膽汁酸-法尼醇核受體R-腸道微生態軸在肝衰竭發生及肝再生中的作用機制

陳研焰， 藍艷梅， 王明剛， 毛德文

1 湖南中醫藥高等專科學校 基礎醫學部， 湖南 株洲 412000；

2 廣西中醫藥大學第一附屬醫院 a.科研部， b.肝病科， 南寧 530023

肝衰竭是由多種因素引起的嚴重肝臟損害，導致肝臟合成、解毒、代謝和生物轉化功能嚴重障礙或失代償，出現以黃疸、凝血功能障礙、肝腎綜合征、肝性腦病、腹水等為主要臨床表現的一組臨床癥候群[1]。引起肝衰竭的病因有病毒、酒精、肝損性藥物、自身免疫性疾病及膽汁淤積性肝病等。在西方發達國家，酒精、藥物是導致肝衰竭的主要原因[2]，而我國以肝炎病毒(特別是HBV)為最主要原因。目前肝衰竭分為四型：急性肝衰竭、亞急性肝衰竭、慢加急性(亞急性)肝衰竭及慢性肝衰竭。

肝衰竭起病急、發展迅速，病死率高[3]，屬內科危重癥。其發生機制十分復雜，短時間內肝細胞大量壞死、炎性細胞浸潤及肝臟缺血性損傷是其發生過程中的核心環節[2,4]。肝細胞大量壞死超出肝細胞再生能力，是導致該病病死率較高的關鍵因素，其治療仍是困擾全球學者的難題之一。近年研究發現膽汁酸、法尼醇核受體R(farnesoid X receptor, FXR)、腸道微生態之間存在密切聯系，且三者相互作用參與了肝衰竭發生機制。

1 膽汁酸、FXR、腸道微生態相互作用

1.1 膽汁酸合成 膽汁酸以膽固醇為原料通過經典途徑和替代途徑合成，是調節膽固醇代謝、促進食物消化吸收的重要物質，同時還作為信號分子發揮廣泛的生物學作用[5]。約90%的膽汁酸由經典途徑產生，膽固醇7α羥化酶(cholesterol 7-hydroxylase,CYP7A1)是該途徑的限速酶，膽固醇經CYP7A1依次轉化為7α羥基膽固醇、初級膽汁酸，包括鵝去氧膽酸(chenodeoxycholic acid,CDCA)、膽酸(cholic acid,CA)及其與甘氨酸和牛磺酸的結合物。替代途徑中，膽固醇先后經甾醇27羥化酶、氧化甾醇7α羥化酶的作用，依次轉化為27羥基膽固醇、CDCA[6-7]。腸道內的7α脫羥基菌和產膽鹽水解酶(bile salt hydrolase,BSH)的細菌將初級膽汁酸CDCA、CA分別轉化為次級膽汁酸脫氧膽酸和石膽酸[7]。膽汁酸代謝過程中，約有95%的膽汁酸在回腸末端被重吸收，經門靜脈再次進入肝臟重新結合并分泌至膽汁中，再隨膽汁排入腸腔，即膽汁酸的腸肝循環。

1.2 FXR是調控膽汁酸池穩態的關鍵因子 FXR屬激素核受體超家族，是維持膽汁酸池穩態的重要因素[8]。其在肝臟及腸道中高度表達，生理濃度的膽汁酸是其內源性配體[9]，故又被稱為膽汁酸受體。FXR通過調節膽汁酸合成過程中相關基因的表達以維持膽汁酸池穩態，主要經兩條途徑負反饋調控膽汁酸合成[10-12]：(1)肝內FXR激活，誘導其靶向基因短異源二聚體表達，使短異源二聚體與肝受體同系物1相互作用，繼而抑制肝受體同系物1對CYP7A1的激活作用。(2)腸道FXR激活，誘導成纖維細胞生長因子15(fibroblast growth factor 15, FGF15，人類為FGF19)產生并經門靜脈入肝臟，與肝內FGF受體4(intrahepatic FGF receptor 4,FGFR4)結合，繼而激活c-Jun氨基端激酶/β-Klotho路徑抑制CYP7A1轉錄。總之，兩條途徑均以下調CYP7A1為關鍵環節，最終負反饋調節膽汁酸的合成。而膽汁酸持續丟失時，FXR及FGF15表達下降、CYP7A1上升促進膽汁酸合成增加[13]。

1.3 膽汁酸與腸道微生態以FXR為中介相互影響 腸道微生態是指腸道正常微生物群與其宿主的統一體[14]。腸道菌群主要包括厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放線菌門四大類，菌群維持數量與結構動態平衡、腸黏膜屏障功能正常是腸道微生態穩定的基本條件。

膽汁酸通過直接和間接方式影響腸道菌群。膽汁酸具有較強的抗菌活性，能直接造成細菌細胞膜或DNA損傷、改變細胞膜內結構，間接方式依賴于FXR的參與，兩種的方式最終共同改變腸道菌群的分布和結構[15-17]。Zheng等[18]發現高脂飲食小鼠膽汁酸明顯升高，隨后出現了腸道菌群的結構改變，因此提出“肝臟-膽汁酸-腸道微生態代謝軸”概念。FXR激動劑奧貝膽酸可升高小腸厚壁桿菌比例，抑制革蘭陽性菌生長[19]。膽汁淤積性肝損傷模型大鼠腸通透性增高、細菌移位增多現象與FXR功能減弱有關，FXR激動劑能減輕腸道炎癥反應、提高claudin-1和occludin蛋白表達，從而恢復腸黏膜屏障功能、減少細菌移位[16]。

腸道菌群調節膽汁酸的合成轉化及轉運排泄，從而影響膽汁酸的成分及膽汁酸池穩態。腸道BSH活性菌是實現初級膽汁酸轉化為次級膽汁酸的必要條件，腸道菌群紊亂導致菌群BSH活性減弱而阻礙初級膽汁酸向次級膽汁酸轉化。小鼠經Tempol(一種能降低乳酸菌BSH活性的抗氧化劑)喂養后，其腸道中厚壁菌與擬桿菌的比率降低，次級膽汁酸減少[20]。益生菌可通過FXR/FGF15/FGFR4途徑抑制CYP7A1表達，最終控制膽汁酸的合成[15]。抗生素可降低厚壁菌群/擬桿菌群比率，并明顯提高膽汁酸腸肝循環中的轉運蛋白含量，有效促進膽汁酸的腸肝循環[21]。無菌小鼠[22]相比于常規小鼠的糞便膽汁酸明顯減少，且基本無次級膽汁酸生成。益生菌[23]能加強膽汁酸降解、促進糞膽汁酸的排泄，從而增加小鼠膽汁酸合成，在FXR-/-和FGF-/-小鼠中，這種調節作用明顯被抑制。

2 膽汁酸-FXR-腸道微生態關聯軸與肝衰竭形成

2.1 膽汁酸代謝紊亂與肝衰竭 膽汁酸具有細胞毒性，疏水性較親水性膽汁酸對細胞膜完整性損害更大。一方面，膽汁酸腸肝循環障礙時，膽汁淤積于肝膽系統中，高濃度膽汁酸毒性會引起膽汁淤積性肝損傷，嚴重時可發展為肝衰竭甚至死亡[24]。因此，有學者[25]建議將膽汁酸含量作為判斷肝衰竭預后的重要因素之一。另一方面，肝衰竭時大量肝細胞損傷和壞死，肝臟對膽汁酸的代謝能力嚴重衰退，引起膽汁酸腸肝循環障礙，最終導致膽汁淤積而加速肝衰竭進程[24]。研究[26]發現，血清膽汁酸可透過血腦屏障進入大腦從而參與了急性肝衰竭時肝性腦病的發生機制，降低血清膽汁酸濃度有利于減輕肝衰竭時肝性腦病的嚴重性。

2.2 FXR與肝衰竭 FXR負反饋調節膽汁酸合成、控制膽汁酸池總量，又介導膽汁酸對腸道微生態的影響，故FXR可從降低膽汁酸毒性、腸道微生態紊亂造成的肝損傷兩方面參與肝衰竭進程。腸道FXR持續被激活的小鼠的總膽汁酸比普通小鼠下降30%，親水性膽汁酸的比例升高[27]。而FXR缺陷小鼠因膽汁酸總量增加、成分變化，其肝損傷程度明顯高于野生型[28]。膽管外膽汁引流術的大鼠，FXR降低、CYP7A1上升，膽汁酸合成增加并淤積，腸通透性增高，而FXR激動劑能減少膽汁分泌、降低腸通透性，從而緩解肝組織損傷[13]。另外，亦有研究發現FXR還可通過抑制炎癥反應以拮抗肝衰竭發生。FXR激活能減輕自身免疫性肝病模型小鼠的肝細胞凋亡，抑制炎性因子表達，改善肝損傷[29]。FXR激動劑可通過調控炎性因子改善急性肝損傷[30]，防止肝細胞凋亡和壞死，機制與FXR信號通路的激活、同時抑制核因子-κB(NF-κB)通路介導的炎性因子釋放有關。

2.3 腸道微生態與肝衰竭 “腸-肝軸”理論揭示腸道與肝臟之間密切聯系，腸道微生態是“腸-肝軸”生理、病理發生機制關聯的重要環節，肝損傷發生時均伴有腸黏膜屏障功能下降及不同程度的內毒素血癥[31-33]，腸道微生態的紊亂與多種肝臟疾病密切相關[34-35]。當FXR介導的膽汁酸代謝紊亂出現膽汁酸池失衡，可導致腸通透性增高，腸道菌群移位[13,18]，大量內毒素經門靜脈進入肝臟產生腸源性內毒素血癥(intestinal endotoxemia,IETM)是肝衰竭各并發癥共同的物質基礎，IETM是腸道微生態與肝衰竭發生機制相互關聯的重要靶點。

一方面，內毒素的肝細胞毒性直接引起肝損傷。早前研究[32]發現，內毒素誘導肝細胞線粒體內源性氧自由基生成增加，導致脂質過氧化反應增強，相關氧化產物直接攻擊膜脂、膜蛋白、核苷酸等大分子，破壞膜的完整性及酶的功能，最終導致肝細胞線粒體損傷。另一方面，內毒素通過細胞信號通路誘導或釋放大量內源性介質而發揮其肝損性作用。內毒素可引起Kupffer細胞(KC)過度活化，繼而通過直接和間接方式引起肝細胞壞死[36]。KC可誘導TNFα、Fas配體表達增加，二者分別與肝細胞中TNF受體、Fas結合直接誘導肝細胞凋亡。間接作用是通過TNFα誘導肝竇內皮細胞激活，纖維蛋白酶原抑制劑減少，繼而肝內微循環障礙最終導致肝細胞壞死。同時，TNFα還可以通過誘導趨化因子活化、激活中性粒細胞，產生氧化應激最終導致肝細胞死亡。

3 膽汁酸-FXR-腸道微生態與肝再生機制

肝細胞不同程度的壞死與肝細胞再生是貫穿于肝衰竭的臨床病理過程的共性特征[37]，肝細胞的壞死與再生之間的博弈對肝衰竭預后有決定性意義。肝實質細胞凋亡或肝臟切除術能觸發肝細胞再生，肝細胞再生潛力十分強大，運用肝細胞再生能力在有效治療肝衰竭中極具潛力。

3.1 FXR介導膽汁酸通路影響肝再生 膽汁酸通路是肝再生過程中的關鍵代謝性通路，其對肝再生的調節作用具有雙向性，適量水平的膽汁酸能促進肝再生，而高濃度的膽汁酸阻礙正常肝再生，FXR作為膽汁酸合成的重要調節因子參與了以上雙向調節機制[38-40]。0.2%膽汁酸能明顯提高大鼠肝切除術后的肝再生率、增殖細胞核抗原及FXR含量[41]。而1% CA使部分肝切除術后小鼠的死亡率達100%，表明高濃度的膽汁酸不利于肝再生[42]。膽道外引流術相對膽道內引流術導致的肝再生差異可能是由于膽汁酸腸肝循環破壞，FXR表達下調引起的[43]。更有實踐進一步發現，FXR通過肝內FXR/Fox生長型轉錄因子m1b[44]、腸內FXR/FGF[45-47]再經血入肝臟后最終促進肝再生。因此，越來越多的研究選擇FXR激動劑運用于各種慢性肝病的治療相關的研究，并進一步證實FXR激動劑除調節膽汁酸合成而影響肝細胞生長及再生，還具備有效的抗炎和抗纖維化作用[48]。

3.2 腸道微生態與肝再生機制 腸道微生態已被證實能夠參與調節宿主細胞增殖分化和組織修復，腸道菌群在肝再生的代謝反應中發揮核心作用[49]，而濫用抗生素可通過破壞腸道共生菌維持的肝臟先天免疫耐受以抑制肝臟再生[50]。肝切除術觸發肝再生并引起腸道菌群改變，肝再生過程中與各類菌群密切相關的信號通路包括NF-κB、樹突狀細胞/自然殺傷細胞，相關基因有Toll樣受體4、NK-κB、FGF受體1和4、CD44、CD86，提示腸道菌群可能通過以上通路調節肝再生[51]。迅速出現的KC對內毒素清除能力減弱及腸道微生態紊亂是肝衰竭或肝切除術后出現IETM的原因，而內毒素又反過來影響肝再生，其機制與內毒素引起TNFα、NF-κB、轉化生長因子β1、IL-1β等炎性介質和細胞因子釋放有關[52-53]。慢加急性(亞急性)肝衰竭模型大鼠存在腸道菌群失調及腸屏障功能紊亂，益生菌可調節模型鼠腸道菌群，恢復腸道生物、機械及免疫屏障功能，促進肝組織修復[33]。另外，腸道微生態影響干細胞增殖分化。乳桿菌可通過Nox介導活性氧調節腸干細胞刺激腸上皮細胞的增殖和分化[54]。當前，已有研究[55-56]利用干細胞移植技術來促進肝再生治療肝衰竭。人骨髓間充質干細胞能夠轉化為肝細胞，經門靜脈注射骨髓間充質干細胞可有效挽救肝衰竭模型豬[55]。但腸道微生態是否能有針對性促進肝干細胞增殖分化有待進一步證實。

4 小結

綜上所述，膽汁酸、FXR及腸道微生態三者之間以FXR為中介相互影響，該軸在肝衰竭發生及肝再生機制中發揮重要作用。肝衰竭治療仍面臨巨大挑戰，促進肝細胞再生是拮抗肝衰竭的有效手段，人工肝在此方面已取得一定進展，但內科治療方法仍無重大突破，多年以來中醫藥研究取得了一定成果[57-59]，然而基于此關聯軸對肝再生的研究相對較少。基于該軸的現有研究提示膽汁酸抑制劑、FXR激動劑、益生菌及抗生素的合理應用在緩解肝損傷及促進肝細胞再生中具有較大潛力，進一步明確此關聯軸在肝衰竭發生及肝再生機制中的作用對肝衰竭的臨床診療具有重大意義。

作者貢獻聲明：陳研焰負責資料分析，撰寫論文；藍艷梅、王明剛負責課題設計，收集數據，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。