20世纪60年代，研究者们发现超过90%的PBC患者血清中能够检测到抗线粒体抗体（anti-mitochondrial antibodies，AMA），1987年美国加利福尼亚大学戴维斯分校Gershwin的研究小组首次利用PBC患者血清中的AMA鉴定和克隆出PBC中主要的线粒体自身抗原——丙酮酸脱氢酶复合体E2亚基。线粒体自身抗原的发现无疑是PBC研究的里程碑，它为后续的PBC研究提供了坚实的基础，大量的后续研究工作都围绕着这个发现进行（表4-1）。对AMA的深入分析发现，这些AMA是针对线粒体内膜上的2-酮酸脱氢酶复合物（2-oxoacid dehydrogenase complexes，2-OADCs）的一些成员，主要包括PDC-E2在内的几个成员。针对AMA特异性反应的抗原表位主要位于内侧的硫辛酸结构域。尽管AMA的反应性也存在于其他结构域，诸如外侧结构域、E3结合结构域、催化结构域、E2结合结构域，但是反应性都较弱。PBC同其他自身免疫性疾病最显著的区别也在于此，现阶段还没有实验证据表明PBC存在自身抗原决定簇的扩展。

其他类型的线粒体抗原也同样存在，譬如，酮戊二酸脱氢酶复合体E2亚基（E2 subunit of the 2-oxoglutarate dehydrogenase complex，OGDCE2），丙酮酸脱氢酶复合体侧链E2亚基（E2 subunit of the branched-chain 2-oxoacid dehydrogenase complex，BCOADCE2），E3-结合蛋白（E3BP）。这四个线粒体抗原的共同点是都含有一个硫辛酸结合区域。每一个复合酶体都有三个大的亚基：E1、E2和E3。而同疾病最为相关的E2亚基，有多个功能结构域，其中就包括了内含活化位点的催化结构域，这其中的若干个内含赖氨酸残基的硫辛酰基结构域，无论是对于辅酶硫辛酸的结合，还是E3亚基结合功能的发挥，都至关重要。丙酮酸脱氢酶复合体有着非常特别的三级结构，在中心孔道存在一个多肽结合位点，这个E2亚基的核心氨基酸残基不仅对于酶活性的维持至关重要，还负责将E1亚基和E3亚基结合在一起；而E3BP区域用于结合E3亚基。深刻分析某些位点对于揭示PBC的病理生理特点极为重要，这些位点暴露在E2亚基催化核心的表面，与硫辛酸辅酶因子共价结合，而且具有氨基末端密集结构域，在丙酮酸脱氢酶复合体内部含有两个符合上述特征的位点，还有一个位于硫辛酰基化的E3亚基结合结构域。硫辛酸结合结构域是一个高度保守的TDKA基序，在其中的赖氨酸位点同硫辛酸共价结合（图4-1）。

AMA倾向于特异性地识别硫辛酸结合的结构域，所有免疫优势的表位都含有ExDKA基序（E代表谷氨酸，D代表天冬氨酸，K代表赖氨酸，A代表丙氨酸）。硫辛酸同173位的赖氨酸结合对于自身抗原表位的识别是必需的。CD4 ⁺T细胞和CD8 ⁺T细胞的识别表位都涵盖了B细胞的AMA抗原表位，即内部硫辛酸化的173位赖氨酸残基。PBC患者的肝门静脉淋巴结和肝脏中出现自身反应性的CD4 ⁺T细胞的比例比外周淋巴器官上升了100~150倍。而HLA一类分子限制性的CD8 ⁺T细胞（159~167-氨基酸序列残基）覆盖的抗原表位同自身反应性的CD4 ⁺T细胞的识别区域非常接近，同样与AMA识别表位非常接近。PBC患者肝脏中PDC-E2-特异性的CD8 T细胞的比例较外周淋巴器官上升了10倍左右。

除了AMA，抗核抗体（antinuclear antibodies，ANAs）在超过50%的PBC患者血清中呈阳性，ANA的出现具有临床症状发展的相关性（如果AMA阴性的PBC患者呈现ANA阳性，肝脏衰竭和门静脉高压的危险性会增高），ANAs在PBC发生发展过程中的作用机制尚不清楚。不同于系统性红斑狼疮患者出现的ANAs低特异性的临床特征，PBC患者的ANAs具有很高的疾病特异性，甚至能够应用于临床诊断。PBC患者所特异的ANAs反应可以针对如下核抗原：①核膜抗原，核孔蛋白复合体的组成成分，糖蛋白210（gp210）和核孔蛋白62；②核内零散的抗原，包括核体斑点蛋白100（nuclear body speckled 100kD，sp100），早幼粒细胞白血病蛋白（promyelocytic leukemia，PML）和核体斑点蛋白140。除此之外，还有一些小的类泛素调节因子也能够结合sp100和PML，但是这似乎是一些PBC特异的却非ANA依赖的自身反应性特征。Gp210有三个主要结构域，一个大的糖基化内腔结构域，一个疏水跨膜单元，以及一个短的暴露在胞质中的尾部。ANAs所识别的位点主要位于Gp210的糖基化内腔（约64kD）中，以及在胞质中的15个氨基酸序列的尾部。抗Sp100阳性PBC患者ANAs识别的核体蛋白Sp100自身抗原识别位点含有三个互相不重叠的识别区域，其中两个位点具有免疫优势表位，这两个抗原表位是一段伸展的16~20个氨基酸序列，另一个Sp100的自身抗原表位则含有同人类免疫缺陷Nef蛋白家族序列类似的结构域。还有一类与PBC疾病相关的ANAs识别位点位于中心体蛋白上，约10%ANAs阳性的PBC患者，常伴随CREST（calcinosis，Raynaud’s phenomenon，esophageal dysfunction，sclerodactyly，and telangiectasias）类型的硬皮病，其作用机制依然不明。值得注意的是，通过区分患者不同的HLA，能够在一定程度上区别患者的ANA反应性上所存在的差异。

PBC是高发于绝经期女性的自身免疫性肝脏疾病，男女患病率为1∶10。通过分析男性和女性生理环境上的差别，可以推测出一些相关因素：其中包括女性所特有的母胎微环境嵌合（fetal-maternal microchimerism）、雌激素效应、X染色体稳定性下降等因素。首先，胎儿的细胞在母胎关系中，带有一定的同种异体性质，能够诱发移植物抗宿主疾病类似的反应，譬如在患硬皮病的孕妇体内就能检测到源自胎儿的外周血液循环细胞。但是依靠现阶段的实验手段证明母胎微环境嵌合同PBC的直接关系非常困难。其次，雌激素效应。虽然以现阶段的实验证据还无法肯定雌激素效应同PBC的直接相关性，但是可以肯定，胆管上皮细胞有雌激素受体的表达，而且胆汁淤积的症状也时常会在一部分女性妊娠和分娩中出现，这能够说明雌激素效应能够影响到胆管上皮细胞的功能。再次，X染色体的变化与PBC疾病发生之间相关性的研究中，PBC女性患者的外周血细胞表型分析发现更高比例的单X染色体细胞。PBC的X染色体缺失具有一定的规律，这种X染色体的缺失只高发于单独的一条X染色体，这表明这种X染色体的不稳定性带有明显的遗传倾向性。近年来，伴随新的研究证据的出现，性染色体变化假说在PBC研究领域重新被提出和重视：第一，一些X染色单体导致的病症，如Turner综合征，会出现一些自身免疫性疾病的特征，在一些特殊的病例中也会发生慢性的胆汁淤积症状，类似PBC；第二，许多保持机体免疫耐受的基因簇都位于X染色体，比如调节性T细胞中重要的转录因子FoxP3（forkhead box P3），负调功能细胞的功能缺失会导致自身免疫性疾病的发生；第三，性染色体相关基因的缺陷，比如X染色体相关免疫缺陷，通常会伴随一些类似PBC的自身免疫性疾病相关的临床和血清学特征。最后，值得研究者注意的是，由于X染色体失活而导致的一系列表观遗传学因素的改变，同样可能影响自身免疫性疾病的发生。

PBC以肝内中小胆管高度选择性破坏为疾病特征，而构成中小胆管基本细胞单元就是胆管上皮细胞（biliary epithelial cells，BEC，亦称为胆管细胞），它们紧致的排列连接成管状，构成小胆管结构，占肝脏总细胞数的3%~5%。胆管上皮细胞的凋亡和凋亡小泡的持续出现在PBC的疾病发展中是一个显著而特异的现象。胆管上皮细胞死亡和剩余胆管上皮细胞再生的动态平衡，维持着肝内胆管的正常形态。而正是这一动态平衡的打破，致使胆管细胞的增殖无法弥补胆管细胞的死亡，这也同时决定了疾病的发展趋势和终点，将是胆管的持续损伤和消失，进而发展为胆汁淤积性的肝脏纤维化。在晚期的PBC患者中，胆管上皮细胞甚至完全丧失了增殖的能力。在渐进性的胆管消失的过程中，导致胆管细胞增殖无法补偿胆管细胞死亡的因素很多，比如死亡受体受到刺激，免疫介导的胆管损伤，氧化应激，感染，有毒物质刺激等，这些因素都能够激活胆管上皮细胞的凋亡信号。细胞凋亡同样能够促进纤维化的发生，凋亡所产生的细胞碎片能够激活导致肝脏纤维化的重要效应细胞——肝脏星状细胞，从而促使胆汁淤积向肝脏纤维化发展。下面我们将着重从死亡受体刺激和免疫介导的胆管损伤两方面，对胆管上皮细胞的凋亡同PBC的疾病进程关系加以讨论。

胆管上皮细胞（BECs）既可以分泌细胞因子肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α），同时也能够通过其受体接受TNF-α信号。促炎性细胞因子TNF-α具有双重功能，一方面TNF-α能够通过细胞凋亡蛋白Caspase信号通路促进细胞的凋亡，另一方面也能够通过核转录因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）信号通路促进细胞的存活。一些体外研究实验证明，TNF-α连同IL-1，IL-6，IFN-γ刺激胆管上皮细胞，会抑制磷酸腺苷环化（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）依赖的胆汁分泌。IκB激酶（IκB kinase，IKK） /NF-κB信号通路则能够调节炎性免疫应答，从而保护由细胞因子和氧化应激损伤导致的胆管上皮细胞凋亡。在小鼠基因敲除模型中，IKK1和IKK2联合敲除，IKK1和NEMO（NF-κB信号重要接头分子，另外一种NF-κ B激活的调节因子）联合敲除，都会自发黄疸，小鼠会产生致死性的由炎症损伤介导的肝内小胆管炎。选择联合的IKK1缺陷而引发的胆管疾病，可能带有某种次级效应，因为IKK1可能参与到胆管上皮细胞紧致结构的维持。另外的一条死亡相关的信号通路也值得PBC的研究者关注，肿瘤坏死因子家族相关蛋白凋亡诱导配体受体2-死亡受体5信号通路[TNF related apoptosis-inducing ligand （TRAIL）receptor 2/death receptor 5]，这个信号极有可能调节着胆汁淤积性的肝脏损伤，日本的研究组用死亡受体5的激动剂—抗死亡受体5的单克隆抗体激活这条信号通路，结果导致胆管细胞的大量凋亡，进而引发胆管炎和胆汁淤积性的肝脏损伤。值得注意的是，最近的GWAS同样显示NF-κ B1和细胞内吞和迁移蛋白1（engulfment and cell mobility protein 1，ELMO1）是疾病相关的基因。这些线索向我们暗示，胆管细胞凋亡在PBC发病中可能具有不容忽视的重要作用。

值得注意的是，PBC也是一种黏膜自身免疫疾病。在黏膜免疫界面上，炎症反应和免疫耐受之间的平衡对于黏膜微环境稳态的维持至关重要。什么样的因素导致了PBC中胆管上皮细胞的特异性损伤?而又是什么因素导致结构致密的胆管成为了免疫细胞攻击的对象?有力的实验证据支持了凋亡和抗原提呈在PBC中的重要地位，在使用特异性的针对线粒体自身抗原的单克隆抗体对胆管的免疫荧光染色实验显示，在小胆管的顶端表面，胆道腔内侧的胆管上皮细胞，能够检测到很强的PBC高度特异性的信号。而且只有使用PDC-E2特异性的单克隆抗体才能检测到这种胆管顶端染色，进一步的分析显示，这与A型免疫球蛋白的复合体存在有关。此外，2-OADC蛋白在PBC早期患者的胆道腔中显著的上升，这是不同于其他慢性炎症介导的胆管疾病的特征，譬如原发性硬化性胆管炎（primary sclerosing cholangitis，PSC）。由AMAs（特别是其中的IgA）与PDC-E2所组成的免疫复合物，极有可能在疾病发生的过程之中起到了重要作用。研究表明胆管上皮细胞能够通过转胞吞作用，将包含IgA的二聚体蛋白向黏膜的运输，从而参与胆汁和黏膜分泌物转运。因此，PDC-E2特异性的IgA很有可能通过免疫球蛋白受体进入胆管细胞，这样便有机会同PDC-E2结合形成的免疫复合物，这个复合物就会引发一系列的免疫反应，并且参与到疾病的发展进程之中。当AMAs中的IgA的二聚物呈递在胆管和黏膜液体中时，持续的转胞吞作用就可能导致胆管细胞更加容易走向凋亡。正如上述假说所提及的，PBC患者血清中抗PDC-E2的IgA的水平直接正相关于Caspase的激活水平。从而为如下观点提供了有力的支持：胆管细胞在通过免疫球蛋白受体完成转胞吞的过程中，会暴露给PDC-E2特异性的IgA自身反应性的抗原，这种抗原抗体的相互作用则会启动Caspase的激活，诱导胆管上皮细胞的凋亡。

PBC患者所出现的特异性的小胆管破坏可能还同三叶草因子（Trefoil）在小胆管和大胆管之间的差异表达有关，三叶草因子是一类具有蛋白酶抗性的，在正常的消化道上都有分布的短肽。在小胆管，肠道三叶草因子在损伤条件下的表达消失，这可能是小胆管上皮细胞比大胆管细胞更易受到损伤的原因。

从生理学角度讲，一套组织完整和稳定调节的肝内胆汁循环系统保证了胆汁从肝窦血液（sinusoidal blood）至肝管（canaliculus）的正常流动。推动胆汁正常流动的则是一些分布在窦状隙和肝小管上的胆汁转运蛋白，以主动运输的方式行使胆汁转运功能。一个复杂而多元的转录调控网络调节着肝内胆汁转运系统、胆汁合成和胆汁解毒的酶系统，涉及其中的核因子很多，譬如肝脏法尼醇受体（farnesoid X receptor，FXR）、孕烷受体（pregnane X receptor，PXR）、维生素D受体、组成型雄甾烷受体（constitutive androstane receptor）等。在胆汁淤积的病变中，通常机体会产生对肠促胰液素的反应障碍，PBC患者在接受熊去氧胆酸（UDCA）治疗后能够缓解这种反应障碍，在一定程度上缓解胆汁淤积。一些PBC的相关研究发现，一种氯离子碳酸氢根离子交换通道蛋白（Cl ^-/HCO ₃ ^-exchanger）Ae2（SLC4A2）在PBC患者肝内的表达水平以及功能的都有所下降，这对于胆流减弱和胆汁淤积的发生可能存在一定的影响。UDCA和地塞米松的联合治疗能够提高PBC患者肝内Ae2的表达，也能一定程度上上调Ae2的活性。另外，Ae2基因全身性敲除的小鼠出现了自身免疫性的胆管炎症，这些实验证据表明，胆汁转运蛋白能够在一定程度上同PBC疾病的发生相关。只是GWAS分析并没有发现Ae2突变同疾病发生明显相关的证据。由此可见，PBC疾病最初的引发因素可能同胆汁转运蛋白没有直接联系，而仅仅是疾病的发展过程中的连带因素引发了胆汁转运蛋白被动参与了疾病的发展过程。在现阶段，一个基本问题依然令临床和基础研究领域困惑，究竟是什么因素决定了疾病中机体对于UDCA的反应，或者说什么因素决定了UDCA治疗的预后。似乎PBC的研究面临一个困境：决定着疾病发生的因素和决定着疾病最终结局的因素可能并不相同，而疾病的结局将是一个损伤和治疗共同作用的终点。