膽汁酸G蛋白偶聯(lián)受體5在非病毒性肝病中的作用

周 群，張 華， 劉 平， 陳佳美

1 上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院， 上海市中醫(yī)藥研究院肝病研究所，肝腎疾病病證教育部重點實驗室，上海市中醫(yī)臨床重點實驗室，上海 201203； 2 上海中醫(yī)藥大學交叉科學研究院， 上海市中醫(yī)藥化學生物學前沿基地， 上海 201203

非病毒性肝病涉及免疫、遺傳、代謝等多種病因，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病(ALD)、自身免疫性肝病和膽汁淤積性肝病等是其主要病種。膽汁酸G蛋白偶聯(lián)受體5(Takeda G protein-coupled receptor-5, TGR5)是一類經(jīng)典的膽汁酸膜受體，表現(xiàn)出多重生物學功能，參與體內(nèi)多種代謝和免疫疾病的發(fā)生和發(fā)展。TGR5在非病毒性肝病領域中也發(fā)揮著非常重要的生物學作用，研究發(fā)現(xiàn)天然藥物中存在靶向TGR5的小分子激動劑，進一步開發(fā)有望未來用于治療非病毒性肝病，現(xiàn)將當前最新研究進展綜述如下。

1 TGR5的結構及組織分布與功能

TGR5是一種由初級和次級膽汁酸激活的膜型G蛋白偶聯(lián)受體，又稱為Gpbar1、M-BAR、GPR131或BG37，由Maruyama等[1]于2002年首次發(fā)現(xiàn)，包含993個堿基對，編碼330個氨基酸，形成7個螺旋跨膜結構域，其結構高度保守。次級膽汁酸石膽酸和脫氧膽酸是TGR5最強的內(nèi)源性配體，初級膽汁酸膽酸和鵝去氧膽酸在一定程度上也可以激活TGR5。TGR5在人和動物體內(nèi)如脾臟、腎臟、肺臟、肝臟、膽囊、腸和骨骼肌等組織及肝非實質(zhì)細胞、腸道內(nèi)分泌細胞、胰島細胞和骨骼肌細胞等均廣泛表達[2-3]。TGR5信號通過介導環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)、蛋白激酶B(AKT)、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated protein kinase, ERK)和核轉錄因子-κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)信號通路發(fā)揮調(diào)控膽汁酸穩(wěn)態(tài)、基礎代謝及減輕炎癥反應等重要作用。

1.1 TGR5維持膽汁酸穩(wěn)態(tài) 在靜息狀態(tài)下，TGR5是由α、β和γ亞基組成的低親和力的G蛋白復合物，一旦與膽汁酸結合后，解離的α亞基激活腺苷酸環(huán)化酶(adenylate cyclase, AC)，將三磷酸腺苷轉化為cAMP，從而誘導蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)激活cAMP反應元件結合蛋白(cAMP-response element binding protein, CREB)，參與下游信號通路的轉錄[4]。TGR5可以與膽汁酸相互作用，影響膽汁酸合成與代謝。TGR5表達的缺失可致膽汁酸合成的經(jīng)典途徑增強、替代途徑被抑制，表現(xiàn)為TGR5-/-小鼠的膽汁酸池疏水性指數(shù)升高，牛磺膽酸和牛磺脫氧膽酸顯著增加，牛磺-α-鼠膽酸和牛磺-β-鼠膽酸減少，且替代途徑限速酶CYP27a1和CYP7b1水平顯著降低[5]。TGR5選擇性激動劑6α-乙基-23(S)-甲基膽酸(S-EMCA, INT-777)則可減少肝臟中膽汁酸合成經(jīng)典途徑關鍵酶CYP8b1的表達[6]。

1.2 TGR5調(diào)節(jié)基礎代謝 現(xiàn)有證據(jù)表明，TGR5信號有助于調(diào)節(jié)糖脂代謝和水代謝，促進能量消耗以提高基礎代謝率。TGR5可促進腸道內(nèi)分泌細胞和胰島細胞中胰高血糖素樣肽(glucagon-like peptides, GLP)和酪酪肽(peptide YY, PYY)的釋放，通過前轉化酶1的cAMP/PKA/CREB依賴性激活增強葡萄糖介導的胰島素分泌，從而改善葡萄糖耐量和胰島素敏感性[7]。TGR5在骨骼肌中的表達可因運動而增加，肌肉特異性TGR5過表達通過誘導肌肉肥大增加呼吸交換率，激活糖酵解通量以改善葡萄糖清除率[8]。TGR5信號的激活也可減少氧化低密度脂蛋白的攝取，抑制巨噬細胞的脂質(zhì)堆積和泡沫細胞形成，從而抑制動脈粥樣硬化的發(fā)展[9]。

此外，TGR5還參與調(diào)節(jié)腎臟的水代謝，刺激TGR5可觸發(fā)跨膜水轉運，通過cAMP-PKA信號通路上調(diào)腎臟水通道蛋白2表達以減輕鋰誘導的腎損害[10]。TGR5對能量穩(wěn)態(tài)的調(diào)控在于通過增加環(huán)腺苷酸酶依賴性甲狀腺激素激活2型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶的活性，并介導ERK/DRP1通路誘導線粒體分裂和脂肪氧化來增加棕色脂肪組織的能量消耗、促進米色脂肪細胞重塑，從而提高基礎代謝率，防止肥胖和胰島素抵抗[11]。

1.3 TGR5減輕炎癥反應 炎癥是機體對微生物和其他病原體的一種模式化反應，活化的TGR5受體在生物體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及免疫性疾病中均展現(xiàn)出很強的抑制炎癥反應的作用，涉及cAMP、AKT、NF-κB等多條信號通路。既往研究[12]發(fā)現(xiàn)，TGR5可與E3泛素連接酶相互作用，通過抑制半胱氨酸蛋白酶8/炎癥小體3(cysteinyl aspartate specific proteinase-8/NOD-like receptor protein 3, Caspase-8/NLRP3)的積累以抑制神經(jīng)炎癥，從而改善缺血性腦卒中的預后，或介導cAMP/PKA/CREB信號軸減弱蛛網(wǎng)膜下腔出血后早期腦損傷及膿毒癥的神經(jīng)炎癥，改善認知障礙[13-14]。在心血管系統(tǒng)的研究中，TGR5激活可抑制NF-κB信號傳導和誘導核因子E2相關因子2/血紅素氧合酶1(nuclear factor E2-related factor 2/heme oxygenase-1, Nrf2/HO-1)通路發(fā)揮抗炎和抗氧化作用，抑制高糖對心肌細胞的直接代謝性損傷和心肌成纖維細胞的炎性變化，改善心肌梗死后的心臟功能[15-16]，并通過AKT/GSK-3β途徑減輕心肌缺血再灌注損傷，上調(diào)活性氧生成，穩(wěn)定線粒體膜電位，維持心肌穩(wěn)態(tài)[17]。TGR5對NF-κB轉錄活性的拮抗和Nrf2信號通路的激活也存在于消化系統(tǒng)如肝臟和胃的炎癥反應中，可見促炎細胞因子和趨化因子表達降低，巨噬細胞表型出現(xiàn)向M2型極化的趨勢[18-19]。對免疫性疾病的研究[20-21]表明，激活TGR5可顯著抑制NF-κB的活化，阻抑實驗性類風濕關節(jié)炎和自身免疫性葡萄膜炎的進展。

2 TGR5在非病毒性肝病中的調(diào)控作用

TGR5主要在肝臟的肝竇內(nèi)皮細胞、Kupffer細胞、膽管上皮細胞及活化的肝星狀細胞中表達，目前認為TGR5是一種肝保護因子，對減輕肝臟炎癥、維持肝臟穩(wěn)態(tài)有重要作用[22]。TGR5能夠通過調(diào)節(jié)膽管上皮通透性而保護肝臟免受膽汁酸超載，TGR5基因的缺失則更易引起炎癥性和膽汁淤積性肝損傷[23]。

2.1 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) NAFLD是指除外酒精、藥物等其他明確的肝損害因素，以影像學或組織學存在彌漫性肝細胞大泡性脂肪變(超過5%)為主要特征的臨床病理綜合征。NAFLD是一種復雜的多因素代謝疾病，與胰島素抵抗、肥胖和遺傳易感性等多種病因相關，目前已成為西方發(fā)達國家首位慢性肝病，并呈全球化發(fā)展趨勢，發(fā)病率不斷增加，嚴重危害人類健康并對社會造成巨大經(jīng)濟負擔[24]。

NAFLD發(fā)病機制包括但不限于肝細胞內(nèi)表觀遺傳學與重要代謝途徑的改變、脂肪因子表達和分泌異常、腸道菌群失調(diào)、免疫細胞功能改變等，TGR5主要通過調(diào)節(jié)膽汁酸、糖脂及能量代謝減輕NAFLD的肝脂肪變性和炎癥的發(fā)展。TGR5在患有非酒精性脂肪性肝炎的人、小鼠肝組織中表達均顯著降低，TGR5-/-小鼠表現(xiàn)出NLRP3炎癥小體活化和Caspase-1激活增加、促炎因子水平升高，肝臟脂肪酸氧化率增加、攝取率減少，膽汁中膽汁酸成分顯著改變，而增強TGR5信號轉導可減輕肝臟脂肪變性和炎癥反應，抑制M1型巨噬細胞極化、促進M2型巨噬細胞極化[25]。對高脂飲食(high-fat diet, HFD)喂養(yǎng)的TGR5-/-小鼠進行垂直袖狀胃切除術后發(fā)現(xiàn)，TGR5在減輕體質(zhì)量、改善血糖水平、減少肝臟脂肪變性和增加術后能量消耗等方面具有重要作用[26]。

目前用于治療實驗性NAFLD的TGR5選擇性激動劑有RDX8940和INT-777。RDX8940作為一種不與暴露于腸腔的藥理靶標結合且無致突變的口服TGR5激動劑，可誘導小鼠腸道L細胞分泌GLP-1、GLP-2和PYY，并改善NAFLD和輕度胰島素抵抗模型小鼠的肝脂肪變性和胰島素敏感性，且不會抑制小鼠的膽囊排空[27]。INT-777是膽酸衍生物，可增加HFD喂養(yǎng)小鼠的能量消耗，控制體質(zhì)量增加，改善異常的肝酶活性與肝臟脂肪變性[28]。

2.2 酒精性肝病(ALD) 長期過量飲酒會導致ALD的發(fā)生，初始階段表現(xiàn)為肝細胞內(nèi)脂質(zhì)積累，從單純的脂肪變性發(fā)展為慢性炎癥和肝損傷，最終導致嚴重的肝臟疾病。ALD是遺傳、性別、免疫和微生物群等多種因素相互作用的結果，其發(fā)病機制復雜，涉及乙醇氧化代謝、脂質(zhì)代謝、炎癥和免疫反應等[29]。

腸道微生物群被認為是ALD肝損傷嚴重程度的關鍵因素，ALD患者、小鼠模型的血清和肝臟膽汁酸譜也均發(fā)生變化。現(xiàn)有研究[30]證實，ALD動物模型中TGR5的缺乏可引起腸道微生物群失調(diào)，這與血漿和肝臟中次級膽汁酸水平的降低有關，這種減少也與回腸法尼醇X受體信號轉導降低、成纖維細胞生長因子15合成減少相關，從而影響膽汁酸合成和巨噬細胞的募集，加重酒精引起的肝脂肪變性和炎癥。而TGR5激活后可通過促進棕色脂肪組織中游離脂肪酸β-氧化，顯著改善肝臟脂質(zhì)積累，從而抑制ALD的進展[31]。

盡管ALD和NAFLD分別有不同的觸發(fā)因素，但這兩種肝臟疾病具有重疊的病理生理機制，因此對急性和慢性ALD模型給予INT-777治療也可有效減輕其病理變化，降低肝脂肪酸合成酶和成脂基因的表達，抑制ALD模型的肝損傷，其機制與cAMP/PKA途徑的激活有關[32]。

2.3 原發(fā)性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis, PSC) PSC是一種以持續(xù)性肝內(nèi)外膽管慢性炎癥和進行性纖維化為特征的特發(fā)性、異質(zhì)性自身免疫性肝病[33]。PSC的發(fā)病機制尚不清楚，主要認為遺傳、環(huán)境、腸道微生物群和腸-肝軸失調(diào)、膽汁成分和膽管上皮細胞表型的變化等危險因素均與PSC發(fā)生相關。PSC可能長期無癥狀，但出現(xiàn)侵襲性病變后可致膽道梗阻和炎癥反復發(fā)作，從而進展至終末期肝病[34]。

經(jīng)驗證的幾項大規(guī)模全基因組關聯(lián)研究確定了PSC患者隊列中的基因易感位點，其中包含TGR5基因座的染色體區(qū)域2q35為PSC易感基因座，且TGR5基因上的單核苷酸多態(tài)性外顯子rs11554825可影響疾病易感性[35]，這表明TGR5是PSC的可能致病基因，其相關途徑可能參與PSC的發(fā)生。最新進展也表明，TGR5在PSC患者和自發(fā)性PSC小鼠模型(Mdr2-/-/Abcb4-/-)的肝臟中表達均下調(diào)，TGR5水平的降低促進反應性膽管上皮細胞表型的發(fā)展，加重膽道損傷[36]，而FXR/TGR5雙重激動劑INT-767干預后可顯著改善PSC小鼠的血清谷丙轉氨酶和堿性磷酸酶水平，減輕肝組織炎癥和纖維化程度[37]，因此進一步探討TGR5在PSC中的作用對闡明該疾病的發(fā)病機制與開發(fā)有效的TGR5激動劑相關藥物研究具有重要意義。

2.4 膽汁淤積性肝病 膽汁淤積性肝病是臨床上與多種肝病相關的病變，由于膽管阻塞或肝細胞膽小管側膜的膽鹽輸出泵被抑制，導致膽汁分泌紊亂和肝臟中膽汁酸或其結合鹽的過度積累，膽汁淤積的病理表現(xiàn)往往伴隨著肝臟中膽汁酸濃度及成分的變化。如果缺乏有效的干預，持續(xù)的膽汁淤積最終會進展為肝纖維化、肝硬化，甚至肝衰竭[38]。目前認為，氧化應激、炎癥損傷和轉運蛋白紊亂是與膽汁淤積發(fā)展相關的潛在病理機制。

TGR5在膽汁淤積的發(fā)生中可起到保護作用，通過調(diào)節(jié)NF-κB、AKT等相關信號通路影響膽汁淤積性肝損傷的發(fā)展過程。TGR5的激活會觸發(fā)碳酸氫根傘的形成，促進緊密連接的完整性，并通過陰離子交換劑2介導膽小管碳酸氫鹽的分泌，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的酸堿平衡，保護膽管上皮細胞免受膽汁酸毒性[39]，其缺失則會加重膽管結扎或石膽酸誘導的膽汁淤積性肝病模型的肝臟損傷，增加肝組織趨化因子和炎性細胞因子的表達和分泌[40-41]。進一步研究[42-43]表明，TGR5激活后可通過抑制NF-κB依賴性促炎細胞因子的產(chǎn)生和激活Nrf2/HO-1信號傳導減少活性氧的生成，也可促進β-catenin信號傳導以激活PI3K/AKT信號通路，從而抑制炎癥反應。

3 TGR5天然小分子激動劑在非病毒性肝病中的應用

齊墩果酸(oleanolic acid, OA)是一種廣泛存在于天然食用和藥用植物中的五環(huán)三萜類化合物，具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗菌、保肝、降血脂等廣泛的生物活性與藥理作用[44]。OA可以使細胞內(nèi)鈣離子快速釋放，通過激活TGR5/AC/cAMP/PKA依賴性途徑直接刺激胰島素分泌[45]，也可與TGR5/cAMP/PKA通路偶聯(lián)，抑制RhoA/Rho激酶途徑導致胃平滑肌松弛[46]。在非病毒性肝病領域的研究中，已證實OA可通過調(diào)節(jié)肝臟中脂肪酸從頭合成相關基因來減少長期果糖過量攝入或HFD誘導的NAFLD模型的脂質(zhì)沉積、代謝紊亂和肝脂肪變性的發(fā)展[47]。OA也可通過誘導Nrf2相關抗氧化酶表達維持氧化還原平衡，調(diào)節(jié)乙醇代謝和炎癥通路，減輕ALD模型的氧化損傷[48]。低劑量的OA對膽管結扎或石膽酸誘導的膽汁淤積性肝病模型有保護作用，主要通過激活Nrf2并上調(diào)藥物代謝和轉運相關基因多藥耐藥相關蛋白，抑制肝臟限速合成酶CYP7a1、CYP7b1和攝取轉運體NTCP、OATP1B1的表達，從而促進毒性膽汁酸和其他化學物質(zhì)從肝細胞中排出[49]。

熊果酸(ursolic acid, UA)是OA的同分異構體，其多重藥理作用包括抗菌、抗炎、抗氧化、抗腫瘤、抗細胞凋亡等已被證實[50]。UA也可激活TGR5受體，濃度依賴性地增加體內(nèi)外GLP-1的分泌。既往研究報道，UA可通過改善脂質(zhì)代謝的關鍵酶，即上調(diào)脂肪酸氧化基因和下調(diào)脂肪生成基因，調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體-α途徑有效改善HFD誘導的NAFLD模型中的肝脂肪變性和代謝紊亂[51]，或通過激活腺苷酸活化蛋白激酶信號通路抑制脂質(zhì)合成和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，抑制NAFLD的發(fā)展[52]。UA改善ALD的效應機制則是通過調(diào)節(jié)腸-肝軸，改善酒精引起的腸道氧化應激和腸道菌群失調(diào)，恢復受損的腸道屏障功能[53]。此外，提取自柑橘屬的檸檬苦素類三萜化合物諾米林和黃柏酮也是TGR5的天然小分子激動劑，能夠以劑量依賴性方式刺激TGR5的轉錄活性，對HFD模型發(fā)揮抗肥胖和抗血糖升高的作用[54]。

中草藥中同樣發(fā)現(xiàn)了潛在的天然TGR5激動劑，如從三七莖葉中分離出的活性化合物三七皂苷Ft1可激活白色脂肪組織中TGR5/cAMP/PKA通路誘導脂質(zhì)分解、增加能量代謝，并激活腸道TGR5促進GLP-1的釋放，改善HFD小鼠模型的胰島素抵抗[55]。提取自人參根莖的人參皂苷Ro可通過激活TGR5促進GLP-1的分泌，增加能量消耗，改善HFD誘導的肥胖和胰島素抵抗[56]。黃連中的黃連生物堿也具有激活TGR5的作用，通過促進膽汁酸肝腸循環(huán)，調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝和腸道微生物群改善高脂血癥[57]。

4 小結與展望

隨著人民生活水平的不斷提高和臨床檢測技術手段的革新，非病毒性肝病的發(fā)病率及檢出率正在逐年上升，對非病毒性肝病的發(fā)病機制進行廣泛深入研究是當前此類疾病防治的重點難點問題。G蛋白偶聯(lián)受體是最大的膜蛋白家族，在諸多生理和病理過程中均發(fā)揮重要作用。TGR5作為與膽汁酸特異性結合的細胞表面受體，主要通過激活轉錄網(wǎng)絡和/或信號級聯(lián)對多種膽汁酸產(chǎn)生反應，多通路地參與體內(nèi)諸多代謝途徑(包括膽汁酸合成、糖脂和水代謝、能量消耗等)及調(diào)節(jié)炎癥反應，與非病毒性肝病的發(fā)生發(fā)展密切相關。

TGR5已被證明在多種非病毒性肝病模型中具有肝保護作用，通過不同的信號轉導通路可減輕肝臟炎癥反應、抑制肝脂肪變性、改善膽汁酸穩(wěn)態(tài)，對疾病的發(fā)生發(fā)展有重要影響，因此有望成為未來治療的潛在靶點，并已發(fā)現(xiàn)且開發(fā)了其特異性配體和選擇性激動劑。然而，肝臟TGR5信號對多種代謝途徑的廣泛影響使TGR5的治療靶向復雜化，對于TGR5的多態(tài)性研究還不夠深入，因此仍需要更多的研究探索以進一步解析肝臟中TGR5信號轉導的上、下游介質(zhì)或與其他受體、代謝通路的交互作用，從而明確TGR5參與不同非病毒性肝病發(fā)病機制的作用特征，并逐步發(fā)掘出其在非病毒性肝病臨床診療中的運用價值，研發(fā)靶向TGR5治療的新藥。

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：周群負責查閱文獻，撰寫綜述；張華負責修改論文；劉平、陳佳美負責擬定寫作思路，修改審校文章及最后定稿。