酒类中的乙醇(酒精)令人陶醉,但如果饮用过多就会危害健康。从生物化学的角度来看,乙醇的代谢或多或少总有一些不良后果。
人体的乙醇代谢主要发生在肝脏中,所以饮酒容易造成肝脏损伤,如脂肪肝、肝炎、肝硬化等。此外,胃、胰腺、肺等多种组织都参与乙醇代谢。胃的代谢称为“首过”代谢(FPM),可以使部分乙醇在进入血液循环之前即被清除。
人体中已经发现的乙醇代谢途径共有四条,包括三条氧化途径(OME)和一条非氧化途径(NOME)。所有氧化途径都是先将乙醇氧化成乙醛,然后再氧化成乙酸,活化成乙酰辅酶A,最后进入三羧酸循环氧化分解。非氧化途径的主要终产物是脂肪酸乙酯(FAEEs),它会引起胰腺细胞坏死,导致酒精性胰腺炎。
乙醇脱氢酶
三条氧化途径的主要区别在于将乙醇氧化成乙醛所用的酶不同,之后乙醛生成乙酸的过程都是相同的。最主要的途径就是用细胞质中的乙醇脱氢酶将乙醇氧化,称为乙醇降解途径II。其他两种氧化途径是内质网乙醇氧化系统(microsomal ethanoloxidizing system,MEOS),称为乙醇降解途径III;以及过氧化物酶体中的过氧化氢酶(乙醇降解途径IV)。至于乙醇降解途径I,是在微生物中发现的,人体没有。
乙醇降解途径II通过乙醇脱氢酶(ADH,EC 1.1.1.1)氧化乙醇。产生的乙醛进入线粒体,被线粒体乙醛脱氢酶(ALDH,EC 1.2.1.3)氧化为乙酸。因为肝脏线粒体基质中NADH/NAD+的比例很高,所以乙酸不能在肝脏线粒体中继续氧化,需要离开肝细胞,被肝外组织的乙酰辅酶A合成酶(ACSS,EC 6.2.1.1)转化为乙酰辅酶A,然后可以通过三羧酸循环氧化分解,产生水和二氧化碳。
这个途径是相对比较安全的,主要的问题是需要消耗大量NAD,影响细胞氧化还原状态,干扰糖代谢,容易造成血液中乳酸、尿酸等代谢物浓度增加。因为尿酸升高是导致痛风的直接原因,所以饮酒容易诱发痛风。
乙醇降解途径II
如果上述途径不能将摄入的乙醇快速清除,乙醇降解途径III就会活跃起来。MEOS也称为细胞色素P450 2E1(CYP2E1)。这其实是一套非特异的氧化系统,用于处理多种有毒化合物,也包括一些致癌物。这套系统是可诱导的,长期摄入乙醇会导致MEOS活性增加。所以长期嗜酒者乙醇代谢能力都会有所提高。
不过,这套系统的核心,细胞色素P450的催化过程中需要分子氧,所以会产生一系列自由基。这些自由基造成的氧化损伤是造成酒精性肝损伤的重要原因。
乙醇降解途径IV中的过氧化氢酶在催化过程中也同样会产生自由基,造成氧化损伤。不过乙醇造成肝损伤甚至肝癌的主要原因还是乙醛。国际癌症研究机构(IARC)已将乙醛列为一级致癌物。乙醛化学性质活泼,能够与多种蛋白质反应形成乙醛复合体,诱导氧化应激,还能产生自由基,破坏DNA等等,总之它十恶不赦就是了。
乙醛脱氢酶氧
既然如此,我们当然是希望乙醛刚刚产生就被乙醛脱氢酶氧化掉,生成基本无害的乙酸(醋的主要成分)。遗憾的是,大约40%的中国人这个基因有缺陷,酶活性很低。所以饮酒后产生的乙醛代谢缓慢,肝脏来不及处理的乙醛会随着血液进入全身各处。
乙醛有扩张血管的作用,面部毛细血管扩张就会导致面红耳赤的现象。所以,喝酒后立刻脸红是一种遗传疾病,这种人饮酒会导致肝癌风险大大提高。对他们来说,酒是真正的穿肠毒药。
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