肝細胞線粒體與肝硬化

1、    肝細胞線粒體與肝硬化             作者：佚名時間：2007-11-23 10:32:00                     肝硬化是一常見病，在其臨床過程中常發(fā)生多種嚴重并發(fā)癥。近年來，國內(nèi)外學者紛紛采用先進手段從

2、亞細胞和分子水平對肝硬化、肝纖維化進行深入的研究。許多人發(fā)現(xiàn)在肝硬化和其他多種肝臟病變時肝細胞線粒體從數(shù)量、形態(tài)和功能上均有不同程度的變化。線粒體是重要的細胞器，它的功能狀態(tài)將對細胞產(chǎn)生巨大的影響。肝細胞線粒體損傷與肝硬化存在著密切的聯(lián)系。 1.線粒體結(jié)構(gòu)與功能 肝細胞線粒體很多，遍布于胞質(zhì)內(nèi)。糖、蛋白、脂肪等各種物質(zhì)在線粒體內(nèi)氧化轉(zhuǎn)換成ATP。正常情況下，線粒體電子傳遞鏈反應提供了所需能量的95%。肝細胞線粒體還具有其他重要功能，如參予尿素合成、參予氨基酸轉(zhuǎn)換等。同時線粒體還與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細胞質(zhì)膜一起參與調(diào)節(jié)細胞漿內(nèi)游離Ca2+的濃度，Ca2+在以上三種生物膜上的轉(zhuǎn)運構(gòu)成了鈣穩(wěn)態(tài)的主要環(huán)節(jié)。線粒

3、體是細胞內(nèi)最為敏感的細胞器之一。許多病理情況下線粒體首先出現(xiàn)形態(tài)改變。 2.肝硬化的病理改變對線粒體的影響 2.1缺血缺氧 肝硬化時肝臟在組織結(jié)構(gòu)和微循環(huán)方面都有明顯變化。近來，人們利用電鏡、血管腐蝕注型術和熒光顯微等技術，對肝硬化大鼠肝組織進行觀察。發(fā)現(xiàn)肝硬化時，肝臟組織結(jié)構(gòu)的特點是纖維間隔形成，并從匯管區(qū)向中心靜脈延伸，它跨越肝實質(zhì)，形成大小不等的結(jié)節(jié)，即假小葉。在假小葉內(nèi)形成兩到三層細胞組成的肝細胞板層，這種結(jié)構(gòu)使肝細胞血管表面積與肝竇面積之比的絕對值下降（1）。另外由于纖維組織沉積，造成肝竇毛細血管化和肝竇的密度減少（2，3）。而同時伴隨的微循環(huán)改變是在相鄰的兩小葉間的非肝竇區(qū)出現(xiàn)新生

4、血管，這些較大血管常與出入小葉的血管相連接。同時小葉中心靜脈常偏位于假小葉的周邊，最終形成環(huán)繞假小葉的周圍血管叢這正是肝內(nèi)分流的形態(tài)學基礎（1）。此外，肝硬化時還存在“快竇”現(xiàn)象，即在殘余肝竇中常存一些血流速度較快的肝竇。Vollmar等（3）發(fā)現(xiàn)這些“快竇”的直徑明顯寬于正常肝竇。而“快竇”這種血流異常將會導致肝細胞與血液物質(zhì)交換減少。上述這些肝組織結(jié)構(gòu)和微循環(huán)的變化勢必造成肝組織有效血液灌注不足，肝細胞及其線粒體缺血缺氧。 此外，肝硬化還可并發(fā)肝肺綜合征（hepato被動為主動 pulmonary syndrome)(4)。文獻報道肝硬化患者30% 70%合并輕度動脈低氧（PaO280 m

5、mHg),12%28%合并明顯動脈低氧（PaO270 mmHg)。上述各種原因構(gòu)成肝細胞缺血缺氧。而線粒體對缺氧極為敏感。因此，在肝硬化條件下，線粒體功能和結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生相應變化。研究發(fā)現(xiàn)在以CC14復制的大鼠肝纖維化模型中觀察到肝細胞線粒體腫脹變形，結(jié)構(gòu)模糊、嵴減少、扭曲。 2.2內(nèi)毒素血癥 內(nèi)毒素血癥與肝病的關系日益受到重視，有人報道肝硬化代償期內(nèi)毒素血癥發(fā)生率為23.5%36.4%，失代償期患者為59.5%75.9%。肝硬變時內(nèi)毒素血癥發(fā)生的機理主要有：（1）腸源性內(nèi)毒素的生成和攝取增多；（2）肝臟清除功能減退；（3）淋巴液生成增加。有實驗證明，肝細胞接觸一定量的LPS（lipopolysa

6、ccharide脂多糖為內(nèi)毒素的化學成份）或類脂A（LPS由三層組成其內(nèi)層為 類脂A）后，類脂A被轉(zhuǎn)運至線粒體內(nèi)膜，與特異性受體結(jié)合：（1）抑制ATP酶NADH脫氫酶，使能量生成受阻；（2）因呼吸鏈電子傳遞受干擾，氧分子接受電子，產(chǎn)生氧自由基。這兩種情況都將導致線粒體，肝細胞的損害。White等在實驗中發(fā)現(xiàn)內(nèi)毒素休克大鼠肝細胞線粒體明顯受損，線粒體腫脹變形，嵴消失基質(zhì)濃縮。此外，Bigatello等發(fā)現(xiàn)肝性腦病者血清PLS水平顯著高于代償性肝硬化患者，深昏迷者明顯高于淺昏迷者，證明內(nèi)毒素血癥肝性腦病關系密切。有研究認為：LPS損害線粒體的氧化代謝，可以減少肝硬化患者對氧的利用，造成腦細胞能量代

7、謝障礙。 另外，近年研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)毒素是刺激肝內(nèi)NO生成的最重要因素（5）。NO是一種不穩(wěn)定的氣體，具有多種生物學活性。有研究表明NO在某些病理條件下具有保護肝臟的作用，但也有研究發(fā)現(xiàn)NO可增加氧自由基毒性，并能使線粒體電子轉(zhuǎn)運鏈復合物、復合物及三羧酸循環(huán)的烏頭酸酶失活（5），它通過抑制肝細胞線粒體酶系統(tǒng)而使ATP合成減少（6）。 2.3其他 肝硬化時，由于脂質(zhì)代謝異常，造成紅細胞膜結(jié)構(gòu)改變，易形成血栓，導致微循環(huán)障礙。此外，病毒感染、炎癥反應、自身免疫、乙醇的毒性作用等都將引起線粒體及肝細胞的損害。 綜上所述，肝硬化時有多種因素導致肝細胞線粒體改變。周曉軍等通過肝穿刺活檢證實肝硬變時線粒體密度較

8、低，在非活動性肝炎肝硬變組降低明顯，還有人證實在肝硬化狀態(tài)下，琥泊酸脫氫酶、ATP酶等的活性均顯著降低。這從組織化學角度提示了線粒體功能的下降。 3.線粒體與肝損害 3.1線粒體、自由基和脂質(zhì)過氧化 目前對線粒體在缺血缺氧性肝損傷及毒性肝損傷中的作用研究較多。實驗證實，組織在缺血缺氧時首先引起線粒體或胞漿水平生化的改變（7）。有人提出：線粒體是聯(lián)系氧自由基和細胞死亡的中心環(huán)節(jié)。線粒體是產(chǎn)生活性氧的主要器官（8），在缺血缺氧期間使通常在有氧情況下被氧化的物質(zhì)被還原，這可促使活性氧的形成。電子可直接從呼吸鏈轉(zhuǎn)移到氧分子形成O2-，然后經(jīng)進一步作用形成H202，OH-等。Dawson等（9）用化學缺

9、氧模型證實O2-在線粒體的產(chǎn)生部位主要是呼吸鏈中復合物（輔酶Q-細胞色素C氧化還原酶）。另一方面線粒體又是自由基作用的靶器官（10）。線粒體具有雙層由磷脂層構(gòu)成的生物膜。自由基可使其中的不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應：（1）不飽和脂肪酸破壞；（2）脂質(zhì)過氧化反應主要產(chǎn)物MDA（丙二醛）與膜上蛋白的游離氨基酸或磷脂分子縮合生成無生物活性的大分子產(chǎn)物。這些均使膜流動性下降，通透性增加。Hackenbrock和Stater早在70、80年代就提出呼吸鏈上電子傳遞過程和偶聯(lián)磷酸化過程均依賴于呼吸鏈成份在內(nèi)膜中的側(cè)向擴散和碰撞即膜流動性。因此，膜流動性下降及因膜通透性增加而造成的細胞色素丟失，都將使線粒

10、體氧化磷酸化功能受損，能量生成障礙。線粒體功能受損時，又通過單價滲漏（univalent leak)產(chǎn)生更多的Q2-。從而造成肝細胞的損害。 肝硬化時，由于肝組織缺氧三羧酸循環(huán)受抑，無氧酵解增強使NADH和乳酸增多；ATP產(chǎn)生減少、分解加強；產(chǎn)生大量次黃嘌呤；細胞色素氧化酶失活促使黃素蛋白釋放增加，這些均可提供電子使氧不全性還原產(chǎn)生氧自由基。此外內(nèi)毒素、炎癥反應、免疫損傷等因素均可產(chǎn)生自由基。從而引起自由基-線粒體-肝細胞的鏈式反應。已有報道：急性肝炎慢性肝硬化的患者中血清LPO（脂質(zhì)過氧化物）增多，細胞內(nèi)SOD（過氧化物歧化酶）活性降低。血清LPO水平與肝細胞損害程度有關。 3.2線粒體與鈣

11、 維持細胞內(nèi)低 濃度的Ca2+是細胞正常與否的一個重要標志，70年代后期，標人們已注意到細胞內(nèi)鈣失調(diào)與細胞損傷的關系，認為細胞內(nèi)鈣的超負荷是導致細胞變性壞死的重要因素11。細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)（calcium homeostasis)是一個復雜的生理過程，其依賴于質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等對Ca2+轉(zhuǎn)運的調(diào)節(jié)。在正常情況下，細胞內(nèi)總鈣量的70%80%存在于線粒體。線粒體對Ca2+的攝取和釋放胞漿鈣離子濃度的調(diào)節(jié)中起重要作用。在缺氧、感染、內(nèi)毒素等損傷因素可因引起細胞膜破壞和膜上Ca2+-ATPase受抑細胞外高濃度Ca2+順化學梯度大量涌入，線粒體代償性攝入Ca2+。線粒體內(nèi)膜上存在著直徑為20A（2nm

12、）的Ca2+依賴性小孔（12）。該小孔具有非選擇性通透作用。Ca2+的攝入常伴隨線粒體膜的去極化和H+的排出，還有線粒體內(nèi)Ca2+濃度的增加，當Ca2+攝入過量時，這些因素均促使內(nèi)膜小孔    開放，其結(jié)果線粒體膜對離子通透性升高，Ca2+流入胞漿，線粒體膜電位降低和氧化磷酸化的脫偶聯(lián)。鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)通過下列途徑引起肝損傷：（1）Ca2+激活與肝細胞膜有關的磷脂酶，產(chǎn)生溶血卵磷脂和花生四烯酸引起生物膜結(jié)構(gòu)的破壞；（2）Ca2+激活蛋白酶，使黃嘌呤脫氫酶變?yōu)辄S嘌呤氧化酶，促進氧自由基生成；（3）Ca2+激活Ca2+-ATPase使線粒體攝入過量Ca2+，導致A

13、TP能量耗竭；（4）Ca2+激活核酸內(nèi)切酶引起DNA斷裂。 3.3線粒體與脂肪變性、脂質(zhì)過氧化、肝纖維化 近有報道在使用齊多夫定（Zidovodine)治療HIV感染時，可導致肝脂肪變性和肝功損害。齊多夫定具有線粒體毒性，它抑制線 粒體DNA（mtDNA）多聚酶，使mtDNA缺失（13）。另有學者發(fā)現(xiàn)在一些mtDNA缺失的嬰兒中，發(fā)生肝脂肪變性、肝功損害和進行肝纖維化（14）。這都由于mtDNA缺失，導致多種由其編碼的線粒體呼吸鏈酶無法合成，從而造成線粒體功能受損，進而導致肝細胞受損。對這些患者肝組織行病理檢查可以發(fā)現(xiàn)肝細胞脂肪變性和線粒體異常，如線粒體腫脹、嵴減少等。此類病理改變在肝硬化患者

14、中也常見到。 微泡狀脂肪變性已成為線粒體功能受損的形態(tài)學標致。這是因為線粒體功能受損時，脂肪酸-氧化減少，游離脂肪酸增多，它們以甘油三脂為核心形成乳化顆粒，從而 形成微泡狀脂肪沉積（15）。有研究表明急慢性脂肪變性可導致脂肪過氧化（16）。因為游離脂肪酸具有高度反應性并能毀壞生物膜。當游離脂肪酸在肝細胞沉積，可導致線粒體腫脹，增加其脆性和膜的通透性（17），這將進一步加重線粒體損害，產(chǎn)生氧自由基激發(fā)脂質(zhì)過氧化。脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛（malondialdehyde,MDA）和4-hydroxynonenal(4-HNE）將激活肝臟儲脂細胞（Ito cell)，啟動纖維合成鏈式反應肝纖維化形成（1

15、8）。同時，4-HNE又是一種強的中性粒細胞化學趨化劑，誘導中性粒細胞浸潤，造成炎性反應，進一步加速肝纖維化進程。 4.線粒體的保護劑 主要有以下幾類：（1）抗氧化劑和酶系統(tǒng)：如VitE、VitC、超氧化物歧化酶（SOD）等。（2）影響ATP生成與降解的藥物。（3）降低線粒體膜通透性藥物：如環(huán)孢霉素（CSA）。（4）鐵依賴脂質(zhì)過氧化作用抑制劑。（5）Ca2+阻滯劑和Ca2+依賴蛋白酶抑制劑。（6）中藥保護劑：實驗證明，多種中藥制劑，如心脈靈、腦益嗪等具有線粒體保護作用。 已有學者通過實驗證實線粒體保護劑可以保護肝細胞，抑制肝纖維的形成（19），并在肝臟纖維化的情況下提高線粒體的功能。 總之，通

16、過對肝臟線粒體與肝硬化的深入研究，可以進一步闡明線粒體與肝纖維化、肝硬化的相互關系。從而進一步明確影響和危害肝線粒體諸多因素及其作用機理，為臨床上探索有效治療方法以緩解和控制肝纖維化提供了一個新的途徑。對肝病的防治具有一定的理論和實踐意義。 參考文獻 1.Gaudio E, et al.Dig Dis Sci1997;42(1):167-177.  2.Martinez HM, et al .Hepatology 1991;14(5):864-874.  3.Vollmar B,et al.Hepatology 1998;27(6):1544-1553.  4.A

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