膽囊結(jié)石與遺傳因素

張峰銘，金盛哲，葛春林

膽囊結(jié)石的形成是膽囊和膽管中異常高水平的膽固醇或膽紅素所導(dǎo)致的。膽囊結(jié)石很常見，并且約有20%以上的膽囊結(jié)石攜帶者最終會在成年出現(xiàn)癥狀。90%以上的膽囊結(jié)石是主要由膽固醇組成的，而其他則是由黑色或棕色的色素石組成。膽囊結(jié)石的病因仍未完全闡明。時至今日，如何從基礎(chǔ)以及臨床的角度解釋膽囊結(jié)石的發(fā)病機(jī)制仍受到廣泛的關(guān)注。

1 膽囊結(jié)石的流行病學(xué)研究

膽囊結(jié)石是世界范圍內(nèi)最常見的膽管疾病之一。從流行病學(xué)角度來看，最高的發(fā)病率出現(xiàn)在皮馬印第安人(48%)，其次是在美國(20%)，歐洲(20%)及亞洲人口(5%～20%)。一項(xiàng)基于美國人口的調(diào)查顯示，在經(jīng)過年齡校正的女性中，膽囊結(jié)石發(fā)病率最高的為墨西哥裔美國人(27%)，其次為非西班牙裔白人(17%)和非西班牙裔黑人(5.3%)。而在經(jīng)過年齡標(biāo)準(zhǔn)化的男性中，膽囊結(jié)石發(fā)病率最高為墨西哥裔美國人(8.9%)和非西班牙裔白人(8.6%)，二者都高于非西班牙裔黑人(5.3%)。以上都說明了遺傳因素在膽囊結(jié)石形成的易感性上起到了重要的作用[1]。膽囊結(jié)石發(fā)病率在地理和種族上的差異提示了遺傳因素是影響膽囊結(jié)石形成的風(fēng)險因素[2]。

2 家系和雙胞胎研究

2.1 家系研究 早在二十世紀(jì)六十年代，膽囊結(jié)石的高家族發(fā)病率就已經(jīng)被人們發(fā)現(xiàn)。膽囊結(jié)石病人的同胞及親屬的發(fā)病率是其配偶及其他無關(guān)對照組3倍。Bass等[3]通過比較膽囊結(jié)石病人的198個一級親屬與非膽囊結(jié)石病人的200個一級親屬的患病率，得出了相似的結(jié)論。這些研究結(jié)果提示家族傾向性對膽囊結(jié)石的形成起到了重要的作用。

2.2 雙胞胎研究 雙胞胎研究通過分析基因型和表型與性別、年齡、生活方式等因素的交互作用，深入分析膽囊結(jié)石的遺傳學(xué)特征。通過比較單卵雙胞胎和雙卵雙胞胎的有癥狀膽囊結(jié)石患病的一致率，可以確定家系因素到底是與遺傳因素有關(guān)還是與環(huán)境因素有關(guān)。瑞典的一項(xiàng)大型雙胞胎調(diào)查研究顯示遺傳因素對有癥狀的膽囊結(jié)石病的發(fā)展起到了重要的作用[4]。在43 141對瑞典雙胞胎中，單卵雙胞胎的同病一致率為12%，顯著高于雙卵雙胞胎6%。單卵雙胞胎中的高同病一致率提示了遺傳因素起到了重要的作用。研究人員總結(jié)得出，在雙胞胎的表型變異中，遺傳效應(yīng)占25%，共同的環(huán)境效應(yīng)占13%，獨(dú)立的環(huán)境效應(yīng)占62%。這些數(shù)據(jù)為遺傳因素在膽囊結(jié)石中起到的重要作用提供了關(guān)鍵的依據(jù)。

3 膽囊結(jié)石單基因遺傳傾向性

膽囊結(jié)石的形成是一個復(fù)雜的遺傳學(xué)過程，包含了多種致石基因的易感等位基因及其與環(huán)境因素的交互作用。在一些特定的病人群體中，單基因突變被認(rèn)為是形成膽囊結(jié)石的風(fēng)險因素。

3.1 膽固醇7-羥化酶(CYP7A)基因 Pullinger等[5]在兩名純合子男性中發(fā)現(xiàn)了CYP7A單基因突變與伴有3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A (HMG-CoA)還原酶抑制劑抵抗的高膽固醇血癥的膽囊結(jié)石病人之間的聯(lián)系。在純合子中CYP7A基因的缺失突變會導(dǎo)致酶功能的喪失。膽固醇轉(zhuǎn)變成膽汁酸的限速酶即膽固醇7α-羥化酶活性下降時,膽固醇轉(zhuǎn)變成膽汁酸受阻,膽汁中膽固醇增加。CYP7A1對于調(diào)控膽汁酸和脂質(zhì)代謝有著重要作用。因此，CYP7A1可能影響膽固醇水平,從而導(dǎo)致膽固醇結(jié)石的發(fā)生[6]。Cheng等[7]發(fā)現(xiàn)，通過激活組成型雄甾烷受體可以提高CYP7A1的表達(dá)，加速膽固醇轉(zhuǎn)變?yōu)槟懼猁}，進(jìn)而降低膽囊結(jié)石的形成。

3.2 ABCB4基因 ABCB4基因的錯義突變是另一種類型的由單基因突變引起的膽囊結(jié)石病[8]，該種病病人由于膽汁中磷脂/膽汁酸鹽比很低，因而膽管中常形成膽固醇結(jié)石。此外，伴有ABCB4突變基因的孕婦更易出現(xiàn)肝內(nèi)膽汁淤積增加了孕期患膽囊結(jié)石的風(fēng)險[9]。

3.3 膽囊收縮素A受體(CCK-AR)基因 研究人員發(fā)現(xiàn)，在一些伴有膽囊結(jié)石病人中，CCK-AR基因剪接異常，導(dǎo)致該受體功能喪失[10]。CCK-AR在Oddi括約肌中的異常表達(dá)會使Oddi括約肌功能失調(diào)，從而導(dǎo)致膽總管壓力增高，更容易形成膽囊結(jié)石[11]。小鼠實(shí)驗(yàn)也證明CCK-AR可能參與膽囊結(jié)石的形成[12]。

3.4 ATP7B基因 Wilson病是由于ATP7B基因突變導(dǎo)致銅累積，進(jìn)而損害肝功能，增加溶血[13]。Wilson病病人的一個亞群有著形成膽囊膽紅素結(jié)石的高風(fēng)險[14]。

3.5 ABCB11基因 ABCB11基因編碼了膽小管膽汁鹽外向泵，對形成膽固醇結(jié)石晶體發(fā)揮了重要作用。ABCB11基因的突變基因與家族性肝內(nèi)膽汁郁積2型和良性復(fù)發(fā)性肝內(nèi)膽汁郁積有關(guān)。Stokes、Lammert[15]的研究表明，伴有ABCB11突變的膽石癥病人的普遍性與單基因膽石癥一致，支持ABCB11基因?yàn)槟懩医Y(jié)石的易感基因。

ABCB4基因突變會導(dǎo)致進(jìn)行性膽汁淤積性疾病，而ATP8B1和ABCB11基因突變會導(dǎo)致陣發(fā)性膽汁淤積，這些都可能誘導(dǎo)繼發(fā)性膽囊結(jié)石的形成。ABCB4與CYP7A的基因突變在人群中出現(xiàn)的比例很低，但是遺傳效應(yīng)很高，符合孟德爾遺傳定律。

上述基因影響了肝臟膽固醇代謝、肝小管脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)以及膽囊和小腸的運(yùn)動情況，但參與影響這些功能的基因遠(yuǎn)不止這些。盡管這些基因突變不能完全解釋絕大多數(shù)病人的膽囊結(jié)石形成的傾向性，但也為研究膽囊結(jié)石的病理生理提供了新的思路。

4 膽囊結(jié)石多基因遺傳傾向性及基因多態(tài)性研究

人類和小鼠模型研究已經(jīng)證實(shí)，多基因?qū)δ懝檀寄懩医Y(jié)石形成的傾向性起到重要的作用[16]。在絕大多數(shù)情況下，膽囊結(jié)石的形成是多種致石基因的多態(tài)性與多種環(huán)境因素的共同作用而產(chǎn)生的。

4.1 ABCG5/8基因 Buch等[17]利用全基因組關(guān)聯(lián)(GWA)的分析方法，對280名膽囊結(jié)石病人和360名對照組成員進(jìn)行了>500 000單核苷酸多態(tài)性(SNP)的研究，他們發(fā)現(xiàn)，在肝細(xì)胞小管膜上的固醇類轉(zhuǎn)運(yùn)體ABCG5/8的編碼變異體rs11887534 (D19H)是膽固醇膽囊結(jié)石發(fā)生的風(fēng)險因素。膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)體ABCG5/8的變異體也被證實(shí)是膽囊結(jié)石形成的遺傳決定性因素[18]。

4.2 APOE基因 APOE是構(gòu)成極低密度脂蛋白的主要蛋白及高密度脂蛋白的微量蛋白。APOE缺失或突變會導(dǎo)致Ⅲ型家族性高脂蛋白血癥(HLPⅢ)[19]。乳糜微粒、極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白殘余物清除受損會導(dǎo)致血漿膽固醇和三酰甘油水平升高。APOE的某些基因多態(tài)性與膽囊結(jié)石的形成相關(guān)。APOE有三種等位基因突變形式，ε2，ε3和ε4。ε2基因型在女性膽囊結(jié)石形成中起保護(hù)作用[20]。ε3基因型是最為常見的突變型[21]。ε4基因型是膽囊結(jié)石形成的遺傳風(fēng)險因素[22]。Shatwan等[23]研究了APOE的各亞型與血漿中脂蛋白含量的關(guān)系，證實(shí)了APOE亞型不同會導(dǎo)致血漿膽固醇含量不同，進(jìn)而對膽囊結(jié)石形成的風(fēng)險不同。

4.3 APOB基因 APOB是富含三酰甘油的脂蛋白顆粒的重要結(jié)構(gòu)組成部分，對哺乳動物膽固醇穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)起到了重要的作用。Rudzińska等[24]通過研究發(fā)現(xiàn)，載脂蛋白B的SNP與女性膽囊結(jié)石發(fā)病有關(guān)。Gong等[25]指出，膽石癥病人中APOB基因X+等位基因出現(xiàn)頻率明顯增加，同樣證明了APOB基因可能是膽囊結(jié)石的易感基因。

4.4 β3腎上腺素能受體(ADRB3)基因 腎上腺素能受體是一種高表達(dá)于脂肪組織的跨膜受體，被認(rèn)為與調(diào)節(jié)脂解作用有關(guān)。腎上腺素能受體同時高表達(dá)于膽囊組織，因此可能與膽囊收縮有關(guān)。Srivastava等[26]在研究中發(fā)現(xiàn)，膽石病組ADRB3-190等位基因頻率顯著高于非膽石病組。這一結(jié)果表明，ADRB3基因多態(tài)性與膽囊結(jié)石的形成有關(guān)。

4.5 黏蛋白(mucin) 黏蛋白，分為上皮型黏蛋白和分泌型黏蛋白。前者不形成凝膠，分布于上皮細(xì)胞表面，是膜蛋白的重要組成部分。后者由膽囊產(chǎn)黏蛋白細(xì)胞分泌，產(chǎn)生黏液凝膠，是一種促成核因子，在結(jié)石形成中起著重要作用。Yoo等[27]通過研究發(fā)現(xiàn)，在膽固醇結(jié)石病人組中，MUC3和MUC5B表達(dá)顯著增高，并且在這些組中MUC3和MUC5B的mRNA都有上調(diào)，從而證明了MUC3和MUC5B在膽囊組織的高表達(dá)與膽固醇結(jié)石形成有關(guān)。

5 數(shù)量性狀基因座(QTL)與致石基因的研究

傳統(tǒng)的遺傳圖譜方法只能研究單基因性狀，所以用這種方法定量研究多基因性狀是不合適的。因此，性狀的多種遺傳模式、遺傳異質(zhì)性和環(huán)境情況的變化使雙胞胎和家系的遺傳學(xué)研究受到了影響[28]。連鎖研究利用QTL分析，證明并確定了與膽囊結(jié)石易感性相關(guān)的基因組區(qū)域[29]。利用近交小鼠模型對膽囊結(jié)石的形成進(jìn)行遺傳學(xué)分析，可能會有利于人類發(fā)現(xiàn)致石基因，但這種方法卻不能對致石基因準(zhǔn)確定位。對遠(yuǎn)交小鼠開展的高密度SNP基因型分型與基于SNP的GWA研究，同樣適用于對人類的研究[30]。Joshi等[31]通過對GWA研究發(fā)現(xiàn)ABCG8的SNP遺傳位點(diǎn)rs4245791與膽囊結(jié)石發(fā)病相關(guān)。Rodriguez等[32]通過相似的研究方法發(fā)現(xiàn)了ABCG8的rs4953023、rs4299376遺傳位點(diǎn)多態(tài)性對膽囊結(jié)石的發(fā)生起到了獨(dú)立的作用。Wu等[33]通過SNP關(guān)聯(lián)研究得出膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NPC1L1(Niemann-Pick C1-Like 1)多態(tài)性與膽囊結(jié)石形成有關(guān)。

總之，膽囊結(jié)石的病因和病理過程是復(fù)雜的，包含多種因素的，遺傳因素和環(huán)境因素在其中起到了重要的作用。遺傳學(xué)分析和人類基因組研究的發(fā)展使得確定膽囊結(jié)石的獨(dú)立風(fēng)險因素成為了可能。GWA研究為發(fā)現(xiàn)影響膽囊結(jié)石的變異基因提供了最有效的途徑。個人的基因風(fēng)險數(shù)據(jù)可能會為膽囊結(jié)石的診斷及治療帶來新的突破。