中園法匪學雜志 CHIN J FORENS/CMED2013年第28卷第5期乙醇脫氫酶在酒精代謝中的作用張幼芳(浙江警察學院刑事科學技術系,浙江杭州310053)【摘要】酒與人類社會生活密切相關,與酒相關的醫(yī)學問題和法律問題已受到人們廣泛關注。乙醇脫氫酶(ADH)為乙醇氧化分解的主要酶本文就ADH的性質ADH遺傳多態(tài)性與乙醇代謝的關系、ADH不同家系在乙醇代謝中的作用以及ADH與乙醇代謝相關性疾病的關系進行綜述,旨在為法庭科學和醫(yī)學中的應用和研究提供參考。【關鍵詞】法醫(yī)毒理學;乙醇脫氫酶;酒精代謝【中圖分類號】DF795.1【文獻標識碼】A【文章編號】1001-5728(2013)05-0391-03The effect of alcohol dehydrogenase ADh on alcohol metabolism( Zhang Youfang /Department of forensicscience, Zhejiang Police College, Hangzhou, 310053, China)I Abstract] Alcohol is closely related to human social activities, and alcohol-related medical problemsand legal issues have received widespread attention. Alcohol dehydrogenase( ADH) is the main enzyme ofethanol,s oxidative decomposition. This paper summarizes the nature of ADH, the relationship between ADHgenetic polymorphism and alcohol metabolism, and the effects of different ADH families on ethanol metabolismas well as the relationship between ADH and diseases related to alcohol metabolism, aimed to providereference for the application and research in forensic science and medical science.I Key words] forensic toxicology; alcohol dehydrogenase; alcohol metabolism酒與人類社會生活密切相關,與酒相關的醫(yī)學問醇存在時,ADH對其他物質的代謝受到抑制。題和法律問題已受到人們廣泛關注,如過量飲酒可引目前,已發(fā)現ADH有7種不同的編碼基因,它們起消化系統(tǒng)疾病癌癥、精神障礙以及飲酒后發(fā)生違分布于染色體4q21-25,其名稱以往按基因的發(fā)現順法犯罪行為等。人飲酒后,攝入體內的乙醇少量通過序進行命名新的方式是根據氨基酸序列催化動力學呼吸、尿液、汗液以原形排出體外,極少量通過非氧化性能以及在特定組織中的表達來命名。人類ADH途徑代謝為脂質;大部分乙醇被氧化分解為乙醛,蛋白質共有5個家系(las-v)見表1。其中AD5再經過乙醛脫氫酶(ALDH)轉化為乙酸并與輔酶基因雖然在大腸桿菌中得到表達,獲得有活性的酶,反應生成乙酰輔酶A,最后經三羧酸循環(huán)被氧化成二但在人類組織中其蛋白質表達產物還沒有明確。氧化碳和水。參與乙醇氧化分解的酶主要有乙醇脫表1人類ADH基因和酶的命名氫酶(ADH)、微粒體乙醇酶氧化系統(tǒng)(MEOS)和過氧ADH家系新的舊的化氫酶,其中乙醇氧化分解主要通過ADH途徑。本(蛋白質名稱)基因命名基因命名亞單位分布組織文就ADH在乙醇代謝中的作用作一綜述。ADHIA ADHI肝1ADH及其遺傳學特性ADHIB *I ADh2*IADH于1937年從釀酒酵母中發(fā)現并得已分離aADH)4D120n22B2肝肺腎純化,隨后在人、馬、小鼠等動物中發(fā)現。人類ADHADHIB*3 ADH2*3位于細胞質,是由兩個分子質量為40KD(千道爾頓)ADHIC *1 ADR3*1 y1的亞單位組成的二聚體蛋白質,能夠催化外源和內源肝、胃ADHIC*2 ADR3*2 y2的乙醇為乙醛。除乙醇以外,ADH還參與視黃醇、脂Classi(adh2)ADH2ADH4肝族醇、羥類固醇、脂質過氧化產物等的代謝。當乙Class II( ADHB) ADH3 ADH5所有組織【基金項目】浙江警察學院重點課題(201206021)Class IV(ADH4)中國煤化工胃【作者簡介張幼芳女,教授,主要從事法醫(yī)學教學和法醫(yī)遺asVCNMHG傳學研究工作。E-mail;zhangy69@126.com391中園法醫(yī)學雜志 CHIN J FORENSIC MED2013年第28卷第5期在ADH中現已發(fā)現ADH1存在基因多態(tài)性,還ADH3。ADH3對乙醇有很高的Km(10moL),因未見其他ADH家系的多態(tài)性報道。ADHl( Class)此,當時很多研究人員認為ADH3在乙醇代謝中的作含a,B,y三個亞組,分別由ADHA,ADHB,ADHC用可以忽略。然而,當小鼠肝臟ADH3與其它ADH三個基因編碼,其中ADHB和ADHC存在變異,這同工酶分離后,發(fā)現ADH3占全肝ADH活性些變異與酶的活性有關。ADHB有三個等位基因的13%7。ADHB*1、ADHB*2和ADHB*3,ADHB*1在ADH3分布于全身器官,是唯一分布于腦組織中白種人和美洲土著人中常見,ADHB*2在中國、日的ADH。 Haseba等6用野生小鼠和Ah3-/-小鼠本等東亞人群中常見頻率高于85%1,而在白種人進行實驗給予小鼠1.0~4.5g/kg劑量的乙醇,觀察和黑人中的頻率分別低于10%和15%,ADHB*3僅小鼠的乙醇代謝率,結果顯示,隨著乙醇劑量的增加,見于黑人和美洲土著人。研究發(fā)現攜帶ADHB*2Adh3-/-小鼠相對于野生型小鼠乙醇代謝率明顯降的個體比僅有ADHB*1的個體有較高的血乙醇清低,在劑量為45g/kg時,Ah3-/-小鼠乙醇代謝率除率“。ADHC有兩個等位基因ADHC*l和是野生小鼠的66%,這表明ADH3參與乙醇代謝的作ADHC*2,在白人中兩個等位基因的頻率大致相同,用是劑量依賴的,隨著劑量增加而增加,在大劑量乙在亞洲人中ADHC*2等位基因的頻率很低,中國人醇時,其作用超過30%。群中為0.091。ADHC的多態(tài)性對乙醇代謝的影響研究表明,在小劑量和中度劑量攝入酒精時,肝遠小于ADHB。臟中ADH3含量變化與ADH1一致,但當大劑量攝入2ADH在乙醇代謝中的作用酒精時,ADH3在酒精攝入之初與ADH1一樣迅速減少,然而在乙醇代謝的晚期,ADH3的含量恢復并增2.IADH在乙醇代謝中的作用加,因此,可以認為在攝入中毒劑量的酒精時,ADH3ADH1是乙醇分解代謝的主要酶,主要分布于肝促進酒精代謝。臟,屬低Km(mmol)。 Deltour等用Ahl基因敲除慢性動物飲酒實驗表明,慢性小劑量飲酒對肝臟小鼠(Ahl-/-)進行實驗,將它們與野生型小鼠的ADH3含量改變不明顯,但在急性給予大劑量酒精血中乙醇清除率進行比較,結果顯示Adhl-/-小鼠時,ADH3含量顯著增加。的乙醇清除能力嚴重下降。2.3其他ADH同工酶在乙醇代謝中的作用Haseba等用Ahl-/-小鼠與野生型小鼠進ADH2( Class)僅分布于肝臟,動物實驗表明行實驗,用不同劑量乙醇注射小鼠,觀察小鼠的乙醇ADH2在嚙齒動物的乙醇代謝中似乎并不重要,僅占代謝率,發(fā)現ADHI在乙醇代謝中所起的作用占60%小鼠肝臟總ADH活性的一小部分。而人體內的80%,同時發(fā)現,隨著乙醇劑量的增加,ADH在乙ADH2對乙醇有較高活性,提示對乙醇代謝發(fā)揮一定醇代謝中所起作用的比例逐漸減少。作用。但是對于習慣性飲酒,其對乙醇代謝的作用用小鼠進行不同劑量實驗,在小劑量攝入酒精的可能會降低,因為動物實驗證實,當狒狒中度飲酒后,情況下,肝臟中的ADHⅠ被快速誘生參與乙醇代謝;ADH2的活性出現降低,而當狒狒重度飲酒后,ADH2當飲酒劑量上升至中度劑量時,肝臟中ADH的含量的活性幾乎消失。由乙醇代謝初期的水平逐漸下降,這種趨勢一直延續(xù)ADH4(CasV)僅分布于胃粘膜,嚙齒類動物和人到乙醇代謝結束;當大劑量攝人酒精時,肝臟中類ADH4的Km值相差較大,分別約為24(mmL)ADH1含量在攝入酒精之后即明顯減少,并持續(xù)減少和37(mmo/L),然而ADH4在人胃粘膜中的含量僅直至代謝結束,說明,在攝入中毒劑量酒精時,ADH1為10g/g,不到肝臟ADH1和ADH3含量的1/40,而因其含量減少而所起的作用下降且胃在乙醇FPM中的作用遠遠小于肝臟9,因此可小鼠慢性飲酒實驗表明慢性飲酒使小鼠血液中以認為ADH4在乙醇代謝中的作用極其微小的乙醇代謝率增高,ADH1含量增加,ADH與乙醇代謝加速有關;但當長期慢性飲酒引起肝病后,隨著肝3ADH與酒精代謝相關性疾病病的加重,ADH1的作用反而減小。流行病學調查數據顯示慢性長期過度飲酒是消2.2ADH在乙醇代謝中的作用化器官(口腔、食管、胃、肝、結腸、胰腺等)癌變的重1981年,Pars和vle報道在人的肝臟中發(fā)現了要風險因素"V凵中國煤化工一般認為,引種新的ADH,具有獨特的動力學特征。因為這是在起癌變的主要CNMH(物乙醛而非酒哺乳動物中發(fā)現的第三種ADH同工酶,因此命名為精本身,乙醛具有直接的致突變和致癌的作用。不同392中圍醫(yī)學秦志 CHIN J FORENSIC MED_2013年第28卷第5期癌癥患者血清中某種特定ADH同工酶的活性增加,alcohol dehydrogenase Adhl, Adh3 and Adh4 null mutant可以推測ADH酶為癌變細胞釋放,提示檢測血清中mice[ J]. J Biol Chem,199,274:16796-16801的ADH可用于診斷癌癥,同時,因為ADH同工酶的61 Haseba T, Duester, Shimizu a,ea. ULo contnbution分布有器官特異性,提示血清中某種特定ADH的存of Class Ill alcohol dehydrogenase( ADH3 )to alcoho在可以指示癌變的部位。metabolism through activation by cytoplasmic solutionhydrophobicity J]. Biochim Biophys Acta, 2006, 1762ADHB基因多態(tài)性與患癌風險有關,一些研究276-283表明,攜帶ADH1B*1/*1的飲酒者相對于攜帶(7] Haseba T,rui'Y, Kurosu M,eta. Dose and timeADHB*2/*2者患呼吸道、消化道癌癥的風險明顯changes in liver alcohol dehydrogenase( ADH )activity提高,等位基因ADHB*2相對于ADHB*1對飲酒acute alcohol intoxication involve not only class I but者起保護作用(2。also class I ADH and govern elimination rate of bloo嗜酒者發(fā)生肝硬化后,ADH1、MEOS、過氧化氫酶ethanol[J]. Leg Med, 2003, 5(4): 202-211活性很低,但患者還能繼續(xù)飲酒,對其酒精代謝的解8] Svensson s, Stromberg P, Hoog J O. A novel subtype of釋可能為肝細胞損傷后疏水性增加,激活ADH3。激Class I alcohol dehydrogenase in rodents[J].J Biol Chem活的ADH3有繼續(xù)代謝酒精的能力,使患者可以繼續(xù)199,274:29712-29719過量飲酒1[9] Lee SL, Chau GY, Yao CT, et al. Functional assessment ofADH3廣泛存在于生物體,屬多功能的看家酶,human alcohol dehydrogenase family in ethanol metabolismSignificance of first-pass metabolism[ J]有廣泛的底物,在細胞代謝中發(fā)揮作用。當飲酒后2006,301132-301142ADH3的其他功能受到抑制從而引起重要物質代謝[101 Pischl G, Seitz hK. Alcohol and cancer[J]. Alcohol發(fā)生紊亂。如ADH3是視黃醇代謝的關鍵酶,當孕婦Alcohol,2004,39:155-165飲酒后乙醇隨血液循環(huán)進入胎兒,抑制ADH3氧化視1] Jelski W, Szmitkowski m. Alcohol dehydrogenase(ADH)黃醇為視黃酸的功能,從而影響胎兒神經發(fā)育(。and aldehyde dehydrogenase ALDH )in the cancerdiseases[J]. Clin Chim Acta, 2008, 395(1-2): 1-5參考文獻[12]Hashibe M, Boffetta P, Zaridze D, et al. Evidence for an[1]Zakhar S. Overview: how is alcohol metabolized by theimportant role of alcohol and aldehyde metabolizing genes inbody? [J]. Alcohol Res Health, 2006, 29(4): 245-254cancers of the upper aerodigestive tract [J].Cancer[2] Agarwal D P. Genetic polymorphisms of alcohol metabolizingEpidemiol Biomarkers Prev, 2006, 15(4): 696-703enzymes[J]. Pathol Biol 2001, 49: 703-709[ 13] Takeshi Haseba, Youkichi Ohno. A new view of alcohol[3] Edenberg H J. The genetics of alcohol metabolism: role ofmetabolism and alcoholism- role of the high-km Class llalcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase variantsalcohol dehydrogenase( ADH3)[J]. Int J Res Public[J]. Alcohol Res HealthHealth,2010,7:1076-1092[4] Neumark Y D, Friedlander Y, Durst R, et al. Alcohol[14 Molotkov A, Fan X, Deltour L, et al. Stimlation ofacid production and growth by ubiquitously expressedrates in a male Jewish population[ J ]. Alcohol Clin Exp Resalcohol dehydrogenase Adh3[J]. Proc Natl Acad Sci USA2004,2(1):10-14002,99(8):53375342[5 Deltour L, Foglio M H, Duester G. Metabolic deficiencies in(收稿日期:201301-22)中國煤化工CNMHG