基因突變致膽汁酸代謝異常相關發生機制的研究進展

易 波， 李 雪， 湯善宏

1 成都醫學院， 成都 610500； 2 中國人民解放軍西部戰區總醫院 消化內科， 成都 610083；3 成都中醫藥大學 醫學與生命科學學院， 成都 610072

膽汁酸具有促進脂肪消化吸收、防止膽道結石形成、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、攝取轉運、加工、排泄和腸肝循環等，在維持機體穩態中發揮著重要作用。膽汁酸代謝異常是由于上述某一過程紊亂導致的病理狀態，可引起肝內和全身膽汁酸淤積，并伴隨肝實質毒性、炎癥反應的發生，進而進展為肝硬化[1]。有研究[2]報道，機體晝夜節律紊亂可導致膽汁酸池和成分的改變，從而增加膽汁酸異常代謝風險。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發展為膽汁淤積，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典途徑和替代途徑 (CYP7A1啟動經典途徑，CYP27A1啟動替代途徑)，通過經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。經典途徑合成膽汁酸主要受CYP7A1調節，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CYP7A1，故由替代途徑合成膽汁酸。哺乳期結束后，CYP7A1開始表達，繼而經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石病，也證實了由CYP7A1啟動的經典途徑有缺陷時，替代途徑被激活而產生膽汁酸[3]。已有研究[4]證實，替代途徑的激活對糖脂代謝有益，但這兩種途徑失衡是否會導致反復的膽道泥沙樣結石，仍需繼續深入探究。

膽汁酸循環過程大致分為：膽鹽輸出泵(bile salt export pump, BSEP)通過主動轉運將膽汁酸轉送到膽管；部分膽汁酸在小腸和結腸被動重吸收，回腸末端的頂端鈉依賴性膽汁酸轉運體(apical sodium-dependent bile acid transporter, ASBT)則主動重吸收膽汁酸。隨后，回腸上皮細胞基底外側膜表達的異聚有機溶質轉運蛋白α/β(organic solute transporter, OSTα/β)等將腸黏膜細胞中膽汁酸泵入腸系膜靜脈系統；最后，膽汁酸經門靜脈回流至肝竇附近，通過肝細胞膜鈉/牛膽酸共轉運多肽(sodium/taurocholic acid cotransport polypeptide, NTCP)和有機陰離子轉運多肽(organic anion transporting polypeptide, OATP)重新進入肝細胞(圖1)，上述過程中大多數依賴轉運蛋白的主動轉運，故對蛋白功能、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過程中，如果某一個編碼合成酶或轉運體蛋白的基因發生突變，都將會導致膽汁酸代謝異常。

2 不同部位基因突變對膽汁酸轉運的影響

2.1 肝細胞膽管側轉運蛋白異常

2.1.1 BSEP功能缺陷 由ABCB11編碼的BSEP是膽汁酸的主要轉運體，BSEP的功能障礙將直接導致膽汁酸代謝異常。Ulzurrun等[6]研究結果顯示，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易感性存在關聯。但Nayagam等[7]研究發現，ABCB11突變的患者其BSEP初始水平可能已經低于正常健康人群，但不足以引起膽汁酸代謝異常；僅當BSEP水平下降到正常水平25%此閾值以下時，導致膽汁酸代謝異常。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風險顯著相關(P=0.01)。

目前已報道的與ABCB11突變相關的疾病包括DILI、進行性家族性肝內膽汁淤積癥2 型(progressive familial intrahepatic cholestasis, PFIC2)、良性復發性肝內膽汁淤積癥2型(benign recurrent intrahepatic cholestasis, BRIC2)以及妊娠期肝內膽汁淤積癥(intrahepatic cholestasis during pregnancy, ICP)等。上述幾種與BSEP/ABCB11相關的膽汁酸代謝異常發病機制相似，不同點在于誘發因素和BSEP功能異常程度。因此，對存在ABCB11變異的人群應慎用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，如ICP還與ATP8B1、ABCB11的雜合變異有關。

2.1.2 多藥耐藥蛋白3(multi-drug resistance protein, MDR3)/家族性肝內膽汁淤積癥1型(familial intrahepatic cholestasis 1, FIC1)功能缺陷 肝細胞膽汁酸轉運至膽管腔過程中，MDR3也發揮著至關重要的作用。MDR3主要在肝細胞的小管膜上表達并充當磷脂轉運蛋白，由ABCB4編碼。它的功能主要是將肝細胞內的磷脂酰膽堿轉運到膽管腔，與膽汁酸混合后降低對膽管細胞毒性作用[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胞外翻轉到胞內，這對抵抗高濃度的膽鹽具有重要意義。因此，ABCB4/ATP8B1突變可導致膽汁酸對膽管細胞損害加重。目前有研究[7]表明，DILI、PFIC3、慢性肝病、ICP和低磷脂相關膽汁淤積癥均與ABCB4或ATP8B1突變相關。

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

2.2 回腸末端膽汁酸轉運異常

2.2.1 ASBT缺陷 回腸末端對膽汁酸的重吸收主要由ASBT介導，此外還通過腸上皮細胞基底外側OSTα/β泵入門靜脈系統[10]。由第十溶質轉運蛋白家族第二成員基因(SLC10A2)編碼的ASBT在膽汁酸主動重吸收過程中起著關鍵作用。

異常的ASBT表達和功能可能導致部分與膽汁酸腸肝循環和膽固醇穩態失調相關的疾病，如腹瀉和膽結石[11]。同時，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系，如PFIC1、原發性硬化性肝硬化(PSC)、ICP。

2.2.2 OSTα/β缺陷 OSTα/β是一種位于肝、腸和腎上皮細胞基底外側膜上的雙向異聚體轉運蛋白，分別由SLC51A/SLC51B編碼，其在維持膽汁酸和其他類固醇激素的穩態中發揮重要作用[14]。已有研究[15-16]報道，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性膽汁性膽管炎(PBC)患者中上調，且還與DILI存在關聯。小鼠實驗[10]表明，OSTα/β失活對腸道有多種負面影響，包括膽汁酸積聚和氧化應激對腸道損傷。因此，OSTα/β缺陷與部分臨床肝病存在一定相關性，但就目前在遺傳領域關于OSTα/β缺陷與疾病聯系知之甚少。Gao等[17]報道了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]也報道了1例SLC51B純合突變的病例，患者為兩兄弟，均表現為慢性腹瀉、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細胞(用于病毒和轉染研究)的體外實驗表明，與沒有SLC51B突變的 OSTα/β細胞相比，含有SLC51B突變的OSTα和OSTβ亞基均缺乏蛋白質表達，并且牛磺膽酸攝取顯著降低。這些結果均表明，基因突變引起的OSTα/β缺陷與膽汁淤積存在一定聯系。

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

理論上，ASBT和OSTα/β的異常表達可能導致膽汁酸在回腸細胞或膽道和腎近端小管的膽汁酸轉運上皮細胞中積累并損傷上皮細胞[19]。因此，SLC10A2或SLC51A/SLC51B突變導致膽汁酸代謝異常可能成為某些膽汁淤積性肝病的基礎。但是，目前關于基因突變導致的ASBT和OSTα/β功能缺陷與膽汁淤積疾病之間的關系尚不明確，OSTα/β可能是ASBT缺陷時的一種代償通路。基因的點位突變與蛋白整合機制仍需進一步深入探究。

2.3 肝竇處肝細胞膜膽汁酸轉運異常 溶質載體10A1基因(SLC10A1)編碼的NTCP也是膽汁酸循環的必需轉運蛋白。NTCP是一種主要在肝細胞基底外側膜表達的多跨膜糖蛋白，將結合膽汁酸從門靜脈轉運到肝細胞，并維持體內膽汁酸的穩態[20]。現有研究[21]認為，編碼NTCP的基因突變并不影響體內膽鹽平衡，因為NTCP轉運功能受損時，在肝細胞基底膜上表達的OATP能在一定程度上代償膽汁酸攝取。然而，此觀點仍備受爭議。Vaz等[22]報道了首例NTCP功能缺陷導致的高膽汁酸血癥，患者血清膽紅素水平正常，膽汁酸合成及其他轉運過程均正常，但目前已報道的大多數病例為隱匿性[23-24]。除此之外，Mao等[25]研究表明，隨著時間的推移膽汁酸水平會下降，并且下降水平與膽汁硫酸化增加存在關聯，這也證實了膽汁硫酸化可能導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聯性尚未明確，這與其中可能存在一些代償機制有關。

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

除此之外，HLA基因簇與PBC、PSC及特定的DILI也存在一定聯系[30-33]。王美娟等[34]發現，ABCB11、SLC25A13、HSD3B7、AKR1D1、NPC1和CFTR突變與先天性肝內膽汁淤積存在聯系。同時TJP2、NR1H4、MYO5B突變也已被定義為PFIC4、PFIC5和PFIC6[35]。基因突變與膽汁淤積的關系錯綜復雜，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，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治療

長期膽汁酸代謝異常會導致膽汁淤積性肝病。相反，慢性膽汁淤積性肝病又影響膽汁的代謝，這種惡性循環若不及時干預，將導致細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)、轉運蛋白激動劑/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]。目前認為UDCA對于PBC、PSC、ICP、囊性纖維化、PFIC、BRIC及DILI都有較好的反應性。歐洲肝病學會指南[38]指出，低磷脂相關膽汁淤積癥患者可能會從預防性 UDCA 治療(15 mg·kg-1·d-1)中獲益，這可能與預防結石的發生和復發有關。Bicocca等[39]也表示盡管 UDCA 減少 ICP 患者死產的益處尚未得到證實，但在當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MDR3的表達可改善膽汁淤積小鼠模型血清肝酶水平，并減輕膽總管結扎小鼠的肝細胞壞死[40]。在膽總管結扎致膽汁淤積的動物模型研究[41]中也發現維甲酸和UDCA聯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重要靶點，為轉運蛋白活性藥物的應用提供了一個有效的實驗依據。

當前，如何安全有效的使用BSEP、ASBT、NTCP抑制劑/激動劑已成為基因靶向治療的熱點話題，研究者們也在該領域進行不斷地探究。因此，在基因突變引起的膽汁淤積患者中，改變受影響的轉運體蛋白活性將會是一個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導入體內靶細胞，進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”的治療，因為它從源頭上解決了問題，而普通藥物只達到了臨床改善疾病癥狀。但上述轉運蛋白的基因治療位點鮮有報道。有研究[43-44]發現miR-506、miR-21可能是膽汁淤積性肝病治療的潛在靶點。Bosma等[45]研究中也詳細闡述了腺相關病毒載體介導的基因治療對所有類型 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/引流術能夠在一定程度上減輕膽汁淤積，但傳統方法未能從根本上解除膽汁淤積，故當前迫切需要探索基因層面的治療方法。

4 總結與展望

基因遺傳與疾病息息相關。近年來，基因診治也成為炙手可熱的研究領域，這不僅僅局限于基因突變對膽汁酸代謝的影響，還包括基因突變與臨床各二級學科之間的聯系。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，這為從基因層面探究膽汁淤積的發生機制提供了新思路，也為今后膽汁酸代謝異常疾病的診治提供了理論基礎。

目前尚不清楚哪些基因突變會導致膽汁酸代謝異常的易感性增加，也不能斷定各個基因組之間是否獨立影響膽汁酸代謝。但當前對于疾病的研究已經從臨床表現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膽汁酸代謝及其調控機制的影響，不僅可以進一步闡明膽汁酸代謝異常相關疾病的發病機制，也為從基因入手研發新藥物奠定堅實的基礎。相信在不久的未來將突破基因遺傳這一難關，對基因遺傳疾病的認知上升到一個全新高度。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：易波參與分析相關領域文獻，文章撰寫及修改；李雪參與文章結構及部分內容修改；湯善宏負責擬定寫作題目，指導撰寫文章與最后定稿。