第一章　概 述

肝性脑病（hepatic encephalopathy，HE）是指由于严重肝功能障碍和/或门体分流，内源性或外源性毒性代谢产物未经肝脏转化清除，而在体内蓄积导致的以全身代谢紊乱为基础的中枢神经系统（central nervous system，CNS）功能失调综合征，以脑水肿和星形胶质细胞改变为主要病理特征。轻者可仅有轻微的智力减退，重者表现为意识障碍、行为异常甚至昏迷。肝性脑病是各种终末期肝病最常见的死亡原因，其发病机制的研究对寻求早期预防、及时诊断和有效的治疗方法有重要意义。关于肝性脑病发病机制的研究结果，目前没有任何一种学说能够单独解释肝性脑病的各种神经精神症状，普遍认为肝性脑病是多因素共同作用的结果。近年来，国内外学者以氨中毒学说为中心对肝性脑病发病机制进行探索并取得一定进展，现就肝性脑病发病机制的研究进展作如下阐述。

肝脏是氨代谢的主要器官。当肝功能严重障碍时，由于肠道菌群紊乱或感染、过量进食蛋白类食物、消化道出血等可使氨生成增加，同时因合并低钾、低氯、碱中毒等情况，肠腔内pH＞6，促进氨吸收，引起高氨血症。18世纪初，Shawcross等提出“肉食中毒综合征”，他们给狗进行门-腔静脉造瘘术后，狗出现行为异常、意识障碍等神经精神症状，喂以肉食后症状加重，考虑脑病的发生可能与氨在血中的积聚有关。20世纪50年代，McDermott及Adams首次提出了氨中毒学说，奠定了肝性脑病发病机制研究的里程碑。1991年，Prakash等应用放射性标记的氮对肝性脑病患者进行正电子发射体层成像（positron emission tomography，PET）的影像学研究，找到血氨增高是肝性脑病发病机制的直接证据。

大量的氨可破坏血脑屏障并由此进入中枢神经系统。高氨血症导致肝性脑病的机制主要包括：

1.阻断谷氨酸能神经传导。谷氨酸是中枢神经系统中分布最广的兴奋性神经递质，正常谷氨酸能突触的神经冲动传导通过星形胶质细胞内的谷氨酸-谷氨酰胺循环调节，高氨血症时，谷氨酸与大量氨结合而被消耗，并生成大量谷氨酰胺，引起谷氨酸能神经传导障碍和星形胶质细胞肿胀。给实验动物谷氨酰胺合成酶抑制剂甲硫氨酸亚矾可以预防星形胶质细胞肿胀。

2.降低中枢神经系统内Na ⁺-K ⁺-ATP酶的活性，使血脑屏障酶系统的作用减弱，导致毒性物质如硫醇、γ-氨基丁酸等不受阻挡地进入中枢神经系统。氨还能与K ⁺竞争结合神经元细胞和星形胶质细胞膜上的Na ⁺-K ⁺-ATP酶，最终导致神经冲动传导障碍和星形胶质细胞肿胀或脑水肿。

3.干扰中枢神经系统的能量代谢。氨可以使血脑屏障受损，葡萄糖逆浓度差转运减少，中枢神经系统能量供应减少。氨与中枢神经系统内三羧酸循环的底物α-酮戊二酸结合使ATP生成减少。Rama Rao等采用多种实验方法证实氨可诱导线粒体通透性转换（mitochondrial permeability transition，MPT），干扰能量代谢。

4.引起中枢神经系统内细胞凋亡或变性坏死。高氨血症可通过细胞受体和第二信使传递影响相关凋亡基因调控涉及众多信号分子，这些信号可激活胱天蛋白酶（caspase）的级联放大，进而引起脑细胞凋亡。

5.干扰神经动作电位。氨可使神经元的氯离子通道泵灭活，神经元去极化，抑制突触后兴奋性电位的形成和轴突的传导。此外，氨可以使星形胶质细胞结构蛋白、胶质纤维酸性蛋白、水通道蛋白4等的基因表达发生改变引起星形胶质细胞肿胀；氨还可能通过氧化应激作用、钙内流增加、损伤线粒体、损害脑内血流的自动调节功能以及与细胞因子共同作用引发肝性脑病。但是，临床检验和实验研究表明，出现高氨血症的患者并不一定发生肝性脑病，而且血氨水平与肝性脑病严重程度缺乏良好的相关性。因此，氨中毒学说不能单独解释肝性脑病的发病机制。

1971年，Fisher与Balderassini建立了假性神经递质学说，Murno等随后在此基础上提出胰岛素-氨基酸失衡学说。假性神经递质学说认为肝功能障碍使得食物中的芳香族氨基酸不能被代谢清除，通过血脑屏障并在脑内生成与神经递质结构相似的假递质，以假乱真，阻碍兴奋性神经冲动的传导。但是，有学者给实验动物脑内注入大量假递质后，动物并没有表现出意识障碍、行为异常等神经精神症状。临床上使用左旋多巴、溴隐亭等促进递质生成药治疗肝性脑病的效果并不好，假性神经递质学说已逐渐被废弃，在此基础上提出的氨基酸失衡学说也随之广受争议。但是，研究发现肝性脑病患者脑内许多神经递质如谷氨酸、γ-氨基丁酸、5-羟色胺、多巴胺、阿片类物质等及其受体水平均发生异常，不能排除假性神经递质学说/氨基酸失衡学说与其他作用机制的相互影响。

1982年，Schafer和 Jones揭示了 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）在肝性脑病发病中的作用。GABA是中枢神经系统内最主要的抑制性神经递质，存在GABA-A的不同部位也有巴比妥和苯二氮 （benzodiazepine，BZ）的结合位点，是一种复合受体。内源性BZ类物质与受体结合可增强GABA的抑制作用，在肝性脑病患者和肝衰竭动物模型脑内，GABA和BZ类物质均增加。给实验动物服用复合受体激动剂苯巴比妥、地西泮等可诱导或加重肝性脑病，而给予复合受体拮抗剂氟吗西尼可减少肝性脑病的发作。此外，氨与GABA/BZ可协同作用，氨能促进BZ类物质最大限度与复合受体结合，促进星形胶质细胞线粒体膜上外周型BZ受体（peripheral-type BZ receptor，PTBR）的表达，PTBR激活后，诱使星形胶质细胞分泌神经类固醇，正性调节GABA能神经递质的传导。

临床资料表明，发生肝性脑病的肝硬化患者血清中炎症反应标志物，如白细胞数量、C 反应蛋白（C-reaction protein，CRP）、白细胞介素（interleukin，IL）-1、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等水平明显高于无肝性脑病的患者。Shawcross等给患有全身炎症反应综合征的肝硬化患者口服氨基酸溶液，诱导出高氨血症，患者心理测试异常，给予患者亚低温处理或吲哚美辛等抗炎药物以及抗感染治疗后，血清中炎症反应标志物和血氨水平下降，心理测试也逐渐恢复正常。此外，研究发现，炎症因子TNF、IL-1可以损害脑血管内皮细胞，破坏血脑屏障的完整性，还可促进血氨弥散进入星形胶质细胞，加重星形胶质细胞肿胀，而使TNF和IL-1受体基因缺失则可以延缓肝性脑病的发生。近年来，人们十分关注炎症反应在肝性脑病发病中的作用，甚至有学者通过动物实验提出能够通过高氨血症和全身炎症反应预测肝性脑病的发生。

体外星形胶质细胞培养和动物实验研究表明，氨、炎症因子、谷氨酰胺等可通过激活N-甲基-D-天冬氨酸受体和Ca ²⁺依赖的一氧化碳合成酶生成大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS），发生氧化 /亚硝基化损伤。2006 年Albrecht等提出“特洛伊木马假说”，认为高氨血症使星形胶质细胞线粒体摄取过多的谷氨酰胺并分解产氨的过程中生成大量ROS，最终导致星形胶质细胞肿胀。氧化应激还能使线粒体发生MPT，使线粒体膜电位消失，ATP合成障碍，加重肝性脑病。此外，星形胶质细胞产生的ROS/RNS参与蛋白质酪氨酸硝化作用，包括使星形胶质细胞的谷氨酰胺合成酶硝基化，引起血脑屏障通透性发生选择性改变，最终导致星形胶质细胞水肿和脑水肿。有研究指出，ROS亦可诱发RNA氧化作用，阻碍某些学习、记忆相关蛋白和神经递质受体的合成，从而导致患者学习、记忆受损和其他神经精神症状，有关氧化应激导致的RNA氧化作用在肝性脑病发病机制中的作用仍在研究中。

脑内的神经类固醇主要在星形胶质细胞的线粒体内合成，受线粒体膜上转位蛋白表达增加。用放射性标记的转位蛋白配体对轻微肝性脑病患者进行PET显像也找到转位蛋白增加的证据。神经类固醇可增强GABA能神经元突触后膜抑制功能，产生中枢抑制效应。还能影响星形胶质细胞内一氧化氮合酶、单胺氧化酶、胶质纤维酸性蛋白以及葡萄糖、谷氨酸、甘氨酸的载体等蛋白质的合成，但具体的分子机制尚待进一步研究。

锰来源于食物，经门静脉吸收，由肝脏代谢，随胆汁排出，是人体内必需微量元素之一。严重肝功能障碍时，血清中锰的含量增多，中枢神经系统内的锰也随之增多，主要沉积在苍白球、豆状核和尾状核，MRI显示肝性脑病患者苍白球等区域在T ₁WI上呈高信号，在广泛门体分流的大鼠实验中，也检测到锰在基底节的沉积，可用来解释肝性脑病的锥体外系症状。锰对线粒体有特殊亲和力，在富含线粒体的神经细胞和轴突中聚集较多，氧化过程中产生大量自由基，损伤神经元，使神经冲动传导受阻。锰可使星形胶质细胞转变为AlzheimerⅡ型细胞，降低谷氨酸摄取功能，影响谷氨酸递质系统和大脑能量代谢。锰可以激活星形胶质细胞内的转位蛋白，促进神经类固醇的合成，增强GABA的抑制作用。有研究表明锰还能诱导多巴胺能神经元的凋亡，从而抑制神经冲动的传导，造成中枢抑制。锰在一定程度上与氨有协同作用，但其在肝性脑病发病机制中的作用仍有待进一步研究。

幽门螺杆菌（ helicobacter pylori， Hp）可产生大量尿素酶，迅速分解尿素产氨。国内外大量实验与临床研究已证实， Hp与多种消化道疾病的发生发展密切相关，是当今世界上感染率最高的细菌之一。1993年，Gubbins的一项血清学研究发现78.6%的肝性脑病患者血清 Hp检测阳性，并最早提出 Hp感染为肝性脑病的一个危险因素。Dasani对肝性脑病患者进行抗 Hp治疗，感染 Hp的肝性脑病患者症状明显改善，而不合并 Hp感染的患者不受抗 Hp治疗的影响。但是，也有研究显示，对肝硬化患者进行 Hp根除治疗后，患者的精神状态、血氨水平并未得到改善，对于 Hp感染在肝性脑病发病机制中的作用存在争议。

肠道菌群也可产生尿素酶分解尿素产氨，严重肝功能障碍引起的肠蠕动减慢与肠道菌群失调亦可使氨的生成和吸收增加，可能与肝性脑病的发生有一定相关性。肠道菌群还能产生吲哚、羟吲哚、内毒素等，在肠道菌群失调和免疫功能紊乱时，这些副产物随血液进入肝脏和脑内，加重肝损伤，在肝性脑病和全身性炎症发病中起着重要作用。笔者研究发现，肝硬化合并小肠细菌过度生长患者血氨及血浆内毒素水平均高于无小肠细菌过度生长的肝硬化患者，并且两者轻微肝性脑病发病率亦有较大差别，小肠细菌过度生长得以改善后，轻微肝性脑病检出率随之降低，提示肠道菌群紊乱以及小肠细菌过度生长可能与肝性脑病的发生发展有一定关系。肠道菌群调节药双歧杆菌三联活菌胶囊等一直作为肝性脑病的二、三线治疗药物，也可用于肝性脑病的早期预防。目前，这方面的研究正在进行中。

褪黑素（melatonin，MT）是存在于哺乳动物、人体以及某些植物体内的一种胺类激素。人体内的MT主要由松果体分泌，其次是视网膜、晶状体和胃肠道，具有镇痛、镇静、催眠、神经-内分泌-免疫调节、抗肿瘤、抗衰老等多种作用。MT是由产MT细胞以色氨酸为底物，经过一系列酶促反应合成的，夜多昼少，血液中70%～75%的MT经肝脏代谢，肝硬化和肝性脑病患者血清中的色氨酸和MT均增多。一直以来，人们关注较多的是MT的抗衰老作用，它参与自由基清除，能够抗氧化和抑制脂质过氧化反应，保护细胞结构。但是，Kethleen等在1994年的研究发现，MT具有活化人体单核细胞，诱导其分泌细胞毒素和IL-1的作用，从而促进炎症反应发生。MT还可以促进脑内GABA的合成，而MT能协同GABA抑制神经冲动传导，并通过较多途径增强GABA的中枢抑制作用，具体的分子机制仍需要进行更加深入的探索。褪黑素究竟在肝性脑病发病中扮演什么角色，还有待于进一步的研究。

近年来，很多研究聚焦于星形胶质细胞的改变，分子水平和基因水平的研究陆续展开，NO、肌醇、硫磺酸、乳酸盐等物质都能引起星形胶质细胞发生改变。研究表明星形胶质细胞肿胀还可能与高浓度氨引起结构蛋白、谷氨酸盐载体，胶质纤维性蛋白、水通道蛋白4等的基因表达发生改变有关。也有研究发现肝性脑病患者中枢神经系统内阿片肽受体表达增加，血清中内源性阿片肽水平上升，应用其拮抗剂纳洛酮后，患者神志恢复，故认为阿片肽类物质在肝性脑病发病机制中起到一定作用。还有其他神经毒性物质如硫醇、短链脂肪酸等也参与肝性脑病的发生，破坏血脑屏障，阻碍神经递质的传到，与氨有协同毒性作用。

纵观肝性脑病发病机制的研究历史，可看出肝性脑病的发病是多因素的。其中，氨中毒学说一直保持着其在肝性脑病发病机制中的中心地位，多种学说相互补充、相互联系、相互影响，并随着研究的深入有逐渐交汇融合的趋势。除了神经毒性物质、神经递质系统紊乱、星形胶质细胞改变的研究外，人们也把目光转向炎症反应、氧化/亚硝基化应激、消化道内寄生菌群、某些激素如褪黑素、神经类固醇等在肝性脑病发病中的作用，研究的深度和广度也在不断增加。另外，神经元细胞的改变和肝脏本身的病变也不容忽视。随着对肝性脑病发病机制研究的不断深入，肝性脑病的诊断和治疗将会更加及时、有效。