膽汁酸膜受體TGR5在膽道疾病中的研究進展

陳思平，韓 麗，舒 鵬，代 鑫，程 龍

1 西南交通大學 醫學院，成都 610031；2 西部戰區總醫院 全軍普外中心，成都 610083

膽汁酸不僅作為清潔分子參與脂肪消化和疏水性化合物(如脂溶性維生素)吸收，也作為重要信號分子參與分泌、代謝、細胞增殖及分化、再生、纖維化和炎癥等生理及病理生理過程[1]。膽汁酸發揮生物學作用不僅取決于其生化特性和濃度，更取決于其受體的表達及分布[2]。膽汁酸受體主要包括配體激活的核激素受體，如法尼酯 X受體和維生素D受體等，質膜結合的G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptors，GPCR)，如G蛋白偶聯膽汁酸受體1(G protein-coupled bile acid receptor，GPBAR1，又稱TGR5)、乙酰膽堿受體亞型3和鞘氨醇-1-磷酸受體2，以及其他膽汁酸感應分子如整合素和離子通道等。

近年來，TGR5作為最早被發現和證實的GPBAR，其在肝膽系統疾病發生發展中的作用和機制逐漸被學者所關注。新近研究顯示，TGR5在多種膽道疾病中表達異常，且其表達水平與疾病的發生發展密切相關，可能成為預防和治療相關疾病的新靶點。本文結合最新研究進展，總結膽汁酸受體TGR5在生理和病理條件下在膽道疾病發生發展中的作用和可能的機制。

1 TGR5的表達分布及生物學功能

1.1 TGR5的表達分布 TGR5是一種膽汁酸的跨膜G蛋白偶聯受體，在人和小鼠體內廣泛表達。從器官層面上看，TGR5主要在肝臟、膽囊、胃、肺臟和腸道中表達，在胎盤和脾臟中表達水平最高[3-4]。在人和嚙齒動物肝臟中，TGR5主要存在于非實質細胞：肝竇內皮細胞，巨噬細胞(Kupffer細胞)，大、小膽管的膽管上皮細胞(BEC)以及活化的肝星狀細胞。最近有研究[5]發現肝細胞中也有TGR5表達，作為全身葡萄糖穩態的關鍵調節因子發揮作用。在膽囊中，TGR5在上皮細胞和平滑肌細胞中都有表達。除了高表達于上述器官組織中，TGR5也在胰腺β細胞、骨骼肌肉細胞、神經細胞和棕色脂肪細胞等細胞中表達。在膽道上皮細胞內，TGR5主要位于初級纖毛(從頂端質膜延伸到膽管或膽囊腔)、頂端質膜、核膜和細胞內囊泡結構。并且，其他細胞結構中也可能存在，Masyuk等[6]通過電子顯微鏡在大鼠膽汁中分離的外泌體上檢測到TGR5。

1.2 TGR5生物學作用 膽汁酸是TGR5的內源性天然激動劑，游離型和結合型膽汁酸均能激活TGR5。體外研究[2,6]表明，未結合膽汁酸激活TGR5作用效力強弱的順序依次是石膽酸>脫氧膽酸>鵝脫氧膽酸>膽酸。由于膽汁酸對TGR5的激動潛能取決于膽烷支架的疏水性以及共軛類型(效力：牛磺酸->甘氨酸->非共軛膽汁酸)[7]，因此牛磺石膽酸(taurolithocholic acid,TLCA)是TGR5最有效的天然激動劑。除膽汁酸以外，TGR5還可被其他各種膽固醇代謝產物和類固醇激素激活，這可能是不同性別對TGR5信號的反應產生差異的原因[8]。

TGR5激活后可通過多種不同的信號通路(圖1)發揮其生物學作用。(1)NF-κB信號通路：TGR5激活可以通過經典的TGR5-cAMP途徑減少NF-κB依賴的炎癥反應發生，抑制炎癥因子分泌，從而發揮抗炎作用來影響疾病進程[9-14]；通過TGR5-cAMP通路還可促進膽管上皮碳酸氫鹽的分泌，發揮其保護膽管上皮免受膽汁酸毒性損傷的作用。(2)AKT信號通路：TGR5通過AKT-mTOR途徑降低巨噬細胞趨化因子表達。mTOR是蛋白質翻譯所必需的，主要以mTORC1和mTORC2的形式存在，它有助于促進細胞的存活和增殖。(3)ERK信號通路：TGR5通過激活活性氧(ROS)-酪氨酸激酶(cSrc)-EGFR-Erk1/2通路，進而促進細胞增殖[15-16]。(4)STAT3信號通路：最近研究[17]發現，TGR5通過JAK2/STAT3信號通路在非小細胞肺癌中促進細胞的生長和遷移。然而，Su等[13]卻發現，TGR5通過抑制STAT3信號通路來拮抗腎癌細胞的增殖和遷移，提示TGR5可能通過不同的通路在不同的器官組織中發揮著不同的作用。而TGR5在膽道系統中的廣泛表達，其可能通過相關信號通路在不同膽道系統疾病的發生與發展過程中扮演重要角色。

圖1 TGR5相關通路示意圖

2 TGR5與膽道系統生理及病理生理的關系

2.1 TGR5與膽汁酸代謝及循環 膽汁酸穩態的改變與很多疾病的發病機制密切相關。目前，越來越多的研究證實TGR5可通過調節膽汁酸的合成與分泌來維持膽汁酸的穩態。TGR5主要通過下調肝臟合成12-α-羥基膽汁酸所必需的合成酶CYP8b1的表達，減少12-α-羥基膽汁酸生成，從而在膽汁酸組成調節方面起重要作用。與此相符的是，Pathak等[18]發現TGR5受體激動劑6-α-乙基-23(S)-甲基-膽酸(6-EMCA，INT-777)作用于正常小鼠可以降低肝臟CYP8b1的表達。與野生型小鼠相比，TGR5-/-小鼠12-α羥基膽汁酸比例增加，疏水性膽汁酸增加[19]，即牛磺膽酸增加，而3,4,5 -三甲氧基肉桂酸減少[19-20]。此外，Donepudi等[21]利用TGR5-/-小鼠模型研究顯示，TGR5的表達缺失可引起膽汁酸合成替代途徑的關鍵酶CYP7b1和CYP27a1水平降低。這些研究表明TGR5信號可以影響多種膽汁酸合成酶的表達水平，從而調節膽汁酸的合成代謝。

TGR5信號可影響膽管上皮重吸收膽汁中次級膽汁酸，進而調節膽汁酸的循環與分布。TGR5與鈉依賴性膽汁酸轉運體(ABST)共定位，一旦TGR5被激活，隨后引起cAMP增加進而導致ABST插入頂膜，促進膽汁中膽汁酸被膽汁上皮細胞重吸收[22]。次級膽汁酸重吸收進入膽管上皮細胞后，可通過膽管周圍血管叢回流至肝血竇而進入肝細胞，這一過程被稱為“膽肝分流”，這種分流具有限制膽酸池的疏水性作用。此外，由于TGR5也表達于回腸黏膜上皮細胞，TGR5可同樣通過ABST促進膽汁酸在回腸內的吸收，從而在膽汁酸“腸肝循環”中發揮重要作用。然而，TGR5在膽汁酸循環，尤其是“膽肝分流”中的確切信號分子機制和病理生理作用仍有待進一步探索。

膽汁酸正常的合成、分泌、重吸收維持著膽汁酸成分以及膽汁酸池大小的穩定，在正常機體活動中發揮著至關重要的作用。各種膽汁酸相關疾病的發生與發展，如肝炎、肝硬化、酒精性肝病、膽道結石等，都與膽汁酸穩態的改變密切相關。而TGR5可調節膽汁酸合成與分布，其在膽道系統疾病中的作用值得重視。

2.2 TGR5與膽管上皮黏液碳酸氫鹽屏障 刺激TGR5的表達可通過促進膽汁中氯化物離子和碳酸氫鹽的分泌，從而增強膽汁排泄[23-24]。膽管細胞和膽囊上皮細胞中配體通過與Gα(S)蛋白偶聯而與TGR5結合，隨后激活腺苷酸環化酶，觸發cAMP升高，進而刺激囊性纖維化跨膜電導調節因子促進氯離子的分泌[22-23]，并隨后通過陰離子交換劑2(AE2)介導氯離子和碳酸氫鹽在頂端質膜上的交換，促進碳酸氫根釋放，導致富含碳酸氫鹽與膽道上皮分泌的膽汁酸和膽堿黏蛋白可形成黏液碳酸氫鹽保護膜(稱為碳酸氫鹽傘)(圖1)。簡而言之，TGR5受體通過AE2在膽管細胞的頂膜介導促胰液素刺激的膽汁碳酸氫鹽的分泌，并調節細胞內pH的動態平衡，在保護膽管上皮細胞免受膽汁酸毒性損傷方面發揮著至關重要的作用。而碳酸氫鹽的分泌缺陷，可導致膽管內膽汁酸質子化，質子化的膽汁酸可通過彌散作用進入膽管上皮細胞內，從而引起細胞的毒性損傷。

可見，碳酸氫鹽傘是膽道上皮的重要保護屏障，膽道上皮細胞可以通過這一物理-化學屏障免受毒性膽汁酸的損害。TGR5表達的降低會引起氯離子和碳酸氫鹽的分泌減少，導致屏障破壞，喪失保護功能，促進了膽道損傷相關疾病的發生與發展。但TGR5在碳酸氫鹽傘形成及發揮作用中的具體機制目前仍不清楚，有待進一步研究。

2.3 TGR5與膽道上皮細胞增殖與凋亡 除了形成細胞保護屏障，TGR5的激活還與膽管細胞增殖密切相關。Reich等[16]在小鼠膽管細胞中發現TGR5通過激活ROS-Src-EGFR-Erk1/2通路，進而促進細胞增殖。然而，有研究者[6]發現，TGR5在纖毛細胞和非纖毛細胞中，發揮的細胞增殖相關功能截然相反。在纖毛細胞中，TGR5激活后與抑制性Gα(Ⅰ)蛋白共定位，引起細胞內cAMP水平降低，抑制細胞增殖；相反，在非纖毛細胞中，TGR5激活與刺激性Gα(S)蛋白共定位，增加了細胞內cAMP水平，誘導細胞增殖。除了促進分泌和影響增殖，TGR5的激活還可以促發抗凋亡信號，減少毒性膽汁酸及CD95死亡受體激活后引起的小鼠膽管細胞和膽管癌(CCA)細胞的凋亡[16]。

TGR5在不同的細胞可以通過不同的信號調節膽管細胞的正常增殖與凋亡，當這些信號機制發生紊亂時就可能引起膽道疾病的發生與發展。缺乏TGR5的情況下，在膽汁淤積疾病中的膽管細胞增殖反應會減弱，肝內和肝外膽管就會出現更多的細胞損傷；然而，TGR5的過度表達或受體的持續刺激可促進膽管細胞的增殖，導致多囊肝病發生，甚至CCA的進展。

3 TGR5與膽道疾病

3.1 TGR5與膽管炎性疾病 TGR5對全身及肝臟炎癥起負向調節的作用。在Kupffer細胞[25]、單核細胞和巨噬細胞中，刺激TGR5表達可以減少趨化因子和細胞因子的表達和分泌，降低細胞吞噬功能，促進細胞產生持續的抗炎巨噬細胞表型，從而發揮強大的抗炎作用。研究[9]發現，與正常小鼠相比，TGR5-/-小鼠的炎癥浸潤增加，肝細胞凋亡增強。在Kupffer細胞中，用膽汁酸或合成激動劑刺激TGR5表達可抑制促炎細胞因子的表達和分泌[9,25-26]。以上研究表明，TGR5水平的降低可能減弱對細胞的炎癥保護作用，更容易發生膽汁酸誘導的膽管細胞損傷。TGR5低表達可能使膽管細胞對膽汁酸毒性和膽汁淤積損傷更加敏感，例如同時進行膽汁酸強化飲食(膽酸，0.5%～1%，持續5～7 d)或膽總管結扎，與野生型小鼠相比，TGR5-/-小鼠適應性肝細胞和膽管細胞增殖反應減弱，出現更嚴重的淤膽性肝損傷[19,21-22]。但是，TGR5的靶向缺失卻在很大程度上減弱了經膽汁酸喂養或膽總管結扎處理引起的膽管增生[16]。

原發性硬化性膽管炎(PSC)是一種自身免疫相關的慢性進行性淤膽性肝病，表現為肝內外膽管的炎癥、纖維化甚至膽管消失，可最終導致膽汁性肝硬化、門靜脈高壓、肝衰竭等終末期肝病。通過全基因組關聯研究發現，在PSC和潰瘍性結腸炎(UC)患者中發現了一個位于染色體2q35區域的疾病易感基因，該基因序列中包含TGR5基因[27-28]，這一發現提示TGR5可能與PSC和UC發病相關。然而，Franke等[27]對PSC患者和健康對照組重新測序，發現非同義突變在TGR5基因編碼區中很罕見，認為其可能在PSC發病機制中并沒有重要作用。但是，該研究也發現了TGR5基因非編碼的第1個外顯子(Rs11554825)中常見的單核苷酸多態性，該多態性與PSC和UC顯著相關[23,27-28]。有人認為該外顯子的單核苷酸多態性降低了TGR5 mRNA的表達。所以，PSC的發病機制可能與TGR5水平降低密切相關。在PSC患者和作為PSC動物模型的Abcb4(Mdr2)基因敲除小鼠的肝臟膽管細胞中，TGR5 mRNA和蛋白水平降低支持了這一假設[23,29]。近期Reich等[30]研究證實，PSC 患者和Abcb4-/-小鼠BEC中TGR5水平的降低通過促進反應性BEC表型的形成，加重了膽道損傷，從而導致硬化性膽管炎的發病。

TGR5的低水平表達影響膽汁合成和分泌，促進膽管細胞的增殖和凋亡以及降低對膽管細胞的炎癥保護作用。因此，TGR5激動劑可能在治療以膽管炎癥為主要特征的淤膽性肝病中具有重要的潛在價值。但是，TGR5激動劑全身性使用會引起不必要的靶向副作用，如心率改變[31]、血壓變化[32]和膽囊相關效應[24,33]等。其中最主要副作用可能就是抑制膽囊排空，導致膽結石形成和膽汁淤積。所以，進一步開發高效的TGR5激動劑相關藥物以及如何安全有效的使用值得繼續深入探究。

3.2 TGR5與CCA CCA是一種膽道上皮來源的低分化惡性腫瘤，近年來發生率不斷增加且預后不良。據文獻報道，膽鹽可能不是直接促進CCA的發生，而是通過誘導膽管增生、促進肝臟炎癥以及下調法尼酯 X受體等途徑來間接促進CCA的發生和發展。

研究發現，TGR5在CCA細胞中過表達。Reich等[6]通過在蛋白水平上驗證發現，人CCA組織TGR5表達水平是周圍非腫瘤組織的膽管細胞的3倍。同樣，肝內膽管癌細胞中TGR5 mRNA表達顯著升高，在肝外，肝門周圍的CCA組織中甚至更高[16,34]。因此，學者們猜想CCA組織中TGR5的高表達可能與CCA進展相關。

TGR5是膽汁酸誘導的體內外膽管細胞增殖的重要介質。雖然TGR5可以保護膽管細胞免受死亡受體介導的凋亡，這些機制可能在膽汁淤積條件下保護膽管細胞免受膽汁酸的毒性作用，但是也可能引起發生惡性轉化的膽管細胞的增殖和凋亡抵抗，從而促進CCA的進展。

TGR5在CCA細胞系(EGI-1和TFK-1)[35]中表達，使用TGR5配體(TLCA或合成激動劑)處理這2種細胞可見TGR5激活后通過促進ROS-cSrc-MMP-EGFR-ERK1/2信號通路來觸發細胞增殖[16]，并促進了CCA細胞系的細胞遷移和侵襲。與上述實驗結果一致，使用合成的TGR5激動劑或TLCA處理TGR5基因敲除的細胞，CCA細胞增殖減弱[16]。膽汁酸和TGR5在CCA進展中的作用也得到了進一步支持。由此可見，TGR5可能促進CCA細胞的增殖、侵襲和轉移，從而影響CCA的發生發展。因此，TGR5抑制劑等相關藥物的開發有望成為CCA治療的新途徑。

3.3 TGR5與膽囊結石 膽囊結石是最常見的膽石癥，可引起急性膽囊炎、繼發性膽總管結石、膽源性胰腺炎等并發癥，且與膽囊癌發生相關。TGR5在膽囊上皮和平滑肌細胞中均有表達，與膽囊充盈和膽囊結石形成密切相關。TGR5信號激活后，主要通過激活cAMP-PKA通路，進而打開ATP敏感性鉀通道引起膽囊平滑肌細胞超極化而松弛，導致膽囊收縮抑制和膽囊充盈增加[36]。多項研究[24,34,37]發現，TGR5-/-小鼠與野生型小鼠相比，膽汁分泌減弱以及平滑肌細胞松弛受損，其膽囊體積減小和膽汁流量減少。與此一致的是，給予野生型小鼠TGR5激動劑可以增加野生型小鼠的膽汁流量和膽囊體積[5,24,34,36-37]。在這一過程中意外發現，盡管TGR5基因敲除小鼠的膽囊松弛受損，但當喂食致石飲食時，該類小鼠卻可以防止膽固醇晶體和膽結石的形成[24,38]。上述實驗表明，TGR5表達及活性增加可能會導致膽囊收縮力減退而促進膽囊結石形成，TGR5表達降低或缺失可致膽囊松弛受損而防止膽囊結石形成，然而，其具體分子機制尚待進一步研究。

3.4 TGR5與其他膽道相關疾病 膽管細胞源性肝囊腫是多囊性肝病的主要病理特點，表明膽管細胞的病理生理改變在多囊性肝病發生發展中起著關鍵作用。TGR5刺激囊性膽管細胞產生cAMP，而cAMP可以觸發囊狀膽管細胞的增殖和分泌[39-40]。下調TGR5表達，可以減弱細胞增殖反應和囊壁生長[41]。因此，抑制TGR5表達及功能可能是一種潛在治療多囊肝的有效策略。

4 小結與展望

TGR5廣泛表達于機體各種器官及組織，被膽汁酸激活后，在物質與能力代謝方面發揮著重要作用。在膽道系統中，TGR5通過多種信號途徑參與了膽汁酸的代謝與循環、膽管上皮的保護、膽管細胞的增殖與凋亡等生理過程。在病理情況下，當TGR5表達及活性發生改變時，可促進膽道系統炎癥性疾病的發生與發展，并參與腫瘤的增殖及侵襲轉移，同時也在膽石癥及多囊性肝病的發生和進展過程中發揮重要作用。

然而，盡管學者已認識到TGR5在膽道疾病發生發展中發揮著重要作用，但其具體作用途徑及分子機制尚不清楚。進一步探索TGR5在膽道炎癥性疾病發生發展過程中發揮抗炎與促炎雙向調節作用的分子機制是十分必要的，可為研發膽道炎癥性疾病(如PSC、原發性膽汁性膽管炎等)新型治療策略提供重要線索。同時，研究TGR5在CCA細胞侵襲轉移中的作用與機制，可有助于闡明CCA生物學特性及分子機制，從而為研發CCA靶向治療藥物提供證據。此外，研發安全、有效的新型TGR5激動劑和抑制劑是將TGR5作為靶目標應用于膽道疾病治療的重要前提。

綜上所述，TGR5與膽道疾病發生與發展密切相關。提示調控膽道系統疾病TGR5的表達及活性可能是治療膽道系統疾病的有效策略。進一步研究TGR5參與膽道疾病發生發展的途徑及機制，并研發其安全、有效的激動劑和拮抗劑，對于膽道系統相關疾病的治療具有潛在的重要價值。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：陳思平負責課題設計，擬定寫作思路并撰寫論文；韓麗、舒鵬、代鑫參與收集數據，修改論文；程龍負責指導撰寫文章并最后定稿。