膽汁酸在肝腸循環中的作用及中藥參與其調控的相關機制

葉倩伶， 王明剛， 毛德文， 蔣海南

1 廣西中醫藥大學 第一臨床醫學院， 南寧 530222； 2 廣西中醫藥大學第一附屬醫院 肝病科， 南寧 530023

膽汁酸(bile acids，BAs)來源于肝臟中的膽固醇，隨后被分泌到膽小管中，充當強大的生理清潔劑，用于吸收和運輸營養、脂肪和維生素[1]。 BAs還充當信號分子誘導基因進而調節膽汁酸的合成、轉運、攝取和代謝[2]。在生理條件下，肝臟中存在的游離形式和結合形式的BAs處于平衡狀態。但是，當發生肝膽或腸道疾病時，平衡發生改變，并且各個BAs的濃度以及在血清、尿液和糞便中的整個分布都可以觀察到明顯的變化[3]。循環膽汁酸池的擾動導致代謝和免疫功能失調，可能與肝臟和腸道疾病有關[4]。人體胃腸道由復雜和動態范圍的共生微生物定殖，統稱為腸道微生物組，它可以保護人類宿主抵抗病原體并維持代謝穩態和免疫平衡，同時也參與了疾病的發生發展。中醫藥學作為一種以整體治療哲學為特征的綜合醫學實踐體系，對眾多疾病療效顯著。近些年，中醫藥在調節膽汁酸，影響腸道菌群，治療肝臟疾病中起到重要作用[5-6]。

1 BAs的合成、轉運與代謝

BAs是包含5β-類固醇的24碳結構分子，帶有羥基的甾族核和以羧基為末端的烴鏈，由肝臟中的膽固醇合成。BAs主要包括膽酸(cholic acid，CA)和鵝去氧膽酸(chenodeoxycholic acid，CDCA)。BAs的合成主要通過以下兩種途徑發生：經典(中性)途徑或替代(酸性)途徑。經典途徑占BAs總產量的90%以上，經典途徑中膽固醇經膽固醇-7α-羥化酶(CYP7A1)催化生成7α-羥基膽固醇，進一步催化生成CA和CDCA。替代途徑則由甾醇-27-羥化酶(CYP27A1)催化生成27-羥基膽固醇，進一步被氧甾醇-7α-羥化酶(CYP7B1)催化生成CDCA，該途徑產生的總膽汁酸量雖然不到10%，但成為肝病患者BAs的主要生物合成途徑[7]。BAs從肝臟排出通過膽小管轉運并儲存在膽囊中。食物攝入后，胃中脂肪和蛋白質的存在導致BAs從膽囊釋放到十二指腸。在腸道中，腸道菌群對初級膽汁酸進行修飾，通過C-3、C -7和C-12處的羥基與7α-脫羥基結合、氧化或差向異構化作用產生了次級膽汁酸。脫氧膽酸(deoxycholic acid，DCA)和石膽酸(lithocholic acid，LCA)分別通過CA和CDCA的脫羥基作用而形成，是通過對結腸中的厭氧菌群進行脫水來實現的。羥基類膽固醇是CDCA的羥基對腸道細菌的脫氫酶進行差向異構化導致熊去氧膽酸(UDCA)的形成。膽汁鹽通過甘油與牛磺酸的結合分子分泌形成BAs，例如牛磺熊去氧膽酸(tauroursodeoxycholic acid，TUDCA)，BAs再通過門靜脈定向到肝臟。腸細胞吸收并釋放到門靜脈的大多數BAs被重新定向到肝臟以進行再循環，不到10%的BAs到達體循環[8]。

BAs在膽汁中的膽固醇轉運與一些分子的特殊理化特性有關，膽汁中的其他兩種脂質成分(卵磷脂和膽固醇)在水相中的溶解度非常低，低濃度下，BAs在水中呈單體形式。但是當它們的濃度增加到臨界膠束濃度時，會形成濃度范圍2～20 mm的簡單膠束，簡單膠束能夠將膽固醇溶解在其疏水核心中。當磷脂摻入到這些結構中時，可在膽汁中形成混合膠束，與簡單膠束相比，能夠吸收3倍的膽固醇。在腸道中，它們形成膠束結構的能力對于腸壁內脂肪和脂溶性維生素的吸收至關重要[9]。BAs對于肝臟的首要功能是在維持膽小管膽汁流量方面起著重要作用，肝細胞小管膜水平存在特定的膽鹽輸出泵(bile salt export，BSEP)[10]。BSEP屬于與三磷酸腺苷結合盒轉運蛋白的抗原加工亞家族相關的多藥耐藥性轉運蛋白。BSEP僅由肝細胞表達，并位于小管膜的細胞中。該轉運蛋白的活性調節了小管腔中的BAs與水結合的含量，從而決定了BAs依賴性膽汁流的形成。BAs的次要功能是根據它們在細胞中的特定濃度，對肝細胞自身合成的反饋調節，該機制是通過BAs對肝細胞中FXR的直接調節而獲得的。

核受體(NR)是配體激活的轉錄因子，在調節某些基因分化、合成和代謝中發揮關鍵作用[11]。至少有5個NR超家族成員作為BAs的傳感器：法尼醇X受體(FXR、NR1H4)，孕烷X受體(PXR、NR1H2)，組成型雄甾烷受體(CAR、NR1H3)，維生素D受體(VDR、NR1H1)和肝X受體α(LXRα)[12-15]。此外，BAs也是細胞表面G蛋白偶聯受體(TGR5)的配體，如GPBAR1[16]。每種BAs可與多種受體結合，但活化能力不同。FXR由CDCA>DCA>LCA>CA激活，GPBAR1由LCA>DCA>CDCA>CA激活。VDR和PXR僅由LCA激活。有研究[17]表明BAs可通過BAs-FXR途徑調節釋放的內毒素相關細胞因子水平，從而改善腸源性內毒素血癥所導致的肝損傷。BAs信號通過NR和細胞膜受體發生，包括FXR、VDR、PXR、糖皮質激素受體、鹽皮質激素受體、組成型雄激素受體(CAR)、TGR5、α5β1整合素和鞘氨醇-1-磷酸受體2[18]。研究最多的BAs受體是FXR和TGR5，兩種受體均在肝腸循環中大量表達，其中BAs主要通過FXR對自身的合成產生負反饋調節作用，通過激活FXR和TGR5，BAs不僅調節自身的合成和肝腸循環，而且還調節甘油三酸酯、膽固醇、葡萄糖和能量穩態[19]。

2 BAs與腸道微生物的結構及功能

在腸道中結合BAs受到微生物群的化學修飾,BAs的代謝在很大程度上受到腸道微生物群雙向調節。微生物膽鹽水解酶是一種主要由類桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、乳酸桿菌屬和雙歧桿菌屬等厭氧腸道細菌表達的酶，在側鏈上進行脫氨，然后由細菌7α-脫氫酶進行7α-脫氫，主要由梭菌和真菌表達，這些反應轉化DCA中的鈣和LCA中的CDCA、DCA和LCA為次級膽汁酸[20]。因此，腸道菌群通過改變BAs的組成，激活宿主代謝過程中的免疫活性。BAs的大小和組成對腸道微生物群的調節也非常重要。BAs直接作用于抗菌藥物或者通過FXR誘導抗菌肽的產生，或者通過FXR和GPBAR1調節宿主的免疫系統，能夠改變腸道微生物群的結構[21]。多項研究[22]表明，BAs尤其是GPBAR1和FXR， 在調節腸道免疫和微生物群穩態中的作用。在具有奧貝膽酸(OCA)的小鼠中激活FXR可減輕葡聚糖硫酸鈉或三硝基苯磺酸所誘導的結腸炎的嚴重性，維持了腸上皮屏障的完整性并降低了促炎細胞因子的產生，直接作用在免疫系統的細胞上。對GPBAR1在腸內功能的研究表明，該受體通過減弱炎癥過程進而在腸內起保護作用，還顯示了GPBAR1被BAR501[23]、樺木酸[24]、油酸等化合物的激活，可減輕小鼠結腸炎模型中促炎性細胞因子的產生。有研究[25]說明，向野生大鼠喂食CA改變了腸道微生物群組成并增加了厚壁菌門/擬桿菌的比例，增加了7α-脫羥基細菌和梭菌屬的豐度，而在梭菌屬中，布勞特氏菌屬占優勢，其包括許多屬于梭菌簇的物種，它們與人BAs的7α-脫羥基物種密切相關。研究[26]顯示，DCA毒性極強，可嚴重抑制許多腸道細菌的生長，包括脆弱擬桿菌、產氣莢膜梭菌、雙歧桿菌和乳酸桿菌。目前研究[27]表明，革蘭陰性細菌比革蘭陽性細菌對BAs的對抗性更強。腸道內BAs水平較低有利于腸道微生物群中革蘭陰性成員的擴張，其中也包括許多潛在的病原體。另一方面，腸道中高水平的BAs促進了革蘭陽性細菌生長。

3 BAs與肝細胞功能

BAs是膽固醇在肝細胞中經一系列酶促反應形成的，一定程度上反映肝細胞合成、攝取及分泌功能。其中UDCA和TUDCA在肝細胞中的作用至關重要。在肝細胞的水平上，UDCA可以刺激膽汁流動和有機陰離子分泌。UDCA誘導的膽汁分泌是通過轉錄作用實現的，致使BSEP和多藥耐藥相關蛋白2等轉運蛋白更多地進入小管膜，并刺激肝碳酸氫鹽分泌，從而刺激堿性膽汁的分泌[28]。UDCA在體內對肝轉運蛋白表達的影響相當溫和，而且UDCA轉錄后的相關效應對肝臟起到有益作用[29]。研究[30]發現，UDCA保肝的其他重要機制與其抗凋亡活性有關，BAs的細胞毒性與凋亡誘導有關。UDCA通過抑制線粒體膜的去極化和降低通道形成活性，從而顯著減少疏水性BAs處理的肝細胞中細胞色素C向細胞質的線粒體釋放，這些發現支持了UDCA通過對線粒體膜擾動的保護作用調節凋亡閾值。此外，TUDCA通過調節細胞內鈣水平并抑制鈣蛋白酶和caspase-12活化來抑制與內質網應激相關的凋亡[31]。更有研究[32]顯示，UDCA與糖皮質激素受體和鹽皮質激素受體相互作用，到達細胞核，一旦進入細胞核，UDCA就會調節E2F-1 / p53 / Bax途徑，從而防止細胞凋亡。除了其對肝膽轉運能力及其抗凋亡特性的影響之外，現有數據也支持氧化損傷、膜穩定和抗炎作用的影響。有研究[33]評估了UDCA對培養的大鼠肝細胞氧化損傷和抗氧化系統的影響，從中發現UDCA能顯著減少過氧化氫或鎘激發后的細胞損傷。UDCA還增加谷胱甘肽和含硫鍵蛋白的含量，以及γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶mRNA的含量，提示其具有抗氧化損傷的肝保護作用。關于膜穩定性，有體外實驗[34]數據表明，UDCA可以與細胞膜的非極性結構域結合，穩定其結構，避免CDCA等疏水性BA誘導的脂質溶解。

4 BAs與肝臟免疫調控

肝臟通過產生補體組成部分、急性期蛋白、細胞因子和趨化因子等免疫系統組成部分保護機體免受飲食和腸道細菌入侵誘發的潛在炎癥[35]。BAs以其抗炎特性而聞名，并且在調節肝臟免疫反應中起重要作用。在對受肝膽疾病影響的患者臨床觀察中發現，BAs可抑制細胞介導的免疫和巨噬細胞活化[36]。BAs還通過激活BAs激活受體(BAR)充當信號分子， BAR在巨噬細胞、樹突狀細胞(DC)和NKT中的激活會導致抑制性調節功能，并且有助于維持肝臟免疫的耐受性狀態和腸固有免疫力[37]。FXR和GPBAR1都在先天免疫細胞中高濃度表達，包括單核細胞、巨噬細胞、DC、自然殺傷細胞(NK)(ILC1)和NKT細胞[38]。GPBAR1激動劑BAR501被證明具有有效的抗炎作用，可增強非酒精性脂肪型肝炎(NASH)小鼠模型中白色脂肪組織的能量消耗和血管內皮功能，BAR502也被證實減少了肝臟炎癥的標志物，從而減弱了NASH的特征[39]。并且，FXR和GPBAR1配體均抑制炎性體NRLP3信號傳導并降低IL-1β的表達，從而在酒精性肝病(ALD)小鼠模型中起到保護肝臟減弱肝損傷的作用[40]。OCA已被批準用于治療慢性自身免疫性肝病和原發性膽源性膽管炎，并且OCA在臨床試驗中對NASH的治療顯示出肝臟抗炎和抗纖維化的作用[40]。因此，BAs可被考慮為包含多個常駐髓樣和淋巴樣免疫細胞種群的免疫系統，在肝免疫穩態，識別惡性細胞、病原體和效應物，對有毒產物的入侵起著重要作用。

5 中醫藥與BAs合成代謝及下游效應作用

研究[41]發現用紅景天苷治療后，肝脂肪變性、TG含量和血清炎癥因子顯著改善，高脂飲食(HFD)誘導的腸道細菌、BAs紊亂和FXR缺乏明顯減輕，可通過腸道微生物-FXR軸改善NASH。柴胡抗抑郁作用相關的代謝產物涉及原代BAs生物合成、牛磺酸和低谷胺代謝、乙醛酸和二元酸代謝3條代謝途徑[42]。槲皮素治療HFD引起血管受損的主要途徑是抑制BAs的生物合成，槲皮素治療12周可顯著降低TC、TG、HDL、LDL、TNFα和IL的水平[43]。在α-萘基異硫氰酸酯誘導的肝內膽汁淤積大鼠中發現共有39種內源性代謝產物具有顯著性差異，經消炎利膽方處理后，有22種生物標志物被逆轉至對照水平，涉及初級BAs生物合成、BAs代謝和排泄、類固醇代謝等，可以恢復正常的肝臟和血清中BAs含量，表明其治療膽汁淤積的機制之一是調節膽酸的代謝穩態[5]。在中藥復方(淫羊藿、肉蓯蓉、益母草、丹參、姜黃、女貞、何首烏、牡蠣)治療處理后，膽酸、糖膽酸、牛磺去氧膽酸和牛磺膽酸等水平顯著上調，同時關鍵酶CYP7A1的表達增加，表明此中藥復方配方加速BAs代謝合成途徑可能是該配方藥理功能的關鍵機制之一[6]。

中藥及其活性成分調節BAs轉運過程中關鍵蛋白的基因表達，在調節BAs的重吸收方面具有顯著影響。三味干姜散能顯著上調與BAs合成相關的蛋白質水平(例如CYP7A1)，并且與排泄和再吸收相關的蛋白質(如鈉離子-牛磺膽酸共轉運蛋白、多藥耐藥相關蛋白2和BESP)也被上調，增加了核因子E2相關因子-2的核表達，顯著降低炎性細胞因子和LPS的活性，改善了腸道菌群失調的癥狀，并且明顯改善了肝組織和回腸組織的病理學，減輕肝小葉結構紊亂[44]。在巨噬細胞中，葛根芩連湯通過增加CBS、MAT1A、HNF4α和PPARα的差異表達基因來減少氧化應激或脂質代謝，從而降低了炎癥因子TNFα和IL-6 mRNA的表達水平，上調了HNF4α、PPARα和CBS基因的表達；在HepG2細胞中，葛根芩連湯降低IL-6水平和細胞內TG含量，并抑制Toll樣受體4表達，減輕了NASH相關的肝損傷[45]。血清代謝組學顯示，茵陳術附湯可有效改善BAs穩態紊亂，BAs轉運蛋白、多藥耐藥相關蛋白2和代謝酶細胞色素P450 2b10(CYP2b10)上調，降低了血清生化指標，減輕了肝臟壞死和炎性細胞浸潤等病理損害，影響的代謝物主要與BAs代謝有關[46]。

6 結語

BAs是激活機體眾多疾病(包括肝病)的調節脂質和轉錄因子，是葡萄糖和能量代謝細胞信號通路的關鍵信號分子及誘導炎性反應。BAs的肝腸循環擾動可能導致代謝和免疫功能失調，導致肝臟和腸道疾病的發生。BAs穩態主要通過BAs受體(FXR、PXR、CAR、VDR等)介導的轉錄調控來維持，維持BAs穩態主要通過肝臟和腸道之間的器官間通訊即腸肝循環。近年來，針對BAs治療的藥物開發已取得進展，對酸性類固醇部分的操控或影響BAs合成的藥物在相關疾病的治療中取得良好的效果，通過管理BAs對治療肝臟疾病具有一定的應用前景。中醫藥通過影響BAs合成、轉運與代謝，調控腸道菌群結構、位移和功能，或利用菌群影響藥物代謝，產生相應的藥理藥效作用，促進肝細胞及免疫功能的改變。因此，探索中醫藥對BAs調控的作用機制，將成為肝臟系統疾病的一個新思路。但由于膽汁酸、腸道菌群及肝臟之間的相互關系復雜，如何共存、如何互相作用機制仍不明，BAs影響肝腸循環種類機制、免疫作用相關性、本身代謝產物、位移機制等領域研究觀察不足，仍需行進一步研究。目前隨著宏基因組學、功能基因學、代謝組學及蛋白組學等研究的進展，對BAs及腸道菌群和肝臟關系的全面深入研究，為中醫藥與BAs相互作用的機制研究挖掘科學的實驗方法和依據，勢必會為肝臟疾病的預防與治療提供新的思路和方案。

作者貢獻聲明：葉倩伶、蔣海南負責查閱文獻，撰寫論文；王明剛參與修改論文；毛德文負責擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿。