急性肝脏衰竭肝细胞损伤的机制及预后评价标准

贺普丁1978

　复旦大学附属华山医院(200040)　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　张继明 卢清 　　肝细胞急剧坏死的同时肝细胞的再生能力不足以进行代偿是急性肝脏衰竭(Acute liver failure, ALF)发生的基础。肝细胞的死亡途径有两条，即凋亡和坏死。凋亡的特征是细胞核和胞浆的固缩、细胞膜的完整性未受破坏或细胞内容物未释放出来，因而无明显的继发性炎症。坏死的特征则是ATP的耗竭、细胞肿胀和随之而来的细胞裂解、细胞内容物的释放以及继发性炎症。本文就发生ALF时肝细胞损伤的机制、影响肝细胞再生的因素、预后评价标准等作一概述。 　　一、 ALF时肝细胞死亡的机制 　　1、细胞膜“死亡受体”的激活 　　ALF时有大量细胞因子的激活。通过与结构上相关的、属肿瘤坏死因子(TNF)及神经生长因子超家族的TNF受体1（TNF-R1）和Fas受体等细胞膜受体相互作用，亲多种组织的细胞因子（如(TNF-a)和Fas配体介导了肝细胞的死亡。 　　1.1、TNF-a和TNF-R1通路 　　发生ALF时，TNF-R1在肝细胞上大量表达。在和配体结合后，诱导TNF-R相关死亡域蛋白（TRADD）调节蛋白增加，不仅激活了天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶（caspase）级联效应，而且促进NF-kB和C－Jun氨基端激酶（JNK）的转录。TNF-a通过caspase级联效应导致肝细胞死亡，而caspase级联效应是TNF-a激活Fas相关死亡域蛋白（FADD）引起的。FADD的激活又依次启动两个不同的原凋亡级联效应（proapoptotic cascades）。在激活Caspase8后，活性分子又间接或直接激活Caspase3等，最终导致线粒体破坏，释放细胞色素C和凋亡诱导因子（AIF）进入胞浆，引起肝细胞凋亡。但在正常情况下，肝细胞能避免TNF-a的有害作用。细胞死亡与转录或翻译的完全终止或NF-kB或c-Myc的选择性抑制有关。通过对TNF-R1和NF-kB基因敲除鼠进行研究，证实TNF-a依赖的NF-kB的激活对防止肝细胞凋亡起关键的作用，NF-kB通过下调JNK和活性蛋白-1(AP-1)而阻断TNF-a诱导的细胞死亡。 　　近来发现了其他一些因子能阻断TNF-a诱导的凋亡。细胞外信号调节激酶和P38丝裂素活化蛋白激酶可抑制TNF-a相关的凋亡。TNF-a诱生蛋白A20，一种NF-kB依赖的基因产物，能显著保护肝细胞免于TNF-a引起的凋亡。 　　已有较多的实验证实，TNF-a诱导的细胞死亡在四氯化碳及肝脏缺血－再灌注所引起的ALF中起重要的作用，其中，肝脏缺血－再灌注所引起的损伤中，TNF-a诱导的肝细胞凋亡比坏死所起的作用更重要，是引起肝细胞死亡的主要原因。此外，在TNF-a诱导凋亡所致的缺血－再灌注性的ALF的发生机制中，氧化应激也起重要作用。一些研究提示氧化应激不仅对肝脏有直接的毒性作用，而且可促进TNF-a介导的细胞凋亡。 　　1.2、Fas受体和Fas配体通路 　　Fas受体易在肝细胞上表达，而且这些细胞对Fas配体诱导的细胞凋亡极为敏感。在小鼠实验中发现，小鼠予以抗Fas抗体处理，可死于肝衰竭，肝细胞比其他细胞表达的Bcl-2或Bcl－xL低，这可以解释为何肝细胞对Fas诱导的细胞凋亡敏感。 　　高渗环境与凋亡也有关联。将肝细胞暴露在中度高渗环境中，可增加细胞内Fas受体从细胞内运输至细胞膜，随后caspase3和8被激活，从而诱发Fas配体介导的凋亡。在高渗环境下Fas受体的运输增加部分原因是JNK激活所致。这些发现为早期观察到的细胞容积与凋亡之间存在联系等现象提供了分子生物学基础。 　　在乙型肝炎病毒所致ALF，Fas受体与Fas配体的相互作用在病程早期的肝细胞损伤中起重要的作用。CTL识别Fas受体阳性的肝细胞所表达的病毒抗原，部分是通过Fas诱导激活caspase而杀死HBV感染肝细胞的。Fas受体/Fas配体通路激活后，通过直接激活caspase级联反应或线粒体的破坏而引起细胞死亡。在Fas介导的ALF中，氧自由基也起重要作用。 　　2、细胞内应激 　　许多因素如TNF-a、神经酰胺、胆酸、微粒体的细胞色素P450和缺血/再灌注能增加活性氧自由基的产生而促进线粒体氧化应激，引起线粒体的氧化损伤，在肝细胞死亡中起重要作用。而且，线粒体损伤所致的线粒体通透性孔道(mitochondrial permeability transition, MPT) 的开放使释放细胞色素C和AIF进入细胞浆中，促发凋亡级联反应。最近的研究还发现，细胞内应激产生的调亡信号可避开线粒体而直接激活caspase，引起线粒体继发性损伤，后者又进一步激活caspase。如内质网的氧化应激可触发调亡，但无线粒体参与。已经知道，至少caspase12和钙平衡紊乱参与了此过程。 　　3、一氧化氮 　　肝组织内的精氨酸在内皮细胞一氧化氮(nitric oxide, NO)合成酶作用下产生低浓度的NO，能防止多种原因所引起的肝细胞损害。NO通过血管扩张改善微循环、抗血小板聚集、抑制中性粒细胞活化、中和自由基的毒性及阻止细胞凋亡等保护肝细胞。相反，NO过量的表达也可引起细胞毒性。在显著的氧化应激环境中，LPS及前炎症细胞因子（如TNF-a）能上调诱导性NO合成酶（iNOS），NO表达增加，后者与过氧化物作用，形成亚硝酸盐，导致细胞坏死。很明显，在无氧化应激的环境中，如部分肝切除后的肝脏再生，iNOS所起的是细胞保护作用。这也说明，一个特定的刺激对肝细胞是起损害作用或保护作用，在很大程度上取决于当时细胞的生理状态。 　　4、其他细胞因子和趋化因子 　　除TNF-a外，其他一些前炎症因子和抗炎症因子在各种原因所致的急性肝细胞损伤机制中所起的作用，已在实验和临床上进行研究。在输注HBsAg特异的CTL所诱导的鼠暴发性肝炎模型中，细胞毒性T细胞除了激活Fas受体/Fas配体通路引起肝细胞凋亡外，还可分泌IFN-γ，激活巨噬细胞、T淋巴细胞和一种迟发型的高敏反应（delay-type hypersensitivity response）,后者可破坏肝细胞。还有实验证实，在刀豆蛋白A及小剂量LPS诱导的ALF中，IFN-γ也起重要作用。 　　在动物实验中显示，IL-12可导致肝实质中库弗细胞的增殖、巨噬细胞和淋巴细胞的激活，增加肝内NK细胞的溶细胞活性和肝细胞坏死。如在刀豆蛋白A诱导的ALF中，给动物预先应用IL-12，可加重肝细胞的损害，而抗IL-12 则可减少肝细胞损害。抗IL-12还可阻止小剂量LPS诱导的ALF。IL-12在这些肝损伤模型中的作用可能是由IFN-γ所介导的。 　　其他一些细胞因子可减轻急性肝损伤。IL-10可阻止由刀豆蛋白A、LPS及扑热息痛诱导的鼠ALF。IL-10的抗炎特性包括降低单核细胞和树突状细胞（dendritic cells，DC）的抗原提呈能力、下调前炎症因子TNF-a、IL-1、IL-8、IL-12、NO和活性氧的合成等。IL-11可阻止由刀豆蛋白及扑热息痛诱导的肝损害。IL-4和IL-13可防止由缺血-再灌注所引起的肝细胞损伤，而缺乏IL-6可增加四氯化碳所引起的肝细胞毒性。单核细胞化学吸引蛋白1(monocyte chemoattractant protein 1)及其受体2对肝细胞损伤具有保护作用，通过趋化因子途径，增加肝内某些巨噬细胞亚群的补充，促进肝细胞损伤的缓解。 　　在临床上，通过对11例乙肝病毒感染所致的重型肝炎患者的肝脏标本进行研究，发现在蛋白和mRNA水平，肝脏内的IFN-γ和IL-12的表达显著增加，A与抗炎因子IL-10的比例明显失衡。在由其他因素，如自身免疫性肝炎、摇头丸等引起的ALF中，也发现类似的结果，提示前炎症样子和抗炎症因子的失衡参与了ALF的发病机制。 　　二、 ALF时肝细胞再生的机制 　　在绝大多数的ALF中，都有不同程度的肝细胞再生，而且超急性ALF的肝细胞再生往往比亚急性明显。肝细胞再生机制目前还未完全明确。 已有报道提示，尽管在氧化应激中TNF-a介导的细胞死亡作用超过介导再生作用，但在肝部分切除后，血中的TNF-a、IL-6增加，这些细胞因子是肝再生的关键起始因子。细胞外基质的损伤引起血浆中的肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor, HGF）及转化生长因子β(transforming growth factor,TGF-β) 水平升高。纤维蛋白溶解系统的活性增加也可激活HGF和TGF-β。在ALF中，血浆中的毒素可损害HGF诱导的肝细胞DNA合成，而HGF和抗TGF-β抗能增加四氯化碳诱导的兔ALF的肝再生。在兔的ALF模型中，环丙沙星也能显著增强肝再生的能力，主要与阻断肝细胞膜表面γ-氨基丁酸（GABA）受体有关。 　　在部分肝切除的动物模型发现肝再生同时是磷酸盐消耗的过程。这可能与几个过程有关，包括蛋白磷酸化、细胞内高能磷酸盐的快速转换和磷脂合成增加。在ALF病人中出现低磷酸盐血症往往提示有较好的预后。相反，高磷酸盐血症往往反映肝细胞再生不良，提示预后较差。 　　三、 预后评价标准 有关ALF的预后评价标准有许多，其中，被采用最多的是King医学院评价标准（见表1）。对扑热息痛和非扑热息痛引起的ALF的死亡阳性预测值分别为84%和98%。阴性预测值分别为86%和82%，不同学者应用此标准进行预后评估的阳性预测值、阴性预测值、预测精度见表2。

　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 King医学院对不同病因所引起的ALF进行肝移植的选择标准

病因 肝移植的选择标准扑热息痛在血管内灌注压正常的情况下，动脉血pH<7.30（不管其肝性脑病的分期如何），或 肝性脑病Ⅲ或Ⅳ期的患者，其凝血酶元时间>100秒＋血清肌苷>300μmol/L非扑热息痛凝血酶元时间>100秒（不管其肝性脑病的分期）， 或 有下列因素中的3种（不管其肝性脑病的分期） 非甲非乙型肝炎（病因不明）、氟烷或其他药物性肝炎 年龄<10岁或>40岁 从黄疸至肝性脑病出现的时间间隔>7天 凝血酶元时间>50秒 胆红素>300μmol/L

　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2 King医学院的ALF预后判断标准的正确性

阳性预测值 (PPV)(%) 阴性预测值 (NPV)(%) 预测精度 (PA)(%)扑热息痛所致的ALF O’Grady et al, 1989 动脉血pH<7.3095 78 81PT>100秒，血清肌苷>300μmol/L 67 86 83并且出现Ⅲ或Ⅳ期肝性脑病 符合全部标准 84 86 85Anand et al, 1997 动脉血pH<7.30 77 64 70PT>100秒，血清肌苷>300μmol/L 79 72 73并且出现Ⅲ或Ⅳ期肝性脑病 符合全部标准 73 71 72Shakil et al,2000 动脉血pH<7.30 69 80 72INR>6.5，血清肌苷>300μmol/L 100 79 86并且出现Ⅲ或Ⅳ期肝性脑病 Bernal et al,2002 符合全部标准 80 94 －Schmidt and Dalhoff, 2002 符合全部标准 80 93 92非扑热息痛所致的ALF O’Grady et al,1989 PT>100秒 100 26 46任何5个因素中的3个* 96 82 92符合全部标准98 82 94Pauwels et al, 1993 符合全部标准 在入院时 9650 80死亡前48小时 89 47 79Anand et al, 1997 PT>100秒 100 37 52任何5个因素中的3个 65 17 52符合全部标准68 25 61Schmidt and Dalhoff, 2002 PT>100秒 98 50 79任何5个因素中的3个 91 42 74

　　　　　　　　5个变量指： PT>50秒;从黄疸至出现肝性脑病的时间间隔>7天;非甲非乙型肝炎（病因不明）或药物性肝炎； 　　　　　　　　年龄<10岁或>40岁；血清总胆红素>300μmol/L 　　可用于ALF预后评价的变量还有Ⅷ因子/Ⅴ因子的比值，连续的凝血酶元时间检测，CT扫描检测肝脏的大小，肝组织学，急性生理和慢性健康评价(APACHE)积分，血清Vit D结合蛋白的水平，系统性炎性反应综合征(SIRS)的严重程度等。 　　近来报道高磷酸血症提示肾脏的损害和肝脏的再生不良，可作为由扑热息痛引的起严重肝损害预后不良的早期预测指标。另外，最近提出，肾上腺功能不全和ALF的预后也有关系。