高三酰甘油血癥性急性胰腺炎的基因?qū)W研究進展

楊鑫敏 黃偉,2

1四川大學華西醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科，成都 610041；2四川大學華西醫(yī)院臨床研究管理部生物樣本庫，成都 610041

【提要】 隨著生活水平的提高和飲食結(jié)構(gòu)的改變，高三酰甘油血癥性急性胰腺炎(hypertriglyceridemic acute pancreatitis，HTG-AP)的發(fā)病率逐年升高。HTG-AP患者具有年輕化、重癥化、預(yù)后差、易復(fù)發(fā)等特點，造成巨大的衛(wèi)生經(jīng)濟負擔。HTG-AP的發(fā)生機制尚不明確，基因多態(tài)性正受到越來越多的關(guān)注。已鑒定出的高三酰甘油血癥易感基因有LPL、APOC2、APOA5、LMF1、GPIHBP1和GPD1，胰腺炎易感基因有PRSS1、PRSS2、SPINK1、CTRC、CFTR、CASR、CLDN2、CPA1、CEL、CTRB和PNLIP。近年來，HTG-AP患者的基因檢測不斷發(fā)現(xiàn)新的易感基因和突變位點。遺傳基因異常、遺傳易感性與環(huán)境危險因素的相互作用影響HTG-AP的發(fā)生、病程和結(jié)局，基因評估正變得越來越重要，對分子機制、預(yù)后評估、藥物開發(fā)和基因治療具有重要指導意義。

AP是最常見的消化疾病之一[1]，重癥者常出現(xiàn)胰腺壞死、多器官功能障礙綜合征和膿毒血癥，病死率>30%[2-3]。AP的發(fā)病率逐年增高，病因以膽源性和酒精性為主[4-5]，近年來隨著我國人民生活水平的提高和飲食結(jié)構(gòu)的改變，中心性肥胖[6]和代謝綜合征[7]普遍存在，高三酰甘油血癥(hypertriglyceridemia，HTG)成為AP最重要的病因之一[8]，在新近的大型隊列中占1/3及以上的構(gòu)成比[9-12]。目前用于診斷高三酰甘油血癥性急性胰腺炎(hypertriglyceridemic acute pancreatitis，HTG-AP)的三酰甘油(triglyceride，TG)水平尚無統(tǒng)一標準[13]。東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院李維勤教授團隊[14]和南昌大學第一附屬醫(yī)院呂農(nóng)華教授團隊[15]以TG≥11.3 mmol/L作為診斷標準。四川大學華西醫(yī)院以入院24 h內(nèi)TG最高水平≥5.65 mmol/L作為診斷標準[11]，HTG-AP占比32.8%，而TG水平≥11.3 mmol/L占比22.2%。HTG-AP在病程上與其他病因?qū)е翧P相似，但患者呈年輕化、重癥化態(tài)勢，其持續(xù)性器官功能衰竭[11,16]、多器官功能衰竭[11,17]、胰腺壞死[11,18]、新發(fā)糖尿病[11]發(fā)生率及病死率[11,18]均高于非HTG-AP患者，約1/3的HTG-AP患者為復(fù)發(fā)性AP(recurrent AP，RAP)，部分進展為CP[18]。HTG-AP的基礎(chǔ)治療與其他病因相似，包括禁食、胃腸減壓、液體復(fù)蘇、止痛、營養(yǎng)支持等，急性期特異治療方案以迅速降低循環(huán)TG水平為主，包括血漿置換、胰島素、低分子肝素以及降脂藥物等的使用[19-20]。后續(xù)治療為病因特異性靶向治療，包括調(diào)整生活方式、應(yīng)用降脂藥物和基因治療等[19-20]。針對HTG-AP的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，TG水平升高與復(fù)發(fā)風險顯著相關(guān)[21-22]，患者應(yīng)在治愈后盡早監(jiān)測血脂并盡量維持其循環(huán)TG水平在5.65 mmol/L以下[23-24]。HTG-AP的發(fā)生機制尚不明確，越來越多的證據(jù)表明遺傳易感性、遺傳與環(huán)境的相互作用影響HTG-AP的臨床發(fā)病、病程和結(jié)局。隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，陸續(xù)有新的易感基因被報道，從基因多態(tài)性溯源，結(jié)合環(huán)境暴露進行風險分析，對HTG-AP的發(fā)生風險、預(yù)后評估、改進治療、早期干預(yù)和預(yù)防復(fù)發(fā)將具有重要臨床指導意義。

一、HTG的流行病學、分類及分子機制

HTG是常見臨床綜合征，主要表現(xiàn)為血TG水平超過正常值1.7 mmol/L，成人患病率為10%～20%[25-26]，我國數(shù)據(jù)為20%～40%[27]。輕度到中度的HTG是動脈粥樣硬化性心血管疾病的主要危險因素[28]，重度HTG增加AP的發(fā)病風險[25]。重度HTG的定義在不同的指南之間有一定差異，中國和美國的指南均以11.3 mmol/L為閾值，而歐洲指南為10 mmol/L[25,29]。傳統(tǒng)的Fredrickson分類(即WHO分類)根據(jù)脂蛋白定量分析將高脂蛋白血癥(hyperlipoproteinemia，HLP)分為6型(1型、2A型、2B型、3型、4型和5型)。而臨床醫(yī)師更傾向于根據(jù)脂質(zhì)異常類型分類，分為高膽固醇血癥、HTG和混合型高脂血癥，并進一步根據(jù)病因?qū)TG分為原發(fā)性和繼發(fā)性[29]。原發(fā)性為原因不明或遺傳所致，繼發(fā)性的病因主要包括肥胖、糖尿病、大量飲酒和藥物(雌激素、第二代抗精神病藥、抗抑郁藥、異維甲酸、羅格列酮、類固醇、噻嗪類、β受體阻滯劑等)[29]。

HTG的發(fā)生與TG代謝密切相關(guān)，即TG合成異常、降解障礙或兩者兼有，反映了TG利用和供應(yīng)之間的不平衡。小腸黏膜上皮細胞吸收食物中脂肪合成TG，并組裝成富含TG的乳糜微粒(chylomicrons，CMs)經(jīng)淋巴入血，即外源性TG；肝臟以游離脂肪酸為原料合成TG，并組裝成極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)入血，即內(nèi)源性TG；CMs和VLDL統(tǒng)稱富含三酰甘油的脂蛋白(triglyceride-rich lipoprotein，TRL)[30]。血中TG是機體恒定的能量來源，在脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase，LPL)作用下分解為游離脂肪酸供機體利用供能和進入脂肪細胞合成TG儲存。LPL作為脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵酶(圖1)，在實質(zhì)細胞中以非活性的單體形式合成，在特定分子伴侶脂肪酶成熟因子1(lipase maturation factor 1，LMF1)的作用下形成有活性的二聚體形式，后者通過糖基磷脂酰肌醇錨定高密度脂蛋白結(jié)合蛋白1(glycosylphosphatidylinositol-anchored high density lipoprotein-binding protein 1，GPIHBP1)結(jié)合到血管內(nèi)皮細胞表面，形成TRL的“結(jié)合脂解位點”。此外，LPL發(fā)揮正常的水解作用還需載脂蛋白(apolipoprotein, APO)A5穩(wěn)定該“結(jié)合脂解位點”結(jié)構(gòu)，以及特定的輔助因子APOC2進行活化[31]。另一方面，LPL二聚體不穩(wěn)定，可自發(fā)或通過與血管生成素樣蛋白3(angiopoietin-like protein 3，ANGPTL3)相互作用而解離成非活性單體。LPL還受到APOC3的抑制，后者與LPL競爭脂蛋白表面的空間[31]。在糖異生過程中，3-磷酸甘油脫氫酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase，GPD1)催化三磷酸甘油(glycerol-3-phosphate，G3P)到二羥基磷酸丙酮(dihydroxyacetone phosphate，DHAP)，而G3P是TG合成的重要底物。

二、HTG的基因背景及易感基因

基因檢測被廣泛用于鑒定HTG的基因變異，包括Sanger測序(Sanger sequencing)、第二代測序(next-generation sequencing，NGS)、全外顯子組測序(whole exome sequencing，WES)、全基因組測序(whole genome sequencing， WGS)、基因分型(genotyping)和多基因風險評分(polygenic risk score，PRS)[32-33]。全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association studies，GWAS)是在全基因組范圍內(nèi)找出存在的序列變異，即單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)，也被用于HTG遺傳位點的分析[34-38]。以基因為中心的GWAS的薈萃分析進一步擴展和闡明不同形式的HTG遺傳基礎(chǔ)，標志著HTG的基因?qū)W研究已經(jīng)進入后GWAS時代[38-40]。環(huán)境暴露因素，如吸煙、酗酒等，和基因在HTG的相互作用也被證實[41-42]。

總的來說，HTG表型受多種基因變異(常見和罕見)累積以及繼發(fā)性因素的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)控[29,43]。具體來說，重度HTG，特別是發(fā)生在兒童和青少年階段，更可能與單基因變異相關(guān)；而輕度至中度的HTG則更有可能以多基因變異為基礎(chǔ)，并與繼發(fā)性因素相關(guān)。家族性乳糜微粒血癥綜合征(familial chylomicronemia syndrome, FCS；HLP 1型)，又稱LPL缺乏癥，即單基因變異，表現(xiàn)為罕見的典型常染色體隱性遺傳，人群患病率為1～10/100萬，即其基因通常是純合或復(fù)合雜合的，由6個調(diào)節(jié)TRL分解代謝的基因(LPL、APOC2、APOA5、LMF1、GPIHBP1和GPD1)發(fā)生大范圍的導致嚴重功能缺失的突變引起，其中LPL缺失占80%的病例。但是傳統(tǒng)的家族性HTG不再被認為是單基因變異，而表現(xiàn)為多基因變異的累積效應(yīng)。大部分重度HTG具有復(fù)雜的多基因易感性，盡管沒有表現(xiàn)為上述影響顯著的單基因變異引起的孟德爾遺傳，但往往在家族中聚集。其基因基礎(chǔ)除了上述6個典型FCS基因中具有大效應(yīng)的罕見雜合變異外，還包括具有小效應(yīng)的常見變異的累積作用。常見的輕度至中度HTG也是典型的多基因型，由30多個基因中常見和罕見變異的累積負擔引起。然而，致病突變的雜合攜帶者具有非常廣泛的TG表型，從正常水平到嚴重HTG，可能是由于不同數(shù)量的常見變異的隨機共遺傳，這種復(fù)雜的多基因易感性可通過PRS量化。

注：LPL為脂蛋白脂肪酶；LMF1為脂肪酶成熟因子1；GPIHBP1為糖基磷脂酰肌醇錨定高密度脂蛋白結(jié)合蛋白1；APOA5為載脂蛋白A5；APOC2為載脂蛋白C2；ANGPTL3為血管生成素樣蛋白3；APOC3為載脂蛋白C3；TRL為富含三酰甘油的脂蛋白； GPD1為3-磷酸甘油脫氫酶；G3P為三磷酸甘油；DHAP為二羥基磷酸丙酮；TG為三酰甘油

圖1 三酰甘油代謝示意圖

HTG的繼發(fā)性因素，如肥胖、糖尿病等，可進一步促使重度HTG的發(fā)生。值得注意的是，某些繼發(fā)性因素除了本身引起HTG發(fā)生以外，常與多基因易感性相互作用，最終導致的HTG表型與潛在遺傳風險因素的累積效應(yīng)和繼發(fā)性因素的強度有關(guān)。

三、基因組學在HTG-AP中的應(yīng)用

基因突變也是驅(qū)動AP、RAP和CP在自然病程上形成一種疾病連續(xù)狀態(tài)的重要因素。2012年Whitcomb等[44]開展了第一個CP的GWAS研究，報道了酒精性和特發(fā)性CP風險增加的常見基因突變之后，針對特殊人群CP的GWAS研究也有陸續(xù)報道[45-48]。CP基因研究表明，大多數(shù)風險基因編碼消化蛋白酶、胰蛋白酶抑制劑以及其他在胰腺高表達的蛋白質(zhì)，主要有絲氨酸蛋白酶1(serine protease 1，PRSS1)、絲氨酸肽酶抑制因子Kazal型1(serine protease inhibitor kazal-type 1，SPINK1)、糜蛋白酶C(chymotrypsin C，CTRC)和囊性纖維跨膜轉(zhuǎn)導調(diào)節(jié)子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)。功能學研究根據(jù)CP發(fā)生發(fā)展的病理通路進一步將各種基因變異分類(圖2)，其中PRSS1、SPINK1和CTRC與胰蛋白酶依賴通路相關(guān)，PRSS1、胰腺脂肪酶(pancreatic lipase，PNLIP)、羧肽酶A1(carboxypeptidase A1，CPA1)和羧基酯脂肪酶(carboxylester lipase，CEL)與蛋白錯誤折疊依賴通路相關(guān)，CFTR、鈣敏感受體(calcium sensing receptor，CASR)和緊密連接蛋白2(claudin 2，CLDN2)與導管相關(guān)途徑有關(guān)[49-50]。海軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院李兆申、廖專教授團隊的一系列研究證實遺傳因素與CP密切相關(guān)，并發(fā)現(xiàn)中西方人群變異類型差異較大[51-58]。SPINK1是中國CP的主要致病基因，約占60%，其中c.194+2T>C突變顯著增加CP患病風險，該突變在亞洲人群和特發(fā)性CP患者中作用更為顯著[51-53]。他們進一步在動物模型證實攜帶該突變的純合小鼠致死，而雜合小鼠發(fā)生自發(fā)性CP[59]。此外，他們在亞洲人群中并未發(fā)現(xiàn)歐洲人群中的CEL-HYB1等位基因而是存在一種新類型(CEL-HYB2)[54]，且德國人群中的CPA1功能缺失型突變和歐洲人群中CTRBl-CTRB2基因倒置變異在我國人群無顯著差異[55-56]。該團隊新進發(fā)現(xiàn)鈣信號通路相關(guān)瞬時受體電位陽離子通道蛋白Ⅴ型亞家族成員6(transient receptor potential cation channel，subfamily Ⅴ，member 6；TRPV6)突變與CP易感性相關(guān)[58]。此外，炎癥(白介素、腫瘤壞死因子、Toll樣受體等)、氧化應(yīng)激(環(huán)氧化酶、血紅素加氧酶等)、凋亡(含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶等)、血管生成、緊密連接等相關(guān)的修飾基因也參與CP發(fā)生發(fā)展的調(diào)控。

注：PRSS1為絲氨酸蛋白酶1；PRSS2為絲氨酸蛋白酶2；CTRC為糜蛋白酶C；SPINK1為絲氨酸肽酶抑制因子Kazal型1；Ca2+為鈣離子；CASR為鈣敏感受體；H2O為水；Na+為鈉離子；CLDN2為緊密連接蛋白2；Cl-為氯離子；HCO3-為碳酸氫根離子；CFTR為囊性纖維跨膜轉(zhuǎn)導調(diào)節(jié)子；CPA1為羧肽酶A1；CEL為羧基酯脂肪酶

圖2 胰腺炎風險基因及相關(guān)病理通路

隨著研究的進一步深入，流行病學研究發(fā)現(xiàn)重度HTG可以在無其他因素并存時發(fā)生HTG-AP，罕見的FCS患者發(fā)生HTG-AP的風險最高；HTG-AP通常發(fā)生在TG異常且伴有其他繼發(fā)性HTG病因的患者中，如肥胖、糖尿病等；大部分AP患者的TG水平相對較低，還存在其他能導致HTG、也可能直接導致HTG-AP的因素，如飲酒、膽結(jié)石疾病或某些藥物治療。在病理生理學上，雖然“脂毒性”和“微循環(huán)障礙”理論在一定程度上說明了HTG-AP的發(fā)生機制，但仍有一定的局限性，導致針對性預(yù)防及治療難有突破性進展。與此同時，基因多態(tài)性在HTG-AP中的致病作用日漸顯著。中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院李建軍教授團隊[60]檢測了103例原發(fā)性重度HTG患者和46例配對健康人群的15個TG相關(guān)的基因序列，并進一步納入AP病史進行分析，發(fā)現(xiàn)重度HTG患者罕見基因變異檢出率顯著增高，且具有AP病史的患者LPL基因及所有LPL調(diào)控基因罕見變型頻率較高。國立臺灣大學醫(yī)學院翁昭旼教授團隊[61]對46例HTG-AP患者和80例HTG患者的基因檢測分析發(fā)現(xiàn)，CFTR突變及腫瘤壞死因子啟動子多態(tài)性和HTG-AP發(fā)生相關(guān)。東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院李維勤教授團隊[62-64]對HTG-AP患者進行測序發(fā)現(xiàn)了LMF1、LPL基因新的突變位點。載脂蛋白E等位基因多態(tài)性也被報道與HTG-AP相關(guān)[65]?？偟膩碚f，HTG-AP的基因?qū)W現(xiàn)狀有如下幾點：(1)基因?qū)W的研究報道以個案報告為主，人群隊列研究較少，目前尚無針對HTG-AP的GWAS研究。(2)研究報道的HTG致病基因和新突變位點明顯多于AP基因；修飾基因及其功能在HTG-AP發(fā)生中有一定作用。(3)基因多態(tài)性和環(huán)境暴露因素存在相互作用。

已經(jīng)鑒定出的HTG和胰腺炎相關(guān)基因為探討HTG-AP發(fā)生機制提供了分子基礎(chǔ)，有助于提高對其病理生理學的理解，進而開發(fā)新的更有效的藥物治療或管理策略。Wang等[66]運用具有重度HTG表型的Lpl基因缺陷小鼠，發(fā)現(xiàn)其對于雨蛙素誘導的急性壞死性胰腺炎小鼠具有更強的易感性，在其他研究中也得到了一致結(jié)果[67-69]。Liu等[70]和Wu等[71]分別運用ApoC3過表達小鼠誘導AP模型，發(fā)現(xiàn)其較野生型小鼠具有更嚴重的胰腺病理損傷和腎損傷。Yang等[72]運用Gpihbp1基因敲除小鼠發(fā)現(xiàn)HTG延遲了雨蛙素誘導AP模型的胰腺損傷恢復(fù)和胰腺再生，且早期使用降脂藥物非諾貝特具有改善作用。Zhang等[73]聯(lián)合運用Gpihbp1基因敲除小鼠和ApoC3過表達小鼠，發(fā)現(xiàn)前者的TRL顆粒更大，并與HTG-AP的嚴重程度相關(guān)。越來越多的基因模型被用于HTG-AP研究，將為明確其病理機制并發(fā)現(xiàn)潛在的治療靶點提供更多的思路和證據(jù)。

另一方面，HTG基因治療已經(jīng)邁出重要一步。阿利潑金(alipogene tiparvovec)是歐洲首個被推薦上市的基因治療藥物，通過肌肉注射攜帶LPL的腺病毒介導局部LPL表達，已被批準用于FCS的治療[74]。其他基因治療HTG新療法，如微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑洛美他派(lomitapide)、靶向APOB的米泊美生(mipomersen)、針對APOC3和ANGPTL的生物制劑，也在相繼開發(fā)中[75-77]。

四、對HTG-AP基因組學研究的思考及展望

對于臨床疾病治療和管理而言，盡管有研究認為脂質(zhì)水平本身就足以指導臨床實踐，但是一個明確的基因診斷可以協(xié)助醫(yī)師針對個別患者提供個性化管理，針對單基因型突變提供新治療手段，以及減少治療延誤，早期預(yù)防延遲并發(fā)癥。對于個體而言，遺傳風險信息也可能有助于提高依從性，加強患者對疾病的認識，允許提前規(guī)劃，在心理及情緒準備方面也有一定作用。對家庭成員也有影響，可幫助評估計劃生育潛在風險。然而，基因檢測實際上面臨諸多困境，如檢測的假陰性和假陽性、倫理問題、費用昂貴和缺乏相關(guān)政策等。盡管如此，筆者仍然建議對合適的HTG-AP患者行基因檢測。例如對遺傳風險評分較高的HTG-AP患者家庭，可對已知的致病基因進行測序，以鑒定這些位點與HTG-AP相關(guān)的所有變異；對遺傳風險評分較低的HTG-AP患者家庭，可在WES和WGS水平進行測序，以確定新的變異位點。操作要點如下：(1)對所有AP病例，哪怕已有其他明顯病因，都應(yīng)檢測血脂水平，并盡可能檢測APO水平。(2)詢問并整體評估HTG-AP患者的既往史、家族史、個人史特別是生活方式，以獲得更多遺傳和環(huán)境危險暴露因素相關(guān)信息。(3)目前尚無統(tǒng)一的對HTG-AP患者及家庭成員行基因檢測的指征，推薦指征為：早期發(fā)病、無其他明顯繼發(fā)性病因、明確家族史、臨床表現(xiàn)異常嚴重、其他高脂血癥綜合征表現(xiàn)，有助于申請新藥、改變治療策略、早期提供干預(yù)指導以及患者要求等。(4)對于HTG-AP基因檢測獲取的信息，可與WES和WGS測序研究整合，有助于發(fā)現(xiàn)新的候選基因。

綜上所述，基因?qū)W研究增加了HTG-AP患者進行精準醫(yī)療的可能，臨床醫(yī)師可根據(jù)個體基因組成和分子表型進行評估、診斷和治療。表觀遺傳學整合基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學和臨床表型數(shù)據(jù)，可能為HTG-AP等復(fù)雜性疾病提供新的研究方向和診治策略。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突