特别关注｜金属离子代谢： 慢性肝病中医药防治新思路

慢性肝病主要包括非酒精性肝病、酒精性肝病、病毒性肝炎、肝纤维化、肝硬化以及肝细胞癌，持续的氧化应激和炎症反应是慢性肝病发病的重要原因。肝脏是铁代谢的重要场所，当铁代谢异常造成机体损害时，肝脏是主要受损靶器官。肝脏会影响铜代谢，而人体内铜含量也会影响肝脏疾病的发展。慢性肝病患者的血清锌水平通常会降低，而锌缺乏会导致肝脂肪变性和肝性脑病等。镁缺乏可引起炎性反应及氧化应激反应，从而加剧慢性肝病，补充镁可延缓肝脏疾病的进展。钙离子通过调控线粒体功能在慢性肝病发展过程中发挥重要作用。因此，研究金属离子代谢对于防治慢性肝病具有重要意义。本文主要总结金属离子在慢性肝病中的作用，以及通过影响金属离子代谢来治疗慢性肝病的中草药及其活性成分，以期为慢性肝病的防治和中医药现代化研究提供新视野。 

1金属离子代谢在慢性肝病中的作用

1.1   铁代谢在慢性肝病中的作用

肝脏在铁的吸收、转运和储存中具有重要作用。“铁调素-铁转运蛋白轴”调控系统性铁平衡。铁离子可以通过诱导脂质过氧化反应、下调B细胞淋巴瘤-2（Bcl-2）蛋白表达及上调Bcl-2相关X蛋白（Bax）的表达来促进肝细胞凋亡。在慢性HCV感染中，HCV核心蛋白可通过线粒体损伤和钙离子转移等产生活性氧（ROS）从而导致铁过载，与此同时，铁调素在HCV中的表达水平降低。铁离子代谢失调和肝窦内皮细胞去分化协同加剧肝纤维化。铁过载可以通过加剧肝细胞线粒体和微粒体膜的过氧化损伤导致肝细胞死亡而引起肝硬化。铁过载可通过催化ROS的产生，引起DNA损伤、脂质过氧化和蛋白质变性而产生致癌效应。此外，铁离子还可以通过调控缺氧诱导因子α（HIF-α）的表达来促进肝细胞癌转移。在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中，铁负荷可通过促进游离脂肪酸向肝脏运输、内源性脂肪酸合成和抑制脂肪酸β-氧化来加重脂质代谢障碍，从而导致肝脏在NAFLD中的脂质积聚和氧化损伤。 

1.2   铜代谢在慢性肝病中的作用

肝脏是人体内铜代谢的主要器官，铜负荷可通过增强肝组织核因子-κB（NF-κB）的活性以及促进肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白细胞介素8（IL-8）的释放而引发炎症反应。铜离子可通过降低肝组织中超氧化物歧化酶（SOD）和还原型谷胱甘肽（GSH）的活性而引起肝细胞的氧化应激反应，氧化应激可以通过降低线粒体膜电位来影响线粒体功能，而热休克蛋白70（HSP70）可通过提高肝细胞对氧化应激的耐受来减轻铜离子的损伤作用。Bcl-2家族中Bax促进凋亡，Bcl-2抑制凋亡，铜负荷可以增加血清ALT水平和Bax、Bcl-2基因表达，但Bcl-2/Bax比值总体降低，肝细胞凋亡增多。铜离子通过干扰脂质合成过程中的限速酶，能够引起肝细胞脂肪变性。综上所述，铜负荷可通过引起炎症反应、氧化应激、线粒体功能障碍、细胞凋亡造成肝损伤，进而导致慢性肝炎、肝纤维化、肝硬化，甚至肝细胞癌。在病毒性肝炎中，患者可因消化道吸收铜过多、胆道阻塞致胆汁排泄铜障碍、肝细胞向小胆管排铜障碍、肝细胞内代谢障碍等导致铜含量升高。在肝细胞癌中，铜（Ⅱ）化合物可以促进肝癌细胞产生ROS，使细胞周期阻滞于G2/M期而加速细胞凋亡，进而发挥抗肿瘤作用。此外，NAFLD患者的肝脏铜含量低于其他肝脏疾病，铜离子缺乏饮食的大鼠可发生肝脂肪变性，进一步表明铜离子的沉积或者缺乏均会引起肝损伤。 

1.3   锌代谢在慢性肝病中的作用

锌离子具有抗炎、抗氧化和抗凋亡作用，慢性肝损伤会破坏锌稳态导致锌缺乏。锌铁调控蛋白家族（ZIP）可以增加细胞质锌。在HCV感染中，持续的病毒感染会导致线粒体氧化应激，而锌离子对氧化应激具有抑制作用。锌缺乏可能会导致HCV相关慢性肝炎和肝硬化患者的氧化应激，诱发一系列慢性肝病。在肝硬化中，与锌结合的α2巨球蛋白增加导致锌排泄增加，此外小肠对锌的吸收功能也受到损害，二者共同导致肝硬化患者锌离子缺乏。在肝细胞癌中，ZIP14表达下调，导致细胞锌离子水平降低。肝细胞癌组织中的锌离子浓度低于周围肝实质，而锌离子可以下调恶性细胞中的HIF-1α，因此锌缺乏可能导致肝细胞癌增殖。有研究表明锌离子缺乏与肝脂肪变性密切相关。随着慢性肝病患者肝脂肪变性程度的增加，血清锌离子水平降低程度增加。过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPAR-α）的DNA结合活性与锌离子有关，因此锌缺乏可能导致DNA结合活性下降，从而促进脂质过氧化，最终加剧肝脂肪变性。4-羟基- 20-壬烯醛（4-HNE）是脂质过氧化的指标，而血清锌离子水平下降与肝脏中4-HNE的表达水平呈负相关，提示锌离子缺乏可能促进脂质过氧化。

1.4   镁代谢在慢性肝病中的作用

肝脏可以调节镁的运输与分布。镁离子缺乏会导致细胞内高钙，而细胞内高钙是启动炎症反应的信号。此外，镁缺乏还可以激活NF-κB导致炎症反应。镁离子缺乏导致抗氧化防御能力下降，引发氧化应激反应。在HCV感染中，镁补充剂可与HCV非结构蛋白3（NS3）解旋酶结合，从而抑制HCV的复制。镁离子缺乏时的炎症反应可造成肝损伤，进而导致肝星状细胞（HSC）产生ROS。在肝硬化中，患者可因饮食摄入低、尿液分泌多、血浆白蛋白浓度低和激素失活导致镁离子缺乏，而镁离子缺乏能够介导炎症反应及氧化应激导致的线粒体损伤、氧化还原反应失调，从而造成HSC转化以及细胞外基质（ECM）重构而加剧肝硬化。在肝细胞癌中，镁离子可以抑制肝癌细胞Huh-7的生长增殖，延长其细胞周期G1，其中丝裂原活化蛋白激酶的激酶2（MEK2）可能是镁离子发挥抗肿瘤作用的关键蛋白。酒精性肝病是由于长期大量饮酒导致的慢性肝病，早期表现为脂肪肝，其特征是肝细胞内脂质过多积聚。研究表明，酒精性肝病患者可出现镁离子缺乏，而镁离子缺乏会加剧酒精性肝病恶化，镁离子缺乏与乙醇过量均可导致肝纤维化的形成并进一步发展为肝硬化。 

1.5   钙代谢在慢性肝病中的作用

钙离子可以调节脂质和碳水化合物代谢等多种肝功能。慢性肝病可导致血清钙异常，钙离子代谢失调是慢性肝病的标志。在慢性乙型肝炎（CHB）中，血清钙离子水平与CHB病情的严重程度呈负相关。CHB引起的代谢性酸中毒、胆红素升高等都会导致血清钙离子水平降低。在肝纤维化中，血清钙离子水平与肝纤维化程度呈正相关。HSC活化是肝纤维化发生过程中的关键环节，HSC活化后具有趋化性，可向损伤区迁移，进而导致损伤区的纤维形成和细胞增多，从而促进肝纤维化。血小板衍生生长因子（PDGF）和单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）是主要的趋化因子，而二者的趋化活性需要钙离子内流的参与。在肝硬化中，肝功能分级越差，低钙血症的发生率越高。肝硬化患者体内可堆积大量有害因子并损伤肝细胞膜的正常结构，从而导致大量细胞外钙离子堆积在细胞内，最终导致钙超负荷而损伤肝细胞。在肝细胞癌中，肌醇-1，4，5-三磷酸（InsP3）门控的钙离子释放通道肌醇-1，4，5-三磷酸受体（InsP3R）在维持肝细胞钙离子稳态中具有重要作用，而InsP3R的过表达与肝细胞癌发生有关，提示钙离子可能与肝细胞癌具有相关性。肝脂质代谢紊乱是NAFLD发生的主要原因，钙离子信号传导异常可以促成肝脂肪变性。 

金属离子代谢在慢性肝病中的作用总结见图1。

图1  金属离子代谢在慢性肝病中的作用

2中医药通过影响金属离子代谢调控慢性肝病

2.1   姜黄素

姜黄素具有抗炎、抗氧化和铁螯合等特性，其能够降低铁离子的氧化还原活性，控制铁负荷时肝脏及血清脂质过氧化物水平的升高。研究表明，慢性铁负荷大鼠氧化应激升高与肝脏GSH和抗坏血酸（ASA）以及过氧化氢酶（CAT）、SOD等抗氧化剂的消耗有关，而姜黄素可以恢复GSH和ASA的水平以及抗氧化剂活性。姜黄素诱导的肝铜离子含量增加与慢性铁负荷期间CAT活性升高有关，铜离子水平的下降可以导致CAT活性降低。铜含量降低还可能导致铁负荷大鼠SOD活性降低，而姜黄素可以升高铁负荷大鼠肝匀浆中的铜离子水平。一氧化氮（NO）是氧化应激损伤的主要自由基之一，铁负荷大鼠氧化应激的增加还与肝脏NO水平的升高有关，而姜黄素可以抑制铁负荷大鼠肝脏NO水平的升高。丙二醛（MDA）是脂质过氧化反应的终产物，组织内MDA含量可以直接反映机体内的脂质过氧化水平，MDA可作为氧化损伤的生物标志物。慢性铁负荷会导致大鼠肝脏中MDA水平升高，而姜黄素能够抑制铁负荷大鼠MDA水平的升高。研究表明，姜黄素可以通过直接降低脂质过氧化和间接恢复内源性抗氧化防御机制来抑制铁摄入量增多时肝脏氧化应激的增加；此外，姜黄素还可以降低肝脏的铁离子密度，其可能通过铁螯合作用来降低慢性铁负荷大鼠肝脏中的铁离子水平。因此，姜黄素可能通过调控肝脏中铁离子介导的氧化应激反应，发挥防治慢性肝病的作用（图2）。

图2  中医药通过影响金属离子代谢调控慢性肝病

2.2   丹参

丹参具有化瘀止痛、抗炎、抗氧化等功效。研究人员通过研究铜致肝功能损伤大鼠模型发现，铜中毒大鼠血清中的ALT和AST水平显著升高，而经丹参治疗后，大鼠血清中的AST和ALT水平下降，且具有一定的剂量效应关系。铜中毒大鼠肝组织中SOD活性、CAT活性和GSH水平显著降低，MDA水平显著上升，而经丹参治疗后，大鼠肝组织中SOD活性、CAT活性和GSH水平显著上升，MDA水平则显著下降，且具有一定的剂量效应关系。当生物体受到外界刺激时，大鼠体内的HSP70表达水平会显著升高。通过采用免疫印迹法检测肝组织中的HSP70发现，高铜离子实验组大鼠肝脏铜含量与HSP70的表达水平显著升高，提示高铜可以促进肝脏中HSP70的表达，而经丹参治疗后，大鼠肝脏中的铜含量显著降低，HSP70蛋白表达下调。综上所述，丹参可以通过降低铜离子中毒大鼠肝脏中MDA含量，提高GSH、SOD和CAT活性来缓解肝内脂质过氧化所引起的肝损伤，同时通过促进肝脏铜的排出与下调HSP70的表达以缓解由高铜离子应激反应所造成的肝损伤。因此，丹参可能通过调控肝脏中的铜含量来缓解由高铜引发的慢性肝病（图2）。

2.3   锌（Ⅱ）-姜黄素固体分散体（ZnCM-SD）

锌水平的变化与肝细胞癌风险和化疗有效性相关，肝癌患者血清锌水平较低。肠道微生物群参与调控多种抗肿瘤和致癌代谢途径，且在锌平衡的维持中具有重要作用。姜黄素可通过干扰多条细胞信号通路及调节肠道微生物群来发挥抑癌作用。肠道微生物群能够调节阿霉素（Dox）的抗肿瘤免疫作用，姜黄素可作为Dox等化疗药物的化学增敏剂，协同抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡。然而ZnCM-SD不溶于水，应用聚乙烯吡咯烷酮完全涂覆ZnCM形成ZnCM的固体分散体，该固体分散体在水中高度可溶。ZnCM-SD可以以剂量依赖的方式降低人肝癌细胞和人肝腹水腺癌细胞的存活率，并通过调节细胞锌稳态来有效协同增强Dox抑制细胞生长和细胞死亡的效应。在肝细胞癌大鼠模型中，ZnCM-SD单用或与Dox联合使用均可减轻肠道失调和锌稳态失调，但是ZnCM-SD在肠道微生物群耗竭后无法再抑制肿瘤生长或影响锌稳态。综上，ZnCM-SD可以通过调节肠道微生物群来减轻锌稳态失调，进而抑制人肝癌细胞的生长以及增强肝细胞癌的化疗效果。因此，笔者推测ZnCM-SD对除肝细胞癌以外的其他与锌稳态失调有关的慢性肝病可能亦会产生影响（图2）。 

2.4   芹菜素-镁复合物

芹菜素具有抗炎、抗氧化和抗癌等药理活性。目前已有研究表明芹菜素可通过激活核因子E2相关因子2通路来减弱人视网膜色素上皮细胞的氧化损伤。然而，芹菜素由于亲水、亲脂性差导致其临床应用受到限制，但芹菜素与碳酸镁在碱性溶液中可通过形成芹菜素-镁复合物来提高其溶解度。SOD和GSH在抗氧化防御系统中具有重要作用，MDA是组织脂质过氧化的主要标志。研究发现芹菜素-镁复合物可以提高SOD活性和GSH水平，并降低ROS、MDA、IL-6和NF-κB水平，抑制转化生长因子β（TGF-β）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的基因表达以及HSC的凋亡。因此，芹菜素-镁复合物可以抑制氧化应激和炎症反应，提高经过氧化氢处理后的HSC存活率，且对HSC无毒性作用。芹菜素-镁有望成为防治慢性肝病的一种新候选药物（图2）。 

2.5   柴胡皂苷d

柴胡皂苷d具有保护肝细胞、抗病毒及抗肿瘤等药理作用。研究通过腹腔注射二甲基亚硝胺建立肝纤维化大鼠模型，采用免疫组化法观察肝组织中TGF-β1、人α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达情况，分光光度比色法检测肝组织匀浆中MDA、SOD水平，原子吸收分光光度计测定血清中锌、钙含量。研究结果表明，柴胡皂苷d可以降低肝组织中TGF-β1、α-SMA蛋白的表达，降低肝组织中MDA水平，升高SOD活性，降低血清钙水平，升高血清锌水平。通过苦味酸-天狼星红染色，发现柴胡皂苷d可以显著抑制胶原增生，缓解肝纤维化，其作用机制可能是柴胡皂苷d抑制HSC活化和TGF-β1活性，柴胡皂苷d可通过升高SOD活性和降低MDA水平来发挥清除ROS和抗脂质过氧化作用，进而抑制肝纤维化的发生。锌离子可以抗氧化，锌离子缺乏会加重肝细胞坏死。肝内胶原纤维降解需要含锌水解酶，锌离子缺乏会导致胶原合成大于降解，从而加剧肝纤维化。当各种有害因子作用于肝细胞时，细胞膜不能维持正常的离子运转，导致血钙离子大量流入胞浆内形成钙负荷，钙负荷可引起细胞不可逆性损伤，并促进肝成纤维细胞及HSC等合成ECM，导致胶原沉积。因此，柴胡皂苷d可通过降低血清钙离子含量、升高血清锌离子含量来抑制肝纤维化。综上，可以推测柴胡皂苷d对除肝纤维化以外的其他与钙、锌稳态失调有关的慢性肝病可能也会产生影响（图2）。 

3总结

肝脏易受体内毒素和代谢产物导致的氧化应激以及炎症反应的影响。氧化应激可通过改变DNA、蛋白质和脂质等生物分子以及调节与基因转录、蛋白质表达、细胞凋亡和HSC激活等相关的生物途径来引起肝损伤。炎症反应是免疫反应的组成部分，表现为炎症细胞渗透到肝脏对抗病原体入侵，然而一旦炎症反应持续存在就会导致细胞损伤和脂质堆积，从而增加脂肪性肝炎、肝纤维化和肝细胞癌等肝病的发生风险。近年来，金属离子代谢异常与慢性肝病的相关性在理论研究和临床实践中均取得了一定的进展。本文系统地阐述了金属离子代谢在慢性肝病中可能产生的影响，并探讨了中医药通过影响金属离子代谢调控慢性肝病的作用，以期为今后慢性肝病的防治提供新的研究契机。此外，生物医学新材料结合金属离子代谢有希望作为治疗慢性肝病的新方法。虽然目前已有多项实验对人体金属离子代谢与慢性肝病的关系进行了研究，但其具体机制尚未明确，而金属离子代谢在肝脏的病理生理过程中发挥着重要作用，因此今后开展对金属离子代谢与慢性肝病作用机制的深入研究显得尤为必要。 

全文下载

https://www.lcgdbzz.org/cn/article/doi/10.12449/JCH240732