膽汁酸代謝及其受體在非酒精性脂肪性肝病發生發展中的作用

張 陽， 李軍祥， 王允亮

1 北京中醫藥大學 研究生院， 北京 100029； 2 北京中醫藥大學東方醫院 消化內科， 北京 100078

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是除過量飲酒和其他引起肝臟損傷的明確因素之外所致的肝細胞脂肪沉積，包括非酒精性單純性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及非酒精性脂肪性肝硬化，部分可進展為肝細胞癌。NAFLD全球患病率為20%～30%，隨著經濟水平提高與生活方式改變，我國近十年NAFLD患病率已由18%增加至29%[1]。然而，其具體發病機制尚未完全闡明，臨床缺乏針對特異發病環節的治療藥物。近年來，研究膽汁酸代謝及其受體在NAFLD發病中的作用取得了一定進展，調節膽汁酸代謝，有望成為NAFLD治療的關鍵環節。

1 膽汁酸概述

1.1 膽汁酸分類 膽汁酸是膽汁中的重要成分，在人體脂質消化吸收和膽固醇代謝方面具有調節作用。膽汁酸主要由鈉鹽和鉀鹽組成，根據其來源可分為初級膽汁酸和次級膽汁酸，初級膽汁酸由肝細胞生成，進入腸道后，在腸道菌群作用下生成次級膽汁酸。根據其結構上是否與甘氨酸或牛磺酸結合，又可分為游離型和結合型兩大類，前者包括膽酸、脫氧膽酸、鵝脫氧膽酸和石膽酸，后者主要包括甘氨膽酸、甘氨鵝脫氧膽酸、牛磺膽酸和牛磺鵝脫氧膽酸等。

1.2 膽汁酸合成與腸肝循環 膽固醇是膽汁酸主要生成原料，在肝細胞中經過一系列復雜的酶促反應轉化生成初級膽汁酸。其過程主要包括經典途徑和替代途徑。經典途徑中，膽固醇經過7α-羥化酶(CYP7A1)催化生成7α羥膽固醇，再經3α、12α羥化，加氫還原，側鏈氧化斷裂形成膽堿輔酶A，經加水水解后形成膽酸和鵝脫氧膽酸等初級膽汁酸。替代途徑是氧化甾醇27α羥化酶代替CYP7A1，膽固醇于側鏈脫氫生成氧化甾醇, 隨后在氧化甾醇7α羥化酶催化下進行7α脫氫，進入經典途徑。膽酸和鵝脫氧膽酸通過與甘氨酸或牛磺酸結合后形成結合型膽汁酸，經膽管排入腸道。

人體每天生成的膽汁酸十分有限，正常情況下，膽汁酸儲備量為3～5 g，難以滿足脂類乳化的需要。初級膽汁酸(結合型)進入腸道后，在腸道菌群作用下解離為游離型膽汁酸，通過7α羥基脫氧水解生成次級膽汁酸，如脫氧膽酸、石膽酸等。腸道內的膽汁酸成分約95%在空腸末端或回腸被重新吸收(包括結合型膽汁酸和游離型膽汁酸)，經門靜脈回流至肝臟，再經肝細胞合成，與新生初級膽汁酸一起排入腸道，如此循環往復，形成膽汁酸的腸肝循環，使膽汁酸充分被利用。膽汁酸在腸道吸收是主動吸收與被動吸收的疊加效應。主動吸收主要發生在回腸遠端，膽汁酸轉運蛋白如牛磺膽酸鈉協同轉運多肽(Na+-taurocholate cotransporting polypeptide, NTCP)和頂端Na+依賴性膽汁酸轉運蛋白(apical sodium-dependent bile acid transporter, ABST)發揮協同作用，是結合型膽汁酸如牛磺膽酸和甘氨膽酸的主要吸收方式[2]。被動吸收主要發生在小腸和結腸，是游離型膽汁酸的主要吸收方式，吸收速率取決于膽汁酸的離子化程度和極性。膽汁酸的腸肝循環維持了膽汁酸的穩態，對調節脂質代謝具有重要意義。

2 膽汁酸代謝與NAFLD

膽汁酸已被發現在胰島素敏感性和代謝穩態方面起著關鍵作用。多項研究報道，在NAFLD患者血清中，膽汁酸水平明顯升高[3]，而病情嚴重程度與膽汁酸合成及血清膽汁酸水平呈正相關[4]。關鍵膽汁酸的增加，如牛磺膽酸、甘膽酸等，與脂肪變性、小葉和門靜脈炎癥以及肝細胞氣球樣變高度相關。此外，NAFLD進展為纖維化的風險和次級膽汁酸與初級膽汁酸的比例及結合膽汁酸濃度相關，次級膽汁酸與初級膽汁酸的比例越高、結合膽汁酸濃度越高，纖維化風險越高[5]。該結論在動物模型中也得到了驗證。研究[6]發現，在NAFLD大鼠肝組織中牛磺膽酸組成增加，而牛磺酸豬去氧膽酸和熊去氧膽酸含量降低；腸道中膽酸增多，豬去氧膽酸和ω-鼠李酸減少；血清中牛磺膽酸組成增加，豬去氧膽酸和牛磺酸豬去氧膽酸均降低。在NASH小鼠模型中，肝纖維化程度與血清總膽汁酸濃度升高有關，主要機制可能與膽汁酸代謝酶和轉運蛋白表達改變有關[7]。膽汁酸代謝與NAFLD病情進展的關系已被證實，進一步研究其作用機制，可能為NAFLD治療尋找新靶點提供希望。

3 膽汁酸代謝參與NAFLD的發病機制

3.1 膽汁酸與脂質代謝 脂代謝異常是NAFLD的重要環節。傳統觀點認為，甘油三酯過量堆積，促進了脂質過氧化、氧化應激和炎癥反應，是NAFLD進展的驅動因素。此外，膽固醇積累和脂肪酸代謝失衡同樣作用于NAFLD。在膽汁酸腸肝循環過程中，通過激活腸道膽汁酸受體——法尼醇X受體(farnesol X receptor, FXR)及G蛋白偶聯受體5(G protein coupled receptor 5, TGR5)，可對脂質代謝起到調節作用[8]。FXR激活后通過對固醇調節元件結合蛋白1-c的抑制及過氧化物酶體增殖物激化受體α途徑的上調，同時增加肝臟脂肪酸的β氧化，減少肝臟脂質蓄積[9]。TGR5作為膽汁酸受體，在人類脂肪細胞中的表達隨脂肪細胞的分化而增加，活化的TGR5可通過腺苷酸環化酶(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)通路促進甘油三酯分解、脂肪酸氧化，激活細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)/線粒體動力相關蛋白1(dynamin-1-like protein 1, Drp1)信號導致線粒體分裂，從而促進白色脂肪組織褐變重塑[10]。此外，有研究[11]發現，牛磺熊去氧膽酸具有調節內質網應激作用，從而抑制脂肪干細胞內脂肪的生成。

3.2 膽汁酸與腸道菌群 人體腸道中存在大量細菌、病毒、真菌等微生物群，與宿主共生。腸道微生物穩態的維持是人體健康的保證[12]。近年來，腸道菌群在炎癥、免疫、代謝等相關疾病中的作用得到廣泛重視。腸道菌群失調參與NAFLD發病，在臨床和動物實驗中均得到了證實[13-14]。腸道菌群主要通過增加腸道通透性、影響能量吸收、調節脂肪及膽汁酸代謝等信號通路相關基因的表達，以及參與宿主免疫等促進NAFLD的發生[15]。進入腸道的初級膽汁酸在腸道菌群作用下轉化為次級膽汁酸，腸道菌群的構成、豐度與比例影響膽汁酸代謝水平，而膽汁酸也可改變腸道菌群組成，二者相互作用[16]。研究[17]發現，腸道微生物通過促進FXR激活，誘導Fgf15(人類的FGF19)的表達，觸發JNK1/2和ERK1/2信號級聯，抑制CYP7YPA1的表達，影響膽汁酸合成。另一方面，通過影響NTCP和ABST轉運作用干預膽汁酸吸收。此外，膽汁酸和微生物種系在兒童和成人的腸道中具有顯著差異。兒童腸道膽汁主要由膽酸和鵝去氧膽酸組成；而成年后，轉變為脫氧膽酸和石膽酸。這種組成差異對腸道微生物群中厭氧芽孢形成細菌具有重要影響，膽汁酸促進回腸末端孢子萌發，而脫氧膽酸則減少了腸道厭氧菌的數量[18]。說明膽汁酸具有一定的抗菌作用，其機制可能與結合細菌菌膜上磷脂，破壞菌膜進而抗細菌黏附、中和內毒素相關[19]。在小鼠體內，通過進食富含飽和脂肪酸的食物，促進膽汁酸組成發生變化，結果顯示腸道微生物顯著失調，免疫動態平衡被擾亂[20]。膽汁酸與腸道菌群間相互作用，過程復雜，具體分子機制有待進一步探索。

3.3 膽汁酸與宿主免疫 肝臟是人體重要的免疫器官，含有Kupffer細胞、自然殺傷細胞、樹突狀細胞、調節性T淋巴細胞等免疫細胞，介導免疫反應。同時，肝臟也是免疫損傷靶器官，免疫和炎癥途徑在NAFLD的發病機制中起著核心作用。先天性免疫系統和獲得性免疫系統共同參與了NAFLD的發生發展[21]。宿主免疫的失調與膽汁酸代謝有著密切聯系。膽汁酸受體FXR和TGR5在天然免疫細胞，如腸和肝巨噬細胞、樹突狀細胞和自然殺傷T淋巴細胞中均高濃度表達，這兩種受體對肝臟和腸道免疫耐受狀態均有調節作用[22-23]。腸道FXR的激活可維持腸上皮結構的完整性，而FXR缺乏會導致腸道通透性改變以及免疫失調[24]。免疫機制方面，Toll樣受體和炎癥小體NLRP3在調節人體免疫平衡中具有重要作用。動物研究[25-26]表明，通過FXR和TGR5干擾膽汁酸信號通路可影響Toll樣受體依賴性途徑和NRLP3依賴性炎癥小體的激活。膽汁酸通過TGR5-cAMP-PKA軸抑制NLRP3炎癥小體的激活，主要與cAMP依賴蛋白激酶(PKA)活化導致NLRP3泛素化、磷酸化有關。最新研究[27]發現，石膽酸代謝產物3-oxoLCA和isoalloLCA可在小鼠體內直接調控腸道Th17和Treg細胞平衡，從而調控宿主免疫。以上研究結果揭示了膽汁酸及其受體參與宿主免疫的途徑，為NALFD治療提供了新思路。

4 膽汁酸受體作為NAFLD治療靶點

上述研究表明膽汁酸受體在NAFLD進展過程中，發揮了重要作用，其中以FXR、TGR5為主。有關膽汁酸受體能否作為NAFLD治療靶點的研究已取得了一定的進展。

4.1 法尼醇X受體(FXR) FXR屬于激素核受體超家族，是一種膽汁酸結合轉錄因子，廣泛存在于腸、肝、腎及腎上腺組織，其主要作用在于參與膽汁酸腸肝循環，調節膽汁酸濃度。前文已經述及膽汁酸通過FXR參與膽固醇、脂質代謝和宿主免疫等影響NAFLD進展，說明FXR可能是NAFLD炎癥反應的重要環節，因此，調控FXR及相關因子的表達，是NAFLD治療藥物研究的新靶點。

在高脂飲食誘導的小鼠模型中，研究[28]發現，腸道FXR特異性敲除小鼠肝臟甘油三酯蓄積及脂肪變性發生較低。低分子量抗氧化劑tempol或抗生素干預小鼠腸道菌群后，腸道FXR的表達受到抑制，肝臟脂肪變性同樣減低。進一步研究發現，這一作用可能是通過抑制腸道FXR，使回腸和血清中循環神經酰胺水平降低導致的。神經酰胺由鞘氨醇長鏈堿基與脂肪酸組成，屬于鞘脂家族，在體內可通過激活蛋白激酶C、Jun氨基末端激酶誘導胰島素抵抗，上調固醇調節元件結合蛋白1-c參與脂肪酸合成，刺激內質網應激加速細胞凋亡等多種途徑引發糖脂代謝紊亂[29-30]。然而，也有研究[31]發現，在飲食誘導的肥胖小鼠模型中，經口服腸道FXR特異性激動劑fexaramine，小鼠體質量增加程度減輕，糖耐量增加，胰島素抵抗減少，白色脂肪組織棕色化增加，提示激活腸道FXR，能夠改善糖脂代謝。Schmitt等[32]則發現在肝臟與腸道不同部位FXR特異性敲除小鼠中，經喂養含1%膽固醇飲食28 d后，肝臟FXR敲除鼠出現脂質積累, 而腸道FXR敲除鼠中未出現；且肝臟FXR特異性敲除小鼠血清膽固醇和膽汁酸水平升高，腸道FXR特異性敲除小鼠血清膽固醇和膽汁酸水平維持正常，該研究提示FXR防止脂質堆積的主要作用部位在肝臟，不依賴腸道。這些研究結果共同表明FXR對脂質代謝具有調節作用，出現不同結果的原因可能與FXR分布部位及其下游作用機制有關，但具體機制還有待進一步探究。

臨床研究中，以強效選擇性FXR激動劑奧貝膽酸為代表的藥物研究取得了一定的進展。奧貝膽酸通過激活FXR，間接抑制CYP7A1基因轉錄和表達，抑制膽汁酸合成[33]。一項納入238例NAFLD患者的Ⅲ期臨床研究[34]結果表明，奧貝膽酸較安慰劑對NAFLD患者肝組織病理學改善更明顯。其能否作為NAFLD臨床一線用藥，仍需臨床探索。

4.2 G蛋白偶聯受體5(TGR5) TGR5比FXR分布更為廣泛，在脂肪組織、肌肉組織、免疫細胞、Kupffer細胞中均有表達。TGR5可通過調節能量代謝和宿主免疫影響NAFLD。在高脂飲食飼喂的C57BL/6J小鼠中，雄性TGR5(-/-)小鼠表現出比雌性及野生型小鼠更嚴重的肝臟脂肪變性，而TGR5激動劑INT-777治療的小鼠，肝臟脂肪變性明顯減輕[35]。在肥胖db/db小鼠實驗中，使用TGR5/FXR雙激動劑INT-767后抑制巨噬細胞產生促炎細胞因子，降低肝內TNFα和IL-18表達，改善了肝臟組織學，減少了脂肪變性和肝臟內的炎癥反應[36]。其機制可能與TGR5的激活刺激腺苷酸環化酶將ATP轉化為cAMP，從而激活蛋白激酶A，繼而激活cAMP反應元件結合蛋白，抑制核因子-κB活性和炎性細胞因子的產生有關[37]。遺憾的是目前尚缺乏TGR5激動劑治療NALFD的相關臨床研究，尤其是缺少隨機對照試驗證據，TGR5作為膽汁酸受體，在NAFLD進展中的作用不容忽視，能否成為其治療靶點，尚無定論。

4.3 其他 與膽汁酸代謝相關的受體還有孕烷X受體(pregnane X receptor, PXR)和維生素D受體(vitamin D receptor, VDR)。PXR也是核受體家族的重要成員，主要分布在人體肝細胞中，除參與調控細胞色素P450家族、UDP-葡萄糖醛酸轉移酶、P-糖蛋白、乳腺癌耐藥相關蛋白和多耐藥蛋白等藥物代謝酶和轉運體的表達外，還參與調節膽汁酸代謝[38-39]。2001年，Staudinger等[40]發現PXR能夠被石膽酸激活。此外，PXR能夠調節膽汁酸生物合成、運輸和代謝相關基因如膽固醇CYP7A1和Na+非依賴性有機陰離子轉運蛋白2的表達，從而起到對石膽酸引起的嚴重肝損傷的保護作用。在高脂飲食飼喂的NAFLD小鼠模型中，隨著肝臟脂肪變性、炎癥、纖維化的發展，PXR顯著激活[41]。研究[42]發現，丹參酮ⅡA能激活PXR，誘導CYP3A表達，降低石膽酸的毒性，減輕肝損傷。此外，PXR激活劑利福平能夠對膽汁淤積性肝硬化患者起到肝保護作用。然而，PXR激活劑能否作為NAFLD治療用藥，尚缺乏有力的臨床研究證據。

VDR作為膽汁酸感受器，在腸組織中高表達，而在肝組織中含量較低。在腸細胞中，VDR激活可誘導硫酸基轉移酶2A1和多藥耐藥相關蛋白3(multidrug resistance associated protein 3, MRP3)表達，CYP3A4催化石膽酸的羥基化，羥化的石膽酸可以在硫酸基轉移酶2A1的介導下進一步硫酸化，石膽酸及其代謝產物通過膽汁酸轉運蛋白MRP3外流。而VDR缺乏小鼠中，肝臟膽汁酸累積增加，肝臟壞死與炎癥明顯，提示VDR可保護腸、肝細胞免受膽汁酸毒性作用[39,43]。多項臨床研究[44-45]表明，應用維生素D能夠改善NAFLD炎癥與氧化應激狀態。但VDR能否作為NALFD臨床治療靶點，需要更多證據支持。

5 總結與展望

近年，隨著臨床和動物實驗研究的深入，膽汁酸代謝紊亂促進NAFLD發生發展的機制逐漸明確。膽汁酸是腸肝循環作用于NAFLD的物質基礎，參與脂質代謝、腸道菌群、宿主免疫等多個環節。由于其作用廣泛，可能存在交互作用機制，使得眾多環節仍未被完全闡釋，FXR、TGR5、PXR和VDR作為代表性膽汁酸受體，具有靶點作用，針對其研發的藥物有望成為NAFLD治療特效藥，但從目前已有研究結果來看，仍需進一步臨床證據證實。因此，深入探索膽汁酸、腸道菌群、宿主交互作用的機制、靶點，研發相關特異性藥物，需要更多的研究。