尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶在肝脏疾病中的作用及其转录调控机制

薛庆凯，黄玉政

1.江苏省血吸虫病防治研究所，国家卫生健康委员会寄生虫病预防与控制技术重点实验室，江苏 无锡 214064；2.南京医科大学热带病研究中心

肝脏是生物体重要的代谢解毒器官之一，肝脏内含有大部分Ⅰ相和Ⅱ相反应的代谢酶。Ⅰ相代谢反应主要是由细胞色素P450 酶系催化，通过氧化、还原和水解等过程使大多脂溶性物质引入某些官能团，生成极性分子。而Ⅱ相代谢反应主要由Ⅱ相代谢酶催化，使催化物质的极性基团或由Ⅰ相代谢生成的极性基团与内源性物质结合。尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UDP-glucuronosyltransferases,UGTs）是催化机体葡萄糖醛酸结合反应最重要的Ⅱ相代谢酶，其可通过催化代谢底物与葡萄糖醛酸的结合，增加催化底物的水溶性，使其易于从机体中排出，减少物质蓄积对肝脏的损伤。各种原因引起的内源性物质的蓄积、外源性物质的持续刺激以及病原微生物感染都可造成肝脏损伤，UGTs 的表达及其催化的葡萄糖醛酸结合反应也会受到一定的影响，近年来对UGTs 的表达调控与肝脏疾病相关性的研究也越来越得到重视。本文主要综述了UGTs及其相关的转录调控因子与肝脏代谢及肝脏疾病的相关性。

1 UGTs的概况

UGTs 是哺乳动物体内的必需酶，是位于内质网腔的催化机体葡萄糖醛酸结合反应的Ⅱ相代谢微粒体酶。根据其基因序列的不同，可将人体的UGTs 分为UGT1、UGT2、UGT3 和UGT8 四个亚家族[1]。其中UGT1 和UGT2 是最重要的UGTs 酶，在机体物质代谢和解毒中有重要作用[2]。目前UGT1A已鉴定出9种亚型，包括-1A1、-1A3～-1A10；UGT2 已鉴定出10 种亚型，分为UGT2A（-2A1、-2A2、-2A3）和UGT2B（-2B4、-2B7、-2B10、-2B11、-2B15、-2B17和-2B28）两个亚族[3]。

UGTs广泛表达于人体肝脏、肾脏、皮肤以及胃肠道等大部分组织器官中，其中在肝脏中该酶表达活性最高，这也间接表明该酶在肝脏代谢和解毒过程中的重要作用[1]。UGTs 除了在不同组织中表达有差异，在不同个体、年龄阶段和物种间表达也有差异。如UGT1A6 在儿童中的表达水平明显高于成人，UGT3A1和-3A2的表达水平从儿童到65岁这个阶段随年龄增加而显著升高[4]。一项通过蛋白质组学的研究发现，从新生儿到成人，UGT1A1、-1A4、-1A6、-1A9、-2B7 和-2B15 的微粒体蛋白丰度分别增加了8倍、55倍、35倍、33倍、8倍和3倍[5]，这也反映了成人和儿童机体代谢的差异。另外由于UGTs 与胆红素和胆汁酸的代谢密切相关，UGTs 在新生儿和成人之间表达的差异也可能是新生儿易出现黄疸的原因。此外，研究发现在小鼠肝脏主要表达的UGT1A 亚型有-1A1、-1A5、-1A6 和-1A9，UGT2A 亚型有-2A3，UGT2B 亚型有-2B1、-2B5、-2B35～-2B38[6]；大鼠肝脏主要表达的UGT1A 亚型有-1A1、-1A5 和-1A6，UGT2B 亚型有-2B1～-2B3、-2B6 和-2B12[7]。这与人类肝脏表达的UGTs 有一定的差异。

2 UGTs与机体代谢的关系

UGTs 是催化非极性内源性和外源性化合物转化为亲水性衍生物所必需的酶，这种生物转化的目的是增加催化底物的亲水性，减少亲脂性物质的积累，促进其在生物体外或细胞外排泄。UGTs 负责体内多种内源性和外源性毒性物质的解毒和清除，如胆汁成分、部分激素以及一些关键的治疗药物等。

2.1 UGTs 参与胆汁成分的代谢 胆汁中主要含有能调节脂肪消化吸收的胆汁酸和血红素代谢的终产物胆红素。胆汁酸与胆红素在体内的代谢与UGTs 密切相关，其中UGT1A1 是唯一能结合胆红素的酶，它可以防止新生儿血清胆红素水平过高导致的脑损伤[8]。当UGT1A1 基因发生突变，可导致UGT1A1 酶活性降低或者缺失，这类患者通常表现出非结合性高胆红素血症，临床上典型疾病有Crigler-Nijjar 综 合 征 和Gilbert 综 合 征[9]。梁 晨 等[9]对UGT1A1 基因突变位点进行总结，共发现163 个突变位点，且随着检测手段的提升，还有新的突变类型被陆续发现。UGT1A1基因突变位点的研究对相关疾病的诊断有重要意义。研究发现补骨脂异黄酮是UGT1A1的天然诱导剂，而该诱导剂主要通过激活和上调过氧化物酶体增殖物激活受体α和过氧化物酶体增殖物激活受体γ 来诱导UGT1A1 的表达，降低胆红素水平，故发现高效、安全的UGT1A1诱导剂对于改善高胆红素血症具有重要意义[10]。胆汁酸是由胆固醇转化而来的，能使过多的胆固醇由肝脏进入胆汁。胆汁酸在体内的代谢除了Ⅰ相代谢酶参与外，Ⅱ相代谢酶UGT1A1 也参与其中，主要将胆汁酸转变为水溶性较高的初级结合胆汁酸，从而降低胆汁酸在肝细胞蓄积而产生毒性。

2.2 UGTs 参与激素的代谢 激素在机体生长、发育及内环境稳态的调节中具有重要作用，UGTs 主要参与了甲状腺激素和类固醇激素代谢的调节。甲状腺激素包括甲状腺素（tetraiodo-thyroxine,T4）和三碘甲状腺原氨酸（triiodothyronine,T3），其葡萄糖醛酸化反应可能发生在酚羟基或羧基上，人体中主要发生在酚羟基。除UGT1A4 外，所有UGTs 均催化T4 酚羟基葡萄糖醛酸化，其中UGT1A3、UGT1A8 和UGT1A10 催化活性最高，其次是UGT1A1 和UGT2B4[11]。并且Chen 等[12]研究发现T4 能竞争性地抑制UGT1A1、-1A3、-1A7、1A10 和-2B7的活性，非竞争性地抑制UGT1A8的活性，并且发现T4 对UGTs 催化的物质代谢抑制作用较T3 更强。另外UGTs在类固醇激素的代谢中起着关键作用[13]，UGTs主要参与类固醇激素（雌激素和雄激素）的代谢与灭活。Zhou等[13]研究揭示了UGTs失调及其在雌激素代谢和乳腺癌发病机制中的作用，UGTs有助于雌激素在体内的代谢清除，而UGTs 缺失导致雌激素在体内的积累是诱发乳腺癌的关键因素。

2.3 UGTs 参与药物的代谢 药物进入机体后通常经过转运和转化等过程，其中转化过程（代谢过程）主要由Ⅰ相和Ⅱ相代谢酶催化完成。90%的临床药物是由Ⅰ相代谢酶参与催化，40%～70%的药物是由Ⅱ相代谢酶催化，其中UGT1 和UGT2 家族是参与药物Ⅱ相代谢结合反应的主要代谢酶[14]，临床上超过20%的药物通过UGTs 进行葡萄糖醛酸化，抑制或诱导UGTs 表达可导致血药浓度升高或降低[15]。值得注意的是，研究发现机体UGTs 的失活正在成为癌症耐药的重要机制[2]。代谢酶的研究对于临床合理用药和新药研发具有重要意义。

3 肝脏疾病状态下的UGTs

UGTs 主要在肝脏表达，其在肝脏的葡萄糖醛酸结合反应中发挥重要作用。肝脏疾病导致肝内生理生化环境的异常改变，这种改变对于UGTs 表达及其催化的葡萄糖醛酸代谢反应的影响至关重要。化学性肝毒性物质刺激、肝内胆汁淤积、脂肪性肝病、病毒性肝损伤以及血吸虫感染等原因引起的肝损伤对于UGTs表达的影响都有研究报道。

3.1 化学性肝损伤 化学性肝损伤是由于化学性毒物、酒精以及药物等刺激肝细胞而导致的肝损伤。Xu 等[16]利用CCl4刺激大鼠模拟人类肝脏化学性肝损伤，急性肝损伤大鼠UGTs 的mRNA 表达均明显下降，而慢性CCl4诱导肝纤维化大鼠UGT1A1、-1A6、-2B1和-2B2的mRNA表达上调，同时研究发现CCl4对大鼠UGTs活性有抑制作用。酒精性肝病是化学性肝损伤的一个重要类型，被人体吸收的酒精大约有90%在肝脏中被肝脏乙醇代谢酶氧化，其中UGTs 可催化少量乙醇的代谢。Xing等[17]利用树鼩建立酒精性肝病模型发现，树鼩可通过核因子E2 相关因子2（nuclear factor erythroid-2 related factor 2, Nrf2）调节UGT1A1的表达，增强肝脏抗氧化解毒作用，减轻酒精导致的肝细胞损伤。另外利用表达不同UGT1A基因的重组HepG2细胞的研究发现，UGT1A9 是人体参与乙醇葡萄糖醛酸化的主要UGTs[18]。UGTs除在酒精代谢中发挥作用外，在外源性药物代谢中也发挥重要作用，通常药物性肝损伤主要是通过诱发氧化应激、引起线粒体损伤以及干扰肝脏代谢等方式导致肝细胞及其他肝脏细胞的损伤[19]。药物分子大多为亲脂性，而肝脏UGTs 可将其转化为亲水性，减小药物蓄积对肝脏的损伤。

3.2 肝内胆汁淤积性肝损伤 在肝脏中，胆固醇可以被有效地转化为初级胆酸（cholic acid,CA）和鹅去氧胆酸（chenodeoxycholic acid,CDCA）。胆汁酸在调节胆固醇代谢中起着重要作用。胆汁酸经合成、转运、吸收及外排等阶段进入胆汁，上述任何阶段出现功能障碍都会使胆汁酸淤积在肝细胞中，导致肝内胆汁淤积。在肝脏中，Ⅱ相代谢酶UGT1A3、-1A4、-2B4 和-2B7 亚型具有催化胆汁酸的葡萄糖醛酸结合反应的能力[20-21]。核受体超家族成员法尼素X 受体（farnesoid X receptor,FXR）可通过调节UGTs的表达而调节胆汁酸的代谢。FXR的靶向敲除或缺失使小鼠对胆酸喂养高度敏感，导致小鼠胆汁淤积性肝损伤、体重减轻以及死亡率增加[22]。冯红[23]利用齐墩果酸诱导小鼠胆汁淤积性肝损伤模型，发现FXR 基因的特异性敲除可上调UGT1A1 和UGT2B5 的基因表达，降低小鼠肝脏和血清中结合型胆汁酸含量。同时研究发现，多种药物在治疗胆汁淤积型肝损伤中发挥重要作用。Li等[24]发现胡黄连苷Ⅱ对α-萘异硫氰酸酯（α-naphthyl isothiocyanate,ANIT）诱导的胆汁淤积性肝损伤有保护作用，ANIT 改变了胆汁酸合成酶和基底外侧摄取和流出转运体的表达，同时降低了小鼠UGT1A1 和磺基转移酶2A1（sulfotransferase 2A1,SULT2A1）基因的表达，而胡黄连苷Ⅱ治疗可上调UGT1A1和SULT2A1来增加胆汁酸代谢，从而减轻肝损伤。Yi等[25]发现传统中药茵陈蒿汤通过调节Ⅱ相代谢酶和转运体的表达而改善ANIT诱导的大鼠肝内胆汁淤积。可见部分药物在治疗肝内胆汁淤积性肝损伤中，其作用机制为通过调节Ⅱ相代谢酶的表达，增加胆汁酸的代谢排除，从而减轻胆汁酸淤积对肝脏的损伤。

3.3 非酒精性脂肪性肝病 非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)又称为代谢功能障碍相关的脂肪性肝病(metabolic-dysfunction-associated fatty liver disease, MAFLD) ，是机体代谢紊乱的肝脏表现[26]。其定义是在很少或不饮酒的情况下，超过5%的肝细胞出现脂肪变性[27]。NAFLD 在组织病理学上包括脂肪变性、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)、纤维化和肝硬化[28]。Hardwick 等[29]研究发 现UGT1A9、-2B10 和-3A1 的mRNA 表 达 在NASH 合并脂肪肝和NASH 组中均上调，而UGT2A3、-2B15、-2B28 的mRNA 表达在NASH 组中上调，UGT1A9和-1A6蛋白水平在NASH 组中降低。Li 等[30]分析NASH 模型中肝脏微粒体蛋白质组学，发现UGT2B31 可能是参与NASH 发病机制的新蛋白。研究表明脂肪变性，氧化应激和TNFα、IL-6等炎症介质的存在与NAFLD中组成型雄烷受体(constitutive androstane receptor, CAR)、妊娠X受体(pregnane X receptor, PXR)等核因子受体的改变有关[27]，而PXR 和CAR 在UGTs 的调节又具有重要作用。

3.4 病毒性肝损伤 病毒性肝炎主要是由肝炎病毒感染引起，其慢性发展最终可引起肝硬化、肝癌，全球将近80%的肝细胞癌病例出现在乙型肝炎病毒（hepatitis B,HBV）的流行区[31]。Yan 等[32]采用无同位素标记绝对定量法测定HBV 阳性的人肝细胞癌患者微粒体中的5个相关UGTs，结果表明人肝中UGTs 的表达水平受到人肝细胞癌的严重影响，而这也可能会影响药物代谢和药物治疗。另一方面UGTs 基因多态性与HBV 的感染存在一定关联，Zhang 等[33]研究显示中国彝族人群中UGT1A6 rs2070959 基因型的个体感染乙肝病毒的风险高于瑶族和汉族人群。也有研究显示UGT1A7 基因多态性与肝硬化、肝癌有一定相关性，低活性UGT1A7基因型的携带是慢性乙型肝炎向肝硬化发展的一个危险因素[34]，另外在男性肝癌患者中，携带UGT1A7低活性基因型患者的发病年龄中位数比携带高活性基因型的患者低9岁[35]。

3.5 血吸虫感染相关肝脏疾病 血吸虫感染机体后，成虫寄生在宿主肠系膜静脉系统中产卵，部分虫卵随血流进入肝脏，虫卵刺激肝脏引起肉芽肿反应，并可进一步发展为纤维化[36-38]。研究表明，血吸虫感染会影响肝脏Ⅱ相代谢及其代谢酶的活性和表达，Huang等[39]通过日本血吸虫感染小鼠模型，发现血吸虫感染可干扰小鼠的Ⅱ相代谢。Mimche等[40]构建了曼氏血吸虫感染小鼠模型，探究血吸虫慢性感染状态下肝脏UGTs 的表达及活性，发现UGT1A1、- 1A9 和- 2B5 mRNA 表 达 量 下 降，UGT1A2 mRNA 表达增加。而Manhães-Rocha 等[41]研究表明在曼氏血吸虫感染早期（15天和30天），肝脏UGTs 的活性与正常对照组无差异。但目前UGTs的表达及其调控在血吸虫感染状态下的研究报道较少，具体调控机制还不明确。

4 UGTs相关转录调控因子

UGTs 的表达受PXR、CAR、FXR、Nrf2 和芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor,AhR）等多种核受体超家族成员的调控[42]，而这些转录调控因子在肝脏代谢及肝脏内环境的调节中发挥重要作用。

4.1 PXR、CAR 核受体对UGTs 的调控 PXR、CAR为核受体超家族成员，主要作为配体激活的转录因子[43]。它们在靶基因的启动子区域具有相同的结合元件，故二者调节的靶基因有重叠，因此PXR和CAR 在功能上有协同作用[44]。现已确定PXR 和CAR参与生理和病理条件的调节，并参与疾病的发展。PXR参与外源性药物、内源性胆汁酸和胆固醇代谢以及炎症和癌症的发生。CAR 可以调节葡萄糖、脂质和胆汁酸的代谢，它也参与细胞周期调节和化学致癌[43,45]。有研究表明，PXR、CAR 对UGT1亚族的转录调控具有重要作用，特别是UGT1A1的转录调控。另外，某些体内外刺激因素可诱导PXR或CAR对UGTs的调控，如Duan等[46]发现在高原缺氧条件下，大鼠可通过PXR 和CAR 调控通路抑制UGT1A1 的表达。核糖核酸腺苷脱氨酶1（adenosine deaminase acting on RNA 1,ADAR1）是一种广泛参与机体生理和病理过程的RNA 酶，Takemoto等[47]发现ADAR1 通过间接负调控PXR，促进PXR mRNA的降解。通过下调ADAR1增加了PXR蛋白表达，从而使UGT1A1 表达增加，引起肝脏药物代谢能力的个体差异。目前公认利福平是PXR 特异性激活剂，而苯巴比妥可激活CAR[48]，二者可通过激活PXR 和CAR 而调控代谢酶的表达，故在临床上也作为药物用于治疗胆汁淤积症患者。

4.2 FXR 核受体对UGTs 的调控 FXR 属于核受体超家族，其在机体物质代谢和炎症的调节中有重要作用，尤其在胆汁酸的调节中发挥关键作用，故FXR又称“胆汁酸受体”，人类的初级和次级胆汁酸均可作为FXR 的配体，通过FXR 调节胆汁酸稳态[22]。胆汁酸的调节功能主要是其激活多种细胞内配体激活的核受体，如PXR、FXR，从而控制胆汁酸的产生和循环[49]。在小鼠疾病模型中，肝脏胆汁酸信号的异常与酒精性肝病、胆汁淤积性肝损伤以及非酒精性脂肪性肝病等肝脏严重疾病有关。分别用人肝细胞、HepG2细胞以及Caco-2细胞进行体外实验，发现FXR主要参与UGT2B4和UGT2B7的转录调控，FXR 的激活可上调UGT2B4 和UGT2B7 的表达[50-51]。而FXR-UGT2B4调控通路可能在急性淤胆型肝炎的形成发挥重要作用，FXR的表达降低可引起下游UGT2B4 以及胆汁酸相关转运体的表达降低，导致胆汁酸代谢及转运功能减弱，从而介导了胆汁淤积性肝炎的发生[52]。目前FXR 被认为是治疗胆汁淤积症的关键靶点，药物干预可通过调控FXR通路改善胆汁淤积性肝损伤。

4.3 Nrf2 核受体对UGTs 的调控 Nrf2 在肝脏疾病的调控中发挥重要作用。当肝脏因外界条件变化而引起损伤时，Nrf2 可通过调节细胞抗氧化应激、抗炎以及抗凋亡等机制发挥作用。许多药物代谢酶的表达调控也与Nrf2 有关[53]，如Ⅰ相代谢酶中细胞色素P450 的部分基因表型的表达依赖于Nrf2的活化；Nrf2在调节Ⅱ相代谢酶同样也具有重要作用，部分UGTs亚型已经被证明是Nrf2的靶基因，在Nrf2 缺陷小鼠的肝脏中，UGT1A6 的基础表达水平会降低[54]。在CCl4诱导的大鼠急慢性肝损伤中，部分UGTs亚型的mRNA表达水平会发生不同程度的变化，并伴随核受体Nrf2的改变[16]。

4.4 AhR 核受体对UGTs 的调控 AhR 被认为是配体激活的多功能转录因子和机体内环境传感器，也参与代谢酶的调节[55]。UGT1A 基因的所有亚型均可与AhR结合。Yueh等[56]利用AhR激动剂2,3,7,8-四氯二苯并对二噁英（2,3,7,8-tetrachlodibenzo-pdioxin,TCDD）和β-萘黄酮(β-naphthoflavone,β-NF)可诱导UGT1A1 葡萄糖醛酸化反应，UGT1A1 的mRNA 和蛋白表达都增加。在HepG2 细胞中，TCDD 和β-NF 以AhR 依赖的方式诱导UGT1A1 启动子驱动的报告基因活性。

5 结语

大多数内外源性物质在生物体内的代谢转化发生在肝脏，肝脏中Ⅱ相代谢酶UGTs 在其中发挥重要作用。炎症、肝内胆汁淤积、脂肪肝以及血吸虫感染等不同类型的肝脏疾病对UGTs的影响不尽相同，但是这些疾病慢性发展最终都可能导致肝纤维化。在各种原因的慢性刺激下，肝脏长期的慢性实质损伤、持续激活的炎症反应和伤口愈合反应是纤维化发生的主要特征[57]。在临床上，这种持续的肝脏炎症可能伴随着肝脏损伤的整个过程，而肝脏炎症状态下机体免疫细胞因子在代谢酶的转录调节中可能具有重要作用。已有研究表明UGTs的多种转录调控因子在抗炎和抗纤维化中有重要作用，但UGTs表达调控机制复杂，而且目前UGTs及其相关转录调控因子在疾病发生发展中的作用尚未明确，尤其在血吸虫感染引起的肝损伤领域中相关研究文献报道较少，故有关UGTs 酶在肝脏疾病中作用的研究对疾病的机制探究以及临床治疗具有重要意义。