肝胆疾病的生物化学与实验诊断

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1、肝胆疾病的生物化学与实验诊断肝胆疾病的生物化学与实验诊断第一节第一节 概述概述一、肝细胞的正常代谢功能一、肝细胞的正常代谢功能肝是人体内体积最大的实质性腺体，是具有重要而复杂的代谢功能的器官。它具有肝动脉和肝静脉 双重的血液供应，且有肝静脉及胆道系统出肝，加上丰富的血窦及精巧的肝小叶结构，以及肝细胞中富 含线粒体、内质网、核蛋白体和大量酶类，因而能完成复杂多样的代谢功能。 每个肝细胞平均约含 400 个线粒体，呈圆形、椭圆形或棒形。线粒体与三羧酸循环、呼吸链及氧化 磷酸化、脂肪酸的 -氧化及酮体生成、氨基酸的脱氨基、转氨基及尿素合成等有密切关系。线粒体对 缺氧特别敏感，易于受损伤。肝细胞的粗面

2、内质网是合成各种蛋白质和酶类的场所，而滑面内质网则与 糖原的合成和分解、胆红素、激素、药物、染料及毒物等的生物转化有关。 溶酶体中含 10 余种水解酶类，它与肝细胞的溶解和坏死、胆红素的分泌以及胆褐素和铁颗粒的代 谢有关，具有吞饮、储存、消化和运输细胞内代谢产物的作用。 高尔基复合体与分泌和排泄代谢产物及合成糖蛋白等有关。有人认为高尔基复合体、溶酶体和毛细 胆管构成肝细胞的胆汁分泌微小器官，在肝内胆汁淤积时其功能受到损害。 肝细胞的胞质中含有糖酵解、磷酸戊糖通路、氨基酸激活、脂肪酸和胆固醇合成的多种酶类。 肝细胞核染色体 DNA 及调控蛋白对肝细胞内代谢起调控作用，肝细胞再生时，DNA 大量合

3、成和 复制。 肝细胞膜由蛋白质和磷脂等构成，具有三种形态：一是两个相邻肝细胞间的细胞膜，依靠指状突起 使相邻肝细胞相互连接；面向肝窦的细胞膜则具有微绒毛，能增大与肝窦血液的接触面积，有利于物质 交换；在 2 或 3 个肝细胞之间，细胞膜皱折形成毛细胆管，毛细胆管与胆红素等胆汁成分的排泌有关。 当肝内或肝外胆汁淤积时，毛细胆管发生改变。 肝细胞能合成多种血浆蛋白质（白蛋白、纤维蛋白原、凝血酶原及多种血浆蛋白质） 。在血浆蛋白 质的处理上肝起着重要作用。白蛋白以外的血浆蛋白质都是含糖基的蛋白质，它们在肝细胞膜上的唾液 酸酶的作用下，失去糖基末端的唾液酸，就可被肝细胞上的特异受体肝糖结合蛋白所识别，

4、并经胞饮 作用进入肝细胞而被溶酶体清除。 肝内含有丰富的与氨基酸分解代谢有关的酶类，由食物消化吸收而来的和组织蛋白分解而来的氨基 酸大部分被肝细胞摄取，经过转氨基、脱氨基、转甲基、硫和脱羧等反应转变成酮酸及其他化合物。除 亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸这三种支链氨基酸主要在肌肉组织降解外，其余氨基酸特别是苯丙氨酸、酪 氨酸及色氨酸等芳香氨基酸都主要在肝内进行分解代谢。肝是合成尿素的重要器官，肝细胞功能严重障 碍会引起血中多种氨基酸的含量增高，血氨浓度增高、血中尿素浓度降低。 肝脏是维持血糖浓度相对稳定的重要器官，肝有较强的糖原合成与分解的能力，通过糖原的合成与 分解而调节血糖。肝是进行糖异生的重要器

5、官，可将甘油、乳酸、氨基酸等转化为葡萄糖或糖原。肝还 可将半乳糖、果糖等转化为葡萄糖。 肝在脂类的消化、吸收、运输、合成及分解等过程中起重要作用。肝合成甘油三酯、磷脂及胆固醇 的能力很强，并进一步合成 VLDL 及 HDL。某些载脂蛋白（如 ApoA、ApoB100、ApoC、ApoC 等）以及卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）在肝细胞中合成，它们在脂蛋白的代谢及脂类运输中起着 重要的作用。肝对甘油三酯及脂肪酸的分解能力很强，是生成酮体的重要器官。 肝在维生素的吸收、储存和转化方面都起着重要作用。维生素 A、D、E、K 及 B 在肝内储存，胡 萝卜转变成维生素 A，维生素 D3 在 C25 位

6、上的羟化，由维生素 PP 合成 NAD+和 NADP+，由维生素 B1 合成 TPP 等过程均在肝内进行。 肝与许多激素的灭活和排泄有密切关系，血中的类固醇激素在肝内灭活，生成种种代谢产物（如17-羟类固醇、17-氧类固醇） ，有的代谢产物在肝脏进一步与葡萄糖醛酸或硫酸结合，再从尿液或胆汗 排出。胰岛素及其他多种蛋白质或多肽激素以及肾上腺素、甲状激素等也都在肝内灭活。因此，当发生 严重肝功能损伤时，体内多种激素因灭活而堆积，会导致相应的激素调节功能紊乱。肝的生物转化功能， 胆汁酸及胆色素代谢功能在第二、三、四节中介绍。二、枯否细胞的功能二、枯否细胞的功能肝内存在的枯否细胞（Kupffercel

7、ls，KC）实际是位于肝窦内的巨噬细胞，此类细胞的特点是其内 质网及核膜上的内源性过氧化物酶活性。KC 除具有吞噬、消灭病原微生物、清除机体内的内毒素、调 节免疫和炎症反应等功能外，还能调控组织和基质修复、调控肝细胞、肝储脂细胞的增殖和合成细胞外 基质等。这些功能是通过枯否细胞所分泌的多种生物活性因子（如转化生长因子 TGF、肝细胞生长因 子 HGF、胰岛素样生长因子IGF、转化生长因子 TGF、白介素 6IL-6、白介素-1IL-1、肿瘤坏 死因子 TNF、干扰素 IFN 等）而起作用的。肝内的枯否细胞、储脂细胞等与肝纤维化的形成有密 切关系。三、肝细胞损伤时的代谢障碍三、肝细胞损伤时的代谢

8、障碍（一）肝细胞损伤时蛋白质代谢的变化 肝细胞合成白蛋白的能力很强，正常人每天能合成 10g。当肝功能严重受损时，血浆胶体渗透压可 因白蛋白的合成不足而降低，同时球蛋白浓度（尤其 -球蛋白）反而增高，导致血浆白蛋白与球蛋白 的比值（A/G）降低。在重症肝炎及急性黄色肝萎缩时，可见 、 及 球蛋白降低。肝细胞损伤时 血清游离氨基酸增加，甚至从尿中丢失，这可能是由于肝细胞处理氨基酸的能力下降所致。肝细胞损伤 时合成尿素的能力降低，可引起血氨增高。 肝细胞损伤时肝细胞（胞质，线粒体等）内多种酶可逸入血中，使血中多种酶活性增高。 （二）肝细胞损伤时的脂类代谢变化 肝细胞损伤时可导致脂肪肝的形成。肝实质

9、细胞内有甘油三酯的蓄积，这是由于甘油三酯在肝细胞 内的合成与其向体循环中释放间的平衡失调所致。在脂肪肝的肝细胞线粒体内，ATP、NAD 及细胞色 素 C 的含量常显著减少，由于糖代谢障碍而引起脂肪动员的增加。脂肪肝时磷脂酰胆碱显著减少，可 能是由于缺氧或氧化磷酸化障碍，致使 ATP 和 CDP-胆碱的形成不足，造成磷脂及 VLDL 的合成障碍， 导致肝内脂肪向体循环的释放不足，促使肝细胞中甘油三酯的堆积。 在重度肝细胞损伤时，肝细胞合成胆固醇的能力降低，这种情况见于严重的肝细胞炎症及变性坏死。 肝细胞严重损伤时，胆固醇酯的合成也降低。某些慢性肝损伤时，由于糖代谢障碍，糖利用减少，脂肪 分解增加

10、，可导致酮症。 （三）肝细胞损伤时糖代谢的变化 当肝细胞损伤（尤其肝炎）时，肝内糖代谢有关酶类的特征性变化是：活性增高的酶有 G6P 脱氢 酶、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶、磷酸甘油醛脱氢酶、丙酮酸磷酸激酶、乳酸脱氢酶等。 活性降低的酶是葡萄糖-6-磷酸酶、醛缩酶、磷酸甘油脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、 苹果酸脱氢酶等。 由上述酶谱变化可以看出：肝细胞损伤时糖代谢变化的特点是磷酸戊糖途径及糖酵解途径相对增强， 严重肝损伤时糖有氧氧化及三羧酸循环运转不佳，血中丙酮酸量可显著上升。慢性肝病时血中 -酮戊 二酸量与症状平行地增加。不同肝病时耐糖曲线可呈低平型、高峰型、高坡型等异常曲线。第二节第二节

11、 肝的生物转化功能肝的生物转化功能在人整个生命过程中经常有某些外来异物（如毒物、药物、致癌物）进入体内，代谢过程中体内也 不断产生一些生物活性物质及代谢物（激素、胺类等） 。这些外来及内生物质大部分在肝内进行代谢转 化。在肝内有关酶的催化下，一方面使上述物质的极性或水溶性增加，有利于从尿或胆汁排出，同时也 改变了它们的毒性或药理作用。通常将这些物质在体内（主要是肝细胞微粒体内）的代谢转变过程称为生物转化作用（biotransformation） 。 现已证明：肝、肾、胃肠道、肺、神经、皮肤及胎盘等组织都存在一些使毒物、药物及激素等进行 生物转化的酶系，但以肝为最重要，其生物转化功能最强。 随着

12、工业化和科学技术的发展，人们与各种化学物质接触的机会越来越多，常用的化学物质有 63000 种以上。对于人体来说，这些化学物质有的可能是药物，有的可能是对人体有害的毒物，有的可 能是能诱发细胞癌变的致癌物。阐明这些物质在肝内生物转化的规律，对于保障人类的健康是很有意义 的。一、生物转化的反应类型一、生物转化的反应类型通常将生物转化反应分为两相反应。第一相反应包括氧化、还原、水解反应，第二相反应即结合反 应。每一相反应又各自包括多种不同的反应，分别在不同的部位中进行（表 1-1） 。 表 1-1 生物转化反应的一般类型反应类型反应性质细胞内酶的主要定位羟化反应微粒体脱烷基反应微粒体环氧化反应微粒

13、体脱硫反应微粒体脱卤反应微粒体醇氧化反应胞液为主、微粒体少量醛氧化反应胞液、线粒体氧化脱氨反应微粒体、线粒体醛还原反应胞液偶氮还原反应微粒体还原硝基还原反应微粒体、胞液酯水解反应微粒体、胞液第一相反应水解酰胺水解反应微粒体、胞液葡萄糖醛酸结合微粒体甘氨酸结合线粒体乙酰化反应胞液甲基化反应胞液谷胱甘肽结合胞液第二相反应结合硫酸结合胞液（一）第一相反应 大多数毒物、药物等进入肝细胞后，常先进行氧化反应，有些可被水解，少数物质被还原。经过氧 化、还原和水解作用，一般能使非极性的化合物产生带氧的极性基团，从而使其水溶性增加以便于排泄， 同时也改变了药物或毒物分子原有的某些功能基团，或产生新的功能基团使

14、毒物解毒或活化，使某些药 物的药理活化发生变化，使某些致癌物质活化或灭活。 1、氧化作用 在肝细胞的微粒体、线粒体及胞液中含有参与生物转化的不同的氧化酶系，包括加单氧酶系、胺氧 化酶系脱氧酶系（表 1-2） 。 表 1-2 与生物转化有关的几种氧化酶类酶系细胞内定位反应式及举例加单氧酶系（混 合功能氧化酶）微粒体（滑面内质网）RHO2NADPHH+ROHNADP+H2O（如烃类的 氧化等）胺氧化酶系线粒体RCH2NH2O2H2ORCHONH3H2O2（如单胺氧化 酶催化组胺、酪胺等的氧化）脱氢酶系胞液、线粒体RCH2OHNAD+RCHONADHH+RCHORCOOH （如醇脱氢酶及醛脱氢酶催化

15、的反应）存在于微粒体中的以细胞色素 P450为重要成分的加单氧酶系具有十分重要的生理意义。在该系统所 催化的反应中，由于氧分子中的一个氧原子掺入到底物中，而另一个氧原子使 NADPH 氧化生成水，即 一种氧分子发挥了两种功能，故又称混合功能氧化酶，从底物的角度来看，只掺入一个原子的氧，故称 加单氧酶。 应当指出：依赖细胞色素 P450的电子传递系统存在于各种生物膜系统中。在高等动物组织中有微粒 体型及线粒体内膜型两大类。微粒体型又包括单一电子传递系统和复合电子传递系统，后者中既有 NADPH 参与，又有 NADP 参与。线粒体内膜型则有铁氧还原蛋白、NADPH 及细胞色素 P450参加。多 样

16、的细胞色素 P450系统催化外来异物的羟化和脱烷基反应，还参与类固醇激素的生物合成、灭活胆汁酸 的生物合成及维生素 D3的羟化反应等。许多毒物、药物或致癌物经过混合功能氧化酶的催化而产生各 种羟化反应产物。现将微粒体混合功能氧化酶催化的氧化反应类型列于表 10-3。 表 10-3 微粒体混合功能氧化酶催化的氧化反应类型2、还原作用 肝细胞中生物转化的还原反应主要有偶氮还原酶和硝基还原酶所催化的两类反应。硝基还原酶存在 于肝、肾、肺等细胞微粒体中，是 FAD 型还原酶，可使对-硝基苯甲酸、硝基苯、氯霉素等的NO2还 原成NH2，反应在厌氧条件下进行，由 NADH 供氢。偶氮还原酶存在于肝细胞微粒体中，由 NADPH 供氢，中间经氢偶氮复合物最后生成胺，反应可在有氧条件下进行，此酶属 P450酶类。3、水解作用 如某些酯类（普鲁卡因） 、酰胺类（异丙异菸肼）及糖苷类化合物（洋地黄毒苷）可分别在酯酶、 酰胺酶、糖苷酶等水解酶的作用下被水解。这类酶在体内分布广泛，种类繁多，肝外组织也含有这些酶 类。 （二）第二相反应 有机