ATP结合盒转运体G5/8（ABCG5/8）在胆囊胆固醇结石形成及治疗中的作用

卢琴， 刘卫辉

1 电子科技大学医学院， 成都 611731； 2 四川省医学科学院·四川省人民医院消化内科， 成都 610072

随着中国饮食西方化，胆囊结石逐渐成为一种普遍的消化系统疾病，并产生了巨大的社会经济负担，其病因及发病机制的研究也一直受国内外广泛关注。目前认为，胆汁胆固醇过饱和状态是胆囊胆固醇结石形成的主要因素。胆固醇代谢不平衡与胆囊结石等多种疾病的发生和发展密切相关，因此，维持体内胆固醇代谢平衡被认为是预防和治疗胆囊结石的关键。与此同时，目前控制胆固醇水平的分子机制也有深入研究，其中ATP结合盒转运体（ATP-binding cassette，ABC）G5和G8（ABCG5/8）影响胆汁胆固醇的代谢及分泌，对预防和治疗胆囊胆固醇结石具有重要的理论意义。本文主要围绕与胆汁胆固醇分泌相关的ABCG5/8，针对其与胆囊胆固醇结石的研究进展进行了讨论和总结，并探讨了基于ABCG5/8预防胆固醇结石发展的治疗靶点，为今后的药物作用靶点方面的临床治疗提供相关理论支持。

1 胆囊胆固醇结石的流行病学与发病机制

胆囊结石是世界范围内的一个主要流行病和经济负担，常可导致急性胆囊炎、胰腺炎等并发症［1-3］。由于生活水平的提高、长期高胆固醇饮食的摄入，胆囊结石发病率和患病率呈逐年上升趋势。胆囊结石是一种常见的多因素疾病［4］，其危险因素包括：高脂饮食、肥胖、糖尿病、代谢综合征和久坐不动的生活方式等［5-8］，主要是因为它们会影响胆汁中的胆固醇浓度。根据结石中胆固醇含量的不同，胆囊结石被分为三种类型［7，9］，包括胆固醇型结石（胆固醇含量≥70%）、色素型结石（胆固醇含量≤30%）、混合型结石（胆固醇含量30% ～ 70%）。其中，胆固醇结石是胆囊结石中最主要的类型［10］。

多种致病机制和危险因素导致胆固醇结石的形成，涉及胆汁胆固醇分泌失衡、胆囊炎症反应、黏蛋白分泌改变、胆囊动力障碍、肠道微生物改变［11］等多个方面。但临床研究［12-14］发现，胆固醇的高分泌和胆汁胆固醇过饱和状态是主要致病因素。除胆汁和胆囊的局部因素外，胆固醇结石的发生也是遗传易感性及环境因素相互影响的结果［9，15］。Liang等［16］提出，遗传因素和致石基因在胆固醇结石形成中起着重要的作用。国内外学者［17-18］通过病例对照研究、双胞胎遗传流行病学、连锁分析家系和种族等多种途径，探索了基因遗传学与胆固醇结石发病机制的相关性。此外，在喂食高胆固醇致石饲料的小鼠体内观察到多种致石基因改变，包括肝脏胆固醇转运体ABCG5/8。综上，人类与小鼠的研究都表明了基因遗传学在胆固醇结石形成过程中的作用，是导致结石形成的关键因素。

2 ABCG5/8与胆囊胆固醇结石

2.1 ABCG5/8基因概述 ABC属于跨膜转运家族，ABC家族是人体内最大的膜转运蛋白家族，广泛分布于细胞外膜或内膜，都有保守的ATP结合区域，在各个细胞器之间或跨细胞膜间通过结合、水解ATP作为输送底物的能量，在维持高等真核生物细胞内脂质和甾醇平衡中发挥着关键的功能［19-21］，并在胆汁分泌中起关键作用［22］。胆汁盐、胆固醇和磷脂是参与结石病理生理过程中最重要的脂类，它们由ABC家族的特定蛋白运输。ABC家族是主要的类固醇输出体，负责胆固醇从外周细胞流出，并清除多余的胆固醇和饮食中的类固醇［23］。ABC转运蛋白功能失调常与胆固醇结石密切相关，该转运蛋白有包括-A成员、-B成员和-G成员在内的多个亚家族群，而调控这一类蛋白表达的基因也被视作候选的致石基因。

在人体中，亚家族-G成员被认为是肝脏胆固醇转运体，主要介导胆固醇外流以实现胆固醇的逆向运输，以及维持膜的完整性以实现细胞生存［20］。ABCG亚家族在肝细胞小管膜上表达，介导多种化合物分泌到胆小管［22-23］。其中，ABCG亚家族成员里的ABCG5/8是胆固醇转运蛋白，位于肠上皮细胞刷状缘膜、肝脏细胞小管膜和胆囊壁上皮细胞膜，主要介导胆固醇的转运，与胆固醇代谢密切相关。ABCG5/8通过将胆固醇从小肠上皮排入肠腔抑制胆固醇的吸收，并促使胆固醇分泌到胆汁中，从而调节体内胆固醇水平，被认为是人类胆固醇结石的主要遗传易感因素［24-25］。ABCG5/8在肝细胞和肠道细胞中显著表达可导致胆汁中胆固醇分泌增加，是形成胆囊胆固醇结石的重要环节。

2.2 ABCG5/8在胆固醇代谢中的作用 肝脏胆固醇的代谢主要包括胆固醇的摄取、合成、转化以及分泌［26］。体内有两种方式可以保持胆固醇代谢平衡，一是减少肠道吸收；二是将外周组织中多余的胆固醇经逆向转运的方式转至肝脏，并排出至胆汁中。在胆固醇结石的形成过程中，胆固醇的动态平衡被高度破坏，涉及胆固醇的摄取、代谢和合成［3］。胆固醇过度分泌或合成胆汁酸减少所致的胆汁胆固醇过饱和状态被认为是胆固醇结石形成的前提条件。因此，胆固醇结石被认为与胆固醇代谢密切相关，任何引起胆固醇平衡失调的因素都能导致胆固醇结石的形成。

ABCG5/8是目前公认的致石分子，它由两个跨膜区（TMD1、2）和两个核苷酸结合区（NBD1、2）组成［27］，该结构有助于胆固醇转运，维持体内胆固醇稳态［28］。最新研究［25］认为，在高等真核生物中，ABCG5/8的功能是作为跨膜转运蛋白参与胆固醇逆向转运，在体内胆固醇代谢和胆汁胆固醇浓度调控中起重要作用。研究［29］也提出ABCG5/8会增加胆固醇转运至胆汁，导致胆汁中的胆固醇含量相对增加，因此携带该分子的人更易形成胆固醇沉积，从而增加胆固醇结石的发病概率。综上，ABCG5/8的高表达会增加胆汁中的胆固醇浓度，增加胆固醇结石的风险［6］。

2.3 ABCG5/8在胆囊胆固醇结石中的作用 流行病学调查、临床观察和双胞胎研究，以及对近交系小鼠模型的胆固醇结石流行情况调查［30］，都支持胆固醇结石可能是由环境因素和多个未确定基因的相互作用影响。近年来，有关胆固醇结石基因多态性及表观遗传学的研究，强调了基因学在影响胆固醇结石的形成过程中扮演着重要角色。早期对胆囊胆固醇结石遗传易感基因的探索主要来源于动物研究，在小鼠胆固醇结石模型中，胆固醇和胆汁酸的合成、运输和代谢等过程都有遗传易感因素参与。1995年，国外学者［31］首次发现了小鼠致石基因-LITH1，致石基因的存在在动物实验中得到证实。由于人类与小鼠的基因组间存在较高的同源性［32］，小鼠体内LITH基因的发现为这一消化系统疾病的关键诊断和成石前预防铺平了道路，导致了更多的遗传决定因素和分子机制在人类胆固醇结石形成方面的发现。目前，一系列与致石有关的基因已被鉴定出来，主要通过影响胆固醇的代谢平衡，继而促使胆固醇结石的形成。国外学者［33］在小鼠研究的基础上确认了ABCG5/8为人类LITH基因。至此，人们对胆固醇结石的发病机制研究逐渐转向基因领域。

近年来，国内外研究认为，在胆固醇结石的形成过程中，调控脂质代谢、胆固醇代谢的各种蛋白或受体扮演了重要角色，控制这些蛋白或受体表达的遗传因素成为了候选的致石基因。有报道［12］称，携带ABC转运多态体的患者患胆固醇结石的风险增加。2007年Buch等［34］利用全基因组关联分析（GWAS）首次确认ABCG8是人类胆囊结石的易感基因。之后，利用GWAS或其他遗传学分析方法发现了越来越多的人类致石基因［35］。到目前为止已报道了几种与胆固醇结石相关的易感基因变异体，其中最主要的是ABCG5/8［9］。ABCG5/8的基因突变和单核苷酸多态性引起广泛关注。在一份涉及德国、智利、丹麦、印度和中国的大样本基因图谱研究［36］中发现ABCG5/8这两个基因的突变可能与胆固醇结石的易感能力有关。大量文献［12，37-38］报道通过增加ABCG5/8的表达，将导致胆汁中胆固醇水平增加，ABCG5/8可能通过调控胆固醇代谢，维持胆汁中胆固醇过饱和状态，最终导致胆固醇结石形成。此外，在含ABCG5/8的转基因模型鼠体内检测到胆汁胆固醇过饱和，表明ABCG5/8过表达很可能与胆固醇结石形成相关。通过在小鼠和人类的研究中，可以看到ABCG5/8过表达将促进胆汁胆固醇的高分泌，是胆固醇结石形成的重要环节。

肝脏X受体（liver X receptor，LXR）和法尼酯X受体（farnesoid X receptor，FXR）作为胆汁酸传感器，是控制胆固醇和胆汁酸代谢的重要途径，与胆固醇结石形成密切相关。LXR对脂质稳态的控制起着至关重要的作用，其作为胆固醇感受器，对参与胆固醇外流、运输和排泄的多个基因表达进行调节［39］。LXR/FXR可通过对胆固醇转运蛋白ABCG5/8的转录调控来控制胆固醇水平。国内外学者发现，在胆固醇成石机制之一涉及胆汁脂类转运机制的研究中，LXR/FXR和ABCG5/8扮演了重要角色，并进行了多次研究和探讨。Uppal等［40］在小鼠模型中发现LXR的激活可通过上调ABCG5/8来促进胆汁胆固醇的分泌，参与胆固醇的代谢进一步影响胆固醇结石形成。此外，Wittenburg等［41］用定量性状位点分析法发现ABCG5/8同FXR在近交系小鼠胆固醇结石的遗传易感性和发病机制中起主要作用。总之，这些发现揭示了LXR/FXR可能通过调控其直接靶基因ABCG5/8来调节胆固醇/胆汁酸代谢，影响胆固醇/胆汁酸的平衡，从而导致胆固醇结石的形成。

3 ABCG5/8与胆囊胆固醇结石的治疗

3.1 胆固醇结石的西医治疗 对于症状性胆囊胆固醇结石的主要治疗方法是胆囊切除术，而大多数胆囊胆固醇结石患者愿意接受保守治疗，目前常用药物如熊去氧胆酸（UDCA）。据临床报道［42］，UDCA不仅能抑制胆汁中脂质堆积的活性，也能减少症状性胆固醇结石患者胆道疼痛的发生率。尽管UDCA对患者有好处，但这种方法存在疗效低、起效时间长和结石复发等问题。胆固醇结石是一个主要的公共卫生问题，需要高度有效、可行和预防复发的治疗。因此，亟需更好的药物来治疗胆固醇结石，而目前逐渐发现可通过调节ABCG5/8独立通路降低胆固醇浓度，减少实验性动物的胆固醇结石形成。Cheng等［43］报道了组成型雄烷受体（CAR）激动剂1，4-双-［2-（3，5-二氯吡啶氧基）］苯能降低胆固醇浓度并防止胆固醇结石的形成。胆固醇水平的降低主要是由于抑制了CAR激活小鼠中ABCG5/8的表达，保护小鼠免受胆固醇结石的影响。此外，Zhao等［44］通过基因修饰的小鼠模型证明了miRNA-223可通过靶向ABCG5/8，调节肝胆固醇分泌，从而防止胆固醇结石形成。因此，ABCG5/8可能成为防治胆固醇结石的潜在靶点，这也为未来开发新型治疗策略提供思路。

3.2 胆固醇结石的中医治疗 近年来随着中医药的快速发展，传统中药在治疗胆固醇结石方面取得了较好的效果，具有副作用小、价格低廉等优点。沈亮等［45］发现升清胶囊可通过降低LXR-α、FXR、ABCG5、ABCG8 mRNA及蛋白的表达，从而降低C57BL/6J小鼠胆固醇结石的成石率。此外，Gao等［46］通过利胆汤喂养胆固醇结石小鼠模型，发现其能抑制ABCG5/8的表达，减少胆固醇从肝脏向胆囊的转运，对高脂饮食所致小鼠胆固醇结石具有一定的保护作用。除了传统的中药方剂外，国内研究也提出许多具有前景的中草药，这些药物作用位点多集中于胆固醇稳态，其中主要关注ABCG5/8的表达，通过调节实验性小鼠的胆固醇水平，并减轻胆固醇结石的形成。Song等［47］早先发现胡椒碱（一种潜在的降胆固醇药物）可能有助于抑制ABCG5/8和LXR的表达，从而预防小鼠模型胆固醇结石的形成。接着，黄芩苷常被认为在胆固醇代谢中具有调节作用，Chen等［48］观察到黄芩苷对致石饮食诱导的胆固醇结石小鼠具有保护作用，其作用可能是通过抑制LXR活性导致ABCG5/8表达降低实现的。最近，Zhuang等［49］也发现一种安全且低成本的治疗高血脂药物——皂甙，它在小鼠胆固醇结石模型中能降低ABCG5/8的表达，改善脂代谢紊乱，从而防止致石饮食诱导的小鼠胆固醇结石的形成，并促进胆固醇结石的溶解，这将可能是一种很有前途的预防和溶解胆固醇结石的策略。这些结果提示中医药治疗胆固醇结石在未来具有广阔的应用前景，但ABCG5/8用于胆固醇结石的防治尚未进行临床试验，随着研究的不断深入，未来需要更多探讨靶向ABCG5/8治疗胆固醇结石的安全性和有效性，ABCG5/8拮抗剂有望成为胆囊胆固醇结石防治的新药。

4 总结与展望

ABCG5/8在胆固醇结石形成的过程中有着重要的作用，然而，将ABCG5/8作为未来预防这种疾病发展的可能治疗靶点尚未讨论，且关于基因遗传学与胆固醇结石发病机制的关系仍需要更多的研究来证实和阐明。期待未来基因组测序技术的发展能够更加系统地探究胆固醇结石中基因组学的变化特点，以及更好的了解胆固醇结石的发病机制。相信随着研究的进一步深入，更多的胆固醇结石的防治药物将会出现，甚至是针对结石易感基因的靶向治疗，将为胆固醇结石的新药开发及临床早期预防提供新方向。

利益冲突声明：本文不存在任何利益冲突。

作者贡献声明：卢琴负责查阅文献，撰写论文；刘卫辉指导文章撰写及修改、审阅论文。