趙元辰，崔乃強(qiáng)

膽汁酸是膽汁的重要組成部分，以膽固醇為原料，經(jīng)肝臟轉(zhuǎn)化生成，儲(chǔ)存于膽囊中，隨后排入腸道，直接或間接影響腸道菌群的豐度及多樣性。而腸道菌群數(shù)量巨大，作用廣泛，與人體的多種功能、疾病密切相關(guān)。可以生成多種酶參與膽汁酸代謝。兩者相互影響，相互作用。

1 膽汁酸

膽汁酸是膽固醇在肝細(xì)胞中經(jīng)一系列酶促反應(yīng)形成的代謝產(chǎn)物。膽汁酸可分為游離膽汁酸、結(jié)合膽汁酸；按來源,可分為初級膽汁酸、次級膽汁酸。

1.1 膽汁酸的合成 正常人每天合成1～1.5 g膽固醇,其中約2/5（0.4～0.6 g)在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化為膽汁酸，是肝臟清除膽固醇的主要方式[1]。肝臟是唯一具有合成兩種初級膽汁酸（膽酸、鵝脫氧膽酸）所需14種酶的器官。膽汁酸的產(chǎn)生包括恢復(fù)膽固醇中的雙鍵，將C-3反轉(zhuǎn)為3α-H-基團(tuán)，然后在7號碳原子或7號和12號碳原子α-羥基化，以及膽固醇側(cè)鏈的β-氧化。肝細(xì)胞合成膽汁酸主要有兩條途徑:經(jīng)典途徑和替代途徑。

經(jīng)典途徑為主要途徑[2]，膽固醇首先在膽固醇7α-羥化酶(cholesterol 7α-hydroxylase，CYP7A1)的催化下生成7α-固醇,后者再經(jīng)過固醇核的還原、羥化、側(cè)鏈的斷裂和加輔酶A等反應(yīng),生成具有24碳的初級膽汁酸（膽酸和鵝去氧膽酸，其與?；撬岷透拾彼峤Y(jié)合形成結(jié)合膽汁酸）。初級膽汁酸進(jìn)入腸道,協(xié)助脂類物質(zhì)的消化吸收,大部分膽汁酸以結(jié)合初級膽汁酸形式在回腸末端被主動(dòng)重吸收，其余小部分結(jié)合膽汁酸在回腸和結(jié)腸上段細(xì)菌的作用下,先經(jīng)膽汁酸鹽水解酶催化形成游離膽汁酸，再經(jīng)腸道菌群7位脫羥基形成次級膽汁酸。

替代途徑[3]主要是氧化甾醇27α羥化酶代替CYP7A1起限速作用。膽固醇首先于側(cè)鏈的第24/25或27號碳原子上脫氫生成氧化甾醇,隨后在氧化甾醇7α羥化酶催化下再于7α位脫氫,進(jìn)入經(jīng)典膽汁酸合成途徑,生成次級膽汁酸。另外還有極其少量的由存在于肝臟的25-羥化酶和存在于大腦的24-羥化酶參與的膽汁酸合成途徑。

1.2 膽汁酸的腸肝循環(huán) 95%以上排入腸道的膽汁酸被重吸收進(jìn)行腸肝循環(huán),僅5%由糞便排出,腸道每天吸收的膽汁酸總量可達(dá)12～32 g,其中以回腸部對結(jié)合型膽汁酸的主動(dòng)重吸收為主，腸道的游離膽汁酸（石膽酸除外）在小腸和結(jié)直腸通過擴(kuò)散作用被動(dòng)重吸收,重吸收的膽汁酸經(jīng)門靜脈入肝,被肝細(xì)胞攝取[1]。

首先,在肝細(xì)胞基底側(cè)膜鈉-?；撬峁厕D(zhuǎn)運(yùn)體及有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽的介導(dǎo)下從竇狀隙血液中攝取膽鹽等,接著在肝細(xì)胞內(nèi)對攝取的成分進(jìn)行加工,并將加工好的膽汁酸運(yùn)輸至肝毛細(xì)膽管處,最后肝毛細(xì)膽管膜處在膽鹽輸出泵、磷脂輸出泵等介導(dǎo)下將膽汁酸分泌至毛細(xì)膽管,形成膽汁流。在肝細(xì)胞內(nèi)，游離膽汁酸部分被重新合成為結(jié)合膽汁酸,與新合成的結(jié)合膽汁酸一同再隨膽汁排入小腸,結(jié)合膽汁酸在回腸通過小腸刷狀緣的頂端鈉/依賴膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體主動(dòng)重吸收入小腸黏膜細(xì)胞,并與回腸膽汁酸結(jié)合蛋白結(jié)合,由基底膜終末腔面的有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體α/β重吸收入門靜脈,轉(zhuǎn)運(yùn)到竇狀隙,進(jìn)行腸肝循環(huán)[4]。

1.3 膽汁酸的合成、分泌調(diào)控 CYP7A1是膽汁酸合成的限速酶。甲狀腺激素可以促進(jìn)其活性，增加膽汁酸的合成；而雌/孕激素、生長因子、胰島素等通過啟動(dòng)子的5'-上游區(qū)域抑制其活性[5]，抑制膽汁酸的合成。

多種核受體參與CYP7A1基因結(jié)合位點(diǎn)的調(diào)控,包括法尼醇X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)、肝受體同系物-1、小分子異源二聚體伴侶、G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體、肝X受等。

FXR在調(diào)節(jié)膽汁酸合成，排泄和運(yùn)輸中發(fā)揮重要作用[6]。是CYP7A1的轉(zhuǎn)錄抑制因子。FXR可以促進(jìn)小分子異源二聚體伴侶生成，抑制肝受體同系物-1和肝細(xì)胞核因子與CYP7A1啟動(dòng)子結(jié)合,進(jìn)而抑制膽汁酸合成關(guān)鍵酶CYP7A1的表達(dá)；膽汁酸在回腸細(xì)胞激活FXR轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)成纖維生長因子( fi broblast growth factor,FGF)15/19分泌，經(jīng)肝臟FGF受體4反饋抑制肝臟CYP7A1基因表達(dá)[7]。FXR激動(dòng)劑按效價(jià)排列是鵝去氧膽酸＞石膽酸=脫氧膽酸＞膽酸，具有能夠激活FXR的共軛和非共軛部分[8]。G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體介導(dǎo)頂端鈉/依賴膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體促進(jìn)胞外膽汁酸逆轉(zhuǎn)運(yùn)，使胞內(nèi)的膽汁酸濃度升高，反饋地抑制了肝細(xì)胞中CYP7A1。G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體識別偶聯(lián)和游離膽汁酸，優(yōu)先選擇?；鞘懰幔浯闻；敲撗跄懰幔九；蛆Z去氧膽酸＞?；悄懰醄9]。肝X受體是CYP7A1的轉(zhuǎn)錄激活因子，肝X受體α可通過CYP7A1基因上游的肝X受體α反應(yīng)元件來增加CYP7A1基因轉(zhuǎn)錄,從而增加膽汁酸合成。

在生理?xiàng)l件下，游離膽汁酸在膽汁中不常見。與甘氨酸或?；撬峤Y(jié)合，形成結(jié)合型膽汁酸，與游離膽汁酸相比，其具有更強(qiáng)的極性。游離膽汁酸與甘氨酸或牛磺酸的綴合，降低游離膽汁酸的毒性，并增加膽汁的可溶性[10]。膽汁酸的牛磺酸結(jié)合物較甘氨酸結(jié)合物具有更強(qiáng)的極性[11]。

膽鹽水解酶是催化結(jié)合型膽汁酸第24位碳原子上的牛磺酸或甘氨酸酰胺鍵水解的關(guān)鍵酶。包括再酰胺化，氧化還原反應(yīng)和酯化和脫硫反應(yīng)[12-13]。膽鹽水解酶促使膽固醇或膽汁進(jìn)入微生物膜，增加微生物膜的彈性，增強(qiáng)對α防御素及其他保護(hù)分子的敏感性。還可以發(fā)揮解毒作用，使胃腸道的部分微生物能夠耐受。

初級膽汁酸在水解的前提下，通過7α-脫羥基化酶脫去7α羥基生成次級膽汁酸，腸道菌群中的厚壁菌門（如梭菌屬）具有7α-脫羥基活性。研究發(fā)現(xiàn)人糞便中以次級膽汁酸為主[14]。

1.4 膽汁酸的作用 膽汁酸可以增加機(jī)體的脂肪消耗、加速能量代謝，抑制促炎細(xì)胞因子表達(dá)，產(chǎn)生抗炎效應(yīng)；減輕動(dòng)脈粥樣硬化病變，可以刺激β細(xì)胞分泌胰島素、抑制胰高血糖素分泌、促進(jìn)β細(xì)胞增殖及改善外周組織胰島素敏感度等多種機(jī)制改善代謝癥狀，調(diào)節(jié)免疫[15-16]。保持腸上皮完整性和正常代謝；保持機(jī)體固有菌群的生態(tài)穩(wěn)定，破壞病源菌細(xì)胞膜的完整性，抑制革蘭陽性菌、革蘭陰性菌過度增殖。

2 腸道菌群

腸道菌群是人體最龐大、最重要的微生態(tài)系統(tǒng)，健康成人腸道棲息著多達(dá)30屬500余種細(xì)菌，包含的細(xì)菌數(shù)達(dá)1014個(gè)，重量約1000 g，其基因組總和比人類多100倍[17-18]，被稱“腸道元基因組”，是控制人體健康的“人體第二基因組”。包括需氧菌、兼性厭氧菌和厭氧菌，以專性厭氧菌或兼性厭氧菌為主。其中擬桿菌門和厚壁菌門的數(shù)量占90%以上[19]。

2.1 腸道菌群功能 人體腸道菌群數(shù)量龐大，功能多樣?？梢酝ㄟ^占位效應(yīng)、營養(yǎng)競爭、以及所分泌的各種代謝產(chǎn)物在腸道內(nèi)形成生物屏障[20]，減少機(jī)體低水平炎癥反應(yīng)，保護(hù)腸壁的完整；刺激腸道建立有效的免疫防御系統(tǒng)；參與機(jī)體物質(zhì)代謝，能夠調(diào)節(jié)腸道對糖、脂的吸收、轉(zhuǎn)化，改善葡萄糖耐受和氧化應(yīng)激，降低血糖；可產(chǎn)生結(jié)合膽汁酸水解酶，將結(jié)合膽汁酸轉(zhuǎn)化成游離膽汁酸，減少腸道的吸收；抑制FXR/FGF15信號通路，增強(qiáng)CYP7A1活性，促進(jìn)膽固醇合成膽汁酸；促進(jìn)膽固醇氧化酶生成、抑制肝脂肪合成酶的活性、發(fā)酵碳水化合物生成短鏈脂肪酸而發(fā)揮調(diào)脂作用。

3 膽汁酸對腸道菌群的作用

膽汁酸可以調(diào)控腸道菌群的穩(wěn)態(tài)。其可以抑制細(xì)菌生長的作用，能夠阻止細(xì)菌黏附到腸道黏膜的頂端。也可以激活FXR，維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)、防止細(xì)菌移位、增強(qiáng)黏膜屏障防御作用[21]。研究發(fā)現(xiàn)給予肝硬化大鼠膽汁酸，提高腸道膽汁酸濃度，可能會(huì)抑制腸道細(xì)菌過度生長，減少細(xì)菌移位的發(fā)生。FXR、G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體發(fā)生基因突變后，可以導(dǎo)致炎癥性腸?。唤o予FXR激動(dòng)劑后可以改善實(shí)驗(yàn)性小鼠結(jié)腸炎癥狀。

膽酸在其細(xì)菌作用下生成脫氧膽酸對細(xì)菌生長具有強(qiáng)效的抑制作用，且脫氧膽酸的作用效果是膽酸的10倍。采用含膽酸的飼料喂養(yǎng)大鼠發(fā)現(xiàn)，其回腸厚壁菌門/擬桿菌門的比值大幅增加，隨著膽酸轉(zhuǎn)化為脫氧膽酸增多，厚壁菌門的梭狀芽孢桿菌綱和柔膜菌綱也顯著增加。腸道菌群的多樣性大幅下降，細(xì)菌總量約減少一半。膽汁酸可能在腸道中選擇菌群，從而對膽汁酸產(chǎn)生影響[22]。

喂食高飽和乳源脂肪的白介素10敲除小鼠導(dǎo)致牛磺酸結(jié)合的膽汁酸的合成增強(qiáng)，促進(jìn)了嗜膽菌屬（wadsworthia）的生長，這是腸內(nèi)免疫炎癥相關(guān)的潛在危險(xiǎn)因素。在喂食富含植物源性脂肪的飲食的小鼠中未見此變化。Long等[23]認(rèn)為?；撬岽x有助于提高有機(jī)硫的有效性，促進(jìn)亞硫酸鹽還原菌如B.worsworthia的生長；腸道內(nèi)膽汁酸成份、含量和過度生長的腸道細(xì)菌可能導(dǎo)致炎性疾病。

4 腸道微生物對膽汁酸代謝的作用

腸道菌群可以調(diào)節(jié)膽汁酸池的大小以及各膽汁酸成分的比例。腸道菌群對膽汁酸分子的修飾作用包括3種：(1)去結(jié)合作用(水解結(jié)合膽汁酸上的?；撬岷透拾彼峄鶊F(tuán))；(2)差向異構(gòu)作用；(3)脫羥基作用，作用于游離初級膽汁酸，去結(jié)合是脫羥基作用的前提[24]。

腸道中的脆弱擬桿菌、普通擬桿菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌、李斯特菌以及某些乳酸菌、雙歧桿菌都可以產(chǎn)生膽鹽水解酶[25]，將結(jié)合膽汁酸水解為游離膽汁酸。乳桿菌屬和擬桿菌屬參與膽汁酸的酯化作用。消化球菌、梭狀芽孢桿菌、假單胞菌和梭菌屬參與膽汁酸的脫硫作用。

梭菌如C.scindens VPI 12708、C.hiranonis DSM 13275、C.hylemonae DSM 15053和C.sordelli VPI9048等具有7α脫羥基作用，將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸。研究發(fā)現(xiàn)次級膽汁酸可以抑制艱難梭菌生長[26]。膽酸由梭菌、擬桿菌轉(zhuǎn)化為熊脫氧膽酸。不動(dòng)桿菌lwoffii含有膽酸轉(zhuǎn)化熊脫氧膽酸所需的兩種酶。脫氧膽酸可由梭菌屬如梭菌（absonum)生成熊脫氧膽酸[27]。

有研究發(fā)現(xiàn)因增加FXR受體拮抗劑?；?β-鼠膽酸比例,無菌小鼠相比于普通小鼠膽汁酸池?cái)U(kuò)大了3倍多[28]。研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用抗生素的小鼠腸道菌群可以抑制回腸細(xì)胞頂端鈉/依賴膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)以及FXR/FGF15信號通路而促進(jìn)肝臟CYP7A1基因表達(dá)，增高頂端鈉/依賴膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體基因表達(dá)，減少糞便膽汁酸排泄，增加膽汁酸的含量。

雙歧桿菌、乳酸桿菌可產(chǎn)生膽鹽水解酶，此酶可把結(jié)合膽汁酸轉(zhuǎn)變成游離膽汁酸，產(chǎn)生脫氧膽酸和石膽酸等次級膽汁酸，而這些次級膽汁酸本是FXR受體的強(qiáng)效激動(dòng)劑，但是雙歧桿菌、乳酸桿菌等可以通過抑制腸道膽汁酸分子的吸收降低腸上皮細(xì)胞內(nèi)和血漿內(nèi)的膽汁酸的含量，最終下調(diào)FXR/FGF15通路，增強(qiáng)CYP7A1活性，促進(jìn)肝臟膽汁酸合成[29]。故被重吸收進(jìn)入腸肝循環(huán)的量明顯減少，大部分通過糞便排出體外，促使肝臟利用膽固醇合成膽汁酸增加；雙歧桿菌還可提高腸道菌群對酸性物質(zhì)和膽汁酸的耐受力，具有穩(wěn)定血糖、降低血脂作用。大部分乳桿菌和雙歧桿菌屬菌株中，均發(fā)現(xiàn)乳酸菌細(xì)胞內(nèi)能積累膽酸。腸道微生物產(chǎn)生的短鏈脂肪酸或乳酸降低腸道pH值，從而可能增強(qiáng)乳桿菌在體內(nèi)對膽酸的積累；Jeun等[30]發(fā)現(xiàn)1株乳桿菌KCTC3928活菌株將小鼠肝臟中CYP7A1的mRNA和蛋白表達(dá)量相比于對照分別上調(diào)80%和60%，加速膽汁酸合成?？梢砸种苹啬cFGF15基因表達(dá)，上調(diào)肝臟CYP7A1表達(dá)水平。腸道菌群不僅在腸道發(fā)揮作用，而且可調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸合成。在生理狀態(tài)下，腸道菌群激活了腸道GATA結(jié)合蛋白4的表達(dá)，使頂端鈉/依賴膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)水平下降，導(dǎo)致膽汁酸重吸收減少，促進(jìn)肝臟合成膽汁酸。

5 腸道菌群、膽汁酸與疾病相關(guān)性

炎癥性腸病患者腸道菌群改變，其表現(xiàn)為菌群多樣性相對降低，厚壁菌門中的細(xì)菌水平和抗炎細(xì)菌柔嫩梭菌群的水平降低[31]，在活動(dòng)期更顯著。

由于膽酸在遠(yuǎn)端小腸中被有效地再吸收，改變膽汁酸代謝和腸道微生物群可能影響腸-肝軸以及其他代謝功能。例如，最近的一項(xiàng)研究檢測了原發(fā)性硬化性膽管炎小鼠模型中的膽汁酸譜和微生物群落結(jié)構(gòu)，并證實(shí)無菌小鼠的疾病嚴(yán)重程度加重。通過體外實(shí)驗(yàn)，給予熊脫氧膽酸，膽管細(xì)胞硬化標(biāo)記物降低。這表明微生物和膽汁酸在保護(hù)原發(fā)性硬化性膽管炎膽道損傷中發(fā)揮作用[32]。

許多研究已經(jīng)提示了腸道微生物，膽汁酸與心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)之間的聯(lián)系。研究表明，腸道菌可以將卵磷脂、膽堿及肉堿代謝，生成氧化三甲胺，其與心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)。飼喂小鼠氧化三甲胺減少初級膽汁酸合成（通過下調(diào)CYP7A1），最終降低膽固醇穩(wěn)態(tài)機(jī)制（反向膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)）的表達(dá)，導(dǎo)致疾病風(fēng)險(xiǎn)升高。研究發(fā)現(xiàn)三甲胺和氧化三甲胺的水平與普雷沃氏菌呈顯著正相關(guān)，而與擬桿菌的豐度呈顯著負(fù)相關(guān)。

Herrera等[33]發(fā)現(xiàn)膽囊結(jié)石患者膽汁酸合成限速酶mRNA水平增加超過400%。另有研究發(fā)現(xiàn)與健康人群相比膽囊結(jié)石患者糞便中羅斯氏菌（Roseburia）和單形擬桿菌（Bacteroides uniformis）的種類減少，而瘤胃菌科（Ruminococcaceae）和顫螺旋菌屬（Oscillospira）種類增加。但細(xì)菌多樣性顯著降低，糞便膽汁酸含量升高[34]。Reunanen等[35]研究發(fā)現(xiàn)膽囊結(jié)石小鼠腸道內(nèi)分泌7α-脫羥基酶的梭菌屬（Clostridium）XlVa和XVIII的豐度增加。而腸道菌群表達(dá)的7α-脫羥基酶活性增加與膽汁中脫氧膽酸水平升高相關(guān)，脫氧膽酸與膽囊結(jié)石形成有直接關(guān)聯(lián)。膽囊結(jié)石可以誘導(dǎo)粘蛋白降解細(xì)菌艾克曼菌（Akkermansia）增加，保護(hù)腸道屏障。

膽囊切除后，膽汁失去貯藏的場所，膽道內(nèi)壓主要由肝細(xì)胞分泌來維持，高于Oddi括約肌壓力，從而使Oddi括約肌長期開放，肝細(xì)胞分泌的膽汁持續(xù)地進(jìn)入腸道,膽汁酸的重吸收增加，增加膽汁酸的腸肝循環(huán)。Malagelada[36]報(bào)告膽囊切除術(shù)后膽汁酸腸肝循環(huán)量是正常人的2倍。24 h膽汁酸的分泌量增加，初級膽汁酸和腸道細(xì)菌的接觸時(shí)間延長，引起次級膽汁酸在總膽汁酸的比例增高，Vernick等[37]也發(fā)現(xiàn)膽汁酸持續(xù)通過肝臟和腸道，致使腸肝循環(huán)次數(shù)增多；并增加次級膽酸的生成。膽汁酸不斷進(jìn)入腸腔，刺激腸道運(yùn)動(dòng)。使腸道轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間縮短約20%，排便次數(shù)通常會(huì)增加。腸壁長時(shí)間接觸膽汁酸可能是有害的，可導(dǎo)致慢性腹瀉和結(jié)直腸癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)增加[38]。膽囊切除后膽汁濃縮、排泄、回吸收異常，低濃度的膽汁酸，可能造成小腸內(nèi)細(xì)菌過度增殖。而且Münch等[39]發(fā)現(xiàn)低水平的脫氧膽酸能降低結(jié)腸組織的跨上皮阻力，即腸上皮通透性增加，能增加結(jié)腸組織對細(xì)菌的吸收，膽汁在小腸內(nèi)吸收減少，導(dǎo)致進(jìn)入結(jié)腸后游離膽汁酸增加，膽汁酸濃度升高，抑制腸道有益菌，造成腸道內(nèi)菌群失調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)膽囊切除術(shù)后腸道中的雙歧桿菌、乳酸桿菌數(shù)量明顯減少，腸球菌、Oscillospira、大腸桿菌、類桿菌科和擬桿菌屬顯著增加。Oscillospira與次級膽汁酸（如石膽酸）正相關(guān)。與膽酸和熊脫氧膽酸負(fù)相關(guān)。Roseburia屬與Rumiococcaceae和Oscillospira呈負(fù)相關(guān)。Oscillospira直接或間接參與在初級膽汁酸到次級膽汁酸的轉(zhuǎn)換[35]。Berr等[40]研究發(fā)現(xiàn)膽囊切除術(shù)后患者3個(gè)月后，膽酸合成率平均下降37%，平均膽汁酸池減少。初級膽汁酸的肝合成和總膽汁酸池（膽酸、鵝去氧膽酸和脫氧膽酸的總和）降低。在一些早期研究中，在膽囊切除術(shù)后6周觀察到鵝去氧膽酸的合成速率和膽汁酸池容量的降低，但是在術(shù)后3和9～12個(gè)月時(shí)，鵝去氧膽酸和脫氧膽酸的合成或輸入速率和膽汁酸池大小處于穩(wěn)定水平。Keren等[34]進(jìn)行了患者自身膽囊切除前后糞便膽汁酸（n=11）的配對比較，以及所有術(shù)前（n=13）和術(shù)后糞便樣本（n=17）比較，結(jié)果顯示膽囊切除術(shù)后糞便中脫氧膽酸濃度增加（P=0.043），余未見明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。膽囊切除前后患者的糞便微生物群組成相似。但擬桿菌門（Bacteroidetes）在膽囊切除術(shù)后增加，包括類桿菌科（Bacteroidaceae）和Parabacteroides。