汤善宏教授团队：胆汁酸代谢过程中转运蛋白基因突变机制及临床意义

作者/易波，柏承志，吕一品，汤善宏

单位/中国人民解放军西部战区总医院消化内科

胆汁酸由肝脏合成并分解代谢，诸多原因均可导致其生成、分泌及重吸收障碍，进而引起体内胆汁酸代谢异常，常见诱因包括肝炎、病毒、酒精、药物、胆道梗阻及遗传等。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。胆汁酸代谢异常则是由于上述某一过程紊乱引起的病理状态。值得注意的是，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，但胆汁淤积常常伴有血清胆汁酸升高。

胆汁酸代谢基本过程

在肝脏中，脂溶性胆固醇转化成水溶性胆汁酸的过程繁杂，需要一系列酶的参与。胆汁酸在肝脏中的合成途径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)，经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也不可或缺。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。男性成年患者中CYP7A1基因的突变仅引起轻度高胆固醇血症和胆结石病，这也证实了由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[1]。由此可见，体内胆汁酸在经典途径和替代途径共同作用下处于一种动态平衡中，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深入探讨。

胆汁酸循环过程大致分为三步：

（1）胆盐输出泵（Bile salt export pump，BESP）通过主动转运将胆汁酸转送到胆管；

（2）部分胆汁酸在小肠和结肠被动重吸收，另一部分则通过回肠末端的顶端钠依赖性胆汁酸转运体(Apical sodium-dependent bile acid transporter，ASBT)主动重吸收。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；

（3）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，OA TPs)等重新进入肝细胞（图1）。这些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[2]。由此可见，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，都有可能导致胆汁酸代谢异常（图1）[3]。

图1  胆汁酸代谢过程示意图

不同部位基因突变对胆汁酸转运的影响

1 肝细胞胆管侧转运蛋白异常

在肝细胞中产生的胆汁酸，通过毛细胆管侧转运蛋白，主动转运至胆道细胞，该部位对氧、能量要求较高，比较敏感，药物、自身免疫、胆道梗阻、局部感染及基因突变可导致该部位对胆汁酸排泄障碍，该部分为目前最为关注、了解最清楚的部分，包括以下几种转运蛋白：

（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。Jeremy S Nayagam[4]等研究发现，在ABCB11突变的患者中，他们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%这个阈值以下时导致胆汁酸代谢异常。此外，该研究指出，在BSEP抑制率为＜50%的药物中，纯合子ABCB11 pVa-l444Ala变异与DILI风险显著相关(P=0.01)。

（2）多药耐药蛋白3（Multi-drug resistance protein,MDR3）/促膜脂组成蛋白（Protein contributing to membrane lipid composition,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由ABCB4编码，主要在肝细胞的小管膜上表达并充当磷脂转运蛋白。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。

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。可见，ABCB4/ATP8B1突变可导致胆汁酸对胆管细胞损害加重。目前已有研究[4]表明，DILI、PFIC3、慢性肝病、ICP和低磷脂相关胆汁淤积症(Lower phospholipids associated cholestasis，LPAC)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[5]。如进行性家族性肝内胆汁淤积症(Progressive familial intrahepatic cholestasis, 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。本病的三种经典表型PFIC1、PFIC2和PFIC3分别由ATP8B1、ABCB11和ABCB4突变导致。

2 回肠末端胆汁酸转运异常

此部分为目前关注及了解较少内容，包括肠黏膜上皮转运蛋白将肠道胆汁酸主动转运至细胞内，再通过毛细血管侧转运蛋白将细胞内胆汁酸泵入门静脉系统。

（1）ASBT缺陷：回肠末端对胆汁酸的重吸收主要由顶端钠依赖性胆汁酸转运蛋白(ASBT)介导，此外还通过肠上皮细胞基底外侧异聚有机溶质转运蛋白α-β(OSTα-OSTβ)泵入门脉系统。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一些与BAs肠肝循环和胆固醇稳态失调相关的疾病，如腹泻和胆结石[6]。同时，Van de Peppel等[7]也指出ASBT缺陷的后果是多方面的，包括肠道脂质吸收不良、肝脏胆固醇分解增加、GLP-1分泌增加和BA池/成分的改变。ASBT功能缺陷与常见胆汁淤积性疾病都存在联系，如PFIC1、原发性硬化性胆管炎（PSC）、ICP。

（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[8]。小鼠实验表明，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，而已报道的病例均指出此类患者存在慢性腹泻、胆汁淤积。

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中积累并损伤上皮细胞[9]。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，一方面OSTα/β可能是ASBT缺陷时的一种代偿通路，另一方面则是因为基因的点位突变与蛋白整合机制仍需进一步深入探究。

3 肝窦处肝细胞膜胆汁酸转运异常  

当胆汁酸经过 “肠肝循环”到达肝窦处，需经转运蛋白泵入肝细胞内，正常情况下只有少量胆汁酸进入血液循环。与BSEP和ASBT一样，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[10]。现有研究认为，编码NTCP的基因突变并不影响体内胆盐平衡，因NTCP转运功能受损时，在肝细胞基底膜上表达的OATPs能在一定程度上代偿胆汁酸摄取[11]。然而，此观点仍备受争议。Vaz等[12]报道了首例NTCP功能缺陷导致的高胆汁酸血症。因此，NTCP缺陷会引起胆汁酸异常，这与它可能导致OATP工作负荷过量，抑制摄取胆红素有关。SLC10A1突变可造成 NTCP功能缺陷，但整个临床谱和基因型-表型-相关性尚不完全清楚，虽然本病临床预后进展一般是良性，但长期预后尚不清楚。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[13]。

总  结

总的来说，基因遗传与疾病息息相关的。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，并且某些疾病并不是由单一基因突变所引起的，这也为我们从基因基础上探究胆汁淤积的发生机制提供了新思路，也为今后胆汁代谢异常疾病的诊治提供了理论基础。在数以万计的基因组中，我们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。但当前我们对于疾病的研究已经从临床表现等宏观层面进展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了坚实的基础。

参考文献 上下滑动查看

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