膽汁酸腸肝循環及膽汁酸性腹瀉的機制研究進展

高潔，楊楠，劉娟，黃蓉，陳洪

(1.東南大學 醫學院，江蘇 南京 210009；2.東南大學附屬中大醫院 消化科，江蘇 南京 210009)

膽汁酸性腹瀉(bile acid diarrhea，BAD)是由于人體腸肝循環機制紊亂發生的腹瀉。當腸肝循環發生紊亂時，人體內膽汁酸(bile acids，BA)穩態失衡，到達結腸的BA異常增多，刺激結腸黏膜水分和電解質大量滲出，損傷腸黏膜，誘導結腸收縮，引發腹瀉。有研究發現BAD占慢性腹瀉的30%～50%[1-2]，但由于對該病認識不足，臨床上大量BAD被漏診。現就BAD相關機制研究作一綜述。

1 BA腸肝循環的生理機制

BA在肝臟合成，在膽囊內儲存，作為人體必不可少的兩性物質，在小腸內可以協助脂質的乳化吸收，并可以激活腸道內相關受體，打開腸道信號通路，同時協助維持葡萄糖和維生素等物質的代謝平衡[3]。腸肝循環是指BA從肝臟被分泌至腸腔后，約95%在小腸末端被重吸收，通過門靜脈系統重新回到肝臟，剩余5%通過糞便排出。通過這一過程僅少量BA就可以完成人體所需脂質的消化吸收。

肝臟中BA的合成方式主要包括經典途徑和替代途徑，經典途徑主要通過分布于肝細胞內質網的BA合成酶膽固醇7α羥化酶(cholesterol 7-alpha-Hydroxylase，CYP7A1)介導，替代途徑主要由分布于線粒體的CYP7A1介導[4]。在經典途徑中，膽固醇在BA合成酶CYP7A1等酶類作用下轉化成為7α-羥基-4-膽甾烯-3-酮(7α-hydroxy-4-cholesterene-3-one，C4)，C4作為BA前體物質，其羥基化后在肝臟中生成初級BA(鵝去氧膽酸及膽酸)。因此，C4的血清濃度可以反映BA的合成速率[5]。

在肝臟中大部分初級BA可以與甘氨酸、牛黃膽酸等發生結合作用，生成具有親水性的結合型BA。這些新生成的BA通過分布在細胞膜上的膽鹽輸出泵(bile salt export pump，BSEP)從肝細胞輸送到肝管中，通過膽道系統，最后被釋放進入腸道。經過回腸末端時，在腸腔菌群及相關酶類共同參與下，BA發生解離反應生成游離型BA，隨后經7α-脫氫酶作用進一步轉化為包括石膽酸和去氧膽酸在內的次級BA。大部分BA主要在回腸上皮細胞中的頂端鈉依賴性膽汁酸轉運蛋白(apical sodium-dependent bile acid transporter，ASBT)協助下重吸收進入腸上皮細胞，隨后穿過位于細胞基底膜上的有機溶質轉運蛋白α/β(organic solute transporter α/β，OSTα/β)離開腸上皮細胞進入門靜脈系統，經血液循環運輸至肝臟，并經由肝細胞表面的Na+/牛磺膽酸共轉運多肽[Na(+)-taurocholate-cotransporting peptide，NTCP]和有機陰離子轉運多肽(organic anion transporters，OATP)進入肝細胞。重吸收的BA再與肝臟新生成的BA匯合，重新分泌進入膽道系統，開始新的腸肝循環。

在BA腸肝循環過程中，主要的BA感受器核受體(farnesoid X receptor，FXR)在調節BA的轉運方面發揮了重要的作用[6]。FXR廣泛存在于肝臟、小腸等器官中，并能夠被內源性BA有效激活，其中以鵝去氧膽酸激活能力最強。人工合成的BA奧貝膽酸(obeticholic acid，OCA)對FXR也具有很高的親和力[7]。FXR被激活后，可與類視黃醇X受體(retinoid X receptor，RXR)結合形成FXR/RXR異二聚體復合物[8]，通過抑制CYP7A1的表達發揮負反饋調節功能，抑制BA合成。此外，在肝臟及小腸細胞中存在一種細胞分子小異二聚體伴侶(small heterodimer partner,SHP)，對于FXR主導的負反饋機制有不可替代的作用。當FXR被BA激活后，誘導細胞內SHP的表達，肝細胞中的SHP可直接作用于CYP7A1，抑制其轉錄，減少肝臟內BA的生成。在腸上皮細胞中，BA激活FXR后誘導成纖維細胞生長因子19(fibroblast growth factor 19，FGF19)的轉錄，FGF19分泌進入門靜脈，在內質網駐留蛋白klothoβ間接調控作用下與肝細胞膜上的成纖維細胞生長因子受體4(FGFR4)相互作用，可直接激活FXR-SHP通路，下調CYP7A1的表達，減少BA池中BA含量[5]，同時減少肝細胞表面NTCP和OATP的分布，使肝細胞內BA的含量進一步下降[9]。負反饋調節機制可通過調控SHP及FGF19的表達，控制各細胞分子上游基因的轉錄過程，上調BSEP的表達，同時下調CYP7A1、NTCP等表達[7]，進而達到對BA含量的有效控制。

因此，當回腸疾病或其它原因導致BA重吸收障礙或BA合成的負反饋調節機制受損時，過量BA到達結腸，即可導致BAD。

2 BAD的病理機制

2.1 結腸BA增多與腹瀉

任何因素引起BA在肝臟中合成增加或回腸中重吸收減少，導致抵達結腸的BA過多，都會引起BAD。研究發現，當結腸中BA濃度超過1.5 mmol·L-1就有可能誘發BAD[10]。

在動物及分子模型中對BA刺激結腸液體增加、加快結腸轉運的分子及細胞機制研究發現，BA中包含一種特殊分子形態的二羥基BA，如去氧膽酸和鵝去氧膽酸，其獨特的結構可抑制電解質和水分的吸收，誘導液體分泌并增加結腸黏膜通透性。一項對20名健康受試者進行的結腸灌注試驗發現，二羥基BA溶液會導致水鈉的連續分泌，且BA溶液濃度是影響黏膜水分分泌的決定性因素[11-12]，另外有實驗發現在兔結腸中灌注二羥基BA會導致黏膜損傷，并引起高強度的結腸收縮[11,13]。除此之外，當腸道暴露于過量BA環境時，可激活上皮隱窩細胞表面的三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3/Ca2+)信號傳遞途徑，細胞內Ca2+快速集聚，活化上皮細胞轉運蛋白，加快Cl-分泌，進而促進腸液分泌；同時抑制Na+吸收，進而抑制腸液吸收。除了對上皮細胞的直接作用之外，BA還通過神經傳導機制調節結腸轉運速度。腸道中散在分布著感覺神經內分泌細胞，在BA到達腸腔后，這些神經內分泌細胞分泌五羥色胺刺激傳入神經，觸發局部神經反射弧，刺激結腸運動，促進結腸轉運[14]。

另有研究對分布于腸上皮細胞內BA表面受體G蛋白偶聯受體GPBAR1(G-protein-coupled bile acid receptor 1，又稱TGR5)進行研究[15]，結果顯示TGR5對于次級BA具有更強的敏感性。Alemi等[16]發現，TGR5激活可促進結腸蠕動并增加結腸水分的分泌，而實驗小鼠敲除TGR5基因后，其糞便頻次和含水量與正常小鼠相比顯著減少，這表明TGR5異常激活可促使腹瀉的發生。

2.2 BAD的分型及機制

2.2.1 Ⅰ型BAD(回腸疾病相關性BAD) Ⅰ型BAD包括回腸切除術、克羅恩病及放射性回腸損傷等回腸疾病所致的BAD[17]。Ⅰ型BAD發生機制主要歸結為回腸BA重吸收減少，其原因與回腸上皮細胞表面ASBT的表達與功能顯著相關。

有研究發現，克羅恩病患者回腸中ASBT的表達與正常人相比明顯下降[18]；研究同時發現多數克羅恩病患者腸道中的BA重吸收減少、糞便中的BA含量較正常人明顯升高，由此推測在炎癥累及回結腸時，腸道表面ASBT表達受到促炎細胞因子如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、IL-6等的抑制作用。Nyhlin等[19]研究顯示，未行回腸切除的克羅恩病患者中，28%的患者75Se牛磺膽酸潴留實驗(75Se-homotaurocholic acid retention,75SeHCAT)保留率<5%。德國一項研究曾對304例慢性腹瀉患者進行75SeHCAT檢測，發現其中44例有克羅恩病病史但未行結腸切除術患者中，BAD患者占54%[20]。

回腸末端手術切除后，回腸ASBT分布減少，BA吸收減少，這是回腸切除患者發生BAD的重要原因。在患有克羅恩病并接受了回腸切除術的患者中，回腸ASBT減少甚至超過50%[5]。Smith等[20]發現,在有回腸切除術史的慢性腹瀉患者中BAD發病率超過90%。類似結論在多項研究中得到證實。目前認為，若回腸切除術后出現慢性腹瀉，無需進行75SeHCAT檢測即可確診為BAD，并可以直接使用BA螯合劑進行經驗性治療。一項研究發現有克羅恩病病史及回腸切除術手術史的慢性腹瀉患者，診斷為BAD的概率為100%(26/26)[19]；而僅行回腸切除術的慢性腹瀉者BAD的確診率為82%(14/17)[21]。對于回腸切除術后患者，切除長度小于100 cm即可能發生BAD；若回腸切除長度超過100 cm，BA從糞便中丟失的速度過快，超出肝臟代償的能力，引起BA缺乏，導致脂肪吸收不良和脂肪瀉，此時引起腹瀉的原因是脂肪酸而非BA[10]。關于BAD嚴重程度與回腸切除的長度的關系，至今仍眾說紛紜。Skouras等[22]調查了英國97例患有克羅恩病并行回腸切除術的患者，發現75SeHCAT檢測結果與回腸切除長度之間存在適度的相關性，與切除次數無明顯相關性；而Borghede等[23]在丹麥進行的研究顯示，75SeHCAT和回腸被切除的長度沒有明確關系，即使小于10 cm的切除也可能引起重度BAD。

此外，回腸放射損傷導致的回腸BA吸收不良也較為常見，由于發病機制主要與回腸損傷相關，最新的加拿大BAD指南將其歸為Ⅰ型BAD[17]。無論是盆腔放療或腹腔放療，放療照射范圍都會覆蓋回腸所在位置，放療后可出現小腸損傷及腸道轉運加快，從而導致BA吸收減少引發BAD，這也是導致一半患者盆腔放療期間急性腹瀉的原因之一。Wang等[24]發現,放療后大鼠的回腸ASBT mRNA和蛋白表達減少，考慮盆腔放療后BAD潛在機制與回腸ASBT下調有關。目前研究顯示放療后慢性腹瀉患者的發病率為1%～83%[25]，而放療后BAD的發病率仍不明確，需要進行大樣本BAD的臨床研究。

2.2.2 Ⅱ型BAD(特發性/原發性BAD) 在特發性BAD發病機制研究的早期，曾發現一個有BAD家族史的特發性BAD患者回腸ASBT的表達基因(SLC10A2)發生了突變[26]，但其后發現在大多數特發性BAD患者中并不存在這種突變[27]。研究顯示特發性BAD患者與正常人相比，回腸上皮細胞內轉運蛋白的轉錄物表達水平及回腸BA重吸收能力無顯著差異[28]。

進一步研究證明，Ⅱ型BAD患者血清FGF19濃度降低，提示可能存在另一種BAD發病機制，與腸肝循環的負反饋機制障礙、肝臟BA合成增多相關。FGF19水平降低，對于下游肝細胞內CYP7A1的抑制作用減弱，BA合成的負反饋機制受限，使得BA生成增多，一旦超出了回腸的最大吸收能力，過量BA進入結腸，即引發腹瀉。與野生小鼠相比，FGF15(小鼠FGF19同源物，存在于小鼠腸中)基因敲除小鼠的糞便BA分泌升高，出現腹瀉癥狀[29]。同時，體內存在抗FGF19抗體的猴子會出現劇烈腹瀉，血清和糞便中的BA含量也同時增加[27]。通過對FGF19上游基因的進一步研究，發現了Diet基因，Diet基因突變有可能導致下游的FGF15/19減少或功能減弱，促進BAD的發生[29]。作為新發現基因，人們對于Diet基因的認識尚不完備，它的分布位置、對FGF的調控通路及在BAD患者基因庫中分布位置需要進一步研究確定。

除FGF19相關研究外，近年來特發性BAD的機制研究找到了更多可供進一步探索的新方向。部分研究考慮與腸肝循環負反饋調節的蛋白質遺傳變異相關，尤其是Klothoβ(KLB)基因，KLB基因序列上的SNP rs17618244與結腸轉運有明顯相關性。一項藥理學研究調查了KLB(rs17618244)基因對于鵝去氧膽酸與結腸轉運速度的影響，結果顯示KLB基因變異可能導致結腸轉運速度改變，具體反應機制還需要進一步實驗室觀察[15,30]。另一個研究方向與膜結合受體TGR5有關，最新研究發現，TGR5調控基因的遺傳變異易導致結腸轉運和BA排泄量發生變化。這種遺傳變異的位置以及產生的結果目前尚不清楚，需要進一步的研究驗證。

2.2.3 Ⅲ型BAD(其他疾病相關性BAD) Ⅲ型BAD主要由除回腸疾病以外的其他疾病所導致，包括膽囊切除術、顯微鏡下結腸炎、迷走神經切斷術、炎癥性腸病、小腸細菌過度生長等。

2.2.3.1 膽囊切除術 膽囊是儲存及濃縮膽汁的重要器官。在膽囊被切除后，持續產生的BA會直接從肝臟流向小腸，腸道接收的BA可能會超出回腸的最大吸收能力，因此容易發生BAD。膽囊切除術相關性BAD的發病率在Ⅲ型BAD中最高，多發生在術后2～6個月，部分患者經過一段時間適應后腹瀉癥狀會逐漸減輕，這可能是由于膽囊切除術后膽管代償性擴張，代替了部分膽囊功能[10]。腹瀉是膽囊切除術后常見并發癥之一，一項Meta分析發現膽囊切除術后并發慢性腹瀉患者中有約65.5%確診為BAD[31]。研究顯示膽囊切除術是BAD的危險因素[32]，其中，高BMI和高齡是膽囊切除術后繼發BAD的高危征象[33]。

2.2.3.2 顯微鏡下結腸炎(microscopic colitis，MC) MC是一組以慢性水樣腹瀉為主要臨床表現、內鏡檢查示結腸黏膜無明顯異常但顯微鏡下可見腸道黏膜特異性改變為主要病理特點的臨床綜合征，包括膠原性結腸炎(collagenous colitis，CC)和淋巴細胞性結腸炎(lymphocytic colitis，LC)2個亞型。當以75SeHCAT檢查作為診斷標準時，44%(12/27)的CC患者同時合并BAD，且這些患者中78%(21/27)對BA螯合劑治療有反應[34]。從結果看，BA代謝異常可能是CC患者的重要致病因素，但具體機制目前尚不明確。在LC與BAD的關系研究中，有人發現LC患者75SeHCAT保留率中位數顯示出低于對照組的趨勢，表明LC患者體內BA穩態存在失衡可能。也有研究考慮MC可能與BAD同時發生[35]，Torres等[36]研究了MC患者腸道上皮FXR的表達，發現MC患者結腸中FXR表達減少，考慮可能由于FXR水平下降導致負反饋調節受限，使結腸上皮受過量BA影響而受損，引發MC。

2.2.3.3 迷走神經切斷術(vagotomy) 迷走神經切斷術術后患者繼發腹瀉的概率為5%～40%，因此，腹瀉被認為是迷走神經切斷術的高發并發癥之一，其中，迷走神經干切斷術后患者發生腹瀉概率最高且腹瀉癥狀最嚴重，而通過保留腹腔和肝臟迷走神經分支的方式可以有效降低腹瀉發生率。早期研究顯示，迷走神經切斷術后可能導致膽囊容積增加和收縮不良，胃排空節律異常[37]，膽囊收縮與胃排空無法同步，導致多余BA進入小腸，形成腹瀉。Ford等[25]研究顯示，36%(4/11)迷走神經切除術后腹瀉患者75SeHCAT檢測結果為陽性，而Blake等[38]發現，迷走神經切斷術后患者的48 h糞便BA測量結果與正常對照組相比并無明顯不同，因此，對于迷走神經切斷術后腹瀉的機制及其與BA的相關性還需要更多更確實的理論和實驗依據。

2.2.3.4 腸道菌群紊亂 BA到達腸道后，在腸道細菌及各種微生物酶作用下完成各種化學反應，腸道菌群是控制宿主BA平衡的重要因素。研究發現各種與BA代謝相關的微生物酶類，如膽汁鹽水解酶(bile salt hydrolases，BSH)，產生于腸道乳桿菌，可水解甘氨酸與牛磺酸之間的酰胺鍵，釋放去結合BA，其產物之一牛磺酸-β-多酚酸(tauro-beta muricholic acid，TbMCA)，是核受體FXR的有效抑制劑[39]。同時，腸道其余細菌及微生物酶參與BA的脫羥基化、氧化等化學反應，促成了BA池的多樣性。因此，腸道菌群的紊亂很容易造成BA的穩態失衡。Borghede等[23]發現,在小腸菌群過度生長的患者中，有36%(5/14)的患者牛磺膽酸實驗陽性。也有研究顯示BA水平的異常會引發腸道菌群的紊亂，BA與腸道菌群之間的作用存在相互性。

2.2.3.5 其他 有研究顯示，胃切除術后患者也有BAD可能，糖尿病也會促進BAD發生[40]，但由于樣本量較少，研究資料有限，尚需進一步觀察。