谷胱甘肽是细胞内一类含量最丰富的非蛋白巯基化合物，半胱氨酸巯基为该分子化合物活性中心(故谷胱甘肽常简写为G-SH)。谷胱甘肽除具有维持细胞氧化还原活性、参与细胞内氨基酸转运、糖代谢和调节DNA合成等生物功能之外，它还在拮抗外源性毒物、还原氧自由基、维持细胞蛋白结构和功能完整性、提高机体免疫、抑制细胞凋亡等方面也发挥着重要作用^[1]。此外，谷胱甘肽在肝细胞内的稳态失衡不仅加速活性氧对蛋白、DNA及脂质的氧化，而且对中间产物代谢、细胞存活及增殖等相关信号通路也具有一定影响作用。因此，大多数肝脏疾病的发病机制与谷胱甘肽在肝细胞内的调节作用密切相关。

谷胱甘肽作为肝细胞内最丰富的还原剂分子，其能维持细胞内含巯基蛋白的巯基处于氧化还原状态；作为细胞内的主要抗氧剂，其能淬灭内源性活性氧簇化合物(ROS)及抵御外源性氧化应激；作为细胞内重要调节器，其能调节信号级联反应及不同死亡信号对肝细胞刺激的敏感性。

谷胱甘肽是细胞内抵御氧化应激的主要内源性抗氧剂。氧气经过线粒体呼吸链复合体Ⅰ和复合体Ⅲ作用后，中间体内源性活性氧簇化合物(主要包括O₂^-、H₂O₂及HO·)在细胞内的浓度水平明显较低。正常生理条件下，氮氧化物(NOX)氧化酶能产生ROS，是主要的受体介导ROS产生的相关信号通路。当细胞受到感染、发生炎症反应及外源性异物刺激时，细胞内ROS浓度显著升高。ROS通过氧化细胞蛋白、脂质及DNA损伤细胞，机体内ROS的清除主要包括过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等一系列抗氧化酶。当细胞内O^-₂浓度较高时，SOD能把O^-₂还原成H₂O₂，H₂O₂在过氧化氢酶(CAT)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的作用下又进一步被还原成H₂O。其中，GSH-Px是主要淬灭H₂O₂的抗氧化酶，由于肝细胞线粒体中缺乏CAT。同时，GSH-Px通过调节氢过氧化物水平可以实现致癌和抗癌双重效果，不同亚型GSH-Px在肿瘤发生过程的作用机制不尽相同^[2]。作为谷胱甘肽过氧化物酶的氢供体，其活性直接影响该酶的功能。此外，在谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)的作用下，GSH易与某些药物(如扑热息痛)、毒素(自由基、铅、汞、砷等重金属)等结合，从而把机体内有害的毒物转化为无害的物质，排泄出体外。研究表明^[3]，还原型谷胱甘肽在依地酸二钠钙驱铅治疗中具有良好的辅助疗效,可缩短铅中毒患者住院天数和减少不良反应的发生。GSH与微量砷化合物发生反应时，GSH氧化成GSSG，其对GSH清除DPPH自由基具有协同作用。因此，GSH与适量砷化物结合，不仅使GSH清除DPPH自由基的能力增强，而且还能减少砷化合物对细胞的损害^[4]。

许多蛋白对细胞局部环境的改变很敏感，尤其该蛋白携带半胱氨酸并有较低的pKa值。当半胱氨酸巯基(-SH)脱氢变成烃硫基(-S^-)时，含半胱氨酸蛋白易被氧化成多种形式，如二硫化物、可逆次磺酸(S-OH)、不可逆亚磺酸(S-O₂H)及磺酸(S-O₃H)。然而，GSH在次磺酸限速反应中发挥着重要调节作用，其能与蛋白结合，生成谷胱甘肽化蛋白混合型二硫化物，谷胱甘肽化蛋白进一步又被还原成谷氧还蛋白。在信号传导方面，对谷氧还蛋白的可逆氧化修饰可能是继甲基化、磷酸化、糖基化和泛素化修饰之外的另一种修饰方法。细菌谷氧还蛋白在转录因子OxyR活性上的控制，表明OxyR对环境(氧化态/还原态)的响应是通过谷氧还蛋白来实现的^[5]。谷氧还蛋白还可以与细胞凋亡信号调控激酶1(ASK1)结合在一起从而抑制其活性，当细胞的氧化状态由还原型变为氧化型时，谷氧还蛋白会从ASK1上释放下来并启动细胞凋亡^[6]。

研究发现，机体在正常生理条件下细胞内蛋白质能发生谷胱甘肽化，从而快速调节相应蛋白质功能，很多蛋白质通过该方式的修饰参与细胞信号转导的调控^[7]。核转录因子-1(NF-1)是最早被发现可发生谷胱甘肽化的转录因子，从而可抑制其DNA的结合活性^[8]。NF-κB属于Rel家族，p50和p65是所有亚基中含量最丰富的两种亚基，NF-κB p50亚基DNA结构域中的Cys残基可以发生谷胱甘肽化从而导致其活性的丧失^[9]。此外，只有p65 NF-κB亚基具有转录活性，因此p65亚基发生谷胱甘肽化对激活NF-κB的影响比p50亚基发生谷胱甘肽化更重要^[10]。AP-1-c-Jun亚基与DNA的结合也依赖与机体内CSH/GSSG的比例，该比例决定了c-Jun DNA结合位点的二聚化结构域中Cys残基发生谷胱甘肽化的概率。很多转录因子都存在CSH结合结构域，如ATF/CREB、Trx及Jun/Fos异二聚体，表明调节转录因子DNA结合活性可能与转录因子发生谷胱甘肽化修饰密切相关。

当肝细胞受到内、外源性应激时，细胞内多条信号传导通路被激活。其中，谷胱甘肽在这些通路中发挥重要作用。因此，ROS和GSH两者在肝细胞内的含量对于细胞的存活状态至关重要。

肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是一个关键介导肝损伤的细胞因子，其主要由肝巨噬细胞(枯否细胞)释放且该过程可发生在许多反应中(如炎症反应、感染、缺血、氧化应激及毒素刺激等反应)。当可溶性TNF-α与肝细胞质膜上的肿瘤坏死因子受体相关因子-1(TNFR1)发生结合时，将会激发质膜上的TNFR1死亡结构域(DD)暴露出来，系列细胞因子如TRADD、RIP及TRAF2将会迅速结合在TNFR1-DD周围形成复合体Ⅰ(TNF-α/ TNFR1/TRADD/ FADD)，复合体Ⅰ又进一步级联激活NF-κB、氨基末端激酶(JNK)及p38诱导炎症反应及传导细胞存活信号。一旦从TNFR1-DD解离后，TRADD、RIP及TRAF2随后又与内源性Fas相关死亡结构域(FADD)结合形成复合体Ⅱ。胱天蛋白酶-8酶原(Procaspase-8)能激活FADD死亡效应区，其自身裂解成有活性的胱天蛋白酶-8(Caspase-8)；同时，FADD也能被结合的FasL/Fas二聚体激活。脂肪酸合成酶(Fas)能使FADD和Procaspase-8先被激活，紧接着又进一步激活与细胞死亡相关复杂信号。

肝细胞内谷胱甘肽耗竭会增强TNF-α和FasL对肝细胞杀伤的敏感性。Matsumaru等^[11]的研究表明，机体GSH耗竭会增强TNF-α诱导原代鼠肝细胞凋亡的敏感程度。用高剂量对乙酰氨基酚(APAP)、马来酸二乙酯(DEM)或佛尔酮处理原代鼠肝细胞时，细胞内 GSH显著下降，同时释放的TNF-α将半数死亡细胞诱导成凋亡模式。细胞死亡方式的转变包括组织蛋白酶活性的增加及线粒体中细胞色素C(Cyt C)的释放，细胞质中GSH含量降低是Cyt C促进细胞凋亡所必需的条件^[12]。然而，用低剂量DEM和佛尔酮处理肝细胞时，肝细胞内GSH轻微改变对药物诱导细胞死亡影响较小，但能显著增加TNF-α诱导损伤较轻细胞的凋亡。当拉米夫定联合还原型谷胱甘肽治疗乙肝重型肝炎时，血清TNF-α显著下降，肝功能也明显改善^[13]。阿德福韦酯联合还原型谷胱甘肽治疗失代偿期乙型肝炎后肝硬化,与常规对症支持治疗组相比血清细胞因子TNF-α和IL-1β水平明显降低。同时，还能抑制肝内炎症反应，对肝功能及肝纤维化也有一定的改善作用^[14]。因此，GSH氧化还原反应发生改变能使TNF-α诱导细胞凋亡的敏感性增加。

核转录因子κB(nuclear factor-kappaB，NF-κB)是一种可被多种炎性因子或外界刺激激活的具有多向调节作用的转录因子，能调节下游多种炎症反应及免疫应答相关分子基因的表达，参与炎症反应过程。肝脏缺血再灌注时，NF-κB参与调节多种炎症介质基因的表达如诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、凋亡抑制因子1抗体(cIAP1)和转换酶抑制蛋白(cFLIP_L)等的表达^[15]。然而，当大鼠肝脏缺血再灌注时，肝细胞内转录因子NF-κB和ICAM-1表达增加，谷胱甘肽前体N-乙酰半胱氨酸(NAC)可抑制NF-κB激活，减少ICAM-1表达减轻大鼠肝脏缺血再灌注损伤^[16]。近年来，NF-κB在肝脏疾病中的功能和调控已受到广泛关注，酒精性脂肪肝的形成涉及NF-κB的活化^[17]。50/ p65异二聚体是NF-κB在肝细胞内存在的主要形式，细胞质中IκB与亚基p50/ p65结合，将会使其处于失活状态。激活的IκB激酶复合物(IKK)使IκB发生磷酸化反应后，磷酸化IκB将会从亚基p50/ p65上脱落并被泛素化，使得亚基p50/ p65由抑制态转化成激活态。激活的亚基p50/ p65又转位至核内并与核内κB因子结合，从而激活一系列的细胞因子，如抗凋亡因子cIAPs、c-FLIP和Bcl-XL；抗氧化因子锰超氧化歧化酶(Mn-SOD)、铁蛋白碳氢化合物。Reynaert^[18]的实验发现，IKK-β的Cys¹⁷⁹可以发生谷胱甘肽化，IKK活性将丧失从而影响NF-κB途径的激活。因此，谷胱甘肽化IKK对NF-κB的激活起着至关重要的作用。

肝细胞内氧化还原的改变对激活NF-κB的影响较显著，其亚基p50的第62位半胱氨酸残基(Cys⁶²)被还原是启动下游效应蛋白的必要条件^[19]。NAC可通过抑制氧化应激，拮抗NF-κB的活化和其在核内的表达,减少心肌细胞凋亡及炎症反应，有效改善心功能，保护心肌^[20]。淋巴细胞衍生C(c-Rel)中Cys²⁷在发生磷酸化之前还需被硫氧还蛋白还原，c-Rel与核内κB序列发生有效结合也是Cys²⁷能发生磷酸化的关键一步^[21]。这些结果表明，氧化还原反应对NF-κB下游效应蛋白的激活具有调控作用。NF-κB上游效应蛋白的激活如IKK-IκB-NF-κB通路是否也与氧化还原反应的改变有关？ Lou等^[22]的研究发现，原代鼠肝细胞内GSH水平的变化对调节IKK-IκB-NF-κB通路有一定的影响作用。细胞内GSH代谢半衰期是主要影响其在细胞内表达量的因素。当机体GSH消耗缓慢时，线粒体GSH仍可保持原有水平且线粒体ROS的产生也不会自发增加。然而，当机体内GSH消耗达到总量的80%时(此时，线粒体中GSH开始消耗且ROS的释放也增加)，其能抑制RIP1泛素化从而使IKK的激活发生改变，将导致系列级联反应发生。抗氧剂生育酚能修复IKK的活性，但不能恢复NF-κB的转录活性，由于GSH水平的降低直接抑制其活性。表明细胞内GSH损耗过多时，氧化还原反应转变及细胞内ROS产生增多均能抑制NF-κB激活^[23]。

内源性细胞凋亡途径始于线粒体，因此肝细胞线粒体在传导细胞凋亡信号中发挥核心作用^[23]。线粒体内膜存在许多促凋亡因子如细胞色素C(Cyt C)、诱导凋亡因子(AIF)、促凋亡蛋白(Smac/Diablo)和某些胱天氨酸蛋白酶原，释放到胞浆中的促凋亡因子将促进凋亡级联反应发生。线粒体内促凋亡因子的释放需线粒体膜的通透性足够强，其通透性主要包括两方面线粒体膜通透性转换(MPT)和线粒体外膜通透性(MOMP)。Cyt C与凋亡细胞蛋白酶激活因子(Apaf1)结合后，在ATP或dATP存在的条件下，通过组织蛋白酶募集域的作用，Apaf1和Caspase-9酶原结合形成凋亡复合体，使Caspase-9酶原激活，再进一步激活下游效应Caspase-3，从而启动细胞凋亡^[24]。Smac/Diablo的功能就是与凋亡抑制蛋白(IAPs)结合，拮抗IAPs抑制胱天氨酸蛋白酶的活性，从而促进凋亡细胞崩解与消除。当凋亡启动后，AIF可以从线粒体转位进入细胞核，同时在内切核苷酸酶的作用下，可以直接诱导染色质凝聚和大片段DNA降解；该信号通路属于胱天蛋白酶诱导细胞凋亡通路^[25]。

线粒体膜通透性转换孔(MPTP)是横跨线粒体内外膜之间的非选择性高导电性通道，它的分子组成目前尚不清楚，但普遍认为是由外膜的电压依赖的阴离子通道(VDAC)、内膜的腺嘌呤核苷转位蛋白(ANT)以及基质的亲环素D(CypD)等多种蛋白质共同组成。另外，外周苯二氮卓类受体(PBR)、己糖激酶(HK)、肌酸激酶(CK)以及Bcl-2家族成员也参与MPTP结构的形成^[26]。抗凋亡因子Bcl-2家族如Bax和Bak主要负责线粒体外膜的通透性，一旦Bax/Bak寡聚物或低聚物被激活，将诱导线粒体释放Cyt C和Smac/Diablo，而不是直接与MPTP相互作用^[27]。多数理论认为，MPTP开放所导致的线粒体膜通透性转换是线粒体导致细胞凋亡众多途径中关键的一个^[28]。在凋亡信号刺激下，MPTP完全开放，可溶性物质可以非选择性地自由通过转换孔使线粒体内膜的完整性遭到破坏，导致膜内离子平衡紊乱(如细胞质内质子增多、pH下降、氧化磷酸化解偶联及ATP水平迅速下降)，膜电位去极化，基质膨胀及使膜间蛋白如细胞色素C、凋亡诱导因子、核内切酶等释放入胞质，通过启动胱天氨酸蛋白酶依赖性或非依赖性的级联反应机制，从而诱导细胞凋亡^[29]。

引起线粒体膜通透性转换开启的因素主要包括氧化应激、GSH耗竭及钙离子内流。环孢素A与CypD结合能抑制经典模式MPT转换孔开启。研究发现^[30]，MPT特定成分能介导细胞凋亡受到很大质疑。大鼠线粒体VDAC敲除型与野生型相比，在同种刺激下MPT介导细胞凋亡效果一致。CypD敲除细胞能抵抗氧化应激及钙超载诱导坏死细胞死亡，心脏CypD过表达能引起心肌细胞线粒体膨胀及细胞自发死亡^[31]。在氧化应激与钙超载相互依赖的作用方式下，GSH耗竭能引起MPTP开启。同时机体在丁硫氨酸-亚砜亚胺(BSO)或DEM的作用下，内源性GSH耗竭将会引起电子传递链复合体Ⅲ产生的ROS增多，线粒体及细胞质中的钙离子超载也可能引起内质网应激反应^[32]。因此，ROS和钙超载均能损伤线粒体呼吸链。电子传递链任何部位被阻断均可增加ROS的生成，增多的ROS进一步加剧氧化性脂质沉积，抑制呼吸链的电子传递，形成一个恶性循环。

谷胱甘肽作为细胞内一种重要的抗氧剂及细胞代谢剂，除具有清除氮氧自由基、整合解毒作用、延缓衰老、调节细胞增生、增强机体免疫应答以及在神经系统中充当神经调质和神经递质等作用外，其在治疗病毒性肝炎、酒精性肝病及药物性肝损伤等各种原因导致肝脏疾病的相关信号通路中也发挥着重要作用，不仅使患者临床症状、体征得到明显改善，肝功等生化指标亦得到明显改善。近年来，国内外许多临床研究表明，GSH已成为临床治疗多种疾病中的重要治疗和辅助治疗的药物。机体内GSH的改变对调节TNF-α、NF-κB及线粒体凋亡途径等信号通路具有显著影响，这些信号通路异常传导可导致肝细胞凋亡或坏死。因此，在这些信号通路中，谷胱甘肽是如何发挥具体调控作用的还需大量的研究工作进一步证实。