线粒体功能障碍

非酒精性脂肪性肝炎的线粒体功能障碍

Mitochondrial dysfunction in nonalcoholic steatohepatitis

非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的发病机理目前还不明确，其机制也有待阐明。线粒体功能障碍在不同程度上参与NASH的发病，因为它损伤脂肪肝的内环境稳定，并且诱导自由基的过多产生，进而触发脂质过氧化反应和细胞死亡。在本文中，我们讨论了线粒体在脂肪代谢、能量平衡、活性氧产生中的作用，集中研究线粒体损伤和解偶联蛋白在NASH形成的病理生理学过程中的作用。并且讨论了一些定向线粒体的分子的潜在作用。

关键词：ATP平衡；脂肪酸氧化作用；人嗜中性细胞弹性蛋白酶（HNE）；线粒体；NASH；活性氧；解偶联

肝脏线粒体：结构和功能肝细胞在糖类、脂质和蛋白质代谢过程中起关键作用。来源于脂类和糖类代谢的酶解物通过线粒体的作用产生ATP（1）。每一个肝细胞包含大约800个线粒体（占整个细胞容积的18%），这些线粒体在脂肪酸的氧化和氧化磷酸化过程中其关键作用（2）。线粒体有两层膜—内膜和外膜—这两层膜围成一个密集的细胞基质（3）。线粒体膜由一个磷脂双层和蛋白质组成。线粒体外膜包含许多名为孔道蛋白的膜内在蛋白质。这种蛋白质含有一种通道可以渗透小于5000Da的分子，而大分子主要通过线粒体膜转运蛋白来转运（4）。另一方面，线粒体内膜是不可渗透的，因为他们不包含孔道蛋白，但是含有可以调整代谢产物进出细胞基质通道的特殊运输蛋白。此外，蛋白质负责呼吸链的氧化反应并且ATP合酶也位于线粒体膜的内部（5）。

当前线粒体内膜的模型表明它是连续的并且形成被称作嵴的内转，它的数量和形态反映线粒体对细胞的能量需要的反应(3)。线粒体基质是一种含水层包含一种高密度蛋白，包括丙酮酸和脂肪酸氧化作用以及柠檬酸循环所需的酶类。已经经过鉴定的大约700多种线粒体蛋白质中，有200多种只存在肝脏线粒体中（7）。大多数线粒体蛋白质由核DNA编码，但是还有一些由线粒体DNA（mtDNA）编码。mtDNA是一种位于线粒体基质的圆形的、双链的分子。由于它靠近内膜，缺乏保护性组蛋白以及不完善的DNA修复机制使它对氧化损伤极端敏感（8）。

脂肪酸氧化作用

肝脏游离脂肪酸（FFAs）可能有不同的来源：

脂肪组织

乳糜微粒水解

重新合成

假如能量需要很低，肝脏的游离脂肪酸就被酯化为甘油三酯储存在细胞液中或者分泌到血浆中作为极低密度脂蛋白。另一方面，在能量不足的情况下，游离脂肪酸被用于以下方面：

通过线粒体和过氧化物酶参与 β氧化；

通过内质网参与 ω氧化。

线粒体催化大量短、中和长链游离脂肪酸的β氧化，这一途径构成了脂肪酸氧化供能的主要过程。过氧化物酶优先参与缩短长链脂肪酸的β氧化（9）。但是过氧化物酶途径在数量上是很少的（10）。

短链和中链脂肪酸可以自由进入线粒体，相反，长链脂肪酸被活化成定向酯化的脂酰辅酶A，或者激活线粒体的β氧化。

线粒体的β氧化可以分成两个主要部分：

获取酰基进入线粒体氧化的过程；

通过氧化去除两碳单位（乙酰基）缩短线粒体内链。

长链脂肪酸活化成脂酰辅酶A酯不能直接通过线粒体内膜，而且线粒体通道是控制和调节β氧化的关键点（11）。跨越线粒体膜传输包括三个不同阶段：

酰基从辅酶A转移到肉碱，由肉碱催化棕榈酰转移酶(CPT) 1；

膜间隙通过酰基肉毒碱转移酶转运、催化；

由CPT2（图1）重新转化到线粒体内膜内表面的脂酰辅酶A。

CPT1作为线粒体脂肪酸的入口，是肝脏β氧化量的主要调节器（12）：它的活性被脂肪酸合成的第一步产物丙二酸单酰辅酶A抑制。β氧化包括四个单独的反应从而产生递电子体(NADH 和 FADH2)，在线粒体呼吸链复合体IV传递电子把O2还原成H2O。通过氧化磷酸化过程，加上呼吸链的电子传递以ATP的形式产生的能量是固定的。

线粒体呼吸链和ATP合成

线粒体呼吸链包括四种呼吸复合物(I–IV)可以把递电子体(NADH 或者 FADH2 )转化成氧化的辅酶 (NAD+和FAD)；在氧化过程中NADH和FADH2 把它们的电子传递到呼吸链的第一复合物。通过复合物I, III和IV传递电子，与从基质到膜间隙的质子泵连接。复合体V 是ATP合酶（图1）（13）

游离脂肪酸氧化作用使NAD+和FAD转化成NADH和FADH2，这通过线粒体呼吸链反复转化。根据米歇尔的化学渗透原理，通过线粒体的电子传递与从基质到线粒体膜间隙的质子泵相配合，产生膜电位（14）。当需要能量时，质子通过ATP合酶的F0部分重新进入基质，引起一个位于ATP合酶的F1部分的分子旋转体的旋转和ADP转化成ATP。

线粒体的呼吸作用程度依赖于ADP转化为ATP合酶。ADP和ATP穿过内膜的程度由腺苷酸转移酶活性来调节平衡，这种酶从线粒体内挤出ATP交换细胞溶质的ADP。

肝细胞合成ATP主要有两种途径：细胞质内的糖酵解，和线粒体膜内的氧化磷酸化。使用葡萄糖作为底物，氧化磷酸化产生比糖酵解多大约17倍的ATP。因此，氧化磷酸化代表需氧生物的ATP的主要来源。呼吸调节是使氧化磷酸化的ATP合成比率与ATP的利用率相适应的反

馈机制。尽管大多数的氧化磷酸化蛋白质由核基因组编码，一些呼吸链复合物的主要亚基只由mtDNA编码（15）。通常认为mtDNA在人类疾病和衰老中起主要作用，归因于线粒体内氧化磷酸化能力的缓慢降低（16-18）。

图1：线粒体电子传递链。经过从细胞质到线粒体基质的特殊转运，丙酮酸盐（A）和游离脂肪酸（B）经过氧化作用提供递电子体以递送电子，通过呼吸链作用把氧还原成水（C）。通过这些氧化还原反应产生电子转运，这与通过复合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ的质子泵相配合，产生的质子动力势被复合物Ⅴ利用来产生ATP（D）。通过复合物Ⅰ和Ⅲ的作用，氧分子的部分还原可能会导致超氧阴离子根的形成，这些离