硫辛酸在防治肝脏疾病中的作用及其机制研究

宗艺璇,丁雅雪,龙涛,张慧丹,孟璐,丁启龙

(中国药科大学药学实验教学中心，江苏 南京 211198)

硫辛酸(lipoic acid,LA)是一种双硫化合物，可发挥辅酶的作用参与机体内的物质代谢。由于LA的化学结构包含一个双硫五元环，它的电子密度很高，亲电子性好，能帮助机体清除损害细胞、组织和器官的自由基。此外，LA结构中的巯基很容易发生氧化还原反应，它可以保护巯基酶免受重金属离子的毒害。 LA在自然界分布广泛，菠菜和西兰花等多叶绿色蔬菜中的硫辛酸含量最高，水果和酵母中也含有丰富的LA， LA可在肝脏中合成，其进入机体后易被还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)还原成双氢硫辛酸(dihydrolipoic acid,DHLA)，二者均可以促进维生素C和维生素E的再生，增加谷胱甘肽(GSH)的含量[1]，维持机体的氧化还原平衡。本文综述了硫辛酸在防治肝损伤中的作用及干预机制，为硫辛酸的临床应用提供新的思路。

1 硫辛酸在肝脏疾病中治疗机制

肝脏是负责新陈代谢的重要器官，担负着解毒、代谢、分泌等重要生理功能，外来或人体自身产生的有毒物质均要在肝脏中被转化为无毒或溶解性高的物质排出体外，因此肝脏极易受到损伤。

1.1 抗氧化应激作用 活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)是含氧的化学反应性物质，包括超氧阴离子(O2-)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(OH-)、臭氧(O3)和单线态氧(1O2)等[2]，由于它们含有不成对的电子，因而具有很高的化学反应活性。ROS最主要来源于线粒体氧化呼吸链，其在维持机体稳定方面发挥重要作用。病理状态下，ROS生成异常，过量的ROS对DNA、蛋白质、脂质等机体内重要的营养物质造成损伤[3]，导致机体的氧化-抗氧化平衡失调，ROS可破坏细胞膜结构，造成细胞膜脂质过氧化，直接或间接地诱发细胞死亡，诱导各种疾病的发生。体内存在的抗氧化系统包括氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽转移酶(GST)、维生素C、维生素E、尿酸、胆红素、铁蛋白、谷胱甘肽(GSH)等[4]。它们可直接或间接捕获并中和过量的ROS，维持机体的氧化还原平衡。

硫辛酸是一种天然抗氧化剂，其具有良好的脂溶性和水溶性，因此可以被细胞迅速吸收，快速利用。核因子E2相关因子2(Nrf2)在细胞氧化应激发生发展过程中发挥重要调节作用，其激活许多抗氧化酶的表达。LA可以促进Nrf2转运至细胞核，与启动子区域中的抗氧化反应元件(AREs)结合，调节抗氧化酶的水平，维持肝细胞正常的氧化还原状态[5]。在大鼠烟雾肝损伤模型中，LA可以提高抗氧化酶SOD、CAT的活性，从而发挥肝脏保护作用[6]。LA可提高体内GSH的水平，研究表明LA在体内被还原成DHLA，后者能还原胱氨酸为半胱氨酸，促进GSH的再生[7]。在卵巢切除引起的更年期大鼠模型中，饮食中补充LA可以恢复肝脏中SOD和GSH-Px的活性，减少蛋白质的氧化损伤[8]。此外LA还可以降低亚硝酸盐和硝酸盐水平，发挥抗氧化应激的作用。

1.2 抗炎作用 机体免疫系统受到外界环境侵害时会产生程度不一的炎症反应。脂肪性肝炎(NASH)以及非酒精性脂肪肝(NAFLD)的典型标志是炎症细胞浸润。发生炎症反应时，肝脏内的Kupfffer细胞会激活炎症相关转录因子NF-κB，从而引起下游IL-6、IL-1β、IL-17A等炎症因子的大量释放[10]。在NAFLD大鼠模型中，LA可以提升IL-10/IL-17A的比率，IL-10是常见的抗炎细胞因子，表明LA可以激活抗炎机制，对肝细胞发挥保护作用[11]。在2型糖尿病大鼠模型中，LA可以抑制大鼠肝脏中NLRP3炎症小体的激活，并且显著降低半胱氨酸蛋白酶1(caspase-1)和IL-1β的表达水平。在NASH中脂肪的过度蓄积产生的脂毒性可进一步推动肝脏炎症的发展。脂联素是胶原蛋白超家族一员，它是一种调脂蛋白，具有抗炎、促进脂肪酸氧化、减少胰岛素抵抗等作用，研究表明LA可增加脂肪组织中脂联素基因的表达，发挥肝脏保护作用[13]。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是细胞的重要能量调节因子，AMPK对组织炎症损伤有显著抑制作用，LA可以激活AMPK的磷酸化，抑制炎症相关基因的转录，从而改善炎症反应[14]。

1.3 干预细胞凋亡 凋亡是由多基因严格控制的细胞程序性死亡方式，细胞凋亡在急性肝功能衰竭和肝癌疾病中扮演着至关重要的角色。研究显示LA可以诱导肝脏星状细胞(HSCs)凋亡，减少胶原纤维等细胞外基质的分泌，从而逆转肝纤维化[15]。线粒体是细胞凋亡的调控中心，LA可以激活线粒体相关动力蛋白1(Drp1)的磷酸化，抑制线粒体裂变，修复损伤的线粒体[16]。在大鼠急性肝中毒模型中LA可以上调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，并下调caspase-3以及促凋亡蛋白Bax的表达，从而缓解顺铂造成的肝损伤[17]。研究表明LA可以保护正常细胞，而在癌症中会引起癌细胞凋亡，LA可诱导内质网应激从而激活PERK通路，而PERK的激活又促进内质网应激相关蛋白GADD153/CHOP的表达，诱导癌细胞凋亡[18]。

1.4 解毒作用 LA具有很强的螯合有毒金属的能力，最初作为解毒剂发挥肝脏保护作用。有毒金属半衰期长，进入机体后排泄率低，肝脏是机体负责新陈代谢的重要器官，是有毒金属作用的靶器官。长期接触有毒金属如镉、铜、铅等会导致肝功能不全，最终发展为肝衰竭[19]。在对乙酰氨基酚(APAP)诱导的药源性肝损伤中，过量的APAP在体内被细胞色素P450酶转化为高反应活性的中间代谢产物N-乙酰苯亚胺基醌(NAPQI)，NAPQI可与体内的GSH反应，消耗体内GSH的含量，之后作用于细胞膜，尤其是与线粒体蛋白中的巯基共价结合导致线粒体功能障碍[20]。LA可作用于GSH的活性基团巯基，阻止GSH在解毒过程中被氧化为氧化性谷胱甘肽(GSSG)，并持续提高GSH的活性[21]。LA可直接作用于线粒体，它是线粒体能量代谢酶的重要辅助因子。LA可以提高线粒体膜电位，改善线粒体膜通透性，此外LA还可以减轻线粒体膜的脂质过氧化，从而逆转砷诱导的线粒体氧化应激，降低肝毒性[22]。

1.5 降脂作用 过度饮酒或肥胖引起肝细胞内脂质异常沉积，导致肝脂肪变性，最终影响肝的正常生理功能。近期，有学者称长期补充LA可以抑制脂肪酸和甘油三酯(TG)的合成，从而降低体脂含量，减轻体重。研究显示LA通过激活AMPK的磷酸化，增加能量消耗，发挥降脂作用[23]。此外LA还可以激活mTOR通路促进蛋白质的合成[24]。过氧化物酶体增殖剂激活受体-γ(PPAR-γ)是参与脂肪酸代谢的重要转录因子，它可以促进脂肪酸的降解，减少脂肪的沉积，LA可以提高PPAR-γ的活性，降低肝脏和血浆中TG和游离脂肪酸的含量，从而逆转脂肪肝的进展[25]。

2 硫辛酸在肝脏疾病中的应用

LA是一种功能强大的线粒体辅酶，在市场中有许多口服形式的补剂，其在各种疾病的防治中发挥关键作用。LA兼具的脂溶性和水溶性，使得它可以渗透到机体的各个部位发挥保护作用，并从多方面应用于肝脏疾病的防治。

2.1 硫辛酸与肝纤维化和肝硬化 肝纤维化是由于各种损伤因素导致的细胞外基质(ECM)异常沉积的慢性病理过程，不及时防治可进一步发展为肝硬化。转化生长因子-β1(TGF-β)、血小板衍生生长因子(PDGF)、Toll样受体4(TLR-4)等促纤维化因子在肝纤维化发展过程中发挥关键作用。在CCl4诱导的大鼠肝硬化模型中，LA可以改善肝脏的组织病理学损伤，上调可以水解ECM蛋白的基质金属蛋白酶13(MMP-13)的表达，从而减少胶原蛋白的沉积[26]，肝星状细胞(HSCs)是肝脏中ECM的主要来源，其被促纤维化因子激活后转化为肌成纤维样细胞 (MFC)，研究表明LA对HSCs的激活有抑制作用，LA可以抑制TGF-β/Smad3通路的激活，继而通过调节HSCs的自噬缓解肝纤维化的进展[27]。在硫代乙酰胺(TAA)中毒诱发的大鼠肝纤维化中，LA提高了肝中的抗氧化剂的水平，改善了脂质过氧化，并与水飞蓟素相比可以更好地恢复肝脏的正常结构[28]。

2.2 硫辛酸与肝癌 肝细胞癌属于恶性肿瘤疾病，其发病机制复杂，是病毒性肝炎、脂肪肝、肝纤维化、肝硬化等肝脏疾病发展的终末阶段。近年来，抗氧化药物在肝癌疾病的治疗中发挥重要的辅助作用。LA具有强大的抗氧化功效，可清除自由基，维护正常基因的表达，它作为线粒体中的重要辅酶，参与细胞能量代谢，促进细胞中ATP的释放，从而保护正常细胞的生存微环境[29]。由于癌细胞普遍是厌氧性的，它们主要通过糖酵解提供自身能量需求，癌细胞中丙酮酸脱氢酶激酶(PDKs)的水平较正常细胞高，LA可以抑制PDKs的活性，逆转癌细胞的糖酵解过程从而促进癌细胞凋亡[30]。生长因子受体结合蛋白2(Grb2)是信号通路中广泛存在的连接蛋白，其异常表达与肿瘤的发展密切相关，Grb2介导Ras-MAPK和PI3K-Akt信号通路的激活，并导致细胞周期调控失去控制，促进了癌细胞的增殖和迁移。LA可以下调Grb2的表达，抑制HepG2肝癌细胞的增殖，从而发挥良好的抗癌效果。

2.3 硫辛酸与酒精性肝病 长期大量酗酒会诱发酒精性肝病(ALD)，起初表现为脂肪肝，继而可发展成为肝纤维化、肝硬化，严重影响肝脏的正常生理功能。严重酗酒可诱导广泛性肝细胞坏死，最终导致肝衰竭。酒精进入肝内被乙醇脱氢酶氧化为乙醛，乙醛具有致癌性，毒性远高于乙醇[32]。乙醛随后在乙醛脱氢酶(ALDH)的作用下转化为无毒的乙酸排出体外。当人体缺乏ALDH时，饮酒会引起强烈的不适并造成肝损伤。LA的还原形式DHLA可以使肝中ALDH的活性提升34%，并且在双硫仑诱导的大鼠酒精中毒模型中，LA可以竞争性结合双硫仑，保护ALDH免受双硫仑的抑制作用，从而缓解酒精肝毒性[33]。LA还可以减弱酒精诱导的心律失常和心血管障碍并降低实验动物的死亡率[34]。在阿尔茨海默病患者中，LA可以提升脑部ALDH的含量，并加速清除脑内甲醛的水平降低其毒性作用。

2.4 硫辛酸与2型糖尿病 2型糖尿病(T2DM)与肝功能损伤密切相关，肝脏是参与机体血糖储存、调控、分布的重要器官。当血糖升高时，肝会通过糖异生合成糖原，储存在体内，此外肝还可以将多余的糖转变为脂肪，供机体补充能量，T2DM是典型的肝脏血糖调节功能紊乱疾病。细胞对血糖的摄取需要借助细胞膜上的葡萄糖转运蛋白(GLUT)，LA可以增加大鼠肝细胞中GLUT-4的表达，促进肝脏对葡萄糖的摄取[36]，LA还可以逆转ROS诱导的胰岛β细胞的凋亡，从而发挥降低血糖的作用[37]。临床研究显示，二甲双胍合并LA用药可以显著提高胰岛素的敏感性，降低空腹血糖，改善胰岛素抵抗(IR)。LA的抗氧化应激作用可以逆转由ROS和炎症引起的内皮功能紊乱(ED)，从而缓解T2DM的血管并发症[38]。

3 结论

LA作为一种多功能抗氧化剂，兼具良好的脂溶性和水溶性，可以扩散到身体的不同部位发挥作用， LA通过其抗氧化应激、抗炎、降脂、抗衰老等功能，在脂肪肝、肝硬化、肝癌、肝中毒等肝脏疾病中发挥良好的治疗效果。近年来，LA作为一种天然的营养补剂受到消费者广泛关注，其不良反应小，副作用低、安全有效，被应用到越来越多的疾病防治中。综上所述，LA全方位的治疗效果在肝脏疾病的防治中发挥关键作用。