胆色素结石形成中各因素作用的研究进展

作者：关中正,唐乾利

作者单位：1.广西中医学院瑞康医院肝胆外科，广西 南宁 530001，2.广西中医学院，广西 南宁 530001           【关键词】  胆色素结石；胆汁；糖蛋白；氧自由基

    胆石症是胆道疾病中的常见病和多发病。胆石的主要成分为胆红素、胆固醇、粘蛋白、钙等，以胆红素为主的称胆红素性(棕色素)结石，以胆固醇为主的称胆固醇结石，而钙含量相当高的称混合性结石，其他尚有罕见的黑色素、粘蛋白、蛋白为主的黑色素结石。在我国常见且治疗困难的原发性胆管结石，90%以上为胆色素结石。目前西医疗效尚不满意,表现为手术后结石残余率、复发率高,手术并发症发生率和再手术率较高。因此,研究其病因及发病学规律,对于有效的治疗和预防本病具有重要的意义。胆石是一种异常生物矿化的产物,是在病理条件下，有机基质(如蛋白、多糖等)在分子水平上控制矿物的成核、生长和微组装所得的产物。由于人胆汁为复杂的生物体系，其组成(主要含有胆固醇、胆红素、磷脂、胆汁酸、蛋白等物质)和存在状态非常复杂，为了研究胆石的成因，人们曾采用多种处理手段和分析方法进行了研究。胆色素结石成石机制是一个极为复杂的问题，涉及内容很多，现综述如下。

　　1  胆汁病理性变化的作用

　　1.1  胆红素的变化在结石形成中的作用    　　胆色素石成因是一个十分复杂的问题，目前多数专家学者赞同有多因素参与结石的形成。近半个世纪的研究证明，胆色素结石形成必须有三个必要条件和一个中心环节。必要条件是胆汁中游离胆红素增多、胆汁中钙离子增加及助溶因素减弱，中心环节是胆红素钙的沉淀与溶解平衡失调。其中胆汁中游离胆红素的增高，是胆色素结石形成最重要的因素。近年来随着对胆石成分和胆汁理化性质的了解，有关研究主要集中在致石性病理性胆汁的组成与产生机制上。对胆石和胆汁中主要因素胆红素以及影响它变化的因素进行分析，成石中病理性胆汁中胆红素的主要变化是结合胆红素(CB)含量减少，而不溶性胆红素包括游离胆红素(UCB)和单结合胆红素(MCB)含量增加。20世纪60年代Maki总结前人的研究成果，提出了著名的胆红素钙结石成因的假说，即Maki学说［1］，该学说认为：感染胆汁中细菌产生大量的β葡萄糖醛酸苷酶(βGase)，将结合胆红素，即二葡萄糖醛酸苷胆红素水解成非结合胆红素(UCB)和葡萄糖醛酸，UCB再与钙离子结合而析出胆红素钙。Maki学说较为明确地解释了胆道感染与胆管结石形成的关系，而且强调了βGase在胆管结石形成中的重要作用，为胆管结石成因的研究做出了重要贡献。但进一步的研究表明，胆汁酸可增加胆红素钙在胆汁中的溶解度，进而可以防止胆色素结石的形成，显然这一现象是无法单独用βGase学说来解释的。20世纪70年代临床和实验室调查表明，有相当比例的胆色素结石病人的胆汁中并不存在感染因素，用Maki学说难以作出解释。因此不能仅仅用细菌性βGase来解释CB向UCB的转变，人们对内源性βGase在成石中的重要作用开始重视。正常肝细胞、胆囊粘膜和胆管上皮也分泌βGase，称为组织源性βGase，它可以直接水解CB为UCB，内源性βGase在胆石成因中的作用机制愈来愈受到众多学者的关注。大量实验室研究表明：无论是在感染性胆汁还是非感染性胆汁中，内源性βGase在胆色素结石形成过程中可能起了关键性作用。陈道纯等［2］对用βGase的最适pH区别细菌源性βGase和组织源性βGase的传统方法提出了质疑，实验中发现，向组织源性βGase加入胆汁成分后，其最适pH可由4.5移至7.0左右。在中性pH时，内源性βGase胆汁的尚存活力可以相对或绝对的提高，有时还可大于在弱酸性pH(即原来的最适pH)的活力。除了细菌性和组织源性βGase分解CB外，Masuda［3］从实验中发现胆汁中UCB的水解有非酶性直接水解途径。韩文秀［4］认为外源性βGase在胆红素结石形成中所起的作用已得到充分肯定，而内源性βGase在原发性肝内胆管结石的成因中所起的作用则不明确。近十多年来，胆汁内源性βGase在原发性肝内胆管结石形成中的作用引起了各国学者的重视，但目前国内外学者尚未达到统一认识。我们可以从肝内外不同部位、不同成分的结石等多因素加以考虑，进行分析研究，探讨内源性βG在原发性肝内胆管结石形成中的作用，寻求二者之间的关系，从而更好地防治肝内胆管结石。

　　1.2  病理性胆汁酸变化在结石形成中的作用    　　现代医学指出：正常情况下，胆盐中的胆汁酸对游离的胆红素有助溶作用，当胆汁酸浓度过低与胆红素的比值下降时，可使病理性胆汁生成大量的色素沉淀，形成结石。与胆固醇结石形成的主要机理不同，胆色素结石的发病与胆道感染及胆汁瘀积有明显关系。感染是生石的首要因素，瘀积是生石的必要条件。患有结石患者的胆汁中胆汁酸含量都明显低于正常人。孙百军等［5］利用体外培养肝细胞的方法，观察了急性胆道感染大鼠模型胆汁分泌的改变，发现其原胆汁中胆汁酸含量明显下降，而且出现异常高浓度的UCB，这种原胆汁具有形成胆色素结石的趋势。另外在用低蛋白饲料诱发豚鼠胆色素结石的动物模型中也能见到此现象。胆汁酸比例变化会对结石的形成产生影响［6］，由于甘氨酸结合胆酸极性相对较小，对非极性的脂类的溶解力小，其增多有利于结石形成；而牛磺酸结合胆酸有较强的负性，可增加微粒体双层结构的zeta电位，稳定性增大，其减少不利于UCB的溶解，从而影响胆红素钙的沉淀－溶解平衡。胆色素结石患者和活化的KC上清液刺激正常组肝细胞后，细胞分泌的甘氨结合胆酸和牛磺结合胆酸呈不同比例下降，与正常对照G/T比值明显升高，这一变化有利于胆色素结石的形成。因此，胆汁酸中二者比例升高(G/T比例升高)会增加胆色素结石形成的机会。第 2 期  关中正,等.胆色素结石形成中各因素作用的研究进展

　　2  离子浓度变化在结石形成中的作用

　　2.1  钙离子浓度变化在结石形成中的作用    　　既往的研究证明，胆汁中胆盐减少、细菌作用、磷脂增加等均能使钙离子浓度升高，甘氨酸盐、甘卵磷脂混合微胶粒、牛磺结合型胆酸能使钙离子充分溶解，细菌能使结合胆汁酸分解并选择性地降低胆盐浓度，而磷脂则能促进钙离子与胆红素负离子的结合。胆汁中胆红素钙结石的主要病因为细菌感染。1966年Maki提出大肠杆菌可分泌βGase，此酶可分解胆汁中结合胆红素为游离胆红素，并与钙结合成胆红素钙结石，并认为细菌感染在结石的形成中起决定性作用。Leung等［7］用透色电镜观察到，色素类结石的细菌被一种钌红染色阳性的多价阴离子物质所包绕，推测是细菌分泌的多糖蛋白复合物，它形成一层保护膜，保护细菌并使细菌能够在胆道不利于细菌生长的环境下增殖；细菌生物膜的形成，可进一步捕获更多的细菌，并促使葡萄糖醛酸胆红素降解和胆红素钙的沉积，从而形成结石。另外结石的形成尚与胆汁淤滞、寄生虫感染、先天性与遗传因素、免疫学因素等有关。根据我国学者提出的胆红素钙沉淀－溶解平衡学说，即UCB和Ca中任何一者的浓度升高都使两者的乘积增大，一旦超过其“条件容度常数”(KSP)，将导致胆红素沉淀生成。反之，可以防止沉淀生成。庄文［8］认为在胆红素钙结石成石过程中存在肝细胞膜钠泵活性的进行性下降，钠泵活性下降引起肝细胞钙超负荷及胆汁中胆汁酸含量下降，从而促进成石。细菌感染加重上述变化，使结石形成增多。钙离子在形成胆结石过程中起着重要的作用，研究中发现兔胆红素钙结石成石过程中存在肝细胞膜钙泵和钠泵活性的进行性下降，钙泵与钠泵活性下降引起肝细胞钙增多，促进成石，大肠杆菌感染可加重上述反应。付林等［9］通过实验指出兔的胆道不全梗阻并感染可引起肝脏高密度脂蛋白的合成减少与成熟障碍，从而造成胆固醇的转运及代谢异常，胆汁酸合成减少。这可能是胆道不全梗阻并感染导致胆囊胆红素钙结石的形成的一个重要因素。胆酸盐与PL形成微胶粒，溶解游离Ch及胆红素，减少其与胆汁中的钙离子接触，对防止胆红素钙结晶形成具有重要的意义。

2.2  其他离子浓度变化在结石形成中的作用    　　其他离子浓度变化在胆色素结石形成中也具有重要的意义。胆石的形成是一个长期反复的病理演变过程，其成份结构也十分复杂。刘志芳等［10］进一步观察了胆色素结石金属元素的主要来源及其作用。他们以胆道感染与不完全性胆道梗阻的家兔致胆红素钙结石为模型，动态观察成石过程，发现血清钙离子和铜离子增加。夏亮芳［11］在胆石中共发现了6种矿物质，即：自然铝、自然锌、磁铁矿、黄铁矿、石膏和文石，除文石外，其他均为胆石中首次发现的矿物。张伟［12］认为正常胆汁有钙、钠、钾、镁、铜、铁、锌7种金属离子，胆石主要金属离子为钙、镁、铜、铁、锌5种离子，但胆石性质不同，金属离子含量也不同。胆红素钙结石胆汁中钾、钠离子明显增加，胆固醇及胆红素钙结石胆汁中钙、镁离子有不同程度升高。电镜分析60份胆囊结石化学成分含量，其中铝37.38%，钙16.37%，磷4.59%，锶3.77%，硫3.36%，铁9.44%，可见胆石形成过程中与大量金属离子的沉淀有关。另外胆囊结石中铝含量如此高，可能与生活中的铝制品的大量使用有关。李华斌［13］认为由于胆囊结石中铝含量特别高，所以减少饮食中使用铝制品，对预防和治疗胆囊结石形成会有帮助。金属离子和胆酸之间的相互作用与胆结石中的环状结构密切相关。不同的金属离子，由于其结构和性质存在差异，因而对胆酸浓度变化的敏感性不同，使形成环结构的沉淀颗粒大小、环的外貌也不同。采用电感耦合等离子发射光谱对36例胆结石的元素分析表明：含量在100μg/g以上的有钙、钠、镁、磷、硫，混合型胆结石核心的钙、钠、硫、铁比周边高，色素型和混合型结石钙、钠、镁、磷、硫、锰、铁、锌高于胆固醇结石，提示金属元素在色素型和混合型结石的形成过程中可能起着较为重要的作用；多数结石的核心区中含有磷、硫，因此，蛋白质在结石的成核过程中起作用；在黑色色素结石中，铜的含量比其它类型结石高，说明铜盐(主要为胆红素铜)对黑色结石可能起重要作用。另外胆汁中磷脂类囊泡的破坏以及一些难溶性钙盐的生成，也是影响胆汁稳定性及胆石形成的主要因素之一。

　　3  糖蛋白和粘液在结石形成中的作用    　　正常的胆囊粘膜可分泌少量的粘液，对胆囊粘膜起保护作用。但过多分泌的粘液就可构成结石的网状支架，胆汁中的胆固醇结晶和胆色素颗粒就可聚集其网眼中形成沉淀。结石形成之前，处于胆泥的阶段，糖蛋白和蛋白质在胆汁中的含量即已增高，并能见到胆囊粘膜合成和分泌糖蛋白亢进。进一步表明胆囊作为具有分泌内源性βGase的组织器官，对胆红素结石的形成也有一定的影响。汪开贵［14］等认为当胆囊产生部分未测知的难溶物质时，溶石治疗效果差。研究显示含结石时肝内胆管中MUC1的表达增强，特别是胆红素钙结石中MUC1的表达阳性率较对照组显著性增高，表明黏蛋白的高表达与肝内结石特别是胆红素钙结石的形成密切相关。既往研究表明，减少黏蛋白的分泌，可降低胆囊结石的发生率。因此，控制黏蛋白的高表达和高分泌，可能是审因论治肝内胆管结石尤其是预防复发性结石形成的有效途径。Kim等［15］研究发现，环加氧酶同工酶2(COX2)的抑制剂(NS398)可显著性减少炎症介质PGE2的产生，从而阻止LPS诱导的黏蛋白高表达和高分泌，并推测COX2抑制剂应用于临床，可阻遏复发性肝内胆管结石的形成。结石和炎症等的反复慢性刺激是含结石之肝内胆管上皮发生癌变的明确诱因，因此防止肝内胆管结石的复发，是预防结石性肝胆管癌变的有效途径之一。Lee［16］对多种胆结石动物模型对比观察后发现，各种胆结石的模型动物在其结石形成的早期阶段都有粘蛋白(MP)的高分泌现象。

　　4  氧自由基在胆色素结石形成中的作用    　　在胆色素结石形成过程中，可能有自由基的参与，它是通过作用形成胆色素结石的不同环节，或是直接参与，或是改变胆汁中某些成份发挥作用，这些作用有被自由基清除剂消除的倾向。采用低蛋白、低脂、高碳水化合物饮食可导致胆色素结石，推测胆石的形成与自由基的增多之间有一定关系。Elek［17］及我国的沈韬［18］都从胆色素结石中测到自由基信号(EPR)，并证实其强度与胆红素含量成正比。感染是人体内自由基的重要来源，胆道感染又是棕色胆色素结石的重要诱因，这些线索促使人们探讨自由基与胆色素结石形成的关系。进一步研究表明，自由基使胆红素与钙形成沉淀的KSP变小，可见自由基是胆红素钙形成的触发因子。另外氧自由基还可能通过糖蛋白的作用促进成石。修典荣［19］也曾阐述过，自由基通过改变MP的结构，使之丧失保护粘膜上皮的作用造成MP的分泌增加，同时形成胆色素结石。在人体中存在着清除自由基系统，如SOD、CAT、POD、GSHPX及天然物质VitE、谷胱甘肽等，这些自由基的清除剂在预防胆色素结石形成的过程中起作用。总之，从目前的研究来看，胆色素结石的形成和以下三方面有关：第一，胆红素的过饱和沉淀；第二，胆汁中糖蛋白和其他蛋白质增多，它们可将微细沉淀凝集为有型的结石；第三，是胆道动力异常。另外胆汁中的游离脂肪酸、pH值、内分泌系统异常代谢、免疫机制的改变、自由基等，都从不同环节作用于胆色素结石的形成。国内学者近些年来对胆色素结石的发病机理展开了广泛的研究，内容涉及免疫、微量元素、氧自由基、氨基酸含量、游离脂肪酸含量、金属元素在内的各方面的研究，但尚无突破性进展。虽然得到了一些有益的结果，但胆石病的发病机理和成石机制至今尚未定论，故该方向的研究的理论具有重要实际意义。传统中医药优良好的治疗例如中药金钱草、黄芩、茵陈、大黄等药可明显使胆汁酸升高，使胆红素显著降低，减少色素结石的生成，诸药配伍行气活血，疏肝解郁，清热解毒，消炎利胆，有改善临床体征，溶石排石的良好疗效。例如有观察到大黄灵仙胶囊(生大黄、威灵仙、柴胡、芒硝、金钱草、枳壳、鸡内金、泽兰、郁金、磁石、黄芪、甘草）可降低胆石症术后残石率及复发率的临床疗效［20］。

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