張文艷 鄧國宏
摘要:Crigler-Najjar綜合征(CNS)是一種因膽紅素尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶1A1(UGT1A1)活性降低或完全缺失所導致的血漿中非結合膽紅素含量增加的常染色體隱性遺傳病,分為CNS Ⅰ型和Ⅱ型。其中CNS Ⅰ型最為嚴重,可發展為核黃疸損壞大腦神經系統,甚至威脅到患者的生命。本文介紹了6種CNS治療方法,包括光照療法、血漿置換、藥物治療、肝移植、肝細胞移植和基因療法;歸納了每種治療技術的適用患者類型、治療效果以及現存的不足之處。光照療法、血漿置換、藥物治療和肝細胞移植治療技術可暫時性地控制患者血清水平,降低患者發生核黃疸的風險,但不能徹底恢復UGT1A1酶活性;肝移植是CNS Ⅰ型患者目前唯一的治療方式,但因合適肝臟供體來源和術后免疫排斥反應等因素受到限制;基因療法在治療CNS等遺傳性疾病領域中最具應用前景,能夠為CNS患者提供更多的可行性治療方案。
關鍵詞:Crigler-Najjar綜合征; 光療法; 血漿置換; 藥物療法;??? 肝移植; 細胞移植; 基因治療
基金項目:國家自然科學基金重點項目(81930061); 西南醫院重大技術創新計劃重大項目(SWH2016ZDCX1007)
Research advances in the treatment of Crigler-Najjar syndrome
ZHANG Wenyan1,2, DENG Guohong2. (1. School of Life Sciences, Chongqing University, Chongqing 404100, China; 2. Department of Infectious Diseases, The First Affiliated Hospital of Army Medical University, Chongqing 400038, China)
Corresponding author:DENG Guohong, gh_deng@hotmail.com (ORCID:0000-0003-1263-7220)
Abstract:
Crigler-Najjar syndrome (CNS) is an autosomal recessive disorder in which the content of plasma unconjugated bilirubin is increased due to the reduction or complete deficiency of the activity of bilirubin uridine diphosphate glucuronosyl transferase 1A1 (UGT1A1), classified as CNS type I and II. CNS type I is the most severe, which will develop into kernicterus, damage the brain nervous system, and even threaten the life of patients. This article introduces six CNS treatment techniques, including phototherapy, plasma exchange, drug therapy, liver transplantation, hepatocyte transplantation and gene therapy. The applicable patient types, treatment effects and existing deficiencies of each technique were summarized. Phototherapy, plasma exchange, drug therapy and hepatocyte transplantation can temporarily control serum levels and reduce the risk of jaundice, but cannot completely restore UGT1A1 enzyme activity; liver transplantation is currently the only treatment option for CNS type I patients, but is limited by suitable liver donors and post-operative immune rejection. Gene therapy has the most promising application in the treatment of genetic disorders such as CNS, which can provide more viable therapeutic techniques for CNS patients.
Key words:
Crigler-Najjar Syndrome; Phototherapy; Plasma Exchange; Drug Therapy; Liver Transplantation; Cell Transplantation; Genetic Therapy
Research funding:
National Natural Science Foundation of China (81930061) ; Key Project of the Technical Innovation Plan of Southwest Hospital (SWH2016ZDCX1007)
Crigler-Najjar綜合征(Crigler-Najjar syndrome,CNS)是一種罕見的常染色體隱性遺傳性疾病,是由膽紅素尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate,UDP)醛酸轉移酶1A1(UDP-glucuronosyl transferase 1A1,UGT1A1)活性降低或缺乏所導致的非結合性高膽紅素血癥[1]。CNS分為Ⅰ型和Ⅱ型,前者較后者嚴重。CNSⅠ型由Crigler和Najjar于1952年首次報道[2],因UGT1A1酶活性完全缺失所導致,患者的血清膽紅素水平為20~50 mg/dL,超出正常范圍(0.2~1.2 mg/dL),若未行治療,非結合膽紅素(unconjugated bilirubin,UCB)在大腦(皮質下核)中積累發展為核黃疸,這是嬰幼兒嚴重的非結合性高膽紅素血癥的常見癥狀,可導致神經系統損傷。Arias[3]于1962年報道了23例非結合性高膽紅素血癥患者,對其中8例患者(年齡18~45歲)的癥狀進行描述,總結了CNS Ⅱ 型的臨床表現。CNS Ⅱ 型患者UGT1A1酶活性未完全缺失,低于正常水平(<10%),血清膽紅素水平為7~20 mg/dL,出現神經損傷的風險較低。CNS Ⅰ 型患者UGT1A1酶活性的完全缺失是由于UGT1A1基因發生突變,常見突變有缺失、內含子剪接供體和受體位點改變、外顯子跳躍插入或在UGT1A1基因內形成終止密碼子、錯義突變[4-6];CNS Ⅱ 型患者則是由于UGT1A1基因發生點突變導致UGT1A1酶的表達下降[7]。CNS Ⅰ 型和 Ⅱ 型在臨床上的區別主要是使用苯巴比妥治療后,前者血清膽紅素不下降,而后者可見血清膽紅素水平下降[8]。本文將針對CNS治療相關研究進展作一綜述。
1 CNS的治療
膽紅素是血紅素的氧化產物,在血液中與清蛋白結合形成膽紅素-清蛋白復合體,即UCB。UCB運輸至肝臟中,在肝細胞膜血竇域中膽紅素與清蛋白分離。此時,膽紅素與肝細胞內的Y蛋白(配體蛋白)或Z蛋白結合形成膽紅素-Y蛋白或膽紅素-Z蛋白。肝細胞中的膽紅素-Y蛋白或膽紅素-Z蛋白轉運至滑面內質網中,在UGT的作用下與配體蛋白分離,生成葡萄糖醛酸膽紅素,即結合膽紅素,分泌進入膽管系統,隨膽汁排入腸道。依據膽紅素的代謝過程,可通過減少血漿中UCB水平達到治療CNS的目標。目前,CNS主要有以下6種治療方法。
1.1 光照治療 光照治療簡稱光療,是CNS新生兒治療高膽紅素血癥最常用的治療方式之一[9-10]。光療的原理是通過某種光源照射患者皮膚表面,使血液中非結合的游離膽紅素經光-氧作用后發生結構改變,破壞分子內氫鍵的形成,轉變為水溶性膽紅素,易于從膽汁和尿液中排出,從而達到降低血清膽紅素水平的作用。膽紅素主要吸收400~500 nm的可見光,其中對425~475 nm波長的光吸收最強。由于藍光的波長正處于425~475 nm,因此,425 nm、475 nm藍光燈在臨床應用最為廣泛。
藍光治療對新生兒高膽紅素血癥患者的治療效果高于普通光照治療(如日光燈、鹵燈),當CNS Ⅰ 型新生兒患者接受長時間的藍光治療后,可將總膽紅素控制在7~28 mg/dL范圍內[11]。但隨著患兒的年齡增長,其皮膚厚度、色素沉著及體表面積增加,光照治療的效果也隨之降低[6,12-13],增加了CNS Ⅰ 型患者發生腦病和核黃疸的風險。此外,光照治療也有不足之處。一方面,患者在家庭進行光照治療需安裝相應的光療設備(LED光源和燈箱)及輔助設備(冷卻設備),在一定程度上增加了家庭經濟負擔;另一方面,患者需接受長時間的光照治療,導致生活極大不便,降低了其生活質量[11]。
1.2 血漿置換 血漿置換可有效降低CNSⅠ型患者高膽紅素血癥加重期間的總膽紅素和UCB水平[14]。血漿置換需要先抽取患者的血液,經離心去除血漿,重懸紅細胞,使用供體血漿替換患者自身血漿,再與白蛋白、平衡液重新融合,形成新的血液,回輸患者體內,并多次置換以達到降低膽紅素水平的效果[15]。血漿置換可以快速降低膽紅素水平,將其控制在正常范圍內,延長患者生存時間,但所需新鮮血漿量大,存在一定的副作用及安全問題(如過敏反應、肝炎等),且經血漿置換治療后膽紅素水平仍可能升高。
1.3 藥物治療
1.3.1 苯巴比妥 CNSⅡ型新生兒患者因肝生物轉化酶系發育不完全,UGT的酶活性較低,故其肝臟中轉化生成結合膽紅素的能力弱,無法及時清除細胞產生的膽紅素,血漿中的UCB水平增加,形成高膽紅素血癥。苯巴比妥可以通過增強肝臟中UGT的合成來降低血清中的UCB含量,這是由于苯巴比妥能夠作用于UGT1A1基因的290 bp(-3 483/-3 194)區域,該區域為苯巴比妥響應性增強子模塊(gtPBREM),可由一種名為持續性激活受體的核受體所激活[16]。Abdul Raffay等[17]報道了一例罕見的14歲CNSⅡ型患兒,其出生便有黃疸,血清總膽紅素16.1 mg/dL,UCB 15.6 mg/dL,服用苯巴比妥1個月后,其UCB水平下降至9.5 mg/dL,膽紅素水平得到了有效控制。
1.3.2 奧利司他 奧利司他是一種選擇性胃腸脂肪酶抑制劑,劑量依賴性地抑制膳食甘油三酯的吸收[18],常用作減肥藥。在CNSⅠ型患者和Gunn大鼠中,因缺乏UGT,UCB未被葡萄糖醛酸化,不能經膽汁排出。研究[19-20]發現,血漿中的UCB水平高時,可以從血液中到達腸腔,極少量的UCB可以分泌到模型鼠的膽汁中,腸道捕獲UCB后通過糞便排泄可減少UCB腸肝循環,進而降低血漿中UCB的含量。奧利司他能夠誘導血漿中UCB跨黏膜到達腸腔,降低血漿中UCB含量[21]。在動物模型研究[22]中,高脂飲食組和低脂飲食組Gunn大鼠服用奧利司他后,高脂飲食組的治療效果低于低脂飲食組,可能原因是模型鼠攝入大量脂肪時,糞便中排泄的脂肪量也會增加,此時已達到脂肪捕獲UCB的最大水平,增加脂肪攝入量(糞便排泄量增加)不會進一步降低血漿中UCB的含量。與動物模型研究結果一致,當CNS患者飲食中脂肪攝入量和BMI較低時,經奧利司他治療后,這部分患者血清中UCB含量降低。臨床上,應根據不同CNS患者來確定最佳的奧利司他服用劑量,以此達到脂肪在腸腔中的最佳分布。此外,在Hafkamp等[23]報道的16例服用奧利司他治療的CNS患者中,所有患者血漿中UCB含量均下降,其中7例患者血漿UCB水平平均下降21%。然而,奧利司他存在一定的副作用,主要與胃腸道相關,常見不良反應包括腹瀉、胃痙攣和腸胃脹氣等。
1.3.3 磷酸鈣 在體外,UCB可與非晶態磷酸鈣相結合,Gunn大鼠服用磷酸鈣后,血漿中的UCB與腸內磷酸鈣結合可能刺激其排泄,達到降低血清UCB含量的作用[24]。有研究[25]發現,接受光照治療的CNSⅠ型患者在口服磷酸鈣后,其血清膽紅素可降低18%,而CNSⅡ型患者的血清膽紅素并未降低,因此磷酸鈣可作為CNSⅠ型患者光療的輔助劑。
1.4 肝移植 肝移植是目前各種終末期肝病的標準治療手段,關于肝代謝缺陷導致的疾病(如CNSⅠ型)不會導致肝結構性損傷,可選擇輔助性肝移植,利用部分正常肝臟輔助患者來恢復肝代謝缺陷。
輔助性肝移植是一種保留受體部分或全部肝臟,將正常供體的部分肝臟或全部肝臟植入患者體內的一種移植方法。輔助性肝移植根據手術方式的不同可分為異位輔助性肝移植和原位輔助性肝移植。異位輔助性肝移植是在不切除患者原有病肝的基礎上,將供體肝臟移植到患者原肝旁。原位輔助性肝移植是切除患者的部分病肝,在切除病肝部位移植入相應體積的正常肝臟。輔助性肝移植手術難度較大,術后并發癥多。臨床上,異位輔助性肝移植較少開展,主要采用原位輔助性肝移植。Shanmugam等[26]對1例22歲CNSⅠ型女性患者行左側肝輔助性部分原位肝移植,術后5 d患者的膽紅素水平從接受光照治療的26~28 mg/dL恢復至正常水平,且肝移植18個月后肝功能檢測正常。
目前,肝移植仍是CNSⅠ型患者的唯一根治手段[27],可作為預防性策略以避免CNSⅠ型相關嚴重并發癥的發生。然而,肝移植的臨床應用受手術成本高、合適的肝臟供體來源及移植后的免疫排斥反應和并發癥等因素限制。此外,肝移植并不能糾正患者已出現的神經損傷[28],患者應在腦損傷風險最小的情況下行肝移植。
1.5 肝細胞移植(hepatocellular transplantation,HCT) HCT作為肝移植的替代方案,相較于肝移植產生的創傷更小,手術過程更簡單,手術風險更低[29-30],可作為肝移植患者等待合適供體器官期間的臨時治療方式,暫時性地恢復肝功能。HCT前,先選擇合適的肝臟外植體,從中分離出肝細胞,對其進行質量評估,將一定數量的高質量肝細胞經門靜脈輸入患者體內,進一步檢測患者相關指標。
Ambrosino等[31]報道1例9歲CNS Ⅰ 型男性患兒,其總膽紅素水平為(530±38) μmol/L,伴有發育遲緩、口齒不清和輕度運動失調的核黃疸臨床癥狀,接受HCT的60 d內,總膽紅素水平降低,維持在317 μmol/L左右。此外,Khan等[32]報道1例2歲CNS Ⅰ 型女性患兒,血漿中膽紅素水平高(>30 mg/dL),但并未觀察到核黃疸癥狀,接受肝祖細胞移植2個月內膽紅素水平降至16 mg/dL。
雖然HCT治療CNSⅠ型具有一定的安全性、可行性和有效性,但并不能完全降低CNSⅠ型患者的高膽紅素水平,需要重復行肝細胞輸注,且最終均需行肝移植[31,33]。同時,HCT在所分離肝細胞的質量、細胞移植效率及移植后患者的免疫反應等方面仍存在極大的挑戰,限制了該方法的臨床應用。
1.6 基因治療
基因治療是指將機體存在缺陷的基因經生物載體遞送到生物體內進而恢復其生物功能,糾正因該基因缺陷所引起的疾病,到達治療的目的。目前,針對CNS的基因治療主要有3個方面:(1)利用生物載體遞送正常的UGT1A1基因序列;(2)以規律成簇間隔短回文重復序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)及其相關蛋白(CRISPR-associated,Cas)為主的基因編輯技術,進行缺失堿基及片段插入;(3)利用脂質納米顆粒(lipid nanoparticle,LNP)裝載UGT1A1 mRNA序列,恢復UGT1A1酶活性。
1.6.1 生物載體介導的基因治療 載體介導的UGT1A1基因編碼區的遞送策略中,主要是以病毒或含哺乳動物特異性啟動子的載體為主。病毒載體包括慢病毒、腺病毒和腺相關病毒(adenovirus associated virus,AAV)等,其中,慢病毒是一種整合型病毒載體,能夠整合到宿主的基因組中,同時引發機體較大的免疫原性[34];腺病毒不整合到宿主基因組中,其高免疫原性可引起機體嚴重的免疫反應,需避免重復給藥[35];AAV是目前最具潛力的病毒載體,相較于慢病毒和腺病毒,其免疫原性低,具有豐富的血清型,可靶向不同器官,基于AAV血清型8(AAV8)的基因治療已處于臨床試驗階段[36]。2018年,Collaud等[37]構建了ssAAV8-hUGT1A1載體作為治療CNS的臨床產品,對Gunn大鼠單次靜脈注射劑量為5.0×1012 vg/kg的ssAAV8-hUGT1A1,其膽紅素水平持續正常(>50 d),且當單次注射劑量為2.5×1013 vg/kg時并未引發鼠體內的免疫反應,支持在CNS患者中開展Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗。哺乳動物特異性啟動子有巨細胞病毒、延伸因子-1α、磷酸甘油酸激酶、載脂蛋白E、TBE、細胞色素P450家族成員2E1等,其中肝臟特異性較強的啟動子是巨細胞病毒、延伸因子-1α和TBE[38]。將病毒遞送載體和肝臟特異性的哺乳動物啟動子相結合,可提升UGT1A1基因的表達水平。
1.6.2 基因編輯 除了由工程化的可編程的內切酶(例如鋅指核酸酶、轉錄激活樣因子)介導的基因編輯技術外,來源于細菌的抗病毒防御系統即CRISPR/Cas9系統的出現,擴展了基因編輯技術在哺乳生物中的應用。
CRISPR/Cas9技術是利用單導向RNA作為向導序列,將Cas9蛋白招募至目的區域,發揮分子剪刀功能,進而對靶序列進行切割,以達到基因編輯的目的。de Caneva等[39]利用雙AAV遞送CRISPR/Cas9和無啟動子人UGT1A1的互補DNA序列到UGT1-/-小鼠中,可恢復UGT1A1基因編碼的酶功能。
1.6.3 mRNA-LNP基因治療 除了利用病毒載體進行核酸遞送外,非病毒載體如聚陽離子聚乙烯亞胺(polyethylenimine,PEI)、LNP及受體介導的核酸遞送也極具吸引力。肝臟選擇性地表達去唾液酸糖蛋白受體,將DNA連接到其配體上,肝臟特異性地吸收,但易被溶酶體降解,破壞DNA[40]。利用PEI遞送UGT1A1基因的嵌合寡核苷酸序列,可恢復Gunn大鼠體內酶的表達[41],但PEI包裝的核酸分子量為5~25 kDa,分子量越大,細胞毒性也越大[42]。此外,針對CNSⅠ型模型鼠Gunn大鼠,利用LNP遞送修飾后的UGT1A1 mRNA,可恢復UGT1A1酶活性,降低Gunn大鼠高膽紅素水平[43],表明當hUGT1A1-改良mRNA-LNP注射劑量為0.5 mg/kg,每4周給藥一次時,可有效降低Gunn大鼠的總膽紅素水平,為臨床應用提供了實驗依據。
2 總結與展望
不同的CNS治療方法均可有效控制血清膽紅素水平在正常范圍內,但也均存在一定的局限性。藍光治療能夠迅速降低CNS新生兒患者高膽紅素水平,但每日治療時長為10~12 h,甚至全天,且效果隨著患兒的成長而降低;血漿置換一般作為CNS Ⅰ 型患者膽紅素加重期的治療手段,雖然能夠短時間內快速降低膽紅素水平,但需要大量新鮮血漿和多次置換,術后也存在有一定的副作用和安全問題;苯巴比妥、磷酸鈣等藥物一般與光照治療聯合應用,可有效降低膽紅素水平,但由于藥物療效存在一定的個體間差異,每種藥物的治療效果及安全性有待進一步明確;肝移植是CNS的唯一根治方法,但并不能逆轉已發生的神經系統損傷,臨床應用也受多因素限制;HCT作為等待供肝期間的臨時替代治療方案,可暫時性恢復UGT1A1酶活性,降低膽紅素水平,但患者需多次接受肝細胞輸注,且該術式仍有諸多亟待解決的問題;基于AAV8-hUGT1A1 互補DNA的基因治療目前已處于 Ⅰ/Ⅱ 期臨床試驗階段(NCT03466463、NCT03223194)[44];利用LNP進行hGT1A1 mRNA遞送,雖然未見引發炎癥反應,但在長期治療過程中存在一定的局限性(需要多次給藥)[45]。
基因治療是遺傳性疾病最具潛力的治療方式,若基于AAV的基因治療順利通過臨床試驗,CNS的治療可能發生決定性改變;CRISPR/Cas9的基因編輯技術雖未在小鼠實驗中檢測到脫靶現象,但脫靶率也是該技術應用到臨床上的局限所在,隨著更精準切割的Cas蛋白的發現和更高效的CRISPR預測工具的開發,CRISPR技術在CNS治療中的應用前景令人期待。
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:張文艷負責課題設計,撰寫論文;鄧國宏負責擬定寫作思路,指導撰寫文章并最后定稿。
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收稿日期:
2022-08-14;錄用日期:2022-10-14
本文編輯:邢翔宇