膽汁酸的作用與分子調控機制

徐運杰，汪前紅（.三河湘大駱駝飼料有限公司，河北三河　060；.唐人神集團人力資源部，湖南株洲　4000）

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膽汁酸的作用與分子調控機制

徐運杰1，汪前紅2
（1.三河湘大駱駝飼料有限公司，河北三河101601；2.唐人神集團人力資源部，湖南株洲412000）

摘要：膽汁酸不僅能夠促進腸道中膽固醇、脂質和脂溶性維生素的吸收，而且還是一個重要的信號調節分子，能夠激活肝臟和胃腸道細胞中特異性核受體、G蛋白偶聯膜受體以及細胞信號傳導通路，從而改變和調控膽汁酸、葡萄糖、脂肪酸和脂蛋白質的合成、代謝和運輸以及能量代謝相關酶的基因表達。文章詳細論述了膽汁酸的作用以及膽汁酸作為信號分子的調控機制。

關鍵詞：膽汁酸；法尼酯X受體；成纖維細胞生長因子19；胰高血糖素樣肽-1；G蛋白偶聯膜受體

膽汁酸是肝臟細胞內膽固醇的一種代謝產物，對脂質代謝具有重要的作用。由于人們對養殖效益的追求，在飼養過程中添加促生長的抗生素和大量的脂肪、使用霉變原料（如玉米、DDGS等）以及高密度集約化飼養，使動物肝臟負擔過大，從而導致肝臟疾病的發生，如脂肪肝、肝硬化、肝中毒等疾病，這些疾病致使肝臟分泌膽汁酸減少甚至不能分泌，繼而引起脂肪代謝障礙，常表現為脂肪瀉、消瘦、生長遲緩等，嚴重影響經濟效益。膽汁酸或其類似物作為飼料中一種功能性添加劑，為養殖業解決了上述難題，已經被大多數從業者所認可。本文就膽汁酸的作用和生理代謝作以綜述。

1　促進脂肪的消化吸收

膽汁酸通過如下3個方面來提高外源性脂肪的利用率，節約能量原料。通過乳化脂肪，擴大與脂肪酶的接觸面積。膽汁酸是肝臟細胞分泌的一類弱酸有機物，是含有親水（羥基和羧基）和親油（烷基）基團的兩性分子，具有表面活性功能，在十二指腸內乳化脂肪，促進脂質和脂溶性維生素的消化吸收。通過調控胰脂肪酶（LPS）和脂蛋白酯酶（LPL）的活性，提高其對脂肪的水解代謝。膽汁酸在腸道內通過調節LPS和LPL兩種酶的活性，從而影響脂肪的代謝過程。另外，膽汁酸還通過調控激素敏感脂肪酶（HSL）的活性，減少自體脂肪的分解代謝。而膽汁酸在腸道內轉運脂肪，促進脂肪的吸收。膽汁酸作為LPS的輔基，與輔脂酶一起改變胰脂肪酶的結構，暴露其催化基團，對脂肪進行水解。腸腔中脂肪的分解產物（如脂肪酸、甘油一酯等）與膽汁酸結合，形成水溶性復合物。因此，膽汁酸便成了不溶于水的脂肪水解產物到達腸黏膜表面所必需的運載工具。在膽汁酸的協助下，脂肪水解產物經腸上皮細胞吸收進入血液，膽汁酸可以被腸上皮細胞識別，從而使脂肪酸-膽汁酸復合物進入小腸絨毛膜內，促進脂肪的吸收。膽汁酸在將脂肪酸、甘油一酯轉運到腸上皮細胞后重新回到腸腔，在回腸被重吸收進入肝臟，完成膽汁酸的肝腸循環。膽汁酸的肝腸循環見圖1[1]。

圖1　膽汁酸的腸肝循環

2　膽汁酸的生理代謝

膽汁酸又稱為C24類甾醇類，是在肝實質細胞中由膽固醇合成的兩性分子。游離膽汁酸主要有鵝去氧膽酸（CDCA）和膽酸。膽汁酸在肝實質細胞中合成后，分泌進入膽管。由于不能透過頂膜以及膽管上皮細胞和腸上皮細胞之間的細胞旁路連接，使得膽道中的結合膽汁酸含量較高。在消化過程中，膽汁酸分泌進入腸道，通過酰胺鍵與牛磺酸和甘氨酸結合，形成完全離子化的帶負電荷的極性分子-結合型膽汁酸（甘氨膽酸或牛磺膽酸），結合型膽汁酸是易溶于水的兩性分子，在腸道pH環境下可溶性很高，具有強乳化劑功能，能夠使腸腔內油脂乳化成微粒，以增加脂質與消化液中脂肪酶的接觸面積，促進脂類和脂溶性維生素的消化吸收[2]。

膽汁酸代謝的一個重要方面是腸肝循環，是指膽汁酸分泌進入腸腔后，在小腸末端或回腸，通過門靜脈血再回流進入肝臟。對于成年人，膽汁酸池約2 g，每天通過腸肝循環12次，約95%的膽汁酸再回流入肝臟，另外5%的膽汁酸主要以膽固醇的形式通過糞便排出。在腸道中，結合型膽汁酸在小腸末端腸道細菌的作用下，與牛磺酸和甘氨酸解離，形成次級膽酸。因此，回腸末端的膽汁酸以結合型膽酸和游離型膽酸的混合形式存在。結合型膽酸在小腸前端幾乎不能被吸收，但在回腸中能夠被頂端鈉依賴型膽汁酸轉運蛋白有效的吸收，一旦被回腸上皮細胞吸收后，膽汁酸與回腸膽汁酸結合蛋白（IBAT）結合，在異源二聚體有機溶質轉運蛋白α和β （OSTα和OSTβ）的參與下，被運送到基底膜，進入肝臟門脈循環，最后主要被Na+/牛磺酸膽鹽協同轉運多肽（NTCP）主動吸收，回流進入肝實質細胞[3]。

3　膽汁酸的受體和信號通路

有研究發現，膽汁酸不僅能夠促進脂質和脂溶性維生素的消化吸收，而且還是重要的信號分子。膽汁酸是核受體-法尼酯X受體（FXR）的自然配體，FXR是核受體超級家族中一員，主要在肝臟、腎臟、腸道和腎上腺中表達。膽汁酸如膽酸、脫氧膽酸和石膽酸能夠激活FXR。早期研究表明，FXR是主要的膽汁酸感受器，其涉及到膽汁酸代謝的各個方面，包括膽汁酸的合成、轉運、解毒和在腸肝中的排泄。膽汁酸的合成是一個非常嚴格的調控過程，任何破壞都會導致肝臟和膽道的代謝紊亂，如膽汁淤積和肝纖維化。因此，FXR的激活是膽汁酸合成調控的關鍵控制機制。FXR的激活能夠有效的抑制膽固醇7α羥化酶的表達，膽固醇7α羥化酶是膽汁酸合成的限速酶，通過調控膽汁酸合成相關基因（如膽固醇7α羥化酶-CYP7A1）、吸收相關基因（如Na+/牛磺酸協同轉運多肽和有機陰離子轉運多肽2/8）和輸出相關基因（膽鹽輸出泵和多藥耐藥相關蛋白2）的表達來維持肝實質細胞中膽汁酸的動態平衡。此外，石膽酸能夠激活核受體[如孕烷X受體（PXR）和維生素D受體（VDR）]，調控石膽酸的代謝和脫毒。

FXR的另一個信號通路就是通過相關細胞因子[如成纖維細胞生長因子（FGF）]的負反饋機制抑制肝細胞中膽汁酸的合成。Kim等和Potthoff等利用鼠研究發現，FXR能夠刺激鼠腸道中FGF15和人類同源基因FGF19的轉錄[4-5]。Kim等研究表明，無論是敲除肝臟中的FxrL，還是敲除腸道中的FxrIE，都能增加膽汁酸池的面積。然而，用FXR選擇性頡頏劑-GW4064分別處理FxrL鼠和FxrIE鼠發現，GW4064能夠顯著抑制FxrL鼠體內膽汁酸合成相關基因CYP7A1的表達（P<0.05），但對FxrIE鼠沒有顯著影響（P>0.05）。說明CYP7A1基因表達的抑制主要受腸道而不是肝臟中FXR激活的調控[4]。Modica等研究發現，選擇性激活腸道FGF15能夠保護肝臟，從而防止膽汁淤積[6]。通過FXR誘導，腸道FGF19的分泌主要發生在回腸遠端的腸上皮細胞區域，因為該區域的膽汁酸轉運載體表達最為豐富[3]。目前，關于腸上皮細胞中FXR-FGF19軸的組織特異性分布和分子調控機制尚不明確，需要更進一步的研究。

FGF19的受體是FGF受體4（FGFR4），其在肝臟中表達很豐富。FGFR4缺乏的鼠與正常鼠相比，膽汁酸池更多。Potthoff等研究表明，通過FG?FR4激活細胞中的FGF19信號，還需要輔助受體β-Klotho，這種輔助受體基因的組織特異性表達是FGF19反應的重要決定因素[7]。醫藥界已用消膽胺和FXR配體CDCA證實了FGF19在人體膽汁代謝中的作用。病人服用消膽胺后，血清中7α-hydroxy?cholest-4-en-3-one（C4，一種表示CYP7A1激活的標記物）增加，血漿中FGF19水平減少，然而，病人用CDCA處理后，增加了血漿中FGF19水平，降低了血清中的C4含量[8]。Jain等用全腸外營養（TPN）新生仔豬研究表明，TPN能夠顯著降低FGF19的循環濃度（P<0.05），反之，十二指腸灌注CDCA能夠顯著誘導FGF19的分泌（P<0.05），這說明肝臟病理與TPN相關，CDCA灌注能夠改善肝臟功能。腸外營養相關的肝臟疾病如膽汁淤積和脂肪變性，也許就是腸外營養導致FGF19分泌減少所致[9]。總之，FGF19是一種反饋抑制膽汁酸合成的重要的腸肝信號。

此外，FGF19在調控葡萄糖、蛋白質和脂質代謝方面也具有相當重要的作用[7, 10]。Kir等研究表明，FGF19能夠誘導肝糖元和蛋白質的合成，同時抑制糖異生作用[11]。關于FGF19對肝臟脂質代謝的影響機制尚不完全清楚，可能是通過增加脂肪酸的氧化，抑制甘油三酯的合成，從而減少肝脂肪變性。

另外一個重要的膽汁酸受體就是G蛋白偶聯膜受體（GPCR）。TGR5也叫G蛋白偶聯膽汁酸受體1 （GPBAR 1）或GPR131。TGR5受體是一種細胞表面膽汁酸受體，是GPCR視紫紅質樣超級家族中的一員。脫氧膽酸、膽汁酸和CDCA的結合型或游離型都可以激活TGR5受體，而石膽酸是TGR5受體最有效的天然頡頏劑。TGR5受體mRNA的轉錄表達在膽囊中最豐富，在褐色脂肪、肝臟和腸道中較少。TGR5受體的激活，對于膽囊的收縮、填充、能量代謝和保肝利膽具有重要的作用[12]。另外，Parker等研究表明，膽汁酸還能夠刺激離體回腸胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）的分泌[13]。GLP-1作為主要的腸降血糖素，食后能夠刺激胰島素分泌，抑制胰高血糖素分泌和肝臟糖元的異生，降低胃排空速率和食欲，從而提高機體對胰島素的敏感性，提高血糖清除率。Thomas等對TGR5基因破壞或超表達鼠的研究表明，膽汁酸能夠緩解飼喂高脂肪日糧鼠的葡萄糖不耐受和代謝功能障礙[14]。此外，腸腔中膽汁酸還可誘導腸內分泌細胞分泌其他腸激素（如GLP-2和肽YY），從而調控腸道局部的生理代謝[9]。Ipharraguerre等對早期斷奶仔豬的研究表明，膽汁酸可以加強誘導GLP-2的分泌，但對斷奶后仔豬腸道的生長、形態和炎癥并無改善[15]。Gupta等報道，膽汁酸能夠激活原代肝細胞中與下調膽固醇7α羥化酶（CYP7A1）和膽汁酸合成相關的c-jun N-末端激酶（JNK）1/2信號轉導通路[16]。脫氧膽酸可以激活肝實質細胞和胃腸系統上皮細胞中的表皮生長因子受體[17-18]。

在實際應用中，膽汁酸通過FXR和GPCR作為重要的信號分子，推動了藥理學的發展。6-乙基鵝去氧膽酸（INT-747）臨床上用來保護肝臟、防止肝膽汁淤積和纖維化[19]。另一個是INT-777，臨床上用作誘導GPL-1的分泌，保護高脂肪日糧所導致的代謝功能障礙[20]。此外，半合成的INT-747硫酸酯衍生物INT-767能夠防止鼠的慢性膽管疾病[21]。

4　膽汁酸的生物合成途徑

肝臟中有兩條膽汁酸的生物合成途徑，一條主要途徑和一條替代途徑。主要途徑由位于肝實質細胞滑面內質網上的CYP7A1和細胞色素P450啟動。膽固醇的7α-羥化是膽汁酸生物合成主要途徑的限速步驟。此途徑中，膽汁酸和鵝去氧膽酸的比率，受甾醇12α-羥化酶（CYP8B1）的控制。參與膽汁酸生物合成的酶除了位于肝實質細胞的滑面內質網上外，還位于線粒體、過氧化物酶體和細胞質中[22]。

膽汁酸生物合成的替代途徑由線粒體上的甾醇27-羥化酶（CYP27A1）啟動，其限速步驟是膽固醇運輸到線粒體膜內。除了膽汁酸的生物合成外，替代途徑產生的27-羥基膽固醇和25-羥基膽固醇能夠調節氧化型膽固醇，從而維持肝臟和其他組織中膽固醇和脂肪的動態平衡[23]。肝臟中膽汁酸合成途徑見圖2。

圖2　肝臟中膽汁酸合成途徑

5　結語

膽汁酸是膽固醇的代謝終產物，體內存在多種復雜機制調節膽汁酸代謝。膽汁酸是膽汁的重要成分，在脂肪代謝中起著重要作用。膽汁酸主要存在于腸肝循環系統，并通過再循環以達到對動物機體的保護作用。同時，膽汁酸還是FXR、PXR、VDR和GPCR等許多受體的天然配體，調節膽汁酸代謝相關的酶類和轉運蛋白基因的表達，調節膽汁酸水平，能夠激活肝臟和胃腸道細胞中相應受體和細胞信號傳導通路，從而改變和編碼調控膽汁酸、葡萄糖、脂肪酸和脂蛋白質的合成、代謝、運輸以及能量代謝的相關酶的基因表達。正因為膽汁酸具有如此重要的生理生化功能，在實際生產中，應該合理選擇飼料原料，不能為了減少成本而選用發霉變質的原料；合理配制日糧，使能量、蛋白質、脂肪、碳水化合物等配比適當，特別是礦物質和維生素，不能過多，亦不能過少，以達到保肝利膽，提高機體免疫力，降低料肉比，從而達到提高經濟效益的目的。

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Effect of Bile Acid and Molecular Regulation Mechanism

XU Yunjie1, WANG Qianhong2
（1. Sanhe Xiangda Luotuo Feed Co., Ltd., Sanhe 101601, Hebei China; 2. Human Resources Department, Tangrenshen Group, Zhuzhou 412000, Hunan China）

Abstract:Bile acid can not only promote the absorption of cholesterol, lipid and fat soluble vitamins in the in?testine, but aslo bile acid is an important signaling regulatory molecule. It has been discovered to activate specific nuclear receptors, G protein coupled receptor and cell signaling pathways in cells in the liver and gastrointestinal tract, so as to alter the expression of numerous genes encoding enzyme/proteins involved in the regulation of bile ac?id, glucose, fatty acid, lipoprotein synthesis, metabolism, transport and energy metabolism. The effect of bile acid and its molecular regulation mechanism were discussed in detail in this paper.

Key words:bile acid; farnesoid X receptor; fibroblast growth factor 19; glucagon-like peptide-1; G protein coupled membrane receptor

作者簡介：徐運杰（1980-），男，湖南邵陽人，碩士，主要從事飼料配方的研究。

收稿日期：2014-12-22

中圖分類號：R657.3；S816.7

文獻標志碼：A

文章編號：1001-0084（2015）01-0021-05