急性间歇性血卟啉病的研究进展

李苹苹，胡义亭，张建，王玉珍*

本文要点：

急性间歇性血卟啉病（AIP）是一种临床上罕见的遗传性疾病，但国内对其研究尚少，且多为病例报道，本文对AIP可能的发病机制、诊断方法、临床表现、并发症、治疗策略等方面国外最新文献进行综述，有利于增加临床医师对AIP的辨识能力，了解AIP反复发作的危害及及时治疗的必要性，并且为国内AIP的血红素治疗及基因治疗提供理论基础。

急性间歇性血卟啉病（AIP）是一种常染色体显性遗传病，其是由于胆色素原脱氨酶（PBGD）活性缺陷所致。PBGD是血红素合成通路的第三种酶，目前研究证实PBGD基因中约390个突变可导致AIP。血红素在体细胞中均有合成，但大部分在红骨髓和肝脏合成，分别用于制造血红蛋白及细胞色素P450。δ-氨基-γ-酮戊酸合成酶（ALAS1）是血红素的生物合成起始和限速酶。在肝脏中，ALAS1介导了甘氨酸与琥珀酰辅酶A的反应，以产生δ-氨基-γ-酮戊酸（ALA），再由ALA脱水酶转化为胆色素原（PBG）。PBGD介导了PBG与羟甲基胆素的缩聚，促进了血红素的形成，并通过负反馈抑制了ALAS1的表达。AIP患者PBGD活性降低50%左右，而其血红素的相对缺乏激活了肝脏ALAS1活性，导致ALA和PBG的急剧积累［1］。ALA、PBG称为卟啉前体，具有神经毒性，是引起AIP患者复杂神经症状的主要原因。大多数PBGD突变携带者（约80%）没有症状，而少数患者可能会出现腹痛、肠梗阻、神经精神异常等症状的反复发作［2］；AIP急性发作时，尿PBG水平通常高于参考范围上限的10～20倍，为50～100 mg/d（221～884 μmol/d）；缓解期间，尿PBG水平降低，可能持续数月或数年［3］。AIP急性发作的诱因包括生殖激素、饥饿、感染、致卟啉病药物、劳累、紧张等，其可导致肝脏中细胞色素P450基因表达增强，使ALA和PBG的血清浓度增加。本文对AIP的最新研究进展进行了综述，以提高临床医师对AIP的诊治水平，为AIP患者提供更多的治疗选择。

1 发病机制

AIP的发病机制至今尚不完全明确，据报道，AIP可能与低度炎症有关，AIP患者细胞因子、趋化因子、生长因子水平均明显升高［2］，然而，大多数细胞因子与ALA、尿PBG或卟啉无关。反映补体活性的指标（包括等离子体C3bc和C3bc/C3）也明显升高，这是由于器官损伤和细胞凋亡可能激活补体，导致免疫细胞活化和细胞因子释放，类似于无菌炎症中的补体激活［4］。穿透素3（PTX3）是由天然免疫细胞（如粒细胞、巨噬细胞和树突细胞）产生的，并参与炎症、动脉硬化和组织修复［5］。PTX3与AIP疾病活动相关，并在AIP的低度炎症中发挥着关键作用。

ALA从肝脏扩散到身体其他部位是导致AIP神经学表现的主要原因。ALA的神经毒性可能与其促氧化应激作用有关［2］。除了诱导氧化应激外，ALA还直接损害线粒体呼吸链，减少三磷酸腺苷（ATP）合成［6］。然而，ALA的神经毒性可能不是导致AIP神经系统受累的唯一原因，缺乏血红素也可能是其发病机制；神经系统和肌肉容易受累是由于其对线粒体功能障碍的敏感性较高造成，并且与其有特别高的能量需求有关，输注血红素能纠正肌肉中ATP的合成，恢复线粒体氧化磷酸化。线粒体呼吸功能障碍的发现也提示了AIP急性发作时提供适当的能量和碳水化合物供应的重要性［3］。

糖尿病是一种代谢疾病，其中包括葡萄糖、胆固醇和脂肪酸在内的损伤相关分子模式（DAMPs）参与胰岛素抵抗和肾衰竭［7］。有研究表明，有症状的AIP患者C-肽和胰岛素释放减少、血糖/胰岛素和血浆内脂素水平明显升高。DAMPs扮演着与糖尿病类似的角色，胰岛素水平降低，可能伴随着细胞对葡萄糖摄取的减少，减少了对ALAS1的负反馈，并增强了血红素合成及ALA、PBG的释放，因此可以认为有症状的AIP与紊乱的葡萄糖代谢有关［2］。

这种长期的低度炎症可能涉及器官损伤，如肝癌、肾功能减退。有证据表明AIP患者的肾功能减退与肾小管间质性肾病的发展和肾动脉粥样硬化灶状皮质萎缩有关［8］。AIP患者肝癌患病率较高，但致癌机制尚不清楚。白介素（IL）-17可能参与肿瘤的进展［9］，此外，ALA的直接或间接致癌性也可解释AIP患者肝癌的发生［10］。AIP患者出现炎症可能是由于ALA、PBG引起的自由基释放导致，并可进一步引起细胞因子释放，而自由基也可能通过激活核转录因子（NF-κB）刺激炎症，导致IL-6、IL-8等细胞因子的释放［11］。细胞因子的释放增加导致肝脏处于一种炎性微环境中，而肝癌通常发生在有动态炎性微环境的病变肝脏中。

2 诊断

目前AIP的诊断以发现红色尿液为临床怀疑基础（卟啉是人体唯一内源性光致敏剂，具有特殊吸收光谱，卟啉及其衍生物吸光后被激活放出红色荧光，光感程度以尿卟啉最强），在急性发作后或短时间内通过高尿ALA和PBG进行确认，直接DNA测序为诊断AIP的金标准，而基因检测被认为是家庭诊断和筛查AIP的金标准。肝脏是一个代谢高度活跃的器官，会分泌大量的代谢产物进入血液。AIP患者肝脏代谢功能障碍，分泌功能也会异常，有研究表明循环维生素D结合蛋白（VDBP）是一种潜在的AIP标志物，其是白蛋白基因家族的一部分，在血清中浓度较高，并在多种生物和代谢途径中起着关键作用，能够介导维生素D在器官之间的特异性运输，也促进了巨噬细胞活化、分化，结合脂肪酸，刺激破骨细胞，增强C5-衍生肽的趋化活性，并与T淋巴细胞和B淋巴细胞等免疫细胞表面结合［12］。目前VDBP的转录后修饰被认为是一个有前途的AIP生物标志物，可用于研究和监测AIP患者的肝脏代谢状态。

3 临床表现

AIP的主要临床表现为神经系统受累，最突出的消化系统表现是急性间歇性腹痛（发生率为85%～95%），疼痛部位不定、时间不一，疼痛的原因可能是自主神经受损，以及卟啉前体引起的肠麻痹、肠痉挛等。AIP会影响自主、外周、中枢神经系统，导致周围神经病变：下肢感觉异常或减退，迟缓性瘫痪；大脑病变：吞咽困难、呃逆、声音嘶哑、呼吸麻痹等延髓受损症状；下丘脑损害：低钠血症、水中毒、脑水肿；20%～30%的患者会出现精神症状：焦虑、抑郁、神经衰弱、癔病样表现；自主神经症状：心动过速、高血压、烦躁不安等。三分之二的患者有运动神经损害，以周围神经损害为主，肌肉无力常始于肩部和手臂，引起四肢的迟缓性瘫痪，且可涉及任何运动神经元，包括脑神经，导致呼吸肌无力甚至呼吸窘迫，肌电图常显示去神经支配、肌肉萎缩及神经传导速度减慢等特征。AIP患者肌肉活检显示广泛的周围神经变性和前角细胞色素溶解；颅脑MRI常可发现典型的可逆性后部脑病综合征（PRES）。PRES主要是顶枕叶白质的异常，表现为头痛、癫痫发作、意识障碍和视觉障碍，通常与高血压有关，可导致血管源性水肿［13］。部分AIP患者颅脑磁共振检查提示急性播散性脑脊髓炎（ADEM）。AIP患者常伴有顽固的低钠血症，通常诊断为抗利尿激素异常分泌综合征（SIADH），补钠治疗效果较差［14］，持续低钠血症可能会导致脑水肿或癫痫发作，加重脑损伤。AIP诱导的抗利尿激素水平升高的机制目前还不清楚，由ALA积累或异常的血红素活性引起的正中隆起水平上下丘脑视上核和室旁核神经元缺失可能是其机制之一［15］。

4 并发症

约5%的AIP患者受到肝脏血红素合成通路的周期性超活化影响，可导致神经、代谢异常及长期并发症，包括肝癌及慢性肾脏病（CKD）。

4.1 肝癌 AIP的长期并发症之一为肝癌，研究显示AIP患者肝癌患病率明显升高，且女性患病率是男性的2倍，然而一般情况下，男性原发性肝癌的发病率是高于女性的，这表明AIP本身是肝癌的特异性危险因素［16］。研究表明大多数伴有肝癌的AIP患者没有任何与肝癌相关的病因，肝活检也未发现炎性细胞浸润、纤维化或坏死等肝损伤特征性的病理改变［17］。随着时间的推移、疾病反复急性发作，ALA逐渐积累并导致肝癌的发病风险增加，因此肝癌患者的ALA水平更高［18］。无症状PBGD突变携带者如果ALA产生过多也存在患肝癌的风险，只是较反复急性发作的AIP患者发病时间更晚［19］。因此，ALA的致氧化应激作用在肝癌患者中的作用不容忽视。近年研究表明，氯高铁血红素（血红素的氧化形式）可能具有抗肿瘤作用［20］，而血红素本身参与许多抗氧化防御反应，是生物代谢和线粒体呼吸酶的重要辅因子，血红素的合成缺陷可导致机体防御功能异常，增加患者的患癌风险［21］。

4.2 CKD AIP的另一常见并发症为CKD。AIP患者容易出现高血压，高血压易导致CKD，而AIP也与CKD相关，并独立于高血压，也称为AIP相关的慢性肾病。在有症状的AIP患者中，CKD的发生率高达59%，每年的肾小球滤过率下降约1 ml·min-1·（1.73 m2）-1，而无症状携带者的肾功能与一般人群相似，因此AIP反复急性发作会导致肾功能恶化。在CKD患者中，尿PBG水平较高，表明卟啉前体可能参与AIP相关的慢性肾病的发病过程［22］。中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白是肾小管损伤的标志物，与无症状携带者相比，急性期AIP患者此物质的尿浓度更高，表明ALA和PBG的急剧产生可能会促进肾小管损伤，而且卟啉前体具有促进炎症发生及炎性因子分泌的作用，并会进一步促进内质网应激、细胞凋亡以及近端管细胞上皮表型变化，而肾脏病理检查提示是一种慢性肾小管间质性肾病，与动脉内膜纤维增生、进行性硬化和病灶皮质萎缩有关。肾小球病变主要表现为肾小球硬化，受累的肾小球超过50%。很多肝癌患者发生CKD，这表明AIP患者长期反复的急性发作会导致慢性的器官损伤，最终形成肝癌和或肾衰竭。

5 治疗策略

高碳水化合物饮食或静脉滴注葡萄糖（300～500 g/d）可缓解AIP患者的疼痛症状，其主要机制是抑制肝ALAS1转录。葡萄糖静脉滴注不会导致卟啉前体产生的明显减少，可应用于轻度的AIP发作，但对于严重的急性发作，由于细胞内的血红素池调控水平得不到纠正，因此ALAS1的表达会很快恢复。

约5%的女性和3%的男性AIP患者经历了周期性肝血红素合成途径的过度激活，而内分泌激素是女性最重要的诱发因素［23］。部分女性经常在经前期复发，可以通过使用促性腺激素释放激素类似物来治疗，以使女性AIP患者免受周期性内分泌激素的影响。

静脉输注血红素补充了肝细胞血红素池，下调了ALAS1并使卟啉前体的产生减少，有利于改善AIP患者临床症状。血红素可以通过下调ALAS1转录，也可通过诱导mRNA失稳态或阻断成熟红细胞的线粒体运输而抑制肝脏ALAS1［24］。在AIP患者严重急性发作时，应立即给予血红素治疗，并维持4 d（3～4 mg·kg-1·d-1）。由于血红素降低血浆ALA和PBG水平的作用会延迟2～3 d，因此在危及生命的AIP急性发作时，应尽早应用血红素以改善患者预后［25］。

不足10%的AIP患者会出现反复发作，预防性输注精氨酸血红素是这类患者的有效治疗策略，但也可能会导致不良事件。一方面诱导耐受性激活了血红素氧合酶1（血红素分解代谢的关键酶），导致肝脏血红素池水平下降，继而导致反复发作和治疗效果的下降［26］。另一方面，血栓栓塞性疾病和铁超载所导致的肝硬化也与反复发作有关，血红素分子包含中央铁分子，是血红素分子的反应中心，单剂量人精氨酸血红素含有22.7 mg铁，如果给予大量的血红素预防性治疗，可能导致进行性的铁超载和铁蛋白水平增加，肝组织学检查可见Kupffer细胞和肝细胞中弥漫性铁沉积［27］，而过量的铁沉积也明显增加了肝硬化的风险。

在AIP患者中，肝脏生产和积累毒性血红素前体，这一观点得到了肝移植结果的证明，即AIP的完全代谢校正［27］。然而，肝移植需要终生免疫抑制治疗，且器官来源稀缺，因此有研究者开始探索肝细胞移植对AIP的治疗效果。

肝细胞移植在侵入性较小、价格较低、可逆性和可重复方面具有潜在优势，用于治疗一些遗传代谢性疾病时效果良好，其主要通过恢复部分缺陷酶的活性而产生较好的治疗效果。有研究通过将雄性野生型小鼠的肝细胞经脾移植到PBGD缺陷的雌性小鼠中，并用苯巴比妥诱导血红素合成来研究肝细胞经脾移植的效果，结果在脾中仅发现少量移植肝细胞，肝细胞移植后早期血浆中ALA和PBG浓度的升高提示肝细胞经脾移植本身具有不良反应，这可能与肝微循环受损有关；为了增加移植肝细胞的数量，研究者进行了2次肝细胞移植，结果表明，第1次移植后没有明显的代谢改善，但第2次移植后代谢异常得到改善，血浆中ALA和PBG浓度降低约50%；少于3%的正常肝细胞导致血浆卟啉前体浓度降低50%，这种不成比例的治疗效果表明，ALA和PBG在PBGD缺陷的肝细胞中产生和积累，跨过细胞膜，并且被移植的正常肝细胞代谢［28］，但仍需要进一步研究以确定完全纠正AIP代谢异常所需的移植肝细胞的最小数量，以及通过部分恢复PBGD酶活性来改善代谢缺陷是否同样适用于AIP患者。

目前AIP的基因治疗受到国外学者的推崇，新兴疗法包括酶替代治疗或基因疗法，可以减少与当前治疗相关的重大并发症。但鉴于AIP基因突变的巨大可变性和操纵细胞基因组的风险，基因修复是最不具吸引力的选择。临床试验目前使用两种策略，即PBGD-基因治疗和用于ALAS1基因抑制的干扰RNA（siRNAs）。

PBGD-基因治疗是一个有前途的AIP治疗策略，在AIP小鼠的肝细胞转导中，基因治疗载体编码PBGD阻止苯巴比妥导致的急性发作。在肝移植后患者中均观察到AIP生化指标改善和临床症状的缓解，因此将正常的PBGD基因导入肝细胞来纠正PBGD的缺陷是可行的。在AIP小鼠模型的研究中证明了在肝脏特异性启动子（rAAV2/5- PBGD）控制下，使用AAV载体编码的PBGD肝脏定向基因治疗能够恢复肝脏PBGD活性至正常，并防止急性发作。2009年，欧洲药物管理局批准rAAV2/5-PBGD为唯一指定药物用于治疗AIP，随后，在重症AIP患者中对rAAV2/5-PBGD的可行性、安全性和有效性进行了I期临床试验，但没有观察到与AAV5载体应用相关的严重不良事件［29］。然而在目前试用的载体剂量下，没有成功地降低ALA和PBG的水平，未来的试验应该采用更高的载体剂量和优化的载体设计或新的血清型，以提高肝脏转导效率。

目前针对肝脏ALAS1表达的siRNAs正在进行临床试验，这是一种针对急性血卟啉症的新治疗方法。ALAS1-siRNA是一种双链RNA分子，长度约为20个碱基对，并与N-乙酰半乳糖胺结合，靶向定位于肝脏，N-乙酰半乳糖胺可与肝细胞外表面表达的去唾液酸糖蛋白受体结合，N-乙酰半乳糖胺-siRNA共轭显示出较强的肝内传输效率，且不会引发免疫反应，没有中和抗体产生。在药物诱导的AIP急性发作期间注射ALAS1-siRNA可以在8 h内有效降低血浆ALA和PBG水平，比单次血红素输注更快速和有效。此外，ALAS1-siRNA耐受性良好，治疗剂量不会引起肝脏血红素缺乏［30］。卟啉前体的减少在ALAS1-siRNA应用后3 d达到最大值，因此更适用于反复急性发作或无症状高排泄者，对于偶尔发作的患者，血红素输注更有治疗优势。ALAS1-siRNA有很长的t1/2，在ALAS1-siRNA应用40～45 d后，其对ALAS1的抑制作用仍几乎达到最高水平，可以有效减少血红素的产生［26］。目前临床上ALAS1-siRNA没有明显的药物相关不良事件，是一种有效的治疗方法，可以防止卟啉前体的过度积累，但单独的ALAS1-siRNA治疗会导致肝脏血红素合成的下调，须输注血红素才能恢复正常的肝脏生理生化特点，这有待进一步临床研究证实。

6 小结

AIP是一种罕见的遗传病，临床表现常是非特异性的，在患者出现红色尿液后，才引起临床医生的怀疑。AIP诊断明确后，血红素的紧急补充治疗是关键，但只是一种对症保守治疗，长期反复发作的AIP可导致不可逆的严重后果，预防性应用血红素可缓解临床症状，但会导致铁沉积相关肝硬化；肝移植是一种有效的AIP治疗手段。基因治疗能从根本上改变缺陷的PBGD酶活性，这将是未来科学研究的一个方向，并使AIP逐渐被攻克成为可能。

作者贡献:李苹苹进行国外最新文献的查阅及整理，撰写论文并对文章负责；胡义亭、张建进行文章的修改；王玉珍进行文章质量控制及审校，对文章整体负责。

本文无利益冲突。