鐵超負荷與脂肪肝

 

中國醫科大學第一附屬醫院消化內科 王炳元 趙迎慶

　　肝臟不僅是脂肪酸代謝的重要場所,而且也是調節體內整個脂肪酸供應的中心,任何影響肝細胞代謝的因素均可影響這一調節,導致脂肪酸代謝紊亂,繼而發生脂肪肝、肝纖維化、甚至發生肝硬化。影響肝臟對脂肪酸代謝的因素有很多,其機制也非常復雜,但氧應激和脂質過氧化損傷似乎占據著非常重要的地位。

　　一、氧應激與脂質過氧化

　　氧是維持生物機體活性的一種必需元素,但是分子氧在氧化代謝過程中形成的中間產物--活性氧,如:超氧陰離子自由基(O₂^-)、羥基自由基(·OH)、過氧化氫(H₂O₂)、單線態氧(¹O2)等,以及在體內參與各種自由基形成過程的一些非自由基組分,如HOCl、LOOH等。

　　機體在生理狀態下,具有完善的抗氧化機制,包括超氧化物歧化酶(SOD)等酶類和谷胱甘肽等非酶類活性氧清除劑。但是活性氧與生物膜的磷脂、酶和膜受體相關的多價不飽和脂肪酸及核酸等大分子物質起脂質過氧化反應,生成過氧化自由基及丙二醛(MDA)和4-hydroxynonenal等過氧化脂質(LPO)。結果使細胞膜的流動性和通透性發生障礙,引起細胞功能失調,甚至破裂、死亡。

　　大多數生物有機分子都是以單線態形式存在,氧分子以三線態形式存在,它們之間一般不發生反應,這一點成為生物體在自然界中得以動力學穩定存在的重要原因。金屬離子(尤其是鐵離子)能夠克服自旋能壘,為氧化反應的發生提供低能量路徑,成為氧分子與生物分子之間反應的橋梁。

　　由于鐵在大多數生物體內的含量比其它微量元素的總和還多,所以被認為是生物體內非正常氧自由基產生的主要參與者。機體內鐵儲存過多,無疑更增加了這種可能性。許多研究資料顯示,體內鐵的營養和代謝狀況不但與許多疾病的發生、發展關系密切,而且與許多外來化合物的生物毒性有關。

　　二、肝細胞對鐵的代謝

　　體內鐵的吸收和排泄保持著動態平衡。轉鐵蛋白(Tf)、轉鐵蛋白受體(TfR)、鐵蛋白等是參與鐵代謝的主要蛋白;肝臟是體內鐵代謝的重要器官,也是體內最大的貯鐵器官,肝細胞是循環Tf的主要來源,肝臟通過對Tf及TfR的調節,保持鐵代謝的平衡。

　　TfR通過與Tf特異性結合介導細胞對鐵的攝取。細胞攝鐵的一般機制是受體介導的內吞模式(Receptor mediate endocytosis, RME)。即血漿中結合有鐵的Tf與細胞表面的TfR結合形成復合體,該部位的細胞膜內陷,將復合體包裹呈內吞小泡,即胞內體(endosome),經ATP供能使胞內體腔內pH迅速酸化到5-5.5,這時Tf攜帶的鐵移至胞內體外,脫鐵的Tf與TfR的緊密結合,該復合體以一種尚未知曉的方式經胞吐作用返回細胞膜表面,此時胞外的pH為中性,Tf與TfR的結合力下降,前者進入胞漿進行新一輪與鐵及TfR結合的轉運循環。

　　肝細胞從Tf攝取鐵多以氧化還原模型來解釋:Tf與TfR結合仍同于RME,此后便不相同。Tf-TfR復合體成為內吞小泡進入細胞以前,還原系統NADH提供質子與還原當量,鐵氰氧化還原酶在TfR鄰近引起Tf與鐵結合的解離。3價鐵還原為2價鐵,與細胞膜表面特異性載體結合轉移至胞漿內,被該處的鐵受體(cytosoliciron acceptor)攝取。

　　在靜止的肝細胞中約有80%的TfR分布在細胞內,其中絕大多數貯存在胞內體,形成內源性受體池,僅20%存在于細胞膜表面,這些TfR與內源性受體池內的TfR不斷地相互交換,處于動態平衡之中。無論內源性或外源性的鐵增加,均可在肝臟沉著。

　　三、肝臟鐵超負荷的分類和組織學特征

　　從病因上肝臟鐵過度沉著可分為兩類:一類為肝細胞內沉著,其主要疾病為原發性血色素沉著癥(primary hemochromatosis),系常染色體隱性遺傳性疾患。該病因腸道鐵吸收過多,導致肝、胰腺和心臟等細胞內鐵過度沉著,引起肝細胞受損、肝功能異常、肝硬化乃至肝癌、糖尿病或心肌受損,若治療不當則預后較差;其它原發性病變如病毒性肝硬化、酒精性肝硬化、血管內溶血等病變,雖然也能造成肝細胞內鐵含量增加,但程度較輕。另一類為網狀內皮細胞內鐵沉著增多,其主要原因為在血液病、腎功能衰竭等治療過程中反復大量輸血,導致鐵在肝、脾及骨髓的網狀內皮細胞內過度沉著(在肝臟沉著于Kupffer細胞內),也稱繼發性鐵過度沉著,此類鐵沉著一般不會造成器官功能損害,故臨床意義不大。

　　Turlin B等在最近的研究中描述了胰島素抵抗相關的肝臟鐵超負荷(IR-HIO)的組織學特征,發現139例病人中有59.7%呈現脂肪變性,32.4%有炎性細胞浸潤,67.4%有門脈周圍的纖維化,這部分病人年齡較大、竇狀隙有大量的鐵沉著,脂肪變性和炎性浸潤更嚴重。說明IR-HIO和遺傳性血色病患者鐵超負荷在組織學上有明顯的不同。

　　MacDonald GA等對39例非酒精性脂肪肝患者肝活檢標本進行研究,測定丙二醛加合物(證明脂質過氧化)、肝臟的鐵、炎癥、纖維化、肝儲脂細胞的活化(α-平滑肌的活性和TGF-beta的表達)和I型膠原的合成等(前膠原α1(I)RNA)。結果可見,脂質過氧化主要發生在肝小葉的zone 3、負載有脂肪的肝細胞中最明顯,纖維化與脂肪變性 (P<0.04)、脂質過氧化(P<0.05)和肝臟鐵沉著(P<0.02)等均有關。

　　實驗證明,長期飲食性鐵超負荷或注射性鐵超負荷,均可引起肝組織膠原基因表達增強;鐵劑能明顯促進肝匯管區結締組織增生,匯管區范圍擴大,膠原形成增多和小葉間靜脈高度擴張。丙二醛(MDA)是氧自由基的代謝產物,羥脯氨酸(Hyp)含量的變化代表組織內膠原的消長情況。超劑量鐵劑喂養的大鼠,一個月后不僅血清鐵離子濃度升高(提示肝細胞內自由基產生增加),而且MDA和Hyp的含量也明顯增加。說明鐵超負荷引起的脂質過氧化與肝纖維化之間存在相互聯系,最終的結局是發展為纖維化或肝硬化。

　　四、鐵離子損傷肝細胞的機理

　　鐵離子作為一種催化劑與肝細胞中的有機化合物結合,產生有高度反應性的羥基,或者和氧結合產生有高度反應作用的超鐵或高鐵粒子,致溶酶體膜和線粒體膜損傷。Sharma等以過量的鐵飼料喂養的動物模型中發現,肝內鐵含量達2000～4000μg/g時,可使線粒體電子傳遞失調,微粒體細胞色素P450、b5選擇性減少、氨基吡啉脫甲級酶活性降低,肝細胞不規則壞死。當肝內鐵含量進一步增加(>8000μg/g)則出現肝纖維超微結構的改變。實驗中還發現在細胞生存力下降之前,LPO迅速增加。鐵對肝細胞膜脂質引發的過氧化損害可使磷脂酶A2活性增強,而溶血磷脂的增加可能在細胞生存力下降中起重要作用。

　　肝臟是人體代謝的樞紐,在物質代謝及其它生理活動中可產生少量自由基。由于機體健全的抗氧化系統的存在,一般不會造成肝細胞的損傷。但在某些病理狀態下,肝組織因缺血、缺氧及乙醇和某些肝毒物質,可致自由基產生增加,缺乏某些微量元素(如硒和鋅等),或銅、鐵的異常沉積等均可導致肝臟抗氧化系統受抑制和(或)慢性消耗,從而造成氧應激、脂質過氧化損傷。

　　非酒精性脂肪肝或脂肪性肝炎(NASH)患者,常有血清鐵水平的增加和肝臟鐵染色的陽性。Loguercio C等研究了意大利南部地區84例經臨床和活檢證實的非酒精性脂肪肝患者,發現氧應激參數(malonyldialdehyde, 4-hydroxynonenal和總血漿抗氧化劑水平)均增高,90%以上有脂質過氧化水平增高。

　　鐵離子誘發的氧應激、脂質過氧化損傷等可導致肝小葉內炎癥細胞浸潤及纖維化:MDA可使包括細胞骨架蛋白在內的蛋白質發生交聯,形成Mallory小體,后者可誘發自身免疫反應;4-hydroxynonenal可直接趨化中性粒細胞,導致炎性細胞浸潤;脂質過氧化產物本身可激活肝巨噬細胞和肝星狀細胞,誘發肝纖維化;活性氧可刺激花生四烯酸代謝,產生白三烯等類脂質以趨化中性粒細胞;活性氧通過激活轉錄因子KB(NF-KB)調節參與炎癥應答的一些細胞因子和黏附分子的基因表達,從而啟動和擴大炎癥反應。

　　五、鐵超負荷與基因多態性

　　最近的研究認為,肝臟內鐵超負荷與基因遺傳的多態性有關。Bonkovsky HL等提出肝臟內鐵超負荷與遺傳性血色病相關基因HFE的突變有關。在經臨床實驗室指標和組織學最后確認的36例NASH高加索人(23例男性)和348例正常高加索人的HFE基因突變對比研究中,有1例NASH患者有C282Y純合子的突變(2.8%),6例為雜合子突變(16.7%),而對照組分別為0%和11.2%。H63D的純合子和雜合子突變在NASH分別為2例(5.6%)和16例(44.4%),對照組分別為2.9% 和 26.4%。雜合狀況比較高(61.1%)而且明顯高于對照組(37.6%,P=0.008)。NASH純合子和雜合子的總突變率(68.5%)也明顯高于對照組(40.5%, P=0.001)。NASH患者年齡和性別在HFE基因突變上無差異,但有H63D的基因突變的男性比女性明顯增高(15/23 vs 3/13, P<0.05),而且有HFE突變的NASH的患者血清鐵、轉鐵蛋白飽和度、肝組織鐵染色等均較無突變者明顯增高(P<0.05)。

　　六、MR對鐵超負荷沉積診斷的意義

　　鐵并不直接產生MR低信號,但它的順磁性作用能明顯地縮短其周圍氫質子的T2弛豫時間,從而產生T2WI低信號。無論原發或繼發性肝臟鐵過度沉著,在T2WI均表現為彌漫均勻的低信號。結合胰腺和脾臟的信號還可區別不同的疾病,當胰腺信號正常而肝、脾信號較低時,應考慮為血液系統疾病所致;肝臟低信號而胰腺、脾信號均正常時,多因尿毒癥反復輸血所致;肝、胰腺信號均低,脾臟信號正常時,多為肝病,脂肪肝、肝硬化或肝癌。應用肝臟/肌肉信號強度比、肝臟T2值等與血清鐵或肝組織鐵含量進行相關性研究表明,MR在定量方面有一定的意義。是目前較為理想的無創傷性檢查方法,可用于追蹤觀察和評價預后。
　　Lwakatare F等使用超磁性氧化鐵(SPIO)增強MRI檢查,分析T2-加權快速低角度發射(FLASH)序列和T2-加權渦輪旋轉回聲序列(TSE),計算正常肝臟實質和損傷強度信號損失的百分比。結果所有脂肪肝損害都展現不同程度的SPIO攝取,同時有T2-加權序列上信號強度的明顯降低,SPIO增強后損傷處信號強度損失的百分比遠高于正常肝實質細胞,提示局灶性脂肪肝損害SPIO的高攝取超過正常的肝實質細胞。

　　七、目前清除氧自由基的方法

　　牛黃酸具有抗氧自由基、穩定生物膜系統和抗纖維化的作用;精氨酸可作為NO的供體,能增加細胞內NO的含量,拮抗某些生長因子的促細胞增生作用。實驗表明,牛黃酸和精氨酸具有明顯降低血清鐵離子濃度的作用。提示這兩種氨基酸能促進體內鐵代謝和降低血清鐵離子濃度,抑制Hyp增加的作用。

　　維生素E能抑制LP作用且能較好地維持鐵負荷鼠肝細胞的生存力和超微結構。Omara的研究發現肝內鐵貯積和肝重增加的同時,維生素E的貯存減少。若每周一次皮下注射(20mg/kg鼠),可阻止鐵誘導的肝損害和ALT釋放。維生素E的治療并不影響鐵貯存和肝重,其保護作用不是通過增加鐵的排除,而是與它的抗氧化性能有關,并能抑制鐵催化的脂肪酸的非酶性自動氧化。另一項研究表明,高鐵喂養組肝臟非血紅素鐵含量明顯升高,肝臟脂質過氧化水平明顯高于對照組;同時喂養維生素E和β-胡蘿卜素者,肝臟脂質過氧化水平明顯低于對照組。說明維生素E和β-胡蘿卜素均有調節脂質過氧化的作用,減輕體內氧化應急狀態。

　　Brown發現NO具有抑制過氧化氫酶活性的作用,Schropoulous報道NO和O₂^-的衍生物ONOO-可通過對超氧化物歧化酶(SOD)進行共價修飾而抑制其活性。外源性NO能夠降低肝臟苯氨羥化酶(AH)的活性和細胞色素P450的含量。