膽汁淤積發(fā)生機制的研究進(jìn)展*

諶 潔,章述軍

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院感染科,重慶 400016)

膽汁淤積是指在各種因素的影響下,膽汁形成、分泌和排出過程出現(xiàn)障礙,導(dǎo)致膽汁無法順暢進(jìn)入十二指腸,從而進(jìn)入血液中的狀態(tài)。其早期階段一般無特異的臨床表現(xiàn),可能只表現(xiàn)為血清中的堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)及γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶(γ-glutamyl transferase,GGT)的水平升高,部分患者可伴有乏力、惡心、納差及上腹不適等非特異表現(xiàn),逐步進(jìn)展后還可出現(xiàn)黃疸、皮膚瘙癢、疲勞、脂肪瀉、黃色瘤和肝性骨營養(yǎng)不良、脂溶性維生素缺乏等[1-2]。慢性膽汁淤積可導(dǎo)致膽汁性肝纖維化,甚至膽汁性肝硬化,例如:以持續(xù)存在的膽汁淤積、膽管的慢性炎癥性損傷為主要特點的原發(fā)性膽汁性膽管炎(primary biliary cholangitis,PBC)和原發(fā)性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis,PSC),疾病發(fā)展過程中可造成匯管區(qū)的膽管周圍發(fā)生纖維化,并且逐漸擴展到肝實質(zhì)[3]。膽汁淤積可分為肝外膽汁淤積(extrahepatic cholestasis,EHC)和肝內(nèi)膽汁淤積(intrahepatic cholestasis,IHC),IHC可由肝細(xì)胞、肝內(nèi)膽管細(xì)胞或者兩者均涉及的疾病引起,進(jìn)一步又可分為小葉內(nèi)(肝細(xì)胞和轉(zhuǎn)運分子疾病)和小葉外(肝內(nèi)膽管細(xì)胞疾病)的膽汁淤積,以及原發(fā)性和繼發(fā)性IHC[4],其發(fā)病機制尚不清楚。

1 膽汁“HCO3-保護(hù)傘”學(xué)說

通過對人體膽管細(xì)胞的體外研究表明,膽汁“HCO3-保護(hù)傘”可以防止誘導(dǎo)的膽管細(xì)胞損傷和細(xì)胞凋亡,Cl-/HCO3-陰離子交換蛋白2(anion exchanger 2,AE2)對膽道的穩(wěn)定性至關(guān)重要[5],以PBC為代表的膽管病變可能與維持膽道“HCO3-保護(hù)傘”的基因的遺傳和獲得性功能缺陷有關(guān)[6]。膽汁中HCO3-的分泌使肝細(xì)胞及膽管細(xì)胞的頂端表面保持堿性,與甘氨酸結(jié)合且具有細(xì)胞毒性的膽汁鹽就無法通過頂端膜滲透入肝細(xì)胞,進(jìn)而可避免其引發(fā)的細(xì)胞凋亡、自噬和衰老[7-9]。

2 膽汁酸代謝障礙

2.1 膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白功能障礙

轉(zhuǎn)運蛋白的先天性或獲得性功能缺陷及障礙均可導(dǎo)致膽汁酸的蓄積,從而引起膽汁淤積[10]。在使用四氯化碳誘導(dǎo)的小鼠藥物性肝損傷模型中發(fā)現(xiàn)鈉離子-牛磺膽酸鈉共轉(zhuǎn)運多肽(Na+-taurocholate co-transporting polypeptide,NTCP)被下調(diào),同時伴有多耐藥相關(guān)蛋白4(multidrug resistance associated proteins,MRP4)上調(diào),說明肝毒性期間轉(zhuǎn)運蛋白表達(dá)改變不僅能阻礙膽汁酸代謝,也能代償性地增加部分轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)以減輕肝損害[11]。膽汁鹽出口泵(bile salt export pump,BSEP)參與膽汁鹽的排出,在藥物誘發(fā)的膽汁淤積、妊娠期肝內(nèi)膽汁淤積癥(intrahepatic cholestasis of pregnancy,ICP)及良性復(fù)發(fā)性肝內(nèi)膽汁淤積(benign recurrent intrahepatic cholestasis,BRIC)2型等多種疾病中均能發(fā)現(xiàn)其基因突變[12-13]。多耐藥相關(guān)蛋白(multi-drug resistance-associated proteins,MDRs)能將結(jié)合膽紅素由肝細(xì)胞轉(zhuǎn)送到毛細(xì)膽管里,其基因的突變或缺失可引起Dubin-Johnson 綜合征的發(fā)生[14]。此外,有機溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白(organic solute transporter,OST)、頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白(apical sodium dependent bile acid,ASBT)、有機陽離子轉(zhuǎn)運蛋白(organic cation transporters,OCT)有機陰離子轉(zhuǎn)運多肽(organic anion transporting polypeptides,OATPs)、ATP結(jié)合盒式蛋白G型(ATP-binding cassette transporter G type,ABCG)等多種轉(zhuǎn)運蛋白的功能障礙,都被證明與膽汁淤積的發(fā)生有關(guān)[15-17]。膽汁酸運載體循環(huán)見圖1。

圖1 膽汁酸循環(huán)有關(guān)運載體

2.2 膽汁酸激活受體的功能障礙

膽汁酸激活受體目前主要包括法尼醇X受體(farnesoid X recepter,FXR)和G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1(G protein coupled bile acid receptor 1,GPBAR1)。FXR在調(diào)節(jié)膽汁酸轉(zhuǎn)運、合成代謝、膽汁磷脂分泌方面至關(guān)重要,同時還可能在肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells,HSC)活性、炎癥、腸道屏障功能和預(yù)防腸道細(xì)菌易位方面起著關(guān)鍵調(diào)控作用[18-19]。GPBAR1在與膽汁酸結(jié)合后發(fā)生活化,通過激活下游信號通路來調(diào)節(jié)細(xì)胞因子并參與炎癥小體形成,從而具有抗膽汁淤積、抗炎、抗細(xì)胞凋亡的作用[20-21]。同時,GPBAR1會導(dǎo)致HCO3-分泌的增加,進(jìn)而促進(jìn)上述膽汁“HCO3-保護(hù)傘”的形成[22]。

2.3 膽汁酸代謝酶的異常

膽汁酸由膽固醇通過兩種合成途徑生成,包括細(xì)胞色素P450酶中的膽固醇7α-羥化酶(cholesterol 7α-hydroxylase,CYP7A1)參與的經(jīng)典途徑,以及甾醇27-羥化酶(sterol-27-hydroxylase,CYP27A1)參與的替代途徑[23-24]。膽汁酸合成酶基因的缺乏會導(dǎo)致脂肪、類固醇和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收不良,以及有毒類固醇中間體的積累,從而導(dǎo)致肝損傷和膽汁淤積性肝病[25]。膽汁酸合成酶基因的突變也能導(dǎo)致膽汁淤積,如CYP7A1基因突變增加了嬰兒膽汁淤積的發(fā)病率[26]。生長激素、胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)和地塞米松可增加人體CYP27A1合成,而甲狀腺激素T4會降低CYP27A1基因啟動子活性[27-28],從而抑制CYP7A1合成。

3 血液-膽汁屏障(blood bile barrier,BBIB)與膽汁淤積

正常情況下,完整的肝細(xì)胞緊密連接結(jié)構(gòu)(tight junction structure,TJs)形成BBIB,能夠?qū)⒛懼忾]在毛細(xì)膽管的管腔內(nèi),防止膽汁反流發(fā)生[29]。多種毒素、炎性細(xì)胞因子、病原體均可通過破壞肝細(xì)胞的TJs,導(dǎo)致膽管結(jié)構(gòu)變化,促使膽汁反流從而導(dǎo)致膽汁淤積[30]。此外,黏附連接結(jié)構(gòu)(adherens junction structure,AJs)中的β-連環(huán)蛋白的缺失會導(dǎo)致膽汁分泌減少和膽管形態(tài)缺陷,其特征在于膽管擴張,膽管曲折和小管小靜脈丟失,而間隙連接結(jié)構(gòu)(gap junction structure,GJs)通過其細(xì)胞間通信功能可促進(jìn)膽管的有序收縮,從而促進(jìn)膽汁流動和分泌[31]。

4 腸道微生態(tài)與膽汁淤積

在人和動物體內(nèi),腸道微生物與膽汁酸代謝間有著密不可分的關(guān)系,可相互影響和調(diào)控,膽汁酸能重塑腸道微生物群落,腸道微生物也能夠影響膽汁酸的合成與代謝[32]。一項動物實驗結(jié)果提示,傳統(tǒng)飼養(yǎng)小鼠與無菌飼養(yǎng)小鼠相比,傳統(tǒng)飼養(yǎng)小鼠膽汁酸池較小并且CYP7A1的表達(dá)水平更低,故腸道菌群可能通過抑制CYP7A1的活性進(jìn)而抑制膽汁酸的合成和分泌[33]。研究表明,腸道內(nèi)的厭氧菌屬擬桿菌、真細(xì)菌和梭狀芽孢桿菌等參與了膽汁酸的轉(zhuǎn)化過程,在膽酸鹽水解酶影響下,膽汁酸與牛磺酸及甘氨酸結(jié)合,形成游離膽汁酸[34],而游離膽汁酸能作為腸道細(xì)菌的碳、氮和能量來源,維持腸道菌群的存活[35]。既往多項研究表明,PBC和PSC患者腸道菌群的組成與健康人相比存在差異,PBC患者腸道內(nèi)的嗜血桿菌、梭狀芽孢桿菌、乳酸菌、鏈球菌、假單胞菌及克雷伯氏菌等較健康人豐度增加,而PSC患者腸道內(nèi)的梭狀菌群數(shù)量較健康人降低近一半[36-38],提示腸道菌群與膽汁淤積及炎癥免疫反應(yīng)間可能存在聯(lián)系。

5 免疫機制

多種免疫細(xì)胞及免疫因子參與PBC的發(fā)生,機制目前尚未完全明了。其中,抗線粒體抗體(anti-mitochondrial antibody,AMA)和自身反應(yīng)性T細(xì)胞的產(chǎn)生可能與PBC發(fā)病有關(guān),它們通過破壞小膽管上皮細(xì)胞,造成膽汁淤積和肝硬化發(fā)生[39]。膽汁酸在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用,與膽汁淤積時肝臟炎癥密切相關(guān),例如膽汁酸能通過激活轉(zhuǎn)錄因子活化T細(xì)胞核因子1(nuclear factor activated T cell 1,NFATc1),刺激肝細(xì)胞中炎癥基因的表達(dá)來誘導(dǎo)肝損傷,而阻斷NFATc1的激活,可降低炎癥基因表達(dá),并緩解肝損傷[40-41]。近期研究表明,選擇性地敲除巨噬細(xì)胞可以干預(yù)膽汁酸的代謝過程,可能是通過降低CYP7A1表達(dá)水平,從而下調(diào)初級膽汁酸的生成[42]。還有其他因子也參與膽汁酸生成調(diào)控,趨化因子和CD40-CD40L軸的上調(diào)、人類白細(xì)胞抗原-F(human leukocyte antigen-F,HLA-F)的下調(diào)可觸發(fā)膽汁淤積性肝損傷期間的免疫反應(yīng)[43]。

6 炎癥與膽汁淤積

肝外感染或炎癥過程中常發(fā)生膽汁淤積,通常也被稱為膿毒癥相關(guān)性膽汁淤積。膽道梗阻引起的膽汁淤積是患者出現(xiàn)黃疸的第一大常見病因,而感染因素緊隨其后[44]。病原菌經(jīng)膽管逆行到肝臟,細(xì)菌毒素及細(xì)菌代謝物對肝細(xì)胞的直接損害,可直接影響膽汁分泌和排泄[45],例如由革蘭陰性菌釋放的脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)可以通過降低肝細(xì)胞小管、基底外側(cè)膜中NTCP和BSEP的表達(dá)水平,導(dǎo)致膽汁酸輸出減少,損害膽汁的形成和循環(huán)過程[46]。此外,多種炎癥因子如核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nod like receptor protein 3,NLRP3)、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis associated speck like protein,ASC)、半胱天冬酶-1(caspase-1)和白細(xì)胞介素-1(interleukin-1,IL-1)、IL-6等被發(fā)現(xiàn)在PBC患者的肝組織中水平上調(diào)[47],這些炎癥因子能夠直接降低膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白的水平,從而促使膽汁淤積[48]。

7 性激素作用與膽汁淤積

胎兒娩出后,隨著孕產(chǎn)婦體內(nèi)雌激素的減少,膽汁淤積相關(guān)的皮膚瘙癢、黃疸等癥狀的消失與血清膽汁酸水平的降低呈一致性[49]。雌激素可抑制NTCP的表達(dá)從而減少Na+依賴性的膽汁酸攝入,并且雌激素可抑制Na+-K+-ATP酶的活性,從而抑制膽汁進(jìn)入肝細(xì)胞中[50]。有研究表明,大量雌激素作用下的孕鼠,在肝細(xì)胞的竇狀隙,細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,細(xì)胞膜的流動性及蛋白酶活性的降低均可導(dǎo)致肝細(xì)胞攝取、轉(zhuǎn)送膽汁鹽的能力下降[51]。雌二醇可以通過雌激素受體-α(estrogen receptor-α,ER-α)和FXR的相互作用抑制BSEP,從而促進(jìn)膽汁淤積[52]。與雌激素相比,孕酮在膽汁淤積發(fā)病機制中的作用研究較少。與正常妊娠相比,ICP胎兒生成的二硫酸化孕酮代謝物增加,類固醇硫酸鹽水平降低,提示母體出現(xiàn)膽汁淤積與胎兒類固醇的合成受損存在聯(lián)系[53]。

8 非編碼RNA與膽汁淤積

膽管細(xì)胞來源的長鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs,lncRNA)在膽汁淤積性肝病的發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用,例如lncRNA-H19可通過促使肝星狀細(xì)胞(hematopoientic stem cell,HSC)的分化和激活進(jìn)而導(dǎo)致膽汁淤積性肝纖維化惡化[54],同時也能明顯誘導(dǎo)庫普弗(Kupffer)細(xì)胞中趨化因子(C-C基序)配體2和IL-6的表達(dá)和分泌,并通過抑制肝細(xì)胞中小異二聚體配體(small heterodimer partner,SHP)的表達(dá)來打破膽汁酸的穩(wěn)態(tài)平衡[55]。許多微RNA(microRNA,miRNA)也可以調(diào)節(jié)肝臟中某些基因的表達(dá),但導(dǎo)致膽汁淤積的機制尚不清楚。例如has-miR-4271、has-miR-1275和has-miR-6891-5這3種外泌體miRNA的表達(dá)水平均與膽汁酸水平呈負(fù)相關(guān),且與脂質(zhì)代謝、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activates protein kinases,MAPK)信號通路有關(guān)[56]。

9 總結(jié)和展望

膽汁淤積為一種臨床常見的癥狀,發(fā)病機制多樣,無法用單一的機制解釋,上述機制相互聯(lián)系、彼此影響,共同促使膽汁淤積的發(fā)生、發(fā)展。目前認(rèn)為膽汁淤積的主要機制是膽汁酸的代謝障礙,在膽汁酸循環(huán)過程中,以肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能完整為前提,各個運載體、轉(zhuǎn)運酶、轉(zhuǎn)運受體發(fā)揮積極作用,同時腸道菌群、免疫與炎癥、性激素等眾多因素共同作用下才能完成膽汁的正常代謝。目前膽汁淤積相關(guān)發(fā)病機制有待進(jìn)一步深入研究,并有望將各個發(fā)病機制串聯(lián)整合起來,展示膽汁淤積發(fā)生、發(fā)展的全貌。