肝性脑病发病机制的研究进展

旦匪塑丝疸盘查垫!!笙!旦笙i!鲞筮!塑!坐』望堕堡堡：垒￡!i!；!!型!!：∑!!：塑：塑!：! 肝性脑病发病机制的研究进展 高利民 冯义朝 王恬王建馗 ·65· ·综述· 摘要：肝性脑病(HE)是以各种严重肝脏疾病所致的代谢紊乱为基础的中枢神经系统(CNS)功能失调 综合征，以神经精神症状为主，临床表现为意识障碍、行为异常、昏迷，可有扑翼样震颤和构音障碍，出现病 理反射、血氨升高、特征性脑电图异常(高幅慢波)，HE的这些异常临床表现的程度和范围很广。目前存在 的学说主要有：经典的氨中毒、锰离子、假性神经递质、r氨基丁酸、血浆氨基酸失衡学说等，其中氨中毒学说仍 占中心地位，降低血氨依然是治疗HE的主要措施之一。此文将近年有关HE发病机制的研究进展作一综述。 关键词：肝性脑病；了一氨基丁酸；发痛机制 DOI：10．3969／j．issn．1673—534X．2010．02．001 1 HE的临床概况 肝性脑病(HE)是肝脏功能严重障碍和(或)门 体分流所致的中枢神经系统功能失调的一种综合 征。目前世界消化病协会(wCOG)将HE的病因 基础由“严重肝病”修正为“严重的肝脏功能失调或 障碍”，并按此原则将HE分为3种主要类型[1]。 HE的临床治疗主要是对HE应早期诊断、及时处 理。HE的治疗是综合性、多环节的。预后和早期 治疗与分期密切相关。 2 HE的发病机制 HE的发病是在多种因素的影响下发生的，其 机制较复杂，目前多认为是毒物积聚和机体代谢严 重紊乱协同作用所致。其病理生理基础一般认为 是肝细胞功能衰竭，与门腔静脉之间有自然形成或 手术造成的侧支分流，来自肠道的许多可影响神经 活性的毒性产物，未被肝脏解毒和清除，经侧支进 入体循环，透过通透性改变了的血一脑屏障而至脑 部，引起大脑功能紊乱。HE时体内代谢紊乱是多 方面的，其发生可能是多种因素作用的结果，但含 氮物质的代谢障碍和抑制性神经递质的积累可能 起主要作用。糖、水、电解质代谢紊乱以及缺氧可 干扰大脑的能量代谢而加重脑病。脂肪代谢异常， 特别是短链脂肪酸的增多也起主要作用。此外，慢 性肝病患者大脑有害物质的耐受性降低也是重要 因素。目前存在的学说主要有：经典的氨中毒、锰 中毒、假性神经递质、了一氨基丁酸(GABA)、血浆氨 基酸失衡学说。 2．1 氨中毒 2．1．1 HE时血氨增高的原因血氨增高主要是 由于生成过多和(或)代谢清除过少。血氨生成过 作者单位；716000陕西，延安大学附属医院 多可以是外源性的，也可以是内源性的。消化道出 血后，停留在肠道的血液分解为氨，并非来自体外， 应属于内源性，但产氨过程和摄入含氮物质相似。 在肝功能衰竭时，由于胃肠蠕动和分泌减少，消化 吸收功能下降，肠内菌群紊乱，其所分泌的与氨基 酸代谢有关的酶和尿素酶增加，影响尿素肠肝循 环，使外源性产氨增多。体内蛋白质分解占优势， 使内源性产氨增多。通常80％的氨在肝脏经鸟氨 酸循环，使有毒的氨变成尿素随尿液排出；在脑、肾 中，氨与谷氨酸结合，形成谷氨酰胺，这个过程需要 血中的氨基酸氧化酶和腺苷酸脱氨酶的催化。前 两个反应在肝脏中进行，最后一个反应是在肾小管 上皮细胞的谷氨酸酶作用下，分解成氨，再与肾小 管腔内的氢离子结合形成铵盐，最终也由尿液排 出。另外门体分流存在，肠道的氨未经肝脏解毒而 直接进入体循环，也可使血氨增多。 2．1．2氨对中枢神经系统的毒性作用除了所熟 知的干扰脑能量代谢、神经递质和神经细胞膜离子 转运外，还有增加脑水肿、改变基因表达以及诱导 线粒体通透性改变(MPT)等作用[2]。氨的聚集能 引起一些重要的脑基因表达得到改变，如星状细胞 谷氨酸盐载体(GLT一1)、星状细胞结构蛋白、胶质 纤维酸性蛋白、外周型苯二氮卓受体和水通道蛋白 (AQP)4。AQP4可能与高血氨状态下的星状胶质 细胞的水肿有关∞]。氨可引起超氧化物增加，并使 抗氧化酶减少，氧化应激与硝化应激的结果是发生 线粒体通透性改变。除了氨可诱导MPT以外，谷 氨酰胺也可直接诱导培养的星状细胞发生MPT。形 成自由基[4]。谷氨酰胺诱导星状细胞发生MPT的 可能机制是氨的升高导致谷氨酰胺的水平升高。 这种作用与细胞外的氨直接影响线粒体并诱导 MPT并存。同样，谷氨酰胺对培养的神经元没有 万方数据 ·66· 垦隧趟垡堑垄查型!!笙!旦筮!!鲞箜!塑!坐』堡g堕!：垒E巫!!!：!!!!：∑!!：塑：堕!：! 在星状细胞中所见到的诱导MPT的作用。与氨的 作用相似，谷氨酰胺不能诱导培养的神经元细胞发 生MPT。 2．2锰中毒 近年锰在HE发病中的作用也受到了重视。研 究发现，任何原因的HE患者在脑基底节区尤其是 苍白球区T1wI均呈对称性高信号[5]，T2WI为等 或高信号，MRI场回波(FE)序列为低信号，Gd— DTPA增强扫描病灶无明显强化[6]。HE患者出现 上述MRI表现的原因，与其血锰含量升高有关。肝 硬化患者锰经胆道排泄减慢，导致血锰水平升高及 脑中锰聚集增加。Spahr等[71通过研究发现HE患 者的血锰含量明显高于对照组，且血锰含量和PI指 数、病情严重程度之间都有明显的相关性。有不少 学者也报道了HE患者的血锰水平和苍白球信号之 间是有明确联系的哺一]。Maeda等¨U]对4例死于 HE的患者行MRI检查，发现其中3例在T1wI苍 白球呈高信号，而且金属浓度测定和组织病理学检 查结果显示这3例苍白球、壳核和额叶白质的锰浓 度分别为正常值的4～10倍，神经胶质细胞和小胶 质细胞均有坏死和脱落，这与锰中毒反应一致。职 业性暴露于环境中含有高浓度锰离子的工人也会 产生类似HE患者脑MRl表现，但降低体内锰离子 水平后高信号会消失|12‘。Das等[131对27例患者进 行研究发现苍白球T1wI高信号的情况也发生在 非硬变性门静脉纤维化(NCPF)的患者，而肝外门 静脉梗阻(EHPVO)的患者不出现这种情况。锰离 子导致HE具体的分子生物学机制可能有以下 几点。 2．2．1 溶酶体损伤机制 锰中毒时自由基增多， 可增加神经细胞的代谢，提高溶酶体活性，膜通透 性增强，溶酶体酶逸出至胞质，即可引起细胞成分 发生不可逆的损害，胞质内可见大量未能分解完全 的脂类物质水化后形成的或由于溶酶体中膜性成 分消化不全所致的髓鞘样结构，提示溶酶体的激活 加速了细胞内退变崩解的细胞器的清除【l“。 2．2．2基因突变机制锰可选择性地使多巴胺能 神经细胞凋亡，而神经细胞凋亡过程涉及到多种基 因的调控。其中涉及到的基因包括p53、mdm2、 NF—JcB、caspase、BNIP3等基因，其表达的蛋白与神 经细胞凋亡之间存在紧密关系。王悦等[143通过腹 腔注射及脑内单侧注MnCl：的方法观察染毒大鼠 单胺类神经递质、生化指标及凋亡基因p53、Bcl一2 的改变，发现p53蛋白表达增强，Bcl一2表达下降，表 明锰能诱导DA能神经细胞的凋亡。Barhoumi 等f15j应用C6细胞发现，锰可降低线粒体的膜电位， 提高基质Ca2+浓度，增加胞内ROS。线粒体ROS 是激活NF—KB的一个重要调节因子，锰激活NF—IcB 抑制线粒体钙的外流，导致肌质钙的增多及R0s生 成增多，最终引起神经细胞的毒性作用n“。曾季平 等【17]通过先加入caspases多肽抑制剂Z-VAn FMK预处理PCI2细胞，后进行MnCl：诱导，结果 显示MnCl：可诱导PCI2细胞的调亡。 2．2．3锰对神经细胞线粒体的损伤机制锰对线 粒体具有特殊的亲和力，细胞内的锰大多数特异性 地蓄积在线粒体内。在富有线粒体的神经细胞和 神经突触中，锰以Mn2+、Mn3+和Mn4+3种状态存 在。锰进入细胞后。低价态的锰被氧化成高价态的 锰。在价态的转化过程中，可产生单电子转移，生 成带有不配对电子的自由基，引起线粒体内自由基 增加，急性产生的大量氧自由基抑制电子传递链酶 复合体I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的活性¨8|，使线粒体的能量合 成产生障碍。体外实验显示，大鼠脑组织线粒体染 锰后使黑质纹状体系统线粒体酶复合体(NADH一泛 醌氧化还原酶)的活性降低，且随着锰剂量的增大， 其抑制效果增强一⋯。Mn”和Mn3+经体内吸收后， 均导致脑黑质与纹状体线粒体呼吸链的酶活性降 低，对脑细胞线粒体功能产生不良影响。 2．2．4锰抑制神经突触传导的机制有学者通过 实验证明锰参与了GABA能的纹状体一黑质通路或 多巴胺能的黑质一纹状体通路的转导。锰在这些通 路的轴突转运也反映了其和神经元活动之间的联 系。当大鼠海马被灌注含20～200nmol／LMnCl2 的人造脑脊液时，在灌注锰的过程中，灌流液中谷 氨酸盐、天冬氨酸和GABA的含量水平按计量依赖 性减少，有人认为锰可以阻断这种电位依赖式钙离 子通道及其释放神经递质方面的作用，尽管这种作 用尚在争论中，但其结果提示锰可以调整来自神经 末梢的谷氨酸、天冬氨酸及GABA，但在该范围内 锰剂量的变化并未对甘氨酸的释放有影响。 2．3 HE的其他原因 假性神经递质学说由于肝脏解毒功能降低，或 经侧枝循环，使血液中的苯乙胺及对羟苯乙醇胺积 聚，随体循环进入脑组织，经p一羟化酶的作用，形成 苯乙醇胺和对羟苯乙醇胺。当脑组织中的苯乙醇 胺及对羟苯乙醇胺增多时，由于与正常递质去甲肾 上腺素和多巴胺相似，于是发生竞争，而被儿茶酚 胺能神经元所摄取、贮存，并作为神经递质释放出 万方数据 垦匾趟丝堑盘查!!!!笙!旦箜垫鲞箜；塑!!!』望壅旦!!垒￡!i!!：垫!!：∑!!：i!：塑!：； 来。因而不能产生正常的效应，故称为假性神经递 质、血浆氨基酸失衡学说。正常血浆及脑内各种氨 基酸的含量有适当的比例，近年来证实，肝脏受损 害时，许多氨基酸的含量有变化，主要表现为芳香 族氨基酸增多，支链氨基酸减少。 3 结语 HE的发病机制目前尚未完全阐明，多者 认为氨中毒学说是最重要的学说，但也有其他的学 说如血浆氨基酸失衡学说、假神经递质学说等。目 前有些机制尚未完全阐明，还有待进一步研究，为 HE的临床诊断、治疗和预防提供理论依据。 2 3 4 5 6 7 参考文 献 FerenciP，LockwoodA，MullenK，eta1．HepaticencephaIop— athy—definition，nomenclature，diagnosis，andquantification：fi— nalreportoftheworkingpartyatthe1 1thWorldCongressesof Gastroenterology，Vienna，1998．Hepatology，2002·35： 716—721． RamaRaoKV，JayakumarAR，NorenbergMD． Ammonia neurotoxicityroleofthemitochondrialpermeabilitytransition． MetabBrainI)is，2003，18：113—127． RamaRaoKV，ChenM，SimardJM，eta1．Increasedaquapor— inexpressioninammonia—treatedculturedastrocytes．Neurore— port，2003，14：2379—2382． JayakumarAR。RamaRaoKV。SchousboeA，eta1． Gluta— mine—inducedfreeradicalproductioninculturedastrocytes．Gli— a，2004，46：296—301． KimY．HighsignalintensitiesonT1weightedMRIasa bio— markerofexposuretomanganese．IndustrialHealth，2004，42： 11t． 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