Genetické faktory v patogenezi alkoholické nemoci jater
99
2.4.1 Metabolicko-toxická teorie hepatocytární léze Metabolizmus etanolu v hepatocytech probíhá ve dvou hlavních metabolických drahách. Konstitutivní dráha je založena na činnosti enzymu alkoholdehydrogenázy (ADH), která se nachází v cytosolu, a aldehyddehydrogenázy (ALDH) lokalizováné v mitochondriích (75). Enzymový systém alkoholdehydrogenázy má omezenou kapacitu, která se při zvýšené nabídce substrátu vyčerpá.
Obr. 2.5a Dráhy metabolizmu etanolu v hepatocytu Alternativní cesta metabolizmu etanolu se odehrává v hladkém endoplazmatickém retikulu hepatocytu v mikrozomálním etanoloxidačním systému (MEOS), kde konverzi etanolu na acetaldehyd katalyzuje cytochrom P450 2E1 (CYP2E1). Tento oxidační systém je za bazálních podmínek inaktivní, avšak vlivem nadměrné konzumace etanolu dochází k jeho aktivaci. Uvádí se, že již koncentrace etanolu v krvi převyšující 100 mg/dl (1 ‰) tuto metabolickou cestu indukuje, a to až desetinásobně (76, 77). V průběhu reakce vzniká velké množství reaktivních kyslíkových radikálů (ROS).
Obr. 2.5b Působení metabolitů etanolu na hepatocyty Shrneme-li produkty konstitutivní i inducibilní dráhy metabolizmu etanolu, je příčinou poškození hepatocytů hromadění acetaldehydu, kyseliny octové, NADH a reaktivních kyslíkových radikálů. Působením acetaldehydu na bílkoviny cytoskeletu a intersticiální tkáně vznikají proteinové addukty, které jako neoantigeny indukují imunitní odpověď organizmu (78). Toxicita acetaldehydu spočívá také v přímé interferenci s funkcí nukleoproteinů (79) a s činností cytoskeletárního aparátu (80). Významným důsledkem působení acetaldehydu je též deplece glutationu, který je jedním z mechanizmů obrany proti účinkům reaktivních kyslíkových radikálů (ROS) (81). Reaktivní kyslíkové radikály se v hepatocytu po požití etanolu hromadí (82, 83) a propagací radikálových reakcí dochází k modifikaci membránových lipidů, disrupci buněčných membrán a zániku hepatocytů. U pacientů s jaterní cirhózou byl zjištěn vyšší obsah železa ve tkáni. Ionty Fe2+, a Fe3+ vstupují do Fentonovy, resp. Haberovy-
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181105
100
Novinky v gastroenterologii a hepatologii
-Weissovy reakce (84) a dále potencují vznik kyslíkových radikálů. Příkladem výrazně abnormální akumulace železa ve tkáních je hereditární hemochromatóza způsobená mutacemi v genu HFE, které u homozygotů konzumujících alkohol výrazně zrychlují progresi onemocnění (85). Nahromaděný NADH inhibuje lipolýzu a beta-oxidaci mastných kyselin v hepatocytech a výsledkem je akumulace lipidů a jaterní steatóza (86). To potvrzují i současné studie, které upřesňují, že etanol inhibuje sekreci adiponektinu v tukové tkáni, čímž posunuje rovnováhu metabolizmu tuků ve směru lipogeneze (87). Nahromaděné lipidy jsou živnou půdou propagace lipoperoxidačních reakcí iniciovaných ROS. Také samotný etanol je výrazným hepatotoxinem, neboť z hlediska jeho fyzikálního působení dochází ke zvýšené fluiditě buněčných membrán a ke změně funkcí v nich obsažených proteinů. Příkladem může být snížená činnost transportérů, jako Na+/K+ ATPázy, zpomalený transport aminokyselin a žlučových kyselin a snížení efektivity modifikace proteinů v Golgiho aparátu (88, 89). Klíčovým faktorem pro přežití hepatocytů je efektivita energetického metabolizmu (90). Bylo zjištěno, že v důsledku hromadění NADH v hepatocytech a posunu redoxní rovnováhy v mitochondriích dochází při pravidelné konzumaci etanolu ke snížení obsahu ATP v buňkách jaterního parenchymu až o 50 % (91, 92). Také samotný metabolizmus akumulovaného etanolu v hepatocytech přispívá k depleci ATP, neboť jeho konverze na acetyl-CoA je závislá na vstupu jedné molekuly tohoto energeticky bohatého substrátu do reakce. Polymorfizmy genů v metabolicko-toxické teorii patogeneze ALD Alkoholdehydrogenáza (ADH) Lidská alkoholdehydrogenáza je dimerní cytosolová oxidoreduktáza obsahující zinek, která se vyskytuje ve formě až dvaceti izoenzymů s rozdílnými kinetickými vlastnostmi (93). Geny kódující subjednotky tohoto enzymu jsou rozděleny do pěti tříd. Geny pro podjednotky alfa, beta a gama-alkoholdehydrogenáz I. třídy se nacházejí ve vzájemné blízkosti na 4. chromozomu. Vzniklé izoenzymy ADH α-α-A, β-β-B a γ-γ-C (94) vykazují silnou afinitu k etanolu a polymorfizmy v jejich genech byly studovány v souvislosti s ALD, neboť uvedené podjednotky jsou zodpovědné za oxidaci více než 90 % etanolu v těle. V dalším textu je užívána novější nomenklatura genových lokusů ADH, která byla zavedena koncem 90. let (viz (95, 96) a tabulka 2.5). Tab. 2.5 Srovnání staršího a současného způsobu klasifikace genů kódujících jednotlivé izoenzymy lidské ADH s uvedením funkčních polymorfizmů. Sloučení izoenzymů ADH1-3 podle starší nomenklatury do třídy I (ADH1A-C) reflektuje blízkou lokalizaci genových lokusů na chromozomu 4q21–23. Tučně jsou zvýrazněny izoenzymy, jejichž variabilita byla studována v souvislosti s patogenezí ALD. Třída
I
Starší označení genů
Nové označení genů
Tkáňová lokalizace izoenzymů
ADH1
ADH1A
Fetální hepatocyty
ADH2
ADH1B
Hepatocyty, vysoká aktivita
Polymorfizmy Staré označení
Nové označení
Charakter polymorfizmu
–
–
–
ADH2*2 ADH2*3
ADH1B*2 ADH1B*3
Arg47His Arg369Cys
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181105
Genetické faktory v patogenezi alkoholické nemoci jater
Třída
Starší označení genů
Nové označení genů
Tkáňová lokalizace izoenzymů
ADH3
ADH1C
Hepatocyty, vysoká aktivita
II
ADH4
ADH2
III
ADH5
IV
V
101
Polymorfizmy Staré označení
Nové označení
Charakter polymorfizmu
ADH3*1
ADH1C*1
Hepatocyty, nízká aktivita
–
–
–
ADH3
Játra, specifita pouze pro alifatické alkoholy
–
–
–
ADH7
ADH4
Žaludeční sliznice, vysoká aktivita
–
ADH6
ADH5
Žaludeční sliznice, játra
–
Ile349Val
Poznámka: dvojnásobná aktivita u mužů ve srovnání s ženami –
–
Mezi prevalentní polymorfizmy ADH patří polymorfizmus ADH1B*2, způsobující záměnu cysteinu za histidin na 47. pozici v proteinovém řetězci (97), která ovlivní aktivní místo enzymu a dvacetkrát zvýší jeho katalytickou aktivitu. Tato polymorfní alela je přítomna u 90 % jedinců asijského původu, zatímco alela běžná ADH1B*1 převažuje v populaci euroamerické. U některých jedinců afroamerického původu je přítomna raritní polymorfní alela ADH1B*3 a u velké části jedinců původu asijského je přítomen polymorfizmus ADH1C*1, který, stejně jako již jmenovaný polymorfizmus ADH1B*2, výrazně zrychluje konverzi etanolu na acetaldehyd. Velká část obyvatel dálného východu tak rychleji konvertuje etanol na acetaldehyd. Zvýšená pozornost je věnována izoenzymu ADH4, dříve označovanému symbolem „sigma“, který je exprimován v buňkách gastrointestinálního traktu, zejména žaludeční sliznice. Jedná se o vysokoobratový izoenzym (98), který je zodpovědný za first-pass metabolizmus velké části požitého etanolu ještě před jeho odbouráním v játrech. Aktivita tohoto enzymu je u mužů ve srovnání se ženami dvojnásobná, což je jedním z argumentů pro zvýšenou náchylnost žen k účinkům etanolu a pro zvýšenou predispozici k rozvoji ALD (99–101). Aldehyddehydrogenáza (ALDH) Lidské hepatocyty obsahují dvě formy ALDH, kterými je vysokoafinitní mitochondriální ALDH2 a nízkoafinitní cytosolová ALDH1. ALDH je enzym skládající se ze čtyř identických subjednotek. Je-li jen jediná z nich v důsledku polymorfizmu inaktivní, klesá aktivita celého enzymu na 6 % (102). V genu pro ALDH2 byl nalezen pouze jeden funkční polymorfizmus ALDH2*2, jehož příčinou je záměna glycinu za lysin v 487. pozici v proteinovém řetězci . Přítomnost tohoto polymorfizmu determinuje inaktivní, tzv. nulovou, polymorfní alelu (52, 103). Ta je zastoupena u více než 50 % jedinců asijské populace, u kterých tak po požití etanolu nastává hromadění acetaldehydu v játrech a v oběhu. Reakce na vzniklou aldehydickou autointoxika-
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181105