基因突變致膽汁酸代謝異常相關(guān)發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

易 波， 李 雪， 湯善宏

1 成都醫(yī)學(xué)院， 成都 610500； 2 中國(guó)人民解放軍西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 消化內(nèi)科， 成都 610083；3 成都中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院， 成都 610072

膽汁酸具有促進(jìn)脂肪消化吸收、防止膽道結(jié)石形成、增加膽汁排泄等多種生物功能。而膽汁酸代謝過程包括合成、攝取轉(zhuǎn)運(yùn)、加工、排泄和腸肝循環(huán)等，在維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用。膽汁酸代謝異常是由于上述某一過程紊亂導(dǎo)致的病理狀態(tài)，可引起肝內(nèi)和全身膽汁酸淤積，并伴隨肝實(shí)質(zhì)毒性、炎癥反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而進(jìn)展為肝硬化[1]。有研究[2]報(bào)道，機(jī)體晝夜節(jié)律紊亂可導(dǎo)致膽汁酸池和成分的改變，從而增加膽汁酸異常代謝風(fēng)險(xiǎn)。需要明確的是，膽汁酸代謝異常所致的高膽汁酸血癥并不一定會(huì)發(fā)展為膽汁淤積，但膽汁淤積常伴有血清膽汁酸升高。

1 膽汁酸代謝基本過程

在肝臟中，脂溶性膽固醇轉(zhuǎn)化為水溶性膽汁酸的過程繁雜，需要一系列酶參與。由于引發(fā)膽汁酸合成的起始酶不同，膽汁酸在肝臟中的合成途徑可分為經(jīng)典途徑和替代途徑 (CYP7A1啟動(dòng)經(jīng)典途徑，CYP27A1啟動(dòng)替代途徑)，通過經(jīng)典途徑合成的膽汁酸約占80%，但替代途徑在人體膽汁酸合成中亦不可或缺。經(jīng)典途徑合成膽汁酸主要受CYP7A1調(diào)節(jié)，該酶是膽汁酸合成中唯一的限速酶。在新生兒階段，由于不表達(dá)CYP7A1，故由替代途徑合成膽汁酸。哺乳期結(jié)束后，CYP7A1開始表達(dá)，繼而經(jīng)典途徑成為成年人膽汁酸合成的主要途徑。在成年男性中，CYP7A1基因的突變僅引起輕度高膽固醇血癥和膽結(jié)石病，也證實(shí)了由CYP7A1啟動(dòng)的經(jīng)典途徑有缺陷時(shí)，替代途徑被激活而產(chǎn)生膽汁酸[3]。已有研究[4]證實(shí)，替代途徑的激活對(duì)糖脂代謝有益，但這兩種途徑失衡是否會(huì)導(dǎo)致反復(fù)的膽道泥沙樣結(jié)石，仍需繼續(xù)深入探究。

膽汁酸循環(huán)過程大致分為：膽鹽輸出泵(bile salt export pump, BSEP)通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)將膽汁酸轉(zhuǎn)送到膽管；部分膽汁酸在小腸和結(jié)腸被動(dòng)重吸收，回腸末端的頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(apical sodium-dependent bile acid transporter, ASBT)則主動(dòng)重吸收膽汁酸。隨后，回腸上皮細(xì)胞基底外側(cè)膜表達(dá)的異聚有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白α/β(organic solute transporter, OSTα/β)等將腸黏膜細(xì)胞中膽汁酸泵入腸系膜靜脈系統(tǒng)；最后，膽汁酸經(jīng)門靜脈回流至肝竇附近，通過肝細(xì)胞膜鈉/牛膽酸共轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(sodium/taurocholic acid cotransport polypeptide, NTCP)和有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(organic anion transporting polypeptide, OATP)重新進(jìn)入肝細(xì)胞(圖1)，上述過程中大多數(shù)依賴轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，故對(duì)蛋白功能、氧氣及能量均有一定要求[5]。因此可見，在膽汁酸合成或腸肝循環(huán)過程中，如果某一個(gè)編碼合成酶或轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白的基因發(fā)生突變，都將會(huì)導(dǎo)致膽汁酸代謝異常。

2 不同部位基因突變對(duì)膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.1 肝細(xì)胞膽管側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白異常

2.1.1 BSEP功能缺陷 由ABCB11編碼的BSEP是膽汁酸的主要轉(zhuǎn)運(yùn)體，BSEP的功能障礙將直接導(dǎo)致膽汁酸代謝異常。Ulzurrun等[6]研究結(jié)果顯示，在藥物性肝損傷(DILI)中ABCB11 pVa-l444Ala的純合子更常見，這表明ABCB11可能與DILI易感性存在關(guān)聯(lián)。但Nayagam等[7]研究發(fā)現(xiàn)，ABCB11突變的患者其BSEP初始水平可能已經(jīng)低于正常健康人群，但不足以引起膽汁酸代謝異常；僅當(dāng)BSEP水平下降到正常水平25%此閾值以下時(shí)，導(dǎo)致膽汁酸代謝異常。此外，該研究指出，在BSEP抑制率<50%的藥物中，純合子ABCB11 pVa-l444Ala變異與DILI風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)(P=0.01)。

目前已報(bào)道的與ABCB11突變相關(guān)的疾病包括DILI、進(jìn)行性家族性肝內(nèi)膽汁淤積癥2 型(progressive familial intrahepatic cholestasis, PFIC2)、良性復(fù)發(fā)性肝內(nèi)膽汁淤積癥2型(benign recurrent intrahepatic cholestasis, BRIC2)以及妊娠期肝內(nèi)膽汁淤積癥(intrahepatic cholestasis during pregnancy, ICP)等。上述幾種與BSEP/ABCB11相關(guān)的膽汁酸代謝異常發(fā)病機(jī)制相似，不同點(diǎn)在于誘發(fā)因素和BSEP功能異常程度。因此，對(duì)存在ABCB11變異的人群應(yīng)慎用BSEP抑制藥物。

值得注意的是，某些遺傳性膽汁淤積癥不僅僅與一種基因突變相關(guān)，如ICP還與ATP8B1、ABCB11的雜合變異有關(guān)。

2.1.2 多藥耐藥蛋白3(multi-drug resistance protein, MDR3)/家族性肝內(nèi)膽汁淤積癥1型(familial intrahepatic cholestasis 1, FIC1)功能缺陷 肝細(xì)胞膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)至膽管腔過程中，MDR3也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。MDR3主要在肝細(xì)胞的小管膜上表達(dá)并充當(dāng)磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由ABCB4編碼。它的功能主要是將肝細(xì)胞內(nèi)的磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)到膽管腔，與膽汁酸混合后降低對(duì)膽管細(xì)胞毒性作用[8]。除此之外，在膽汁酸分泌過程中，由ATP8B1編碼的FIC1將磷脂酰絲氨酸從肝細(xì)胞外翻轉(zhuǎn)到胞內(nèi)，這對(duì)抵抗高濃度的膽鹽具有重要意義。因此，ABCB4/ATP8B1突變可導(dǎo)致膽汁酸對(duì)膽管細(xì)胞損害加重。目前有研究[7]表明，DILI、PFIC3、慢性肝病、ICP和低磷脂相關(guān)膽汁淤積癥均與ABCB4或ATP8B1突變相關(guān)。

FIC1、BSEP和MDR3為膽汁排泄所必需的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，因此這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的遺傳變異是多數(shù)膽汁淤積性肝病的基礎(chǔ)[9]。如PFIC是一組異質(zhì)性的常染色體隱性遺傳病，膽汁酸合成和運(yùn)輸缺陷為其特征，常發(fā)展為肝硬化。該病的3種經(jīng)典表型PFIC1、PFIC2和PFIC3分別由ATP8B1、ABCB11和ABCB4突變導(dǎo)致。

2.2 回腸末端膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)異常

2.2.1 ASBT缺陷 回腸末端對(duì)膽汁酸的重吸收主要由ASBT介導(dǎo)，此外還通過腸上皮細(xì)胞基底外側(cè)OSTα/β泵入門靜脈系統(tǒng)[10]。由第十溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族第二成員基因(SLC10A2)編碼的ASBT在膽汁酸主動(dòng)重吸收過程中起著關(guān)鍵作用。

異常的ASBT表達(dá)和功能可能導(dǎo)致部分與膽汁酸腸肝循環(huán)和膽固醇穩(wěn)態(tài)失調(diào)相關(guān)的疾病，如腹瀉和膽結(jié)石[11]。同時(shí)，van de Peppel等[12]也指出ASBT缺陷的影響是多方面的，包括腸道脂質(zhì)吸收不良、肝臟膽固醇分解增加、胰高血糖素樣肽-1分泌增加和膽汁酸池/成分的改變。已有研究[13]表明，ASBT功能缺陷與常見膽汁淤積性疾病均存在聯(lián)系，如PFIC1、原發(fā)性硬化性肝硬化(PSC)、ICP。

2.2.2 OSTα/β缺陷 OSTα/β是一種位于肝、腸和腎上皮細(xì)胞基底外側(cè)膜上的雙向異聚體轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，分別由SLC51A/SLC51B編碼，其在維持膽汁酸和其他類固醇激素的穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[14]。已有研究[15-16]報(bào)道，OSTα/β在非酒精性脂肪性肝炎、肝外膽汁淤積癥、阻塞性膽汁淤積癥和原發(fā)性膽汁性膽管炎(PBC)患者中上調(diào)，且還與DILI存在關(guān)聯(lián)。小鼠實(shí)驗(yàn)[10]表明，OSTα/β失活對(duì)腸道有多種負(fù)面影響，包括膽汁酸積聚和氧化應(yīng)激對(duì)腸道損傷。因此，OSTα/β缺陷與部分臨床肝病存在一定相關(guān)性，但就目前在遺傳領(lǐng)域關(guān)于OSTα/β缺陷與疾病聯(lián)系知之甚少。Gao等[17]報(bào)道了1例患有膽汁淤積、肝酶升高和先天性腹瀉的病例，該患者SLC51A存在純合突變。Sultan等[18]也報(bào)道了1例SLC51B純合突變的病例，患者為兩兄弟，均表現(xiàn)為慢性腹瀉、膽汁淤積性肝病的特征，并合并較重的脂溶性維生素缺乏癥。此外，Beaudoin等[16]通過COS細(xì)胞(用于病毒和轉(zhuǎn)染研究)的體外實(shí)驗(yàn)表明，與沒有SLC51B突變的 OSTα/β細(xì)胞相比，含有SLC51B突變的OSTα和OSTβ亞基均缺乏蛋白質(zhì)表達(dá)，并且?；悄懰釘z取顯著降低。這些結(jié)果均表明，基因突變引起的OSTα/β缺陷與膽汁淤積存在一定聯(lián)系。

圖1 膽汁酸合成、代謝及治療靶點(diǎn)示意圖Figure 1 Schematic diagram of bile acid synthesis, metabolism and therapeutic target

理論上，ASBT和OSTα/β的異常表達(dá)可能導(dǎo)致膽汁酸在回腸細(xì)胞或膽道和腎近端小管的膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)上皮細(xì)胞中積累并損傷上皮細(xì)胞[19]。因此，SLC10A2或SLC51A/SLC51B突變導(dǎo)致膽汁酸代謝異?？赡艹蔀槟承┠懼俜e性肝病的基礎(chǔ)。但是，目前關(guān)于基因突變導(dǎo)致的ASBT和OSTα/β功能缺陷與膽汁淤積疾病之間的關(guān)系尚不明確，OSTα/β可能是ASBT缺陷時(shí)的一種代償通路?；虻狞c(diǎn)位突變與蛋白整合機(jī)制仍需進(jìn)一步深入探究。

2.3 肝竇處肝細(xì)胞膜膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)異常 溶質(zhì)載體10A1基因(SLC10A1)編碼的NTCP也是膽汁酸循環(huán)的必需轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。NTCP是一種主要在肝細(xì)胞基底外側(cè)膜表達(dá)的多跨膜糖蛋白，將結(jié)合膽汁酸從門靜脈轉(zhuǎn)運(yùn)到肝細(xì)胞，并維持體內(nèi)膽汁酸的穩(wěn)態(tài)[20]?，F(xiàn)有研究[21]認(rèn)為，編碼NTCP的基因突變并不影響體內(nèi)膽鹽平衡，因?yàn)镹TCP轉(zhuǎn)運(yùn)功能受損時(shí)，在肝細(xì)胞基底膜上表達(dá)的OATP能在一定程度上代償膽汁酸攝取。然而，此觀點(diǎn)仍備受爭(zhēng)議。Vaz等[22]報(bào)道了首例NTCP功能缺陷導(dǎo)致的高膽汁酸血癥，患者血清膽紅素水平正常，膽汁酸合成及其他轉(zhuǎn)運(yùn)過程均正常，但目前已報(bào)道的大多數(shù)病例為隱匿性[23-24]。除此之外，Mao等[25]研究表明，隨著時(shí)間的推移膽汁酸水平會(huì)下降，并且下降水平與膽汁硫酸化增加存在關(guān)聯(lián)，這也證實(shí)了膽汁硫酸化可能導(dǎo)致膽汁酸水平的變化。綜上，NTCP缺陷雖能引起膽汁酸異常，但其與膽汁淤積性疾病的關(guān)聯(lián)性尚未明確，這與其中可能存在一些代償機(jī)制有關(guān)。

有研究[26-27]推測(cè)，NTCP缺陷會(huì)導(dǎo)致 OATP工作負(fù)荷過量，抑制其攝取膽紅素的功能，從而導(dǎo)致高膽紅素血癥。本課題組[28]報(bào)道了1例Rotor綜合征患者，考慮存在OATP缺陷可能，遺憾的是，限于當(dāng)時(shí)條件，該病例未完成基因檢測(cè)。SLC10A1突變可造成NTCP功能缺陷，但整個(gè)臨床譜和基因型-表型的相關(guān)性仍未明確，雖然NTCP功能缺陷臨床預(yù)后進(jìn)展一般是良性，但長(zhǎng)期預(yù)后情況尚不清楚。NTCP缺陷應(yīng)被視為以下臨床情況的鑒別診斷：不明原因的發(fā)育不良、無黃疸性膽汁淤積、胎兒死亡或與高膽堿血癥相關(guān)的無法解釋的肝臟組織學(xué)異常[29]。

除此之外，HLA基因簇與PBC、PSC及特定的DILI也存在一定聯(lián)系[30-33]。王美娟等[34]發(fā)現(xiàn)，ABCB11、SLC25A13、HSD3B7、AKR1D1、NPC1和CFTR突變與先天性肝內(nèi)膽汁淤積存在聯(lián)系。同時(shí)TJP2、NR1H4、MYO5B突變也已被定義為PFIC4、PFIC5和PFIC6[35]?；蛲蛔兣c膽汁淤積的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，不僅包含上述所提及的基因，這為今后臨床研究帶來了部分挑戰(zhàn)，也為疾病診治提供了新思路。

3 基因突變所致膽汁酸代謝異常相關(guān)治療

長(zhǎng)期膽汁酸代謝異常會(huì)導(dǎo)致膽汁淤積性肝病。相反，慢性膽汁淤積性肝病又影響膽汁的代謝，這種惡性循環(huán)若不及時(shí)干預(yù)，將導(dǎo)致細(xì)胞毒性嗜膽菌的聚集、膽汁纖維化、肝硬化和終末期肝病[36]。目前對(duì)基因突變所致的膽汁酸代謝異常治療已有部分研究。

3.1 一般治療 熊去氧膽酸(UDCA)、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白激動(dòng)劑/抑制劑 UDCA是一種無毒性的親水膽酸，可以抵消疏水性膽酸的毒性作用[37]。目前認(rèn)為UDCA對(duì)于PBC、PSC、ICP、囊性纖維化、PFIC、BRIC及DILI都有較好的反應(yīng)性。歐洲肝病學(xué)會(huì)指南[38]指出，低磷脂相關(guān)膽汁淤積癥患者可能會(huì)從預(yù)防性 UDCA 治療(15 mg·kg-1·d-1)中獲益，這可能與預(yù)防結(jié)石的發(fā)生和復(fù)發(fā)有關(guān)。Bicocca等[39]也表示盡管 UDCA 減少 ICP 患者死產(chǎn)的益處尚未得到證實(shí)，但在當(dāng)前指南中仍建議使用 UDCA 作為 ICP的一線治療藥物。此外，順式維甲酸通過提高M(jìn)DR3的表達(dá)可改善膽汁淤積小鼠模型血清肝酶水平，并減輕膽總管結(jié)扎小鼠的肝細(xì)胞壞死[40]。在膽總管結(jié)扎致膽汁淤積的動(dòng)物模型研究[41]中也發(fā)現(xiàn)維甲酸和UDCA聯(lián)合治療能夠改善肝纖維化程度。值得一提的是，Baghdasaryan等[42]提出的ASBT抑制劑可能是膽甾醇性肝病治療的一個(gè)重要靶點(diǎn)，為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性藥物的應(yīng)用提供了一個(gè)有效的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

當(dāng)前，如何安全有效的使用BSEP、ASBT、NTCP抑制劑/激動(dòng)劑已成為基因靶向治療的熱點(diǎn)話題，研究者們也在該領(lǐng)域進(jìn)行不斷地探究。因此，在基因突變引起的膽汁淤積患者中，改變受影響的轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白活性將會(huì)是一個(gè)富有前景的治療方式。

3.2 基因治療 基因治療是將正常的外源基因?qū)塍w內(nèi)靶細(xì)胞，進(jìn)而治療基因異常或缺陷引起的疾病。相較于普通藥物治療而言，基因治療是一種“質(zhì)”的治療，因?yàn)樗鼜脑搭^上解決了問題，而普通藥物只達(dá)到了臨床改善疾病癥狀。但上述轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因治療位點(diǎn)鮮有報(bào)道。有研究[43-44]發(fā)現(xiàn)miR-506、miR-21可能是膽汁淤積性肝病治療的潛在靶點(diǎn)。Bosma等[45]研究中也詳細(xì)闡述了腺相關(guān)病毒載體介導(dǎo)的基因治療對(duì)所有類型 PFIC 的臨床可行性。雖然這些研究目前看來缺乏可行性，但為將來提供了新的診療思路。

綜上，這些研究提供了一種新的潛在治療基因遺傳所致膽汁淤積癥的方法，盡管目前一些藥物、膽道分流/引流術(shù)能夠在一定程度上減輕膽汁淤積，但傳統(tǒng)方法未能從根本上解除膽汁淤積，故當(dāng)前迫切需要探索基因?qū)用娴闹委煼椒ā?/p>

4 總結(jié)與展望

基因遺傳與疾病息息相關(guān)。近年來，基因診治也成為炙手可熱的研究領(lǐng)域，這不僅僅局限于基因突變對(duì)膽汁酸代謝的影響，還包括基因突變與臨床各二級(jí)學(xué)科之間的聯(lián)系。目前在DILI、PFIC、PBC等疾病中均探討了基因突變所帶來的影響，且某些疾病并不是由單一基因突變所引起的，這為從基因?qū)用嫣骄磕懼俜e的發(fā)生機(jī)制提供了新思路，也為今后膽汁酸代謝異常疾病的診治提供了理論基礎(chǔ)。

目前尚不清楚哪些基因突變會(huì)導(dǎo)致膽汁酸代謝異常的易感性增加，也不能斷定各個(gè)基因組之間是否獨(dú)立影響膽汁酸代謝。但當(dāng)前對(duì)于疾病的研究已經(jīng)從臨床表現(xiàn)等宏觀層面深入到基因等微觀層面的全面分析，通過研究基因遺傳對(duì)膽汁酸代謝及其調(diào)控機(jī)制的影響，不僅可以進(jìn)一步闡明膽汁酸代謝異常相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制，也為從基因入手研發(fā)新藥物奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相信在不久的未來將突破基因遺傳這一難關(guān)，對(duì)基因遺傳疾病的認(rèn)知上升到一個(gè)全新高度。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：易波參與分析相關(guān)領(lǐng)域文獻(xiàn)，文章撰寫及修改；李雪參與文章結(jié)構(gòu)及部分內(nèi)容修改；湯善宏負(fù)責(zé)擬定寫作題目，指導(dǎo)撰寫文章與最后定稿。