支链氨基酸作为药理营养素在慢性肝病治疗中的应用-

1、支链氨基酸作为药理营养素在慢性肝病治疗中的应用*王芃,谢青*上海交通大学医学院附属瑞金医院感染科,上海200025中图分类号R 文献标志码A 文章编号1673-7806(201106-000-00肝脏是调节机体新陈代谢的核心器官,慢性肝病患者常伴有多种代谢紊乱。血清支链氨基酸(BCAA 与芳香族氨基酸(AAA 比例下降是肝硬化的一个标志1,营养摄入量减少、高代谢和在骨骼肌中的氨解毒可以导致这种现象的发生。血清BCAA/AAA 比值降低可导致肝细胞合成和分泌白蛋白的能力下降,因此血清BCAA/AAA 比值也与慢性肝病患者的预后相关。支链氨基酸有脂肪族侧链分支点,包括缬氨酸(Val 、亮氨酸(Le

2、u 、异亮氨酸(Ile ,它不仅可合成蛋白质,而且是谷氨酸的来源,通过骨骼肌谷氨酰胺合成来降解氨。临床研究表明,支链氨基酸静脉给药,可以改善伴高血氨肝性脑病。尽管奶产品和蔬菜中富含支链氨基酸,但增加这些食物的摄入并不会影响肝硬化患者血浆中BCAA 水平。美国肠外与肠内营养学会和欧洲临床营养与代谢学会的共识是:目前只针对药物治疗反应迟钝的伴慢性肝性脑病的肝硬化患者,建议补充支链氨基酸。一系列临床试验以及体内外研究结果表明,补充支链氨基酸在肝脏疾病治疗领域中具有广阔的应用价值。肝脏在蛋白质代谢中具有血浆蛋白合成、氨基酸互换、氨基酸脱氨和尿素合成(氨排泄的功能。此外,肝脏还参与胰岛素、雄激素和胰高血

3、糖素的激素代谢。因此,人们普遍认为氨基酸代谢紊乱,不仅致肝脏疾病的伴随现象发生,而且在许多肝硬化并发症的发病机制中发挥作用,如脑病伴水肿的低蛋白血症和胰岛素抵抗。补充支链氨基酸制剂可以改变机体新陈代谢状态和减少肝硬化并发症的发生,还可以抑制肝癌和提高机体免疫功能,并在体外和体内抵抗氧化应激。临床研究进一步表明,补充支链氨基酸可改善肝硬化患者的生活质量及预后2-3。1支链氨基酸与白蛋白合成支链氨基酸,特别是亮氨酸,激活哺乳动物雷帕霉素(mTOR ,随后上调下游的真核起始因子4E 结合蛋白1(4E-EP1和70kDa 的核糖体蛋白S6激酶(S6K1,从而在培养的大鼠肝细胞中调节信使核糖核酸(mRN

4、A 的翻译和合成白蛋白(图1。亮氨酸也刺激了多嘧啶呼吸道结合蛋白(PBT 进入核,这种蛋白与白蛋白mRNA 结合,并增加其在HepG2细胞翻译。与体外研究一致,支链氨基酸补充剂可激活mTOR 信号级联和增加肝硬化动物模型白蛋白合成。Muto 等进行了一项多中心、随机对照试验,622例肝硬化患者每天给予12g 支链氨基酸连续2年,基金项目国家科技部十一五重大传染病专项(2008ZX10002-005,2008ZX10002-007作者简介王芃,男,硕士生E-mail:wangpengmoderate 通讯作者谢青,女,主任医师,教授,博士生导师,研究方向:病毒性肝炎的临床和基础研究E-mail:

5、xieqingrj收稿日期2011-10-30修回日期2011-11-20*图1BCAA 诱导白蛋白合成的分子机制摘要支链氨基酸是一组包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等的人体必需氨基酸。支链氨基酸除了其蛋白质成分的作用,可能对慢性肝病患者具有药理营养素作用。本文从基础研究和临床角度对支链氨基酸在合成白蛋白和胰岛素抵抗作用上可能产生的影响,以及对肝癌和肝硬化患者的生活质量和预后的临床作用作一综述。关键词支链氨基酸;慢性肝病;胰岛素抵抗;肝癌;临床失代偿中图分类号R977.4;R975+.5文献标志码A文章编号1673-7806(201106-481-04481发现BCAA组的血清白蛋白水平明显高于通

6、过营养摄入的对照组。然而,在另一个由Marchesini等进行的随机、对照研究中,补充支链氨基酸并没有增加血清白蛋白水平。这两个研究得出不同结果的原因仍不清楚,一种可能的解释是在这两项研究中入组的病人BCAA-/-AAA比值之间的差异。在第一个研究中,入组的病人大约45%是ChildPugh A,而第二个研究中入组的患者全部是ChildPugh B 或C级。随着肝硬化的进展,BCAA-/-AAA比值下降。由于BCAA-/-AAA比值与白蛋白合成和分泌以及BCAA的治疗呈正相关,低BCAA-/-AAA比值可能是两组之间研究结果差异的主要原因。此外,大多数其他随机、对照试验已经证明,补充支链氨基酸

7、可以显著增加肝硬化患者血清白蛋白水平。因此,总的研究证据表明,给予支链氨基酸可能会增加肝硬化患者血清白蛋白水平。2支链氨基酸与胰岛素抵抗许多研究认为,支链氨基酸是可以影响糖代谢的。最近,She等敲除线粒体支链氨基酸氨基转移酶(BCATm基因,这种基因可以催化支链氨基酸分解代谢的第一步,导致血清BCAA水平显著升高。BCATm基因敲除的小鼠,空腹血糖和空腹血清胰岛素水平分别下降33%和67%,其稳态模型评估的胰岛素抵抗指数比野生型小鼠明显降低。同样,据报道使用亮氨酸和异亮氨酸治疗,可以改善喂食高脂肪饮食小鼠的胰岛素敏感性。补充支链氨基酸可以促进骨骼肌、脂肪组织和肝脏的糖代谢,然而,在每一个器官中

8、其作用机制是不同的。在骨骼肌,支链氨基酸通过激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K、蛋白激酶C,使葡萄糖转运蛋白1(GLUT1和GLUT4的质膜后续易位,促进对葡萄糖的摄取。在脂肪组织,亮氨酸增强胰岛素引起的Ser473、Thr308-Akt、Ser2448mTOR(蛋白激酶B的磷酸化,最终提高对葡萄糖的摄取。在肝脏,支链氨基酸上调肝X受体(LXRa/胆固醇调节元件结合蛋白-1C(SREBP1c通路,激活肝型葡萄糖激酶和GLUT2。此外,支链氨基酸抑制催化糖异生的最后一个步骤,即肝葡萄糖-6-磷酸酶的表达。据最近报道,补充支链氨基酸可改善胰岛素抵抗,增加游离脂肪酸的氧化。支链氨基酸提高过氧化物酶体增殖

9、物激活受体表达和随后在肝脏解偶联蛋白2和肌肉中解偶联蛋白3的表达4。这些研究揭示了不同的支链氨基酸和胰岛素靶器官的胰岛素信号级联之间干扰机制5-6。既往的临床研究已报道输注支链氨基酸可以降低晚期肝硬化患者的血糖水平。此外,口服补充支链氨基酸可降低慢性肝病患者的血糖和胰岛素抵抗。然而,这些研究均是小样本和(或缺乏足够的对照。未来需要一项随机、对照试验明确评估肝硬化患者补充BCAA对胰岛素抵抗的影响。3支链氨基酸与肝癌的发生临床研究报道,长期口服补充支链氨基酸有助于降低肝细胞癌(HCC的进展和肝硬化肝癌患者射频消融治疗后的复发频率。最近的动物研究表明支链氨基酸具有抗肝细胞致瘤活性7-8。然而,这些

10、研究所用的动物均是胰岛素抵抗的肥胖的糖尿病小鼠,因为胰岛素抵抗与肝癌有密切的联系,支链氨基酸可能通过改善胰岛素抵抗来抑制肝癌形成9。事实上,在支链氨基酸治疗的动物中,胰岛素抵抗的显著减少会抑制肝癌的发生。一个随机、对照试验表明,补充支链氨基酸可降低肝癌的发生,但仅限于对肥胖的丙型肝炎病毒感染的肝硬化患者有明显效果(在3年内减少约30%肝癌的发生7-8。因为肥胖的丙型肝炎病毒感染者经常有胰岛素抵抗,这些研究结果也支持这一假设,支链氨基酸通过改善胰岛素抵抗抑制肝癌的发生10。胰岛素是一种通过激活的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK/细胞外信号调节激酶通路的有丝分裂和细胞增殖作用的致癌因子。胰岛素还与胰岛

11、素样生长因子1(IGF-1受体有交叉反应,并进一步激活RAF-/-MAPK激酶/MAPK级联反应。此外,过量的胰岛素与胰岛素样生长因子结合蛋白结合,导致血清中游离的胰岛素样生长因子水平的增加。因此,胰岛素抵抗/高胰岛素血症通过多种途径提高肝癌发生的机会。BCAA诱导抑制肝癌发生的可能机制包括:支链氨基酸通过PI3K、PI2K、PI13K、PI18K的调节与降低血清胰岛素水平激活胰岛素信号级联;通过抑制IGF-1、IGF-2和IGF-1受体mRNA的表达抑制胰岛素样生长因子/IGF-1R轴7。除了激活细胞内胰岛素和IGF1信号级联,胰岛素会导致肝癌的血管生成转移和肝细胞的上皮间质转化8。因为支链

12、氨基酸可以降低胰岛素抵抗,支链氨基酸可以抑制血管生成、转移和肝细胞的上皮间质转化。支链氨基酸也被称为衰减胰岛素抵抗引起的血管内皮生长因子的表达,并最终抑制肝新生血管。因此,支链氨基酸对胰岛素抵抗的不同影响,可能会抑制致肝癌的活性8。482此外,体内外研究报道支链氨基酸可以影响免疫功能。在肝硬化患者中,支链氨基酸可增加肝相关的淋巴细胞数目,恢复中性粒细胞和淋巴细胞的自然杀伤活性的吞噬功能。支链氨基酸还可以通过调节白蛋白的氧化还原状态,抑制肝氧化应激压力。血清白蛋白根据Cys34的氧化还原状态可以分为还原白蛋白和氧化白蛋白两种状态,肝硬化患者氧化/还原白蛋白比例是升高的。补充BCAA可以升高还原白

13、蛋白的比例和降低铁相关的氧化应激11,表明支链氨基酸可通过血清白蛋白量的改变减少铁诱导的氧化应激。因此,支链氨基酸可能通过部分改善机体免疫功能,减少氧化应激,从而抑制肝癌的发生。4支链氨基酸与肝硬化死亡率和临床肝功能失代偿的发生一些研究报道,口服补充支链氨基酸有助于改善肝硬化动物和肝硬化失代偿期患者的生存率。Marchesini等首先开展一项随机对照试验以探索支链氨基酸在肝硬化患者中的作用。结果显示,与乳清蛋白治疗组相比,支链氨基酸治疗一年可显著降低主要指标的发生(包括死亡率、入院次数和住院时间。虽然这项研究表明BCAA补充的有效性,但是其导致的并发症是不能确定的,因为入组的病例数较少(BCA

14、A组59例和补充支链氨基酸导致的依从性差造成的高脱落率(BCAA组15%。1996年日本一个补充支链氨基酸配方(L-ValL-LeuL-Ile=1.221;Ajinomoto Pharmaceuticals已被批准用于肝硬化。补充制剂是细小均匀颗粒,从而降低了支链氨基酸对味蕾的刺激性,有助于提高依从性。Muto等使用这些支链氨基酸颗粒剂,开展了一个大型的随机对照试验,没有一例患者因为依从性差而中途退出实验。一个预先计划的安全性分析表明,支链氨基酸颗粒组与对照饮食组相比,显著降低了总的主要结局指标(肝功能衰竭、曲张静脉破裂出血、肝癌的发生和任何原因引起的死亡的发生。在主要结局的个别事件中,BCA

15、A组肝功能衰竭的发生显著低于对照饮食组(P=0.016。在此基础上,数据和安全监察委员会的结论是:在对照饮食组中,主要不良后果的发生增加与相关的危害超过任何潜在的好处。同时研究由于安全问题被中断10个月。也有报道支链氨基酸对肝硬化肝癌患者临床失代偿的有利影响,包括肝功能衰竭的发生12。因此,支链氨基酸的补充治疗,已被日本卫生劳动与福利部的肝硬化治疗研究组的指南推荐为目前治疗病毒性肝炎伴发肝硬化的标准方案13。5支链氨基酸与生活质量一般来说,肝硬化患者的整体健康状况和生活质量都比较差。肝硬化患者经常抱怨疲劳和睡眠障碍。然而,没有标准的方法来处理这些没有明显肝性脑病的症状。已有报道,在一项随机研究

16、中,与补充普通食品相比,补充富含支链氨基酸的食品,可以改善虚弱和易疲劳性。也有报道,补充富含支链氨基酸的食品,可以改善Epworth嗜睡量表评分。在大规模的随机对照试验中,与对照组相比,补充支链氨基酸可显著提高SF36生活质量量表的评分3。虽然目前还不清楚补充支链氨基酸如何缓解肝硬化患者的疲劳和睡眠障碍,但至少有三个可能的机制。首先,疲劳和睡眠障碍可引起轻微肝性脑病,而支链氨基酸可以改善这些症状。其次,众所周知,血清色氨酸含量增加会损害在各种情况下包括营养不良和肝硬化生活质量14。色氨酸是一种神经递质5-羟色胺的前体,这与疲劳和睡眠障碍相关。由于支链氨基酸与色氨酸进入大脑的运输竞争,这些症状的

17、缓解可能与支链氨基酸的补充有关。第三,受损的脑血流与疲劳和睡眠障碍有关15,在肝硬化患者中脑血流是下降的。补充支链氨基酸可以改善脑血流,缓解疲劳和睡眠障碍。生活质量低的肝硬化患者还伴有肌肉痉挛。已有报道称,在支链氨基酸补充数个月之后其发生频率大大减少由(7.4±2.0次/周降低到(0.3±0.5次/周。肌肉痉挛可由多种因素包括利尿治疗、循环量减少、维生素E和牛磺酸缺乏等引起。氨基酸不平衡会减少牛磺酸的生成,因此,支链氨基酸可能是通过改善这种不平衡以及恢复牛磺酸生成,进而抑制肌肉痉挛。6小结总之,已有较多的研究提示,支链氨基酸在慢性肝病相关的各种生理和临床事件中具有潜在药用价

18、值。补充BCAA带来的临床获益尚未得到充分验证,未来尚需要提高补充BCAA导致的患者低依从性。然而,已有大量证据表明,血清BCAA水平的枯竭与肝脏疾病的进展和临床上重要的并发症的发生相关。补充支链氨基酸可能将是肝硬化患者一个非常有前景的治疗策略。参考文献1Ka w aguchi T,Yamagishi S,Sata M.Branched-chain483Branched -Chain Amino Acids as Pharmacological Nutrients in Chronic Liver Disease *WANG peng,XIE qing *Department of Infec

19、tious Diseases,Ruijin Hospital,School of Medicine,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200025,ChinaABSTRACT Branched-chain amino acids (BCAAsare a group of essential amino acids including valine,leucine and isoleucine.A low ratio of plasma BCAAs to aromatic amino acids is a physiological hallmark

20、of liver cirrhosis.Recent studies on BCAAs have revealed that,in addition to their role as protein constituents,they may have a role as pharmacological nutrients for patients with chronic liver disease.This review summarizes the possible effects of BCAAs on albumin synthesis and insulin resistance f

21、rom clinical and basic viewpoints.Meanwhile,the newly discovered clinical impact of BCAAs on the prognosis and quality of life of patients with hepatocellular carcinoma and liver cirrhosis are reviewed.KEY WORDS Branched -chain amino acids;Chronic liver disease;Insulin resistance;Hepatocellular carc

22、inoma;Clinical decompensation amino acids and pigment epithelium -derived factor:novel therapeutic agents for hepatitis C virus-associated insulin resistance J.Curr Med Chem ,2009,16(36:4843-57.2Kakazu E,Ueno Y,Kondo Y,et al.Branched chain amino acids enhance the maturation and function of myeloid d

23、endritic cells ex vivo in patients with ad -vanced cirrhosisJ.Hepatology ,2009,50(6:1936-45.3Ichikawa T,Naota T,Miyaaki H,et al.Effect of an oral branched chain amino acid-enriched snack in cir -rhotic patients with sleep disturbance J.Hepatol Res ,2010,40(10:971-8.4Higuchi N,Kato M,Miyazaki M,et al

24、.Potential role of branched -chain amino acids in glucose metabolism through the accelerated induction of the glucose-sens -ing apparatus in the liver J.J Cell Biochem ,2011,112(1:30-8.5Nishimura J,Masaki T,Arakawa M,et al.Isoleucine prevents the accumulation of tissue triglycerides and upregulates

25、the expression of PPARalpha and uncou -pling protein in diet -induced obese mice J.J Nutr ,2010,140(3:496-500.6Arakawa M,Masaki T,Nishimura J,et al.The effects of branched-chain amino acid granules on the accumulation of tissue triglycerides and uncoupling proteins in diet-in -duced obese miceJ.Endo

26、cr J ,2011,58(3:161-70.7Iwasa J,Shimizu M,Shiraki M,et al.Dietary supple -mentation with branched-chain amino acids suppresses diethylnitrosamine-induced liver tumorigenesis in obese and diabetic C57BL/KsJ -db/db mice J.Cancer Sci ,2010,101(2:460-7.8Yoshiji H,Noguchi R,Kaji K,et al.Attenuation ofins

27、ulin -resistance -based hepatocarcinogenesis and an -giogenesis by combined treatment with branched -chain amino acids and angiotensin -converting enzyme in -hibitor in obese diabetic rats J.J Gastroenterol ,2010,45(4:443-50.9Paradis V,Zalinski S,Chelbi E,et al.Hepatocellular carcinomas in patients with metabolic syndrome often develop without significant liver fibrosis:a pathological analysisJ.Hepatology ,2009,49(3:851-9.10Starley BQ,Calcagno CJ,Harrison SA.Nonalcoholic fatty liver disease and hepatocellular carcinoma:a weighty connectionJ.Hepatology ,2010,51(5:1