诱导的脂肪酸氧化在能量相关的应激状态下决定了
脂肪肝的严重程度。
三、
脂肪肝与
脂质过氧化 持久大量的ROS产生经
脂质过氧化这一生化和结构破坏性反应的打击,形成LPO ,导致
脂肪肝发生炎症、坏死和纤维化。人和动物模型均表明
脂质过氧化的程度与
脂肪肝的严重程度密切相关,
脂质过氧化的增强可产生更多的反应性和细胞毒性介质并诱导肝脏发生炎症和纤维化,可能与NF-KB的激活及免疫机制有关。MacDonald等在
脂肪肝患者肝活检中发现
脂质过氧化好发于富含脂质的肝细胞或邻近的细胞内,尤以3区带为甚,可能与缺氧有关。关于
脂质过氧化的详细的促成机制尚未完全明确,除原先存在的氧应激增加的有关因素继续作用外,其他因素也可增加
脂质过氧化对肝脏进行二次打击,如LPS、铁、许多伴有ROS代谢物的药物、缺血再灌注、TNF-α增多、CYP2E1表达增高并伴有PPAR-α表达增多、胰岛素抵抗持续存在、活化的炎症细胞和血管内皮细胞参与释放ROS等。Grattagliano等研究发现饥饿状态能耗竭抗氧化剂,从而增强
脂质过氧化。LPO不仅使内源性ROS增加、毒性增强,且可抑制抗氧化削弱细胞防御机制,
脂质过氧化可直接损害细胞膜并致细胞死亡。丙二醛(MDA)和壬烯(HNE)是两个强毒力的
脂质过氧化终产物,常常是作为判断
脂质过氧化的指标。它们可促进Cuppfer 细胞与肝细胞释放细胞因子,并共同进一步介导肝细胞死亡、Mallory小体形成、肝星状细胞活化和肝纤维化形成。HNE具有使中性粒细胞趋化和浸润的作用;MDA亦可激活NF-κB,NF-kB通过调节多种前炎症细胞因子如TNF-a、IL-8、ICAM-1和E-selectin等引起炎症反应;它们与蛋白形成加合物后还可防碍甘油三酯的运转。但是,LPO形成并不是初始反应,是在氧应激耗竭肝细胞抗氧化防御系统后方可形成。
四、二次打击学说
任何原因引起的肝脂肪变性均有共同的组织学特征,并可能形成肝细胞炎症坏死、纤维化和
肝硬化,但为何某些
脂肪肝患者却不会向脂肪性肝炎发展?因此,Berson等通过大量实验研究并提出“二次打击学说”,为各种原因引起的脂肪性肝炎的发病机制提供了基础理论。第一次打击即各种原因引起
脂肪肝,第二次打击即氧应激及
脂质过氧化。第二次打击是
脂肪肝发展为炎症、纤维化所必需的条件这一说法已得到大多数学者的公认。前以述及,氧应激和
脂质过氧化是酒精性
脂肪肝和非酒精性
脂肪肝的共同的发病机制,但即使两者的脂肪变性程度完全相同,其预后却并不相同。酒精性
脂肪肝发生肝细胞坏死、炎症和纤维化的几率更高,而肥胖相关性
脂肪肝发生脂肪性肝炎则很低,可能与嗜酒者每天摄入大量酒精引起严重而持久的氧应激、
脂质过氧化以及持续性内毒素血症有关。