精准医学时代对胆石病诊治的思考

胡 海， 陆瑞祺

(同济大学附属东方医院胆石中心，上海 200120)

进入21世纪，个体化医疗模式提出的分子医学诊治概念推动了人们对疾病发生发展机制的深入认识。但生物医学界面临的一个严峻问题是，大量停滞不前、投入巨大、成效甚小的重复基础研究不能与临床疾病诊治有效衔接，很多疾病没能得到有效控制或者仍然缺乏有效的防治手段。精准医疗模式通过详尽掌握患者乃至人群的基因组信息、生物标志物、表型特点或心理特征数据，从相同临床症状的人群中准确甄别出特定患者，进而提供能够充分满足个体患者需求的治疗措施。以信息科技为核心的现代科技与医学的深度融合，推动着传统医学理念和医疗范式的深刻变革，开启了一个以精准为特征的新医学时代[1-2]。

1 精准胆石病外科诊治策略

现代外科已由传统粗放外科模式向精准外科模式转变[3]。精准外科作为一种现代科技与传统外科相互融合并集成优化而形成的新型外科理念，遵从人体结构顺应性及器官功能完整性的健康理念，实施精确的术前诊断和量化的手术预案，提倡微创化外科以达到最大化的损伤控制，强化循证外科决策，倡导个体化治疗实践，旨在追求以最小化的损伤代价、最大化的器官功能保护来完成最佳的诊疗效果[4-5]。胆石病是多发病和常见病，其与心血管疾病及胆囊癌有着密切的关系[6]。随着人口老龄化的加速、致病危险因素的增加和胆石病的发病率增加，患者疾病负担持续加大，但目前国内从关注程度、疾病预防、诊疗规范到新技术应用等方面，尚缺乏特定针对该疾病的系统研究和诊治专业机构。精准胆石病诊治，应在构建胆石病研究和管理实践相结合平台和在前期研究成果基础上，通过整合多学科、多部门资源优势和专业技术，联合开展胆石病的公共卫生学、基础医学和临床医学研究，致力于推动科研成果向临床应用、健康促进和卫生政策的转化。其主要举措应包括： (1) 从基础医学方面深入探索胆石病发生发展和预后的分子和细胞水平作用机制，以此建立相应的生物技术诊断和干预策略；(2) 融合材料学和医学工程学，跨学科开展胆道微创手术新技术新方法的临床前和临床试验研究，通过产学研合作攻关开发疾病治疗的新型医疗器械和生物制剂；(3) 从循证医学着手，开展胆石病多学科诊疗合作研究和分层管理临床路径规范研究；(4) 从公共卫生学方面着手疾病的流行病学研究，探讨病因和危险因素，寻求预测风险的生物基因标志，并采取相的预防控制措施，从源头预防疾病的发生，降低胆石病的并发症，提高患者的生活质量。最终目的是达到降低胆石病的及其并发症或后遗症的发生率和死亡率，提高病患治疗成功率和生活质量，减轻胆石病带来的经济负担。

2 精准医学下胆石病成因思考

随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学的交叉应用，对于大样本人群与特定疾病类型进行生物标志物的分析与鉴定、验证与应用，从而精确寻找到疾病原因和治疗靶点，已成为精准医学下基础研究的趋势[7-10]。胆囊结石的形成和先天遗传及后天环境因素有关；做为一种复杂的失调疾病，胆囊结石累及肝脏、胆囊和肠道。过往研究主要集中于引起胆囊结石形成的基因转录、蛋白质作用、类植物代谢和胆脂质代谢。针对胆固醇结石的发病机制，在对蛋白质和基因调控下胆固醇的吸收、合成、分解代谢和胆道脂质分泌方面取得一些研究突破[11-13]。通过分析胆石成因与肝胆脂质分泌、胆囊功能障碍因素及肠肝循环因素之间互相关系，可以对胆囊结石形成的病理生理基础与分子机制进行重新洞察。

2.1 肝胆脂质分泌因素

研究[14]表明，胆汁胆固醇的肝脏分泌过多是胆固醇结石形成的第一推动者。胆固醇过饱和可能由以下原因引起： (1) 胆固醇的肝分泌过多；(2) 胆盐或磷脂质分泌入胆汁速率减缓；(3) 胆固醇分泌过多与增溶脂质分泌不足的结合。随着时间推移，多相的成核剂、粘蛋白凝胶、胆固醇过饱和的出现都会导致胆囊胆汁中胆固醇一水合物的沉淀形成，随后通过凝聚和生长晶体成熟并形成宏观的石头[15]。胆汁脂质分泌受肝细胞毛细胆管膜上的ATP结合盒(ABC)的转运蛋白网所控制。ABC转运体(ABCB11)被称为胆盐输出泵(BSEP)，是哺乳动物肝脏上主要的小胆盐输出泵[16]。人体的耐药性3P-糖蛋白，也被称为ABCB4，充当“翻转酶”作用，将磷脂分子从内转移到小管膜的外小叶[17]。最终，ABC转运蛋白ABCG5和ABCG8将胆固醇转入胆汁。在两个肝细胞的核受体中，胆汁酸受体、法尼醇X受体(FXR)、氧固醇受体或肝X受体(LXR配体)在蛋白质中的基因转录调控中发挥了重要的作用[18]。ABCB11和ABCB4受FXR控制，ABCG5和ABCG8是LXRs配体的靶基因。胆固醇胆石病相关的转录激活因素已经在小鼠模型实验里得到证实。经过1周致结石的饮食后，胆结石在缺失FXR的小鼠胆囊里形成，原因是小鼠体内胆盐、磷脂浓度的降低和ABCB11和ABCB4表达的下调。用合成FXR配体治疗胆囊结石成石易感小鼠(C57L)可预防胆结石的沉淀和形成，因为与未治疗的小鼠相比FXR配体可诱导ABCB11和ABCB4表达，降低原本较高的胆盐、磷脂在胆汁中胆固醇的饱和度。相比之下，激活LXR的合成配体对小鼠易发生结石，因为LXR诱导ABCG5和ABCG8表达增加胆汁分泌的胆固醇饱和度[19]。但小鼠体内观察结果是否适用于人类胆结石疾病尚不明确。通过数量性状位点方法，已确定胆结石的遗传缺陷并描述了易致小鼠结石的几种lith基因[20]。小鼠lith基因的描述最终将有助于人类lith基因的鉴定。对几个家庭和双生子的研究，包括单倍型分析，已表明作为正常遗传因子的ABCG5、ABCG8、FXR、LDLR、CYP7A1、载脂蛋白B-100、APOE、CCKAR基因对人类胆囊胆固醇结石的作用[21]。

2.2 胆囊功能障碍因素

空腹时食物进入十二指肠，肝脏分泌胆汁大部分储存在胆囊中。胆囊腔通过收缩促使其腔内胆汁流入胆总管内，进而在胆道内压力调节及Oddis括约肌共同作用下排入肠道，促进食物中的脂肪及脂溶性维生素的消化吸收。进食时十二指肠的胆囊收缩素(CCK)是驱动胆囊平滑肌收缩的主要因素，而胆固醇结石患者存在餐后胆囊排空功能严重下降甚至缺失[22]。胆囊动力是否是胆结石病的主要形成因素或是促使继发性炎症和胆囊平滑肌多余胆固醇的堆积仍值得商榷。然而，胆囊动力常常在许多高危情况下减弱而导致胆结石形成，如胆道感染，妊娠，肥胖和快速减肥的肥胖患者，糖尿病，全胃肠外营养。此外，肢端肥大症患者在用生长抑素抑制餐后CCK释放和胆囊收缩的治疗过程中处于胆石形成的高风险期。在小鼠中基因缺失的CCK-1受体会引起胆囊淤滞，增加结石形成的危险[23]。有研究提示，每天静脉营养CCK注射或通过膳食脂肪来提高CCK释放恢复胆囊收缩，有助于防止胆囊结石的形成[24]。

2.3 肠肝循环因素

分泌到十二指肠的胆汁盐在回肠末端被再吸收并运回分泌胆汁的肝，这就是所谓的肠肝循环[25]。循环胆盐池包括原发性和继发胆汁盐。原发性胆汁盐(胆酸钠和鹅去氧胆酸)是从胆固醇重新合成，继发性疏水性更强的胆盐(脱氧胆酸和石胆酸)在结肠里通过原发性胆汁盐里的细菌7α-脱羟基盐产生。缓慢的肠道转运可以增加脱氧胆酸形成率[26]。研究[27]表明，肠道蠕动的减弱以及胆汁脱氧胆酸水平的增加在一些胆石病病患体内已被发现。肠道蠕动减弱、脱氧胆酸的形成和胆汁成石性之间的因果关系已在人类和小鼠研究上被证实。首先，胆结石患者革兰阳性厌氧细菌数量增加和盲肠里7α-脱羟基酶活性增强，有更高的胆脱氧胆酸盐[28]。其次，用奥曲肽(胆固醇胆石病已知的风险因子)治疗能延长结肠传输，脱氧胆酸浓度和胆汁胆固醇的沉淀[29]；而且，胆石患者缺少频繁的肠移行性复合运动周期、空腹胆囊的排空作用和较正常相比异常的胃动素释放。相反，避免长时间空腹状态可防止胆结石形成[30]。另外，膳食胆固醇的肠道吸收也能致结石形成。动物研究[31]表明，高胆固醇的吸收及随后快速的胆固醇胆汁分泌易导致胆石病。同样，小肠转运时间的延迟或减缓与肠道对胆固醇的吸收率、胆汁胆固醇分泌的增强和胆囊结石形成也有关。慢性肠道感染作为胆结石发病的潜在因素已被提出[32]。各种肠肝螺杆菌对末端肠道的感染，除了幽门螺旋杆菌，都是小鼠模型内形成胆固醇过饱和胆汁及胆结石的必不可少因素[33]。肠切除或全结肠切除患者，都有过饱和的胆固醇胆汁易导致胆固醇结晶及胆结石的形成。胆汁酸肠肝循环和新陈代谢的减弱都被假定为致石原因。研究[34]表明克罗恩病也可能导致胆红素肠肝循环减弱，从而增加胆汁胆红素水平，并形成胆色素结石。

3 精准医学下胆石病临床诊疗过程思考

精准医学下胆石病研究不仅仅是“基因和分子水平”的精准，更包括外科临床诊治层面的精准。胆石病精准外科诊治理念涵盖以手术为核心内容的外科治疗全过程，包括精确的术前评估、及时的临床决策、最佳的手术规划、精细的术中操作和系统的术后管理。

3.1 术前精准决策

现有对胆石病诊断存在一定局限性，即主要基于胆石病的临床表现及组织病理学改变。然而，疾病的临床表现、组织病理学表现具有滞后性，特别是对胆石病患者诊治往往发生在其出现并发症期间。这一粗犷的诊断模式带来的是对胆结石病以胆囊切除为最终选择的治疗过程。精准医学时代下的胆石病诊治模式需要对疾病的诊断客观精确，针对不同胆石病患者选择最佳治疗方案。胆囊结石发生发展共有4个阶段： 仅存在胆汁成分改变的化学期、由泡沫细胞参与炎症反应的物理期、由胆固醇结晶与黏蛋白混合脱水固缩成石的成石期、由结石所致急慢性病变的并发症期。针对上述4期，应建立新型胆石病临床助诊体系，即： 选择溶石药物治疗化学期；采取促进胆囊排空措施治疗物理期；通过微创保胆取石手术尝试治疗有条件的成石期；用传统胆囊切除术治疗并发症期，最终做到为合适的患者在合适的时间做合适的治疗这一精准诊疗策略。

3.2 术中最佳效益

董家鸿等[5]提出精准外科手术应具备确定性、预见性、可控性、集成化、规范化和个体化等六个特征。对手术质量的评价，已由过去片面强调彻底清除病灶和单纯追求手术速度转向“最小创伤侵袭、最大脏器保护和最佳康复效果”的多维度综合考量。术者利用现代数字外科平台术中可准确定位病灶及其与临近脉管的解剖关系，精准切除病灶，以期提高生活质量和降低手术风险。

3.3 术后系统管理

精准医学时代下的术后管理应建立包括外科医师、营养师及护师在内跨学科合作小组的联系，术后早期加强对患者病情的监测，根据快速康复理念，控制围术期病理生理反应，减少手术创伤和应激损害，实现术后充分镇痛、早期活动以及保护和促进器官功能恢复，从而降低术后并发症发生率、促进患者康复、缩短住院时间以及减少住院费用。出院后对患者进行有计划的电话随访，以了解患者术后的手术脏器恢复情况，及时预判术后康复过程中可能出现的问题，给予患者一定的指导，术后随访资料反馈于临床研究。基于精准医疗计划中共享和个体化信息的两大要素，应利用大数据指导更精准的诊治，建立高质量的胆石病生物样本库(人胆囊黏膜组织，肝脏组织，胆汁等)，完善系统临床病患信息及随访资料，使胆石病保健和疾病预防变得更加个性化、精准化。

4 展 望

随着传统粗放外科模式向着现代精准外科模式转变，胆石病诊治需结合胆石病患者特点，以临床基础结合为思路，通过临床观察和术后密切随访、个人生物信息港融合共享和胆囊疾病管理模式实践，探索以胆石病为代表的慢病管理策略(防治)，并有机结合相关全身性慢病管理，使胆囊疾病防治工作迈向系统化、规范化和智慧化，促进防治工作的整体发展和经验推广，以期走出一条适合我国国情的胆石病防治的精准医学发展之路。

[1] COLLINS F S, VARMUS H. A new initiative on precision medicine[J]. N Engl J Med, 2015,372(9): 793-795.

[2] MIRNEZAMI R, NICHOLSON J, DARZI A. Preparing for precisionmedicine[J]. N Engl J Med, 2012,366(6): 489-491.

[3] GAWANDE A. Two hundred years of surgery[J]. N Engl J Med, 2012,366(18): 1716-1723.

[4] DONG J H, YANG S Z, ZENG J P, et al. Precision in liver surgery[J]. Semin Liver Dis, 2013,33(3): 189-203.

[5] 董家鸿,张宁.精准外科[J].中华外科杂志,2015,53(5): 321-323.

[6] PORTINCASA P, DI CIAULA A, DE BARI O, et al. Management of gallstones and its related complications[J]. Expert Rev Gastroenterol Hepatol, 2016,10(1): 93-112.

[7] KOBOLDT D C, STEINBERG K M, LARSON D E, et al. The next-generation sequencing revolutionand its impact on genomics[J].Cell, 2013,155(1): 27-38.

[8] RIVERA C M, REN B. Mapping human epigenomes[J]. Cell, 2013,155(1): 39-55.

[9] THE INTERNATIONAL HAPMAP 3 CONSORTIUM, ALTSHULER D M, GIBBS R A, et al. Integrating common and rare genetic variation in diverse human populations[J].Nature, 2010,467(7311): 52-58.

[10] BUFFIE C G, BUCCI V, STEIN R R, et al. Precision microbiome reconstitution restores bile acid mediated resistance to Clostridium difficile[J]. Nature, 2015,517(7533): 205-208.

[11] PORTINCASA P, MOSCHETTA A, PALASCIANO G. Cholesterol gallstone disease[J]. Lancet, 2006,368(9531): 230-239.

[12] CHEN Y, KONG J, WU S. Cholesterol gallstone disease: focusing on the role of gallbladder[J]. Lab Invest, 2015,95(2): 124-131.

[13] O’CONNELL K, BRASEL K. Bile metabolism and lithogenesis[J]. Surg Clin North Am, 2014,94(2): 361-375.

[14] RUSSELL D W, SETCHELL K D. Bile acid biosynthesis[J]. Biochemistry, 1992,31(20): 4737-4749.

[15] JIRSA M, GROEN A K. Role of biliary proteins and non-protein factors in kinetics of cholesterol crystallisation and gallstone growth[J]. Front Biosci, 2001,6: E154-167.

[16] WANG H H, LAMMERT F, SCHMITZ A, et al. Transgenic overexpression of Abcb11 enhances biliary bile salt outputs,but does not affect cholesterol cholelithogenesis in mice[J]. Eur J Clin Invest, 2010,40(6): 541-551.

[17] OUDE ELFERINK R P, BEUERS U. Targeting the ABCB4 gene to control cholesterol homeostasis[J]. Expert Opin Ther Targets, 2011,15(10): 1173-1182.

[19] BERTOLOTTI M, GABBI C, ANZIVINO C, et al. Nuclear receptors as potential molecular targets in cholesterol accumulation conditions: insights from evidence on hepatic cholesterol degradation and gallstone disease in humans[J]. Curr Med Chem, 2008,15(22): 2271-2284.

[20] HILLEBRANDT S, MATERN S, LAMMERT F. Mouse models for genetic dissection of polygenic gastrointestinal diseases[J]. Eur J Clin Invest, 2003,33(2): 155-160.

[21] LAMMERT F, MATERN S. The genetic background of cholesterol gallstone formation: an inventory of human lithogenic genes[J]. Curr Drug Targets Immune Endocr Metabol Disord, 2005,5(2): 163-170.

[22] VAN ERPECUM K J, VANBERGE HENEGOUWEN G P, STOLK M F, et al. Fasting gallbladder volume, postprandial emptying and cholecystokinin release in gallstone patients and normal subjects[J]. J Hepatol, 1992,14(2-3): 194-202.

[23] PAULETZKI J, ALTHAUS R, HOLL J, et al. Gallbladder emptying and gallstone formation: a prospective study on gallstone recurrence[J]. Gastroenterology, 1996,111(3): 765-771.

[24] WANG D Q, SCHMITZ F, KOPIN A S, et al. Targeted disruption of the murine cholecystokinin-1 receptor promotes intestinal cholesterol absorption and susceptibility to cholesterol cholelithiasis[J]. J Clin Invest, 2004,114(4): 521-528.

[25] HOFMANN A F. The continuing importance of bile acids in liver and intestinal disease[J]. Arch Intern Med, 1999,159(22): 2647-2658.

[26] CAI J S, CHEN J H. The mechanism of enterohepatic circulation in the formation of gallstone disease[J]. J Membr Biol, 2014,247(11): 1067-1082.

[27] THOMAS L A, VEYSEY M J, BATHGATE T, et al. Mechanism for the transit-induced increase in colonic deoxycholic acid formation in cholesterol cholelithiasis[J]. Gastroenterology, 2000,119(3): 806-815.

[28] BERR F, KULLAK-UBLICK G A, PAUMGARTNER G, et al. 7 alpha-dehydroxylating bacteria enhance deoxycholic acid input and cholesterol saturation of bile in patients with gallstones[J]. Gastroenterology, 1996,111(6): 1611-1120.

[29] THOMAS L A, VEYSEY M J, MURPHY G M, et al. Octreotide induced prolongation of colonic transit increases faecal anaerobic bacteria, bile acid metabolising enzymes, and serum deoxycholic acid in patients with acromegaly[J]. Gut, 2005,54(5): 630-635.

[30] STOLK M F, VAN ERPECUM K J, SMOUT A J, et al. Motor cycles with phase III in antrum are associated with high motilin levels and prolonged gallbladder emptying[J]. Am J Physiol, 1993,264(4 Pt 1): G596-600.

[31] WANG D Q, ZHANG L, WANG H H. High cholesterol absorption effciency and rapid biliary secretion of chylomicron remnant cholesterol enhance cholelithogenesis in gallstone-susceptible mice[J]. Biochim Biophys Acta, 2005,1733(1): 90-99.

[32] MAURER K J, IHRIG M M, ROGERS A B, et al. Identification of cholelithogenic enterohepatic Helicobacter species and their role in murine cholesterol gallstone formation[J]. Gastroenterology, 2005,128(4): 1023-1033.

[33] FOX J G, DEWHIRST F E, SHEN Z, et al. Hepatic Helicobacter species identified in bile and gallbladder tissue from Chileans with chronic cholecystitis[J]. Gastroenterology, 1998,114(4): 755-763.

[34] BRINK M A, SLORS J F, KEULEMANS Y C, et al. Enterohepatic cycling of bilirubin: a putative mechanism for pigment gallstone formation in ileal Crohn’s disease[J]. Gastroenterology, 1999,116(6): 1420-1427.