外周血膽紅素水平與神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、糖尿病等多種疾病的相關(guān)性研究進(jìn)展*

王詩韻 綜述,曹文俊審校

復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200031

外周血膽紅素作為內(nèi)源性抗氧化劑參與多種疾病的病變，在疾病的發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，本文就膽紅素在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、糖尿病(DM)和眼科疾病中的抗氧化作用及其與疾病發(fā)生和發(fā)展相關(guān)性的臨床研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 膽紅素的代謝及抗氧化作用

膽紅素是鐵卟啉類化合物的代謝終產(chǎn)物，主要來源于衰老紅細(xì)胞的血紅蛋白降解。血紅素加氧酶將血紅素分解為膽綠素、亞鐵和一氧化碳，隨后膽綠素通過膽綠素還原酶生成膽紅素，即間接膽紅素(IDBL)，IDBL在肝臟中與葡萄糖醛酸結(jié)合為直接膽紅素，進(jìn)一步被還原為尿膽原和糞膽原排出體外[1]。膽紅素與清蛋白(Alb)緊密結(jié)合在血液中循環(huán)。

目前研究顯示，膽紅素作為內(nèi)源性抗氧化劑密切參與人體內(nèi)的氧化應(yīng)激(OS)反應(yīng)[2]。OS是指由于活性氧(ROS)和活性氮產(chǎn)生過多、線粒體功能障礙、抗氧化系統(tǒng)受損，從而導(dǎo)致體內(nèi)氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，造成組織損傷。機(jī)體內(nèi)源性抗氧化劑分為酶類和非酶類，非酶類抗氧化物如α-生育酚、膽紅素、Alb、尿酸(UA)等直接清除有害自由基；而酶類抗氧化物則間接清除有害自由基。

膽紅素含有一個(gè)共軛雙鍵和一對(duì)活性氫原子，因此可以清除氧自由基，可通過清除ROS而抑制還原型輔酶Ⅱ氧化酶活性，并與其他抗氧化劑協(xié)同作用發(fā)揮抗氧化作用[2]。作為血漿總抗氧化能力的主要貢獻(xiàn)者，膽紅素比谷胱甘肽等水溶性抗氧化劑和維生素E等脂溶性抗氧化劑更有效地保護(hù)脂質(zhì)免受氧化。研究發(fā)現(xiàn)，血清總膽紅素水平<7 μmol/L是OS相關(guān)疾病的危險(xiǎn)因素，如心血管疾病、糖尿病、代謝綜合征、某些癌癥和自身免疫疾病[3]。

2 膽紅素的檢驗(yàn)及研究方法

2.1聯(lián)合檢測(cè) 在臨床研究中，膽紅素通常與外周血中UA、Alb等同時(shí)檢測(cè)。UA是全身組織和體液中含量最豐富的物質(zhì)之一，具有很強(qiáng)的自由基清除能力。Alb在血清中的水平也很高，自由基捕獲特性使其能通過結(jié)合ROS或活性氮來減少OS。Alb的神經(jīng)保護(hù)特性可歸因于其抗氧化功能。

2.2細(xì)胞及動(dòng)物模型 除了上述指標(biāo)檢測(cè)被用于臨床研究以外，動(dòng)物模型和細(xì)胞模型也被用于其中。DORé等[4]早在1999年就建立的相關(guān)的動(dòng)物模型，證明由HO-2形成的膽紅素具有神經(jīng)保護(hù)作用。KUMAGAI等[5]研究鰻魚肌肉的膽紅素誘導(dǎo)熒光蛋白，IDBL的產(chǎn)生和儲(chǔ)存被認(rèn)為提供了一種細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，能夠幫助應(yīng)對(duì)鰻魚遷徙的氧化挑戰(zhàn)。

3 膽紅素檢驗(yàn)在疾病診療和研究中的進(jìn)展

3.1中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病(CNS) 具有直接抗氧化作用的IDBL大多與Alb結(jié)合，但其并不能通過血腦屏障，只有少量IDBL可以進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。另一方面，研究表明，外周血OS物質(zhì)及抗氧化物與CNS疾病直接相關(guān)[6]。此外，IDBL還是重要的抗炎分子[1]。綜上所述，膽紅素在CNS關(guān)鍵病變即神經(jīng)元損傷方面發(fā)揮核心作用。

3.1.1阿爾茲海默癥(AD) OS在AD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。臨床研究顯示，AD患者血膽紅素水平顯著降低[7]，體質(zhì)衰弱的AD患者的膽紅素水平也顯著降低，因此促氧化和抗氧化失衡與衰弱的AD患者的病變及病程有關(guān)[8]。SONNEN等[9]針對(duì)AD轉(zhuǎn)基因小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)自由基介導(dǎo)了腦損傷，OS標(biāo)志物水平顯著升高，ROS蓄積導(dǎo)致腦細(xì)胞受損，而線粒體為主要靶點(diǎn)[10]。

3.1.2帕金森病(PD) PD的機(jī)制復(fù)雜，其病理特征是進(jìn)行性的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性和路易小體的沉積。OS在導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能通路變性中起關(guān)鍵作用[11]。膽紅素在PD中的作用因人群不同而顯示較大差異。研究結(jié)果顯示，中國人群PD患者血清中膽紅素水平顯著降低[12]。而MACAS-GARCA等[13]針對(duì)西班牙人群的研究結(jié)果截然相反，PD患者的膽紅素水平顯著高于健康者。造成這個(gè)結(jié)果的可能原因既涉及研究對(duì)象的遺傳背景，也與病例選擇、診療方案、基礎(chǔ)代謝水平等的不同密切相關(guān)。同時(shí)也存在膽紅素水平與PD無顯著相關(guān)性的可能，仍需搜集更多樣本進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.1.3多發(fā)性硬化癥(MS) 在MS損傷中，由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生ROS，過量的ROS擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)，并與細(xì)胞內(nèi)成分發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致脫髓鞘和軸突損傷[14]。膽紅素的神經(jīng)保護(hù)特性可避免由自由基誘導(dǎo)的血腦屏障通透性病變，從而防止炎癥細(xì)胞侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。OBRADOVIC等[15]的研究表明，與健康者相比，MS患者的膽紅素、UA、Alb水平均顯著降低。

3.1.4肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS) ALS是上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷之后，導(dǎo)致包括四肢、軀干、胸部、腹部的肌肉逐漸無力和萎縮的疾病。研究顯示，病程較長的ALS患者血清膽紅素水平明顯低于病程較短的ALS患者，由于膽紅素對(duì)于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元異常可能具有保護(hù)作用，因此，IDBL水平降低可能反映了患者體內(nèi)存在內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)異常，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元氧化損傷和退化[16]。

3.2重癥肌無力(MG) MG是一種針對(duì)神經(jīng)-肌肉接頭的自身免疫性疾病，由于循環(huán)中的抗體阻斷了突觸后神經(jīng)肌肉接點(diǎn)的乙酰膽堿受體(AChR)，從而抑制了神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿的傳導(dǎo)通路。自由基可對(duì)AChR造成相當(dāng)大的損害，研究顯示，MG患者血清總膽紅素、直接膽紅素、IDBL、Alb和UA水平均顯著降低[17]。

3.3心血管疾病 已有較多的研究證實(shí)血清膽紅素水平與冠心病、冠狀動(dòng)脈疾病、周圍血管疾病、卒中和頸動(dòng)脈內(nèi)膜內(nèi)側(cè)厚度呈負(fù)相關(guān)，這些研究均顯示膽紅素對(duì)心血管疾病有保護(hù)作用[18-21]。研究表明，膽紅素與男性外周動(dòng)脈粥樣硬化[18]、冠狀動(dòng)脈鈣化[19]、男性缺血性中風(fēng)[20]均呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。疾病早期檢測(cè)到膽紅素水平降低可能作為動(dòng)脈粥樣硬化早期生物標(biāo)志物[21]。但是，有研究發(fā)現(xiàn)，在腦出血患者中直接膽紅素水平升高者卒中更嚴(yán)重且出院時(shí)預(yù)后更差，因此膽紅素與出血性卒中的關(guān)系仍不清楚[22]。

3.4DM 研究發(fā)現(xiàn)，膽紅素誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生OS反應(yīng)，增加了細(xì)胞中葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1的表達(dá)，獲得了更高效的生物葡萄糖利用，從而起到保護(hù)作用[23]。CHERIYATH等[24]的研究表明，血清膽紅素水平越高，DM的發(fā)病率越低。HAN等[25]對(duì)94 000例受試者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)高血清膽紅素水平與DM和DM腎病的風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)。美國國家健康和營養(yǎng)調(diào)查對(duì)1.6萬例受試者進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)血清膽紅素水平較高的人群有較低的DM發(fā)病率[26]。

3.5眼部疾病

3.5.1糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR) DR是DM主要的微血管并發(fā)癥。LIU等[27]研究了1 839例中國老年(80～102歲)DM患者，發(fā)現(xiàn)DR等慢性并發(fā)癥的發(fā)病率隨總膽紅素水平的升高而顯著降低。YASUDA等[28]的橫斷面研究中發(fā)現(xiàn)膽紅素水平最高的受試者DR的患病率降低4倍。DR的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，如OS、炎癥、腎素-血管緊張素系統(tǒng)和視網(wǎng)膜神經(jīng)變性等均為其高危因素[29-30]，其中ROS累積可損害眼部組織和血管。視網(wǎng)膜血管中由于葡萄糖代謝極為旺盛，而更易發(fā)生OS所致?lián)p傷。研究顯示，抗氧化劑對(duì)DM大鼠的視網(wǎng)膜病變具有保護(hù)作用，且在病程的任何階段抑制炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，都可抑制早期DR的進(jìn)展[31]。同時(shí)也有研究表明，直接膽紅素是DR進(jìn)展的重要獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[32]。因此，膽紅素水平升高可能通過抑制OS減緩DR的進(jìn)程。

3.5.2色素性視網(wǎng)膜炎(RP) RP是一種遺傳性疾病，OS等非遺傳因素也參與疾病發(fā)生和發(fā)展。基因突變導(dǎo)致視桿細(xì)胞死亡，當(dāng)視桿細(xì)胞大部分死亡后，視錐細(xì)胞也開始凋亡，OS可能促進(jìn)了視桿和視錐細(xì)胞退化[33]。RP的動(dòng)物模型研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，退化的視網(wǎng)膜組織中，核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)均發(fā)生了顯著的OS損傷[34]。OVESON等[35]的小鼠模型研究結(jié)果表明，血清膽紅素水平升高，可保護(hù)視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞免受OS引起的損傷。

3.5.3中心性漿液性脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜病變(CSC) CSC是由于脈絡(luò)膜毛細(xì)血管灌注不足引起的炎癥和OS導(dǎo)致黃斑漿液性脫離引起的眼底疾病[36]。URFALIOGLU等[36]在病因不明的CSC患者中檢測(cè)到OS和抗氧化酶水平發(fā)生了變化，其中促氧化指標(biāo)丙二醇水平顯著升高，抗氧化指標(biāo)過氧化氫酶水平顯著降低。另一項(xiàng)研究表明，CSC組膽紅素水平顯著低于健康對(duì)照組，提示總膽紅素水平升高可能是CSC的保護(hù)因素[37]。

3.5.4年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD) AMD是視網(wǎng)膜黃斑和黃斑周圍區(qū)域的退行性疾病，可導(dǎo)致中心視力喪失。視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)是一種高度特化、獨(dú)特的上皮細(xì)胞，它與頂端側(cè)的感光器以及基底側(cè)的布魯赫膜和脈絡(luò)膜毛細(xì)血管相互作用，RPE對(duì)于維持視力至關(guān)重要。RPE的損傷是AMD的主要危險(xiǎn)因素[38]，已知OS是RPE損傷的主要致病因素。目前除了PINNA等[39]做過膽紅素在AMD患者與非AMD白內(nèi)障患者中的差異的相關(guān)研究外，尚缺乏較大樣本的研究。

綜上所述，在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、DM、眼科疾病等OS介導(dǎo)的慢性疾病中，外周血膽紅素水平均發(fā)生顯著變化，提示其發(fā)揮了抗氧化作用且意義重大。

4 展 望

目前外周血膽紅素的抗氧化作用已得到了一致認(rèn)可，其在微血管病變中的作用也有學(xué)者進(jìn)行了一定的研究，但膽紅素與眼科疾病，如青光眼、RP、AMD，這些同樣與OS密切相關(guān)的疾病卻鮮有相關(guān)研究。筆者將進(jìn)一步探尋膽紅素水平變化與它們的關(guān)系。除此之外，膽紅素的抗氧化性在疾病中的發(fā)生機(jī)制也有待于進(jìn)一步地完善。目前很多研究在探討膽紅素與疾病的關(guān)系時(shí)都未區(qū)分膽紅素種類，將總膽紅素、直接膽紅素和間接膽紅素都統(tǒng)稱為膽紅素，這可能是導(dǎo)致一些臨床研究出現(xiàn)矛盾結(jié)果的原因之一。

目前已經(jīng)證明外周血中多項(xiàng)指標(biāo)有一定的抗氧化作用，在今后的臨床工作中，可以開展更全面的聯(lián)合檢測(cè)，建立外周血OS指標(biāo)群，更直觀地反映患者OS受損程度。雖然外周血是人體較易獲取的標(biāo)本，一系列的抗氧化作用也確實(shí)能從外周血相關(guān)指標(biāo)中反映出來，但缺乏特異性是其最大的問題，因此仍需繼續(xù)深入檢測(cè)局部組織液，在眼科疾病中可以收集淚液，在手術(shù)過程中采集房水，必要時(shí)穿刺留取腦脊液。在之后的研究中應(yīng)注重方法的優(yōu)化，做到將每一次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化，增加其重復(fù)性，同時(shí)標(biāo)本的用量要微量化，盡可能減少對(duì)患者的創(chuàng)傷。此后可以增加研究的樣本量，在不同的人群中開展前瞻性研究，較系統(tǒng)地評(píng)估膽紅素在疾病的病變程度和進(jìn)展過程中的診斷價(jià)值，并進(jìn)行隨訪觀察和復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)。