黄疸是婴幼儿期常见的临床表现，病因繁多，诊断困难。而遗传因素是代谢相关性黄疸的常见病因之一。本文将重点介绍先天性胆红素代谢、先天性胆汁酸合成障碍及其他代谢紊乱相关黄疸性疾病的基因诊断和治疗。
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先天性高胆红素血症是一类遗传性胆红素代谢障碍性疾病。高胆红素血症主要由胆红素代谢或循环障碍导致[1]，临床上可表现为高未结合胆红素血症及高结合胆红素血症[2]。目前认为，对新生儿进行胆红素筛查，有助于早期发现胆汁淤积患儿；同时基因检测有助于遗传性代谢相关性黄疸疾病的早期诊断和治疗[3]。本文将从胆红素代谢、胆汁酸合成障碍及其他代谢紊乱相关性黄疸三方面介绍先天性高胆红素血症相关疾病的诊治和研究进展。
主要包括遗传性非溶血性未结合型胆红素血症(inherited non-hemolytic unconjugated hyperbilirubinemia，UCH)(分为Crigler-Najjar综合征Ⅰ型，Crigler-Najjar综合征型Ⅱ和Gilbert综合征)、Rotor综合征、Dubin-Johnson综合征等。具体详见本期专题文章《胆红素代谢及其异常相关疾病》。
胆汁酸是在肝细胞内通过胆固醇代谢途径(经典途径和替代途径)中多个复杂步骤最终生成初级胆汁酸[4]。目前将胆汁酸合成途径中的多种关键酶缺陷导致的疾病归为先天性胆汁酸合成障碍(congenital bile acid synthesis defects，BASDs)，该类疾病均为常染色体隐性遗传病，约占婴儿胆汁淤积性疾病的1%～2%。胆汁酸合成障碍使肝细胞不断地代谢胆固醇，以生成足量的胆汁酸来维持体内胆汁酸稳定，持续性胆固醇非正常代谢可导致患儿肝细胞内大量异常胆固醇中间产物积聚，而胆汁酸的大量堆积会抑制胆汁酸在胆小管内的运输[5,6]，从而引起胆汁淤积，使肝细胞发生进行性损伤。
BASD主要表现为胆汁酸合成障碍引起的肝内胆汁淤积、脂肪泻和脂溶性维生素缺乏；患儿肝酶升高、肝肿大、γ-谷氨酰转肽酶正常或降低、总胆汁酸正常。BASD的临床表现与进行性家族性肝内胆汁淤积症(progressive familial intrahepatic cholestasis，PFIC)难以区分，但是PFIC患儿胆汁酸转运和排泄障碍，导致胆汁酸大量淤积在肝细胞从而引起严重的瘙痒，而BASD患儿的致病机制使胆汁酸生成减少，其瘙痒症状较轻或无[7]。胆汁酸替代途径主要在胎儿期维持胎儿体内胆汁酸稳定，替代途径中的酶缺陷相对少见。出生后人体80%～90%的胆汁酸生成是通过经典途径，其关键酶缺陷会使患儿在婴儿期或儿童期发病，且症状严重。不同酶的缺陷临床表现各异，详见表1[8]。由于酶缺陷导致胆汁酸生成减少，从而影响胆汁分泌，使一些具有肝细胞毒性的胆汁酸生成增加。其中最为常见的是HSD3B7基因突变导致的3β-羟基-Δ5-C27-类固醇脱氢酶/异构酶缺陷和AKR1D1基因缺陷导致的δ-4-3-氧固醇-5β-还原酶缺陷。这类患者如果诊治不及时可进展到终末期肝病并最终需要肝移植，目前该类疾病的诊断主要依赖于质谱(mass spectrometry，MS)或气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry，GC/MS)和基因测序明确致病基因[9]。用MS或GC/MS对尿液中胆酸成分的检测发现，HSD3B7缺乏症可检测到非典型3-羟基-5-胆汁酸浓度增加以及正常初级胆汁酸的减少，AKR1D1缺乏症可检测到3-氧代-Δ4胆汁酸浓度升高以及正常初级胆汁酸减少[7]。对于早期明确诊断的患儿需要终身进行胆汁酸替代治疗，该治疗可以明显改善患儿的肝功能，但不能逆转患儿肝外表现(如中枢神经系统功能障碍、腱反射减弱等)。口服胆酸治疗儿童期BASD被认为是安全且有效的治疗方法之一。Gonzales等[10]对15例BASD患儿长期(平均治疗时间为21.4年)使用胆酸治疗效果的评估表明，此种治疗可以减少肝纤维化，长期使用胆酸进行治疗安全有效，且没有观察到严重的不良反应。
不同基因缺陷导致的胆汁酸合成缺陷的发病机制及临床表现
不同基因缺陷导致的胆汁酸合成缺陷的发病机制及临床表现
| 致病基因 | 遗传方式 | 发病机制 | 表型 |
|---|---|---|---|
| HSD3B7 | AR (16p11.2) | 3β-羟基-Δ5-C27-类固醇脱氢酶/异构酶缺陷 | 进行性肝病和肝外表现如中枢神经系统功能障碍 |
| AKR1D1 | AR (7q33) | δ-4-3-氧固醇-5β-还原酶缺陷 | 新生儿肝衰竭 |
| CYP7B1 | AR (8q12.3) | 氧固醇7α-羟化酶缺陷 | 新生儿期胆汁淤积 |
| AMACR | AR (5p13.2) | α-甲酰基辅酶A消旋酶缺陷 | 婴儿胆汁淤积症、佝偻病、一过性胆汁淤积症、周围神经病 |
| CYP27A1 | AR (2q35) | 固醇27-羟化酶缺陷 | 脑腱性黄色瘤 |
| SLC27A5 | AR (19q13.43) | 胆汁酸CoA连接酶缺陷 | 脂肪泻、佝偻病、凝血障碍、血清中结合胆汁酸减少或缺失 |
| BAAT | AR (9q31.1) | 氨基酸N-乙酰转移酶缺陷 | 胆汁淤积、血清中未结合胆汁酸升高 |
| PEX | AR(7q21.2; 8q21.1；q24；5-12p13.3; 6p21.1；6q21-q22.2; 1p36.32; 17q12) | 过氧化物酶体缺陷 | 胆汁淤积、肝功能异常、特殊面容、智力及运动发育迟缓或不发育、进行性肌张力低下、多发畸形 |
注：AR：常染色体隐性遗传病。
该类疾病主要包括PFIC，PFIC根据突变基因的不同分为六型：PFIC 1～6型，突变基因分别为ATP8B1、ABCB11、ABCB4、TJP2、NR1H4和MYO5B。此类疾病的研究进展详见本期专题文章《进行性家族性肝内胆汁淤积症》。
AATD的致病基因是位于14q32.1的SERPINA1基因。该基因编码α1-抗胰蛋白酶(α-1 antitrypsin，AAT)，该酶是一种蛋白酶抑制剂，在肝细胞中合成经血液循环至肺部发挥其生理功能，主要功能是抑制中性粒细胞弹性酶的功能。突变的AAT结构发生错误折叠甚至聚合，使其AAT滞留在肝细胞内质网不能正常分泌[11]。肝细胞中滞留的突变体AAT会诱导细胞凋亡、线粒体损伤、炎症和自噬，并会反复刺激相邻正常肝细胞并引起细胞再生，从而对肝细胞造成慢性损伤。AATD以慢性肺疾病、早期肺气肿和肝脏疾病为主要临床表现。SERPINA1基因有不同的突变型，一般用Z代表E342K变异，ZZ表型会导致AAT表达量减少90%，且该表型是最常导致肝脏疾病的一种表型，在新生儿期通常会发生胆汁淤积性肝炎。AATD的确诊依据是患儿血清AAT浓度低于113 mg/dl并检测出携带SERPINA1基因缺陷[12]。静脉输注AAT制剂可用于治疗AATD相关的肺部疾病，但不能改善肝脏病变。针对患儿的肝脏表现无较好的治疗方法，必要时须进行肝移植[13]。David Perlmutter的团队研究表明卡马西平可通过增强自噬途径来增加突变型AAT的降解，在小鼠模型中的研究发现该药物可以改善小鼠模型中的肝脏纤维化，目前该药物正在进行临床试验[14]。一项研究显示，疾病早期使用熊去氧胆酸治疗可明显改善ZZ型AATD患儿的肝功能，但是在肝脏受累严重的患儿中，熊去氧胆酸没有明显的治疗效果[15]。
肝豆状核变性(Wilson disease，WD)是一种常染色体隐性遗传病，致病基因为位于13q14.3的ATP7B基因。该基因编码铜转运P型ATP酶，该蛋白主要表达在肝细胞胆管面。WD患儿以不同程度肝脏疾病为主要临床表现，常伴有神经系统异常表现、角膜色素环、溶血性贫血和肾损伤等症状[16]。肝豆状核变性黄疸主要是溶血性贫血或肝功能衰竭，当肝细胞内铜达一定量时，肝细胞大量破坏，使铜大量释放入血，发生血管内溶血；同时血铜增高抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、谷胱甘肽还原酶的活性，从而导致溶血的发生。WD的治疗目标是纠正铜离子过载并建立负铜平衡[17]。WD需要终生治疗，首选药物是口服螯合剂(D-青霉胺和曲恩汀)和锌盐。当患者出现急性肝功能衰竭或代偿性肝硬化药物治疗无效时，需要进行肝移植。此外，WD的新型治疗方法即基因治疗和细胞治疗，目前在动物模型中也取得了较好的治疗效果[18]。
CD由位于7q21.3的SLC25A13基因发生突变导致，该疾病在东亚人群中相对常见。与该疾病相关的表型有新生儿肝内胆汁淤积症、发育迟缓和血脂异常以及部分表现为成人后的瓜氨酸血症Ⅱ型。CD患儿Citrin蛋白缺乏，会导致肝细胞能量缺陷，造成肝细胞线粒体结构异常，影响脂肪酸代谢，进一步加重肝细胞能量缺乏。肝细胞能量的缺乏使肝细胞内ATP依赖性转运蛋白胆盐输出泵蛋白、多耐药糖蛋白3和MRP2等的功能受到抑制，从而导致胆汁淤积、黄疸的发生[19]。明确诊断主要通过对SLC25A13基因的检测。低碳水化合物饮食(如谷物、糖和米饭)和补充中链甘油三酯对CD患者有效，有研究表明，CD患者如在早期接受治疗可改善肝脏损伤并可逆转脂肪肝[20]。
尼曼-匹克病C型(Niemann-Pick disease，NPC)是一种罕见的神经退行性溶酶体疾病，该病的致病基因为NPC1基因(位于18q11.2)或NPC2基因(位于14q24.3)，是一种常染色体隐性遗传病，其中携带NPC1基因变异的患者占95%[21]。NPC的确切发病机制尚不清楚，目前认为NPC1或NPC2蛋白功能的丧失会导致胆固醇和鞘氨醇转运障碍，使其产物在溶酶体中沉积。NPC累及多个系统，其中约50%的患者在新生儿期会有不同程度的肝脏疾病及黄疸。不同的NPC患者临床表现及发病年龄差异较大，容易误诊，目前对疑似NPC的患者可通过疑似NPC指数(NPC Suspicion Index)的评估以及血浆7-酮胆固醇的检测来减少误诊[21]。有研究表明，通过高通量质谱对干血斑中的3β，5α，6β-三羟基胆酸及其甘氨酸缀合物进行检测，从而对NPC新生儿进行筛查[22]。目前美格鲁特(Miglustat，Zavesca®)是欧洲唯一获批的治疗NPC的药物，该药可抑制葡萄糖神经酰胺合成酶，从而减少细胞内的脂质蓄积，该药物可稳定或改善患者神经系统症状。此外，有研究证实熊去氧胆酸可以改善NPC患者的肝功能[23]；在NPC动物模型中的研究表明，2-羟丙基-β-环糊精可降低细胞中胆固醇和鞘脂的蓄积，改善肝功能并降低神经退行性程度[24]。对急性肝衰竭的NPC患儿肝移植预后观察表明，患儿术后预后较差且肝移植不能改善患儿神经症状[25]。
CF的致病基因为位于7q31.2的CFTR基因，是白种人中最为常见的常染色体隐性遗传疾病。CF相关性肝病是CF患者的常见死亡原因之一。CFTR在胆管和胆囊上皮细胞的顶端膜上表达，主要通过对钠离子和氯离子的转运来调节胆汁中水和电解质的含量，有利于胆汁分泌。变异的CFTR会导致胆汁的黏稠和酸化，异常的胆汁大量淤积会直接损伤肝细胞[26]。CF相关性肝病的早期诊断尤为重要，近期研究表明，并发肝脏疾病的CF患者miR-122显著升高，对miR-122的检测可用于CF相关性肝病的诊断，并具有预测早期肝纤维化的潜力[27]。熊去氧胆酸可以改善肝脏的排泄功能并延缓肝病进展。CF相关性肝病主要通过熊去氧胆酸治疗，同时需均衡饮食，补充脂溶性维生素，当CF患者肝脏疾病进展至失代偿性肝硬化时则需要进行肝移植[28]。
GD是一种家族性糖脂代谢疾病，为常染色体隐性遗传，致病基因位于1q21的GBA基因，该基因编码溶酶体葡萄糖脑苷脂酶(lysosomal glucocerebrosidase，GBA)。该基因突变可导致GBA的酶活性不足，使葡萄糖脑苷脂不能水解成葡萄糖和神经酰胺，并大量在肝脏、脾脏、骨髓和中枢神经系统的单核-巨噬细胞内蓄积，出现相应的临床表型：肝脾肿大、黄疸、肝酶改变、肝硬化、门脉高压、骨质疏松症、骨坏死以及中枢神经系统受累等[29]。GD根据临床症状可分为：GDⅠ型非神经型，GD Ⅱ型急性神经型和GD Ⅲ型亚急性神经型，在亚洲地区，Ⅰ型GD患者所占比例为40%～50%。北欧、埃及等国家和地区主要为GD Ⅲ型[30]。GD可以通过测量白细胞中的葡萄糖脑苷脂酶活性并检测GBA基因的致病变异来诊断。GD治疗的目的是减少过量的葡萄糖脑苷脂和其他糖脂。目前有酶替代疗法、底物减少疗法、基因治疗和分子伴侣治疗。伊米苷酶是获得许可的GD酶替代治疗药物，但该类药物不能通过血脑屏障，改善中枢神经系统受累[31]。对轻中度Ⅰ型GD，可采用底物减少疗法，米格鲁特可直接减少葡萄糖脑苷脂的产生，有效减轻肝脾肿大。慢病毒载体基因转移技术尚处于基础研究阶段；分子伴侣技术可以促进功能性酶的产生甚至恢复突变葡萄糖脑苷脂酶的活性，但该疗法的发展尚处于研究阶段。
遗传性代谢相关性黄疸无论在发病年龄还是临床表现上都存在较大个体差异，即使携带相同的致病基因突变，其临床表型也可不同。该类疾病的诊断和评估是一个困难且繁琐的过程。基因诊断在该类疾病中的应用可以提高疾病的早期诊断，因此需要我们不断深入研究黄疸的发病机制，从而增加基因诊断的准确性并不断提高疾病诊断的效率。
所有作者均声明不存在利益冲突
