王俊俊, 蔡曉波, 陸倫根

上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院消化科, 上海 200080

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是全世界最常見的慢性肝病[1]。NAFLD包括廣泛的組織病理學(xué)異常,從單純的肝脂肪變到更具有進(jìn)展性的非酒精性脂肪性肝炎(NASH),其特征是脂肪變、肝細(xì)胞氣球樣變和炎癥,通常伴有纖維化、肝硬化和進(jìn)展為肝癌的風(fēng)險(xiǎn)[2]。早期發(fā)現(xiàn)從脂肪變到NASH的轉(zhuǎn)變,以及更好地了解所涉及的可能機(jī)制對治療干預(yù)至關(guān)重要。

膽汁酸(bile acid,BA)在NAFLD/NASH中的作用越來越得到認(rèn)可[3]。成年NAFLD患者BA代謝失衡會(huì)增加肝損傷的風(fēng)險(xiǎn)。研究[4-5]顯示高脂小鼠模型的BA和NAFLD患者的BA水平及組成較正常對照組有明顯差異。最近Suga等[6]研究顯示飲食誘導(dǎo)的NASH小鼠總循環(huán)BA升高,并與纖維化程度密切相關(guān)。除了動(dòng)物模型的觀察結(jié)果,人體研究也揭示了與NAFLD相關(guān)的BA穩(wěn)態(tài)重要變化,即成年NASH患者血清中的餐后和空腹總BA水平顯著升高,主要是?；撬岷透拾彼峤Y(jié)合的初級和次級BA增高,且甘氨酸偶聯(lián)的初級BA與肝病的嚴(yán)重程度密切相關(guān)[5,7]。此外,代謝組學(xué)研究[8]顯示,與健康對照組相比,單純性脂肪變或NASH個(gè)體的BA組成發(fā)生了整體變化。既往機(jī)制研究認(rèn)為BA與 NAFLD的發(fā)生發(fā)展相關(guān),是NAFLD潛在治療靶點(diǎn),但BA分子種類的多樣性使其與NAFLD之間關(guān)系非常復(fù)雜。

1 BA合成

BA是膽汁的重要成分,約占膽汁中固體成分的85%[9]。BA是兩親性類固醇分子,包括親水基(羥基和羧基)和疏水基(烷基),這種兩性分子結(jié)構(gòu)使其具有較強(qiáng)的表面活性。BA主要在肝臟中產(chǎn)生,是由肝細(xì)胞中膽固醇通過兩種不同、特征明確的代謝途徑合成,即經(jīng)典途徑(也稱為中性途徑)和替代途徑(也稱為酸性途徑)。在生理?xiàng)l件下,大部分初級BA是由膽固醇7a-羥化酶(cholesterol 7a-hydroxylase,CYP7A1)和氧甾醇12a-羥化酶(sterol 12a-hydroxylase,CYP8B1)啟動(dòng)的經(jīng)典途徑產(chǎn)生,負(fù)責(zé)產(chǎn)生人類90%以上的BA庫;而BA的替代途徑是由氧甾醇27a-羥化酶(sterol-27-hydroxlase,CYP27A1)和氧甾醇7a-羥化酶(sterol 7a-hydroxylase,CYP7B1)主導(dǎo)[10]。初級BA如膽酸(CA)和鵝去氧膽酸(CDCA)在肝臟中的豐度是由CYP8B1決定的,與肝臟中的甘氨酸或牛磺酸結(jié)合后通過膽鹽輸出泵分泌到毛細(xì)膽管腔中,并在飲食后釋放入腸腔。初級BA通過腸道細(xì)菌的解偶聯(lián)和脫羥基酶轉(zhuǎn)化為次級BA,如脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA),以及三級BA如熊去氧膽酸(UDCA)。到達(dá)回腸末端后超過95%的BA被重吸收進(jìn)入門靜脈入肝,剩余的5%通過糞便排出[11]。

BA的調(diào)節(jié)作用是通過激活特定的受體介導(dǎo)的,包括核受體超家族成員[法尼醇X受體(FXR)、組成性雄甾烷受體、維生素D受體和孕烷X受體]以及G蛋白偶聯(lián)受體超家族(TGR5)[12]。在這些受體中,FXR在肝細(xì)胞和腸細(xì)胞中含量豐富,是調(diào)節(jié)肝臟和腸道中關(guān)于BA合成相關(guān)基因表達(dá)的最重要受體。FXR主要通過調(diào)節(jié)BA的合成、代謝、恢復(fù)和轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)而影響B(tài)A水平。FXR主要通過3個(gè)途徑調(diào)節(jié)BA腸肝循環(huán):小異源二聚體伴侶(SHP)途徑、小鼠成纖維細(xì)胞生長因子15(FGF15)或FGF19途徑和c-Jun N末端激酶(c-Jun N末端激酶,JNK)途徑[13]。相比之下,TGR5在膽管細(xì)胞和膽囊上皮細(xì)胞中強(qiáng)烈表達(dá),是膽汁分泌的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,可以調(diào)節(jié)BA的分泌與重吸收[14]。近期研究[15]顯示TGR5受體通過調(diào)節(jié)連接黏附分子A的表達(dá)和磷酸化調(diào)節(jié)膽管上皮屏障功能,從而保護(hù)肝實(shí)質(zhì)免受膽汁滲漏。其他受體也在肝臟和胃腸系統(tǒng)之外的組織中表達(dá),進(jìn)而介導(dǎo)BA的全身作用。研究發(fā)現(xiàn)BA已成為參與能量、脂質(zhì)和葡萄糖代謝、細(xì)胞增殖、解毒反應(yīng)以及免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵信號分子,目前被認(rèn)為是真正的激素,能到達(dá)身體的幾乎每個(gè)器官以微調(diào)代謝功能,其紊亂是代謝性疾病如2型糖尿病、NAFLD和其他代謝綜合征相關(guān)疾病的重要驅(qū)動(dòng)因素[16]。

2 BA對體內(nèi)不同代謝功能的影響

2.1 BA在葡萄糖代謝中的作用 食物攝入是腸道BA釋放、再循環(huán)和溢出到體外循環(huán)的主要觸發(fā)因素。因此BA作為餐后信使,通過多個(gè)器官中FXR和TGR5的協(xié)調(diào)激活來調(diào)節(jié)全身代謝。全身FXR敲除小鼠表現(xiàn)出胰島素敏感性降低,相反,使用選擇性非甾體FXR激動(dòng)劑GW4064治療可改善肥胖ob/ob和糖尿病db/db小鼠的胰島素抵抗及葡萄糖穩(wěn)態(tài),表明胰島素敏感性受FXR受體調(diào)節(jié)[17]。BA通過FXR依賴性和FXR非依賴性機(jī)制抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、葡萄糖6-磷酸酶和果糖1,6-二磷酸酶基因表達(dá)來抑制糖異生[18],也可能通過FXR依賴性誘導(dǎo)腸道FGF15/19來間接調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài),如FGF15(人源性,FGF19)在肝臟和其他器官中有直接調(diào)節(jié)糖原代謝作用[19]。BA還可通過TGR5激活胰高血糖素樣肽1(GLP-1)促進(jìn)胰島素合成和釋放,并通過抑制β細(xì)胞凋亡和刺激β細(xì)胞增殖來保護(hù)胰腺β細(xì)胞,減少胰島素抵抗[20]。最近也有研究[21]顯示,TGR5也由胰腺β細(xì)胞表達(dá)以調(diào)節(jié)胰島素分泌。因此BA介導(dǎo)的肝臟糖代謝調(diào)節(jié)是復(fù)雜的。

2.2 BA在脂肪代謝中的作用 FXR敲除(FXR-KO)小鼠顯示出肝臟和血漿中的膽固醇和甘油三酯明顯升高[22],給予FXR激動(dòng)劑可降低db/db小鼠血漿中膽固醇、甘油三酯和游離脂肪酸水平,而對于FXR-KO小鼠無影響[17],說明FXR在調(diào)節(jié)脂肪代謝中不可或缺。FXR激動(dòng)劑降低甘油三酯的機(jī)制有多種,包括非典型核受體小異二聚體的途徑抑制甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP-1c)[23]和FXR依賴性誘導(dǎo)過氧化物酶體增殖物激活受體a(PPARa)[18,24]。此外FXR還調(diào)節(jié)與甘油三酯代謝相關(guān)的其他幾個(gè)關(guān)鍵基因,例如微粒體甘油三酯轉(zhuǎn)移蛋白、極低密度脂蛋白受體、FA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、CD36和載脂蛋白(Apo)CⅡ和CⅢ[24],因此FXR可以通過誘導(dǎo)脂蛋白脂肪酶激活劑ApoCⅡ的表達(dá)和抑制脂蛋白脂肪酶活性抑制劑ApoCⅢ的表達(dá)來促進(jìn)血漿極低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯的清除。近期研究[25]顯示FXR激動(dòng)劑GSK2324激活FXR通過減少吸收和選擇性減少脂肪酸合成以控制肝脂質(zhì)合成,全面脂質(zhì)組學(xué)分析顯示FXR在小鼠或人類中的激活會(huì)特異性降低肝臟中單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的水平。此外,Watanabe等[26]在高脂飲食中補(bǔ)充CA后可激活TGR5信號增強(qiáng)線粒體功能,促進(jìn)產(chǎn)熱和能量消耗,防止飲食引起的脂肪量增加。

3 BA與腸道微生物的雙向調(diào)節(jié)

3.1 腸道微生物對BA的影響 腸道微生物與BA之間是雙向調(diào)節(jié)。BA是腸道細(xì)菌平衡的非常重要的調(diào)節(jié)劑,積極塑造腸道微生物;而BA池也受到腸道細(xì)菌的積極調(diào)節(jié),微生物將初級BA轉(zhuǎn)化為次級BA,增加了BA的多樣性,促進(jìn)BA池的疏水性。研究[27]顯示無菌小鼠或抗生素處理小鼠BA池發(fā)生量和質(zhì)的變化,其特征是BA池大小的整體擴(kuò)大和BA比例改變。TGR5信號通路特別受微生物組的影響,因?yàn)榇渭塀A LCA和DCA的共軛形式是有效的TGR5激活劑。事實(shí)上,初級到次級BA的微生物轉(zhuǎn)化代表了BA 7α-脫羥基化腸道菌群與宿主健康之間最直接的聯(lián)系[28]。因此,膳食或藥物干預(yù)(如抗生素)可以調(diào)節(jié)具有7α-脫羥基化活性的腸道細(xì)菌比例,從而改變內(nèi)源性TGR5配體的有效性[29]。微生物還直接影響B(tài)A池的大小,如研究顯示微生物群的缺失導(dǎo)致具有FXR拮抗特性的BA積累,牛磺酸-β-鼠膽酸的積累增強(qiáng)了BA的合成和循環(huán)[30]。此外鼠李糖乳桿菌GG補(bǔ)充劑通過促進(jìn) FXR 激動(dòng)劑的合成來降低肝臟 BA 水平,從而防止小鼠過度BA積累誘導(dǎo)的肝損傷和纖維化[31]。

3.2 BA對腸道微生物的影響 BA通過直接抗菌作用和FXR誘導(dǎo)的抗菌作用重塑微生物并改變細(xì)菌門的比例[28]。低BA水平似乎減少了革蘭陽性菌的數(shù)量[32],受腸道細(xì)菌影響的次級BA比初級BA更能激活FXR和TGR5[33]。大鼠飼喂BA后,腸道菌群發(fā)生了復(fù)雜而顯著的變化。高膽酸(5 mmol/kg)飲食顯著改變了腸道微生物組在門水平上的分布,可明顯抑制擬桿菌門和放線菌門[34]。最近有研究[35]表明,奧貝膽酸(OCA)激活FXR可以降低內(nèi)源性BA水平,增加革蘭陽性菌的比例,表明BA可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)腸道微生物群。因此,BA池的大小和組成似乎是調(diào)節(jié)腸道微生物密度、群落和結(jié)構(gòu)的一些最重要的宿主因素。

3.3 NAFLD與BA和腸道微生物的關(guān)系 高脂飲食喂養(yǎng)除了對腸道微生物群有顯著影響外,還明顯影響著BA池的大小和組成。越來越多證據(jù)表明,NAFLD患者原發(fā)性和繼發(fā)性BA增加,其中FXR拮抗劑DCA增加,而FXR激動(dòng)劑CDCA減少,此外NAFLD患者腸道中牛磺酸和甘氨酸代謝細(xì)菌增加,反映了繼發(fā)性BA產(chǎn)生增加[36]。腸道菌群在健康個(gè)體和NAFLD患者之間存在顯著差異。腸道菌群的變化可能對肝纖維化、脂肪變和炎癥的進(jìn)展產(chǎn)生影響[37]。在高脂飲食或遺傳誘導(dǎo)的肥胖小鼠中,使用甘氨酸β鼠李酸抑制腸道FXR信號傳導(dǎo)可預(yù)防或逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗和NAFLD,因此FXR信號可塑造腸道微生物群并控制肝脂質(zhì)代謝[38-39]。糞便微生組的宏基因組特征可用于區(qū)分輕度/中度NAFLD和進(jìn)展期纖維化,對于開發(fā)NAFLD纖維化的無創(chuàng)檢測方法很有前景[40]。

4 靶向BA治療NAFLD

4.1 藥物干預(yù) BA通過FXR和TGR5參與了自身代謝以及脂質(zhì)、葡萄糖和全身能量代謝,BA穩(wěn)態(tài)受損和成分的變化參與NAFLD的發(fā)病機(jī)制和進(jìn)展。因此BA受體是主要的藥理學(xué)靶點(diǎn)。目前許多FXR激動(dòng)劑已在NAFLD的臨床試驗(yàn)中進(jìn)行了研究[41],其中CDCA半合成衍生物OCA,已被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)作為UDCA無反應(yīng)或不耐受PBC患者的二線治療[42]。在非肝硬化 NASH 患者中,OCA 治療是有益的,可以減少肝臟脂肪變性、炎癥和纖維化,同時(shí)提高胰島素敏感性,然而,FXR 激活也增加了 NASH 患者的總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇,并降低了高密度脂蛋白膽固醇,需要進(jìn)行長期研究以進(jìn)一步評估這種血脂異常的臨床相關(guān)性[43]。除了OCA外,包括Tropifexor、Nidufexor、EDP305和Cilofexor在內(nèi)的幾種非甾體FXR激動(dòng)劑已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn),并有可能成為NASH、PSC和PBC的新型治療劑。同樣,FGF19 類似物 NGM282 也已在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行了評估,并在 PSC、PBC和NASH中證明了療效[28]。

4.2 手術(shù)治療 除了靶向 BA代謝外,減肥手術(shù)常伴隨著循環(huán)BA水平的顯著變化,可能是其在肥胖、 NAFLD 和/或 NASH 中具有療效的機(jī)制。目前Roux-en-Y胃旁路術(shù)(RYGB)、垂直袖狀胃切除術(shù)(VSG)和膽汁分流至回腸(GB-IL)是促進(jìn)患者體質(zhì)量減輕的外科手術(shù)[16]。在FXR-KO小鼠中,VSG手術(shù)明顯降低了體質(zhì)量并改善了葡萄糖耐量,支持了BA-FXR 信號級聯(lián)在代謝手術(shù)介導(dǎo)作用中的有益作用[44]。減肥手術(shù)深刻地改變了人類腸道微生物組。兩種不同類型的減肥手術(shù),即 RYGB和VSG,導(dǎo)致腸道微生物組的長期改變,這些改變調(diào)節(jié)宿主代謝和脂肪量沉積。從機(jī)制上講,手術(shù)后循環(huán)結(jié)合 BA 水平增加與 GLP1 增加以及隨后的葡萄糖和甘油三酯水平降低有關(guān)。此外,手術(shù)后患者出現(xiàn)明顯的餐后 BA反應(yīng),導(dǎo)致 FGF19 水平升高,增強(qiáng)了FXR 信號傳導(dǎo)增加[45]。總之,這些研究表明不同的減肥手術(shù)存在不同的分子調(diào)節(jié)機(jī)制。

5 總結(jié)和展望

盡管BA-FXR 和BA-TGR5 軸的調(diào)節(jié)對 NAFLD 具有良好的治療潛力,但BA信號傳導(dǎo)的多個(gè)方面仍然未知,且臨床尚無BA類似物或靶向BA信號傳導(dǎo)的藥物用于治療NAFLD。因此,迫切需要更多的研究挖掘BA在NAFLD進(jìn)展中的相關(guān)分子機(jī)制,進(jìn)而轉(zhuǎn)化在臨床靶向治療中。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：王俊俊負(fù)責(zé)查閱文獻(xiàn),撰寫文章;蔡曉波負(fù)責(zé)文獻(xiàn)審核,修改文章;陸倫根負(fù)責(zé)擬定寫作思路,指導(dǎo)撰寫文章并最終定稿。