基因突变致胆汁酸代谢异常相关发生机制的研究进展

易 波， 李 雪， 汤善宏

1 成都医学院， 成都 610500； 2 中国人民解放军西部战区总医院 消化内科， 成都 610083；3 成都中医药大学 医学与生命科学学院， 成都 610072

胆汁酸具有促进脂肪消化吸收、防止胆道结石形成、增加胆汁排泄等多种生物功能。而胆汁酸代谢过程包括合成、摄取转运、加工、排泄和肠肝循环等，在维持机体稳态中发挥着重要作用。胆汁酸代谢异常是由于上述某一过程紊乱导致的病理状态，可引起肝内和全身胆汁酸淤积，并伴随肝实质毒性、炎症反应的发生，进而进展为肝硬化[1]。有研究[2]报道，机体昼夜节律紊乱可导致胆汁酸池和成分的改变，从而增加胆汁酸异常代谢风险。需要明确的是，胆汁酸代谢异常所致的高胆汁酸血症并不一定会发展为胆汁淤积，但胆汁淤积常伴有血清胆汁酸升高。

1 胆汁酸代谢基本过程

在肝脏中，脂溶性胆固醇转化为水溶性胆汁酸的过程繁杂，需要一系列酶参与。由于引发胆汁酸合成的起始酶不同，胆汁酸在肝脏中的合成途径可分为经典途径和替代途径 (CYP7A1启动经典途径，CYP27A1启动替代途径)，通过经典途径合成的胆汁酸约占80%，但替代途径在人体胆汁酸合成中亦不可或缺。经典途径合成胆汁酸主要受CYP7A1调节，该酶是胆汁酸合成中唯一的限速酶。在新生儿阶段，由于不表达CYP7A1，故由替代途径合成胆汁酸。哺乳期结束后，CYP7A1开始表达，继而经典途径成为成年人胆汁酸合成的主要途径。在成年男性中，CYP7A1基因的突变仅引起轻度高胆固醇血症和胆结石病，也证实了由CYP7A1启动的经典途径有缺陷时，替代途径被激活而产生胆汁酸[3]。已有研究[4]证实，替代途径的激活对糖脂代谢有益，但这两种途径失衡是否会导致反复的胆道泥沙样结石，仍需继续深入探究。

胆汁酸循环过程大致分为：胆盐输出泵(bile salt export pump, BSEP)通过主动转运将胆汁酸转送到胆管；部分胆汁酸在小肠和结肠被动重吸收，回肠末端的顶端钠依赖性胆汁酸转运体(apical sodium-dependent bile acid transporter, ASBT)则主动重吸收胆汁酸。随后，回肠上皮细胞基底外侧膜表达的异聚有机溶质转运蛋白α/β(organic solute transporter, OSTα/β)等将肠黏膜细胞中胆汁酸泵入肠系膜静脉系统；最后，胆汁酸经门静脉回流至肝窦附近，通过肝细胞膜钠/牛胆酸共转运多肽(sodium/taurocholic acid cotransport polypeptide, NTCP)和有机阴离子转运多肽(organic anion transporting polypeptide, OATP)重新进入肝细胞(图1)，上述过程中大多数依赖转运蛋白的主动转运，故对蛋白功能、氧气及能量均有一定要求[5]。因此可见，在胆汁酸合成或肠肝循环过程中，如果某一个编码合成酶或转运体蛋白的基因发生突变，都将会导致胆汁酸代谢异常。

2 不同部位基因突变对胆汁酸转运的影响

2.1 肝细胞胆管侧转运蛋白异常

2.1.1 BSEP功能缺陷 由ABCB11编码的BSEP是胆汁酸的主要转运体，BSEP的功能障碍将直接导致胆汁酸代谢异常。Ulzurrun等[6]研究结果显示，在药物性肝损伤(DILI)中ABCB11 pVa-l444Ala的纯合子更常见，这表明ABCB11可能与DILI易感性存在关联。但Nayagam等[7]研究发现，ABCB11突变的患者其BSEP初始水平可能已经低于正常健康人群，但不足以引起胆汁酸代谢异常；仅当BSEP水平下降到正常水平25%此阈值以下时，导致胆汁酸代谢异常。此外，该研究指出，在BSEP抑制率<50%的药物中，纯合子ABCB11 pVa-l444Ala变异与DILI风险显著相关(P=0.01)。

目前已报道的与ABCB11突变相关的疾病包括DILI、进行性家族性肝内胆汁淤积症2 型(progressive familial intrahepatic cholestasis, PFIC2)、良性复发性肝内胆汁淤积症2型(benign recurrent intrahepatic cholestasis, BRIC2)以及妊娠期肝内胆汁淤积症(intrahepatic cholestasis during pregnancy, ICP)等。上述几种与BSEP/ABCB11相关的胆汁酸代谢异常发病机制相似，不同点在于诱发因素和BSEP功能异常程度。因此，对存在ABCB11变异的人群应慎用BSEP抑制药物。

值得注意的是，某些遗传性胆汁淤积症不仅仅与一种基因突变相关，如ICP还与ATP8B1、ABCB11的杂合变异有关。

2.1.2 多药耐药蛋白3(multi-drug resistance protein, MDR3)/家族性肝内胆汁淤积症1型(familial intrahepatic cholestasis 1, FIC1)功能缺陷 肝细胞胆汁酸转运至胆管腔过程中，MDR3也发挥着至关重要的作用。MDR3主要在肝细胞的小管膜上表达并充当磷脂转运蛋白，由ABCB4编码。它的功能主要是将肝细胞内的磷脂酰胆碱转运到胆管腔，与胆汁酸混合后降低对胆管细胞毒性作用[8]。除此之外，在胆汁酸分泌过程中，由ATP8B1编码的FIC1将磷脂酰丝氨酸从肝细胞外翻转到胞内，这对抵抗高浓度的胆盐具有重要意义。因此，ABCB4/ATP8B1突变可导致胆汁酸对胆管细胞损害加重。目前有研究[7]表明，DILI、PFIC3、慢性肝病、ICP和低磷脂相关胆汁淤积症均与ABCB4或ATP8B1突变相关。

FIC1、BSEP和MDR3为胆汁排泄所必需的主要转运蛋白，因此这些转运蛋白的遗传变异是多数胆汁淤积性肝病的基础[9]。如PFIC是一组异质性的常染色体隐性遗传病，胆汁酸合成和运输缺陷为其特征，常发展为肝硬化。该病的3种经典表型PFIC1、PFIC2和PFIC3分别由ATP8B1、ABCB11和ABCB4突变导致。

2.2 回肠末端胆汁酸转运异常

2.2.1 ASBT缺陷 回肠末端对胆汁酸的重吸收主要由ASBT介导，此外还通过肠上皮细胞基底外侧OSTα/β泵入门静脉系统[10]。由第十溶质转运蛋白家族第二成员基因(SLC10A2)编码的ASBT在胆汁酸主动重吸收过程中起着关键作用。

异常的ASBT表达和功能可能导致部分与胆汁酸肠肝循环和胆固醇稳态失调相关的疾病，如腹泻和胆结石[11]。同时，van de Peppel等[12]也指出ASBT缺陷的影响是多方面的，包括肠道脂质吸收不良、肝脏胆固醇分解增加、胰高血糖素样肽-1分泌增加和胆汁酸池/成分的改变。已有研究[13]表明，ASBT功能缺陷与常见胆汁淤积性疾病均存在联系，如PFIC1、原发性硬化性肝硬化(PSC)、ICP。

2.2.2 OSTα/β缺陷 OSTα/β是一种位于肝、肠和肾上皮细胞基底外侧膜上的双向异聚体转运蛋白，分别由SLC51A/SLC51B编码，其在维持胆汁酸和其他类固醇激素的稳态中发挥重要作用[14]。已有研究[15-16]报道，OSTα/β在非酒精性脂肪性肝炎、肝外胆汁淤积症、阻塞性胆汁淤积症和原发性胆汁性胆管炎(PBC)患者中上调，且还与DILI存在关联。小鼠实验[10]表明，OSTα/β失活对肠道有多种负面影响，包括胆汁酸积聚和氧化应激对肠道损伤。因此，OSTα/β缺陷与部分临床肝病存在一定相关性，但就目前在遗传领域关于OSTα/β缺陷与疾病联系知之甚少。Gao等[17]报道了1例患有胆汁淤积、肝酶升高和先天性腹泻的病例，该患者SLC51A存在纯合突变。Sultan等[18]也报道了1例SLC51B纯合突变的病例，患者为两兄弟，均表现为慢性腹泻、胆汁淤积性肝病的特征，并合并较重的脂溶性维生素缺乏症。此外，Beaudoin等[16]通过COS细胞(用于病毒和转染研究)的体外实验表明，与没有SLC51B突变的 OSTα/β细胞相比，含有SLC51B突变的OSTα和OSTβ亚基均缺乏蛋白质表达，并且牛磺胆酸摄取显著降低。这些结果均表明，基因突变引起的OSTα/β缺陷与胆汁淤积存在一定联系。

图1 胆汁酸合成、代谢及治疗靶点示意图Figure 1 Schematic diagram of bile acid synthesis, metabolism and therapeutic target

理论上，ASBT和OSTα/β的异常表达可能导致胆汁酸在回肠细胞或胆道和肾近端小管的胆汁酸转运上皮细胞中积累并损伤上皮细胞[19]。因此，SLC10A2或SLC51A/SLC51B突变导致胆汁酸代谢异常可能成为某些胆汁淤积性肝病的基础。但是，目前关于基因突变导致的ASBT和OSTα/β功能缺陷与胆汁淤积疾病之间的关系尚不明确，OSTα/β可能是ASBT缺陷时的一种代偿通路。基因的点位突变与蛋白整合机制仍需进一步深入探究。

2.3 肝窦处肝细胞膜胆汁酸转运异常 溶质载体10A1基因(SLC10A1)编码的NTCP也是胆汁酸循环的必需转运蛋白。NTCP是一种主要在肝细胞基底外侧膜表达的多跨膜糖蛋白，将结合胆汁酸从门静脉转运到肝细胞，并维持体内胆汁酸的稳态[20]。现有研究[21]认为，编码NTCP的基因突变并不影响体内胆盐平衡，因为NTCP转运功能受损时，在肝细胞基底膜上表达的OATP能在一定程度上代偿胆汁酸摄取。然而，此观点仍备受争议。Vaz等[22]报道了首例NTCP功能缺陷导致的高胆汁酸血症，患者血清胆红素水平正常，胆汁酸合成及其他转运过程均正常，但目前已报道的大多数病例为隐匿性[23-24]。除此之外，Mao等[25]研究表明，随着时间的推移胆汁酸水平会下降，并且下降水平与胆汁硫酸化增加存在关联，这也证实了胆汁硫酸化可能导致胆汁酸水平的变化。综上，NTCP缺陷虽能引起胆汁酸异常，但其与胆汁淤积性疾病的关联性尚未明确，这与其中可能存在一些代偿机制有关。

有研究[26-27]推测，NTCP缺陷会导致 OATP工作负荷过量，抑制其摄取胆红素的功能，从而导致高胆红素血症。本课题组[28]报道了1例Rotor综合征患者，考虑存在OATP缺陷可能，遗憾的是，限于当时条件，该病例未完成基因检测。SLC10A1突变可造成NTCP功能缺陷，但整个临床谱和基因型-表型的相关性仍未明确，虽然NTCP功能缺陷临床预后进展一般是良性，但长期预后情况尚不清楚。NTCP缺陷应被视为以下临床情况的鉴别诊断：不明原因的发育不良、无黄疸性胆汁淤积、胎儿死亡或与高胆碱血症相关的无法解释的肝脏组织学异常[29]。

除此之外，HLA基因簇与PBC、PSC及特定的DILI也存在一定联系[30-33]。王美娟等[34]发现，ABCB11、SLC25A13、HSD3B7、AKR1D1、NPC1和CFTR突变与先天性肝内胆汁淤积存在联系。同时TJP2、NR1H4、MYO5B突变也已被定义为PFIC4、PFIC5和PFIC6[35]。基因突变与胆汁淤积的关系错综复杂，不仅包含上述所提及的基因，这为今后临床研究带来了部分挑战，也为疾病诊治提供了新思路。

3 基因突变所致胆汁酸代谢异常相关治疗

长期胆汁酸代谢异常会导致胆汁淤积性肝病。相反，慢性胆汁淤积性肝病又影响胆汁的代谢，这种恶性循环若不及时干预，将导致细胞毒性嗜胆菌的聚集、胆汁纤维化、肝硬化和终末期肝病[36]。目前对基因突变所致的胆汁酸代谢异常治疗已有部分研究。

3.1 一般治疗 熊去氧胆酸(UDCA)、转运蛋白激动剂/抑制剂 UDCA是一种无毒性的亲水胆酸，可以抵消疏水性胆酸的毒性作用[37]。目前认为UDCA对于PBC、PSC、ICP、囊性纤维化、PFIC、BRIC及DILI都有较好的反应性。欧洲肝病学会指南[38]指出，低磷脂相关胆汁淤积症患者可能会从预防性 UDCA 治疗(15 mg·kg-1·d-1)中获益，这可能与预防结石的发生和复发有关。Bicocca等[39]也表示尽管 UDCA 减少 ICP 患者死产的益处尚未得到证实，但在当前指南中仍建议使用 UDCA 作为 ICP的一线治疗药物。此外，顺式维甲酸通过提高MDR3的表达可改善胆汁淤积小鼠模型血清肝酶水平，并减轻胆总管结扎小鼠的肝细胞坏死[40]。在胆总管结扎致胆汁淤积的动物模型研究[41]中也发现维甲酸和UDCA联合治疗能够改善肝纤维化程度。值得一提的是，Baghdasaryan等[42]提出的ASBT抑制剂可能是胆甾醇性肝病治疗的一个重要靶点，为转运蛋白活性药物的应用提供了一个有效的实验依据。

当前，如何安全有效的使用BSEP、ASBT、NTCP抑制剂/激动剂已成为基因靶向治疗的热点话题，研究者们也在该领域进行不断地探究。因此，在基因突变引起的胆汁淤积患者中，改变受影响的转运体蛋白活性将会是一个富有前景的治疗方式。

3.2 基因治疗 基因治疗是将正常的外源基因导入体内靶细胞，进而治疗基因异常或缺陷引起的疾病。相较于普通药物治疗而言，基因治疗是一种“质”的治疗，因为它从源头上解决了问题，而普通药物只达到了临床改善疾病症状。但上述转运蛋白的基因治疗位点鲜有报道。有研究[43-44]发现miR-506、miR-21可能是胆汁淤积性肝病治疗的潜在靶点。Bosma等[45]研究中也详细阐述了腺相关病毒载体介导的基因治疗对所有类型 PFIC 的临床可行性。虽然这些研究目前看来缺乏可行性，但为将来提供了新的诊疗思路。

综上，这些研究提供了一种新的潜在治疗基因遗传所致胆汁淤积症的方法，尽管目前一些药物、胆道分流/引流术能够在一定程度上减轻胆汁淤积，但传统方法未能从根本上解除胆汁淤积，故当前迫切需要探索基因层面的治疗方法。

4 总结与展望

基因遗传与疾病息息相关。近年来，基因诊治也成为炙手可热的研究领域，这不仅仅局限于基因突变对胆汁酸代谢的影响，还包括基因突变与临床各二级学科之间的联系。目前在DILI、PFIC、PBC等疾病中均探讨了基因突变所带来的影响，且某些疾病并不是由单一基因突变所引起的，这为从基因层面探究胆汁淤积的发生机制提供了新思路，也为今后胆汁酸代谢异常疾病的诊治提供了理论基础。

目前尚不清楚哪些基因突变会导致胆汁酸代谢异常的易感性增加，也不能断定各个基因组之间是否独立影响胆汁酸代谢。但当前对于疾病的研究已经从临床表现等宏观层面深入到基因等微观层面的全面分析，通过研究基因遗传对胆汁酸代谢及其调控机制的影响，不仅可以进一步阐明胆汁酸代谢异常相关疾病的发病机制，也为从基因入手研发新药物奠定坚实的基础。相信在不久的未来将突破基因遗传这一难关，对基因遗传疾病的认知上升到一个全新高度。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：易波参与分析相关领域文献，文章撰写及修改；李雪参与文章结构及部分内容修改；汤善宏负责拟定写作题目，指导撰写文章与最后定稿。