一切，皆有可能

利用耐高温乙醇氧化酶清除人体内的酒精
葛莘
随着生活水平的提高，人们消费酒精类饮料的数量也越来越大。科学研究及统计分析表明，酒精产品对人们的身体健康、家庭生活和社会活动都有诸多负面影响。在美国，平均每年有九千万人次急诊病患与饮酒有关，每年有一千人死于饮酒过量。据2000年10月14日《大连日报》报道，中国的酒精依赖患病率在过去十年中增长了近五倍，由0.12％增加到0.68％，其中因酒精中毒死亡者增长了10倍。流行病学研究也证实，在精神病院中，近年来因酒精中毒或酒精中毒障碍住院的病人明显上升。如吉林省延边地区，该比例从1964-1979年平均0%-4%上升至1979-1985年的8.0%-23.5% (沈渔邨，1987，1996)。

酒精对人体的危害
酒精对人体有害，对肝脏最为严重,胃肠道、胰腺、心脏、肾脏等也会造成不同程度的损害。因此,世界卫生组织(WHO)在一份报告中提出: “酒精中毒是当今世界世界内第一公害,其毒性可累及全身主要脏器,对肝脏的影响最大。在西方国家， 80%肝硬变(liver cirrhosis)的原因是酒精中毒。酒精中毒对病毒性肝炎、肝癌的发生、发展及预后都有着重要影响。”
酒精性肝病包括酒精性脂肪肝、酒精性肝炎、酒精性肝纤维化、酒精性肝硬化，最终可演变为肝癌。在欧洲，饮酒量越高的国家，因肝硬化而导致的死亡率越高。比如，瑞典、丹麦、和英国等国家的人均年饮酒量在10升以下，他们的肝硬化死亡率在万分之十以下；而法国的人均年饮酒量高达27升，他们的肝硬化死亡率是上述国家的三倍。近年来随着生活水平的提高，酒精性肝病在我国也达到了不容忽视的程度。据统计，我国11亿中的酒民三亿多人，共中酒精性肝病的发病率在20%左右。由于肝脏的代偿能力极强，疾病早期一般没有症状或某些单一的症状不足以引起注意，因此，就诊时往往到了比较严重的程度，甚至到了肝脏的失代偿期。在肝硬化阶段，如果不积极治疗，继续酗酒的话,患者在2-4年内的存活率极低。

酒精的毒害主要来自乙醛
科学家早就证明，乙醛的毒性是乙醇的十倍，所以乙醛是导致酒后症状的主要化学物质(Brien and Loomis, 1983)。乙醛对大脑内胺代谢、ATP酶，细胞线粒体的呼吸功能、脂肪酸氧化功能，以及心肌蛋白质的合成都有很强的抑制作用。乙醛化学性质活泼，与儿茶酚胺结合能够形成吗啡类似物，是造成酒瘾的主要化学物质；乙醛使羟色胺代谢发生故障，产生有幻觉作用的四氢--咔啉，造成酒后的种种精神障碍(Cunningham and Bailey, 2001; Eriksson, 2001)。
医学界也早就知道过分喝酒可能导致与上消化道有关的癌症。但是，科学试验证明，酒精本身并不致癌。那么，饮酒与上消化道癌的关系是怎么建立起来的呢？
越来越多的研究表明，酒精的第一个代谢产物，乙醛，可能是致癌的凶手(Homann et al., 2000)。一项国际研究工作发现，族群中基因的一个主要区别可能导致唾液具有更高的致癌可能性 (Vakevainen et al., 2000) 。这篇研究报告说，酒精一旦进入了身体，肝脏便开始通过代谢反应来清除毒物。 研究显示，大约50%的日本人和华人的酒精代谢酶系统出现故障，使其中间产物乙醛快速、大量积累。因此，他们喝了酒会更容易出现脸红、晕眩、作呕等征兆。 对这些人来说，他们的唾液中的乙醛含量要比含有健全酶系统的人高出两倍至三倍。科学家相信，乙醛随着唾液经过喉咙组织时可能导致癌症。此外，科学家也说，口腔内的细菌也可能具有把酒精分解成乙醛的功能。因此，不注意口腔卫生的饮酒人士患上癌症的机率更高。
乙醛除了使饮酒者对酒精更加敏感，并造成皮肤温度上升，面赤，心律和呼吸加快，血压降低，口干，喉紧，头痛，恶心等症状之外，还能够造成脑损伤，心肌病(cardiomyopathy) ，胰腺炎(pancreatitis) 和胎儿酒精综合症(fetal alcohol syndrome) (Eriksson, 2001) 。乙醛还能够导致红血球异常(Latvala et al., 2001) 。乙醛通过血液进入大脑，能够组织神经信号的传递，导致记忆丧失，行为运动失控(Larson, 1992) 。

对酒精的耐受性受基因控制
酒精在体内的代谢过程主要由肝中的乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase，ADH)和醛类脱氢酶(aldehyde dehydrogenase，ALDH)所制约，它们分别催化的化学反应如下：

C2H5OH(酒精) + NAD+ à CH3CHO(乙醛) + NADH+H+
CH3CHO(乙醛)+ NAD+ + H2O à CH3COOH(乙酸)+ NADH+H+

第一个反应生成的乙醛可刺激肾上腺素、去甲肾上腺素等物质的分泌，引起面红耳赤、心率快、皮温高等症状。
除了ADH/ALDH系统之外，微粒体乙醇氧化系统(microsomal ethanol oxidizing system) 也能够将乙醇氧化成乙醛，但在这个酒精代谢中的作用仅占五分之一左右。

人类的乙醇脱氢酶(ADH)系统非常复杂，至少可以分成六类同工酶。I-V类ADH基因编码, , ,, 型肽链，通过不同组合，它们可以形成至少八个同型或异型双体。I类ADH包括同工酶, ,  亚基，分别由ADH1，ADH2，ADH3基因位点编码，类ADH包括亚基，由ADH4基因位点编码。这两类ADH都是肝脏酶。III类ADH包括型肽链，由ADH5基因位点编码，是一个甲醛脱氢酶。IV类ADH包括型肽链(PID:g6137442)，由ADH7基因位点编码，主要在胃和食道器官表达。V类ADH由ADH6基因位点编码，但在人体内尚未检查到它的活性。对VI类ADH的研究不多。
在人类中，I类ADH在乙醇代谢中起主要作用。成人主要是β链二聚体，来自ADH2基因。ADH2具有多态性，大多数白种人为ADH2-1，由β1β1组成；而90％黄种人为ADH2-2由β1的变异肽链β2（47位精氨酸→组氨酸）组成（β2β2）(Jornvall et al., 1984; Matsuo et al., 1989)。β2β2的酶活性约为β1β1的100倍，故大多数白种人在饮洒后产生乙醛较慢，而黄种人积蓄乙醛速度较快(Thomasson et al., 1995; Yin et al., 1992) 。
人体内有十多种醛类脱氢酶(ALDH)(Vasiliou et al., 2000; Yoshida et al., 1998)。根据对乙醛的Km值高低，可以把人类ALDH同工酶分成两大类：对乙醛的Km值高的(超过毫摩尔浓度，也就是只有在乙醛浓度高时才有催化作用) 和对乙醛的Km值低的(微摩尔浓度，在乙醛浓度低时即有催化作用) 。前者包括ALDH3 (Km =83 mM) 和ALDH4 (Km =5 mM) ；后者包括ALDH1 (Km =30 M) 和ALDH2 (Km =3 M) (Yin et al., 1993) 。所以，人体内的乙醛氧化主要由ALDH1和ALDH2来完成，而ALDH2对乙醛的活性较ALDH1活性高出约10-50倍(Vasiliou et al., 2000; Yoshida, 1998)。ALDH1存在于细胞浆内，ALDH2存在于线粒体内。ALDH2由54 kDa的亚基形成四聚体。
多数东方人种的ALDH2基因为突变型(ALDH2*2，即ALDH2的第487个氨基酸由谷氨酸(E)变成了赖氨酸(K)。这导致ALDH2*2丧失了脱氢酶的活性(Yoshida et al., 1984; Yoshida and Dave, 1985; Farres et al., 1994)。
黄种人中有3种乙醛脱氢酶表现型：
1， 普通型，ALDH1 + ALDH2*1，约占人口总数的50%；
2， “非经典型atypical”，有ALDH1 + ALDH2*2 ，约占人口总数的50%；
3， 罕见的“非经典型”，仅有ALDH2无ALDH1，只在个别日本人中发现。
几乎所有的白种人都为普通型(Shibuya and Yoshida, 1988; Thomasson et al., 1994; Yin et al., 1992)。
因此，可以说黄种人较白种人易产生酒精中毒的原因是遗传因素决定的。由于黄种人的ADH活性高，饮酒后乙醇很快被氧化成乙醛，而由于ALDH的活性低，使乙醛迟迟不能够被氧化成乙酸，所以产生酒后的诸多中毒症状(Yin et al., 1992)。

酒精中毒的基因补救

人体排除酒精的通道有肺脏(呼吸)、肾脏(排尿) 和肝脏(代谢)，其中90-98%是通过肝脏内的代谢来完成的。酒精在被饮用之后，要经过口腔、食道、胃和小肠，然后进入血液，其中70-80%以上在肠腔内进入血液，20-30%左右从胃脏进入血液，通过口腔和食道进入血液的仅占极少部分。血液中的乙醇被运输到肝脏，转化成乙酸，后者最终被分解成二氧化碳和水。酒精在血液中消失的速度为每小时100-200毫克/公斤体重 ，一个75公斤体重的健康成人每小时能够代谢7.5-15克乙醇。
除了在肝脏代谢之外，乙醇在从进入口腔到被血液吸收这个过程中被氧化叫做“第一通道代谢("first-pass" metabolism”) ，主要通过口腔、食道、胃肠内的乙醇氧化酶系统将乙醇氧化。人类的第四类乙醇脱氢酶-ADH就主要存在于上食道的黏膜，而不存在于肝内(Farres et al., 1994) 。-ADH是所有ADH中活性最高的(Moreno and Pares, 1991; Moreno et al., 1994; Farres et al., 1994) ，但由于总量少(大约10微克/克组织) ，加上乙醇迅速进入血液，所以胃内乙醇氧化在酒精代谢中所起的作用不是很大(Pares, 1993)。
很显然，消除酒精毒害的最好办法就是在其进入血液之前，将它氧化成没有毒性的乙酸。不过，消化系统的环境十分不利于乙醇代谢酶。首先，胃液的酸硷度(pH值) 在1-3左右，平均值大约是2，肠腔(intestinal lumen)的pH值可能高达8-9左右。因此，细胞内的ADH和ALDH在胃中几乎不起作用。肠胃液体中，除有少量的ADH外，很少有ALDH的存在。其次，胃液中的离子 (特别是胆汁盐) 对乙醇氧化酶(ADH和ALDH)也有抑制作用。再其次，胃肠液中NAD+的含量很少，乙醇的氧化缺乏电子受体，无法进行。最后，胃液中的蛋白酶更是其他酶的天敌，在它们能够发挥作用之前就已经被分解成氨基酸了。
所以，要通过口服外源乙醇氧化酶来治疗乙醇代谢基因的缺陷，首先要克服上面的问题。另外还要考虑的问题就是外源蛋白在生产加工过程中的稳定性。比如人类ALDH2*1在细胞外的稳定很差，经过加工之后，绝大部份生物活性已经丧失殆尽。
乙醇氧化酶系统存在于几乎所有的生物中。从耐酸、耐硷、耐高温的生物中把相应的基因克隆出来，让它们在生物反应器中超量表达，经过简单纯化，就能够得到大量、纯净的酶制品。由于它们来自的生物在高温和酸硷环境中生长，所以这些酶一般也能够在相同的环境中起作用。根据它们的特性，可以把它们制成酸性和硷性饮料或汤料，在饮酒时同时饮用，就能够将酒精代谢产生的乙醛氧化成乙酸，防止其对人体的毒害。
硫叶菌(Sulfolobus solfataricus) 是一种从硫矿中分离出来的古细菌，最适生长温度是80oC，最适pH值在2-4之间(Charlebois et al., 1998; She et al., 2001)。硫叶菌的基因组已经全部解码(She et al., 2001)，其中有13个基因编码乙醇脱氢酶，1个基因编码醛类脱氢酶。对这些基因进行序列分析，发现其中的ADH3编码的蛋白质具有典型的乙醇脱氢酶结构域，并与人类的第四类乙醇脱氢酶-ADH有45%的相似性；AldhT基因编码的醛类脱氢酶与人类的ALDH2有54%的相似性(见下) 。
同样，在嗜硷耐高温枯草杆菌Bacillus halodurans的基因组中，有四个乙醇脱氢酶基因，11个醛类脱氢酶基因，后者中的两个， dhaS和aldA与人类的ALDH2有很高的相似性。

项目内容
利用基因工程手段克隆人类及嗜酸嗜硷耐高温细菌的乙醇、乙醛脱氢酶基因，使其在大肠杆菌和酵母细胞中超量表达，经过纯化之后，与辅剂、添加剂制成片、丸、散、胶囊、汤料等制剂，供消费者在饮酒的同时服用，加速消除体内乙醇、乙醛，达到保肝健体的作用。