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酒精代谢|喝酒的基因逻辑,体内的装修污染

2018-02-13 11:00:46半倍体

人体对酒精的吸收不需要特殊的过程,因为酒精/乙醇的化学性质使得它能够自由的穿过人体的各层屏障,直接进入细胞内部。遗憾的是,细胞不但不能直接利用乙醇,相反它们还会破坏细胞的各种结构。因此,对于大摇大摆进来的乙醇,身体的首要机制是利用一套生物化学过程进行“解毒”——也就是酒精代谢的主要内容

酒精代谢


 

从结构上说,酒精代谢主要发生在肝脏,大脑、胃、胰腺等器官也参与一部分的酒精代谢。从生物化学过程上说,解毒过程包括乙醇-乙醛-乙酸的2步氧化过程。

 


 

肝脏中,第一步有3种实现途径,最重要的是乙醇脱氢酶(ADH),微粒体中的细胞色素P450E1和过氧化物酶体中的催化酶起到一些旁支的作用。第二步全部依赖于乙醛脱氢酶(ALDH)

 

乙醇脱氢酶(ADH)有很10种不同类型,表达于身体的不同部位。这些不同的类型的乙醇脱氢酶(ADH)对乙醇的“敏感”程度也不同。例如,胃处于饮入酒精大量集中的前哨,这里大量表达的一种乙醇脱氢酶ADH1C),善于处理高浓度的乙醇,但是也就意味着这种乙醇脱氢酶开始工作的“门槛”比较高(Km=1),对低浓度的乙醇作用不强。相比之下,表达于肝脏的乙醇脱氢酶ADH1B*2就有耐心得多,是全身最细致(Km=0.05)的乙醇脱氢酶。

乙醛脱氢酶(ALDH)的种类要少很多,人体只有2种:ALDH1和ALDH2。ALDH1全身各处都有表达,但是这种酶催化活性相对较弱,相比之下,主要表达于胃和肝脏的ALDH2要强悍得多。

危险的中间体


对于普通人群而言,甲醛的知名度要远远大于乙醛。不管是家庭装修还是办公室装修,甲醛都深受大家关注。甲醛与装修材料的关系,跟甲醛与健康的关系在化学性质上是相通的:低级醛的化学活泼性,能够与众多基团发生化学反应,形成一团乱麻的“交联”能力——复合木板的粘合剂,生物标本的防腐剂(福尔马林)甲醛的这种“僵尸化”能力与鲜活的生命格格不入,因此极具危害!乙醛作为甲醛的同系兄弟,虽然多了一个C,导致四处“发光发热”的活性有所下降,但是仍然为生命所不能承受。

 

前不久,发表在顶级科学杂志上的一篇文章表明,如果将小鼠的ALDH2人为完全消除,血液细胞内的染色体会因为发生“交联”而断裂。这种染色体的不稳定性变化是一种危险的信号!

那么,为什么绝大多数人而言,饮酒为什么并没有如此严重的急性后果呢?

 

在正常的生物化学途径中,由于ALDH2的强大催化能力,能够迅速将ADH催化产生的乙醛氧化为乙酸,积累的乙醛非常少
 

核心关注


人人如此么?
 

不同人之间存在着大量遗传差异,在乙醇代谢途径中也是如此。

通过群体遗传学调查,乙醇代谢主要途径中的ADH1B存在3种明显的变异体,ALDH2存在2种变异体。对于东亚人而言,主要的变异体是ADH1B*1(标准)、ADH1B*2(快速)和ALDH2*1(标准)和ALDH2*2(失活)。现在市面上的酒精代谢能力基因检测主要也就包括这2个基因的4种类型。

 

2个原因使得ALDH2的2种变异体成为核心关注:
 

  • ALDH2是最主要的乙醛脱氢酶,身体没有其他代谢途径

  • ALDH2的2种变异体中,ALDH2*2是完全失活型突变,并且由于ALDH2的酶学特征,ALDH2*2对ALDH2*1几乎是完全显性的(对于二倍体的人,只要一个拷贝的ALDH2是失活型,另一个即便是正常的,ALDH2的整体活性也几乎没有)。

     

 

对于ALDH2活性低的个体,由于乙醛积累,会很快出现面红耳赤,心跳加速,头晕恶心等等醉酒表现。碰巧的是,ALDH2*2在亚洲人中出现的频率非常高
 

正如上文提到,乙醛积累的长期危害绝对不限于难受的醉酒,乙醛代谢能力差与上呼吸消化道癌症具有显著的相关性,例如口腔、咽、喉、食道癌症,这与乙醛导致的染色体不稳性有关。

如果检测结果发现ALDH2*2存在,受试者酒精代谢能力非常差,应该极力避免任何形式的酒精接触!

演绎空间


 

普通,非常差?只有2种答案么?

是的,如果没有演绎。

上文提到,在东亚人中,从乙醇脱氢酶ADH1B有正常和快速两种基因型。这种差异会影响个体的酒精代谢能力么?

可能会!但是,从基因型无法预测!~

由于乙醇到乙醛的过程并非一根独木桥,身体有多条能够将乙醇反应为乙醛的途径,例如细胞色素氧化酶系统和催化酶。不同途径之间可能存在此消彼长的相对关系,即便不同变异体的酶学性质可以通过生物化学方法准确的衡量(例如,ADH1B*2/*3比*1快875/750倍;ADH1C*2只有ADH1C*1的44.4%),但是这些生化性质很难回归到个体能力。或者说,这部分的基因型不能很好的解释表型差异。
 

在这种背景下,ADH1B*2的生化活性对酒精代谢第一步的预测能力就变得很弱,身体其他途径的相对强度,以及个体生理特征差异(体重等),均会模糊化生化能力的差异,或者说,变得不可预测。

但是,有些人还是喜欢用简单的大于小于关系来掰扯这种关系。可以牢记的是,不管第一步如何,只要乙醛脱氢酶ALDH2失活,酒精代谢能力就非常非常弱。

 


 

一种最容易想象的局面是,第一步快了,第二步没有变化,那么乙醛肯定会积累!?

一定如此么?对于两步连续化学反应而言,

乙醇→乙醛→乙酸

乙醛浓度峰值

[乙醛]max=[乙醇]初始×(k1/k2)^(K2/(K2-K1))

仅凭K1的增加,无法判断中间产物乙醛的最高值是否增加。

有研究表明,ADH的遗传差异与个体的酒精代谢能力无关。对于ALDH2正常的个体,多种酒精剂量摄入情况下, 体内乙醛浓度峰值在ADH1B的*1型和*2型之间没有明显区别。

风险评估 V.S 喝酒大赛


酒精,以及饮酒形成的体内乙醛,是明确的I类致癌物

任何组织和科学团体,都不会建议/暗示饮酒。

任何本着科学精神和伦理要求的遗传筛查,都是为了提示风险。

一无所知 OR 果真如此?


在一项内部测试中,我惊奇的发现,在自愿参与检测的人群中,ALDH2*2(失活型)的比例远远高于千人基因组计划中测到的东亚人发生频率!何以至此?

 

我调查发现,这些测试过ALDH2失活个体,他们对检测结果多少并不意外。“不能喝"对他们而言,几乎完全是生理反应的真实反馈。

流行病学调查发现,酗酒群体中也鲜有ALDH2*2(失活型)个体。都说小酌怡情但是由于ALDH2失活,即便是少饮,对失活者而言,快速积累的乙醛会迅速导致醉酒的不适反应,小酌就会大醉,酒精几乎不会有任何愉悦感

解酒药双硫仑正是通过抑制体内ALDH2的活性,通过这种不适反应来抑制继续喝酒的欲望

目前,遗传学上的酒精代谢能力测试,只能通过ALDH2的基因型反应个体的酒精代谢能力。但是ALDH2的这两种基因型对应的表型又是如此容易被个体直接感知,那么,测之为何?