膽汁酸免疫調節作用及其與腸道、肝臟炎癥性疾病相關性的研究進展①

于 爽 顧志敏 樊亞東 李玲玲 邊育紅 （天津中醫藥大學，天津 301600）

膽汁酸是一類具有類固醇結構的有機酸，由肝細胞以膽固醇為底物合成，在膽囊中儲存，并在腸道與肝臟間不斷循環，主要功能為促進脂類物質的消化吸收［1］。近年來，大量研究表明膽汁酸具有多種生理功能，不僅參與機體脂類物質的代謝，還具有免疫調節作用，對維持腸道、肝臟內環境穩定具有重要意義［2］。腸道及肝臟是機體內外環境之間的主要界面，為進行營養物質的交換，長期直接或間接與食物、腸道微生物及其代謝產物等腸源性抗原物質接觸，依賴腸道微生物群、腸上皮屏障、腸道免疫系統間的相互作用，對無害共生抗原保持免疫耐受，對有害危險抗原產生免疫反應，以形成穩定平衡的內環境［3-4］。膽汁酸可在腸肝循環過程中通過抑制腸道致病菌，維護腸上皮屏障來預防腸道、肝臟炎癥反應的發生，同時也可通過調節免疫細胞功能，維持腸道、肝臟對無害抗原的免疫耐受，在腸道、肝臟內環境穩態維持中起到關鍵作用［2，5-6］。研究表明，多種腸道、肝臟炎癥性疾病的發生發展可能與膽汁酸參與的免疫調節作用失調有關［2］。本文就膽汁酸對肝及腸道的免疫調節作用進行綜述，為進一步明確膽汁酸在相關腸道、肝臟炎癥性疾病的發病機制及治療作用提供參考。

1 膽汁酸的腸肝循環過程

膽固醇在肝細胞內直接轉化為兩種初級游離膽汁酸：膽酸（cholic acid，CA）和鵝脫氧膽酸（chenodeoxycholic acid，CDCA）。CA和CDCA分別與牛磺酸（Taurine，T）或甘氨酸（Glycine，G）結合，于肝臟內形成初級結合膽汁酸：T/GCA和T/GCDCA，經膽管分泌至膽囊儲存，隨進食排入十二指腸。約90%的初級結合膽汁酸在回腸末端經主動重吸收機制返回肝臟，小部分經腸道菌群去結合作用還原為初級游離膽汁酸，再經腸道菌群脫羥基作用形成次級游離膽汁酸：脫氧膽酸（deoxycholic acid，DCA）、石膽酸（lithocholic acid，LCA）。初級和次級游離膽汁酸經被動重吸收在小腸前段及結腸各部回到肝臟。返回至肝臟的游離膽汁酸轉化成結合膽汁酸：T/GDCA和T/GLCA，與重吸收和新合成的結合膽汁酸一起隨膽汁排入腸道，由此形成膽汁酸的腸肝循環（圖1）。在腸、肝、膽管、膽囊的共同作用下，腸肝循環每日進行6～12次，每次均有約95%的膽汁酸被重吸收。腸肝循環的最大意義在于使有限的膽汁酸得到充分利用，以滿足機體日常消化吸收的需求［1，7］。

圖1 膽汁酸的腸肝循環［7］Fig.1 Enterohepatic circulation of bile acids［7］

2 膽汁酸的免疫調節作用

膽汁酸在進行腸肝循環的過程中發揮免疫調節作用，可通過抑制腸道致病菌，維護腸上皮屏障來預防腸道、肝臟炎癥反應的發生，也可通過調節腸道、肝臟免疫細胞功能維持腸道及肝臟對無害抗原的免疫耐受，以此維持腸道、肝臟內環境穩定。

2.1 膽汁酸抑制腸道致病菌 哺乳動物的胃腸道內寄生著大量菌群。這些菌群參與宿主的消化、代謝、能量轉化等生理活動，與宿主共同進化、互利共生，各類菌群在數量、比例及定位上保持動態平衡［8］。腸道致病菌是菌群中能夠引起疾病的一類菌群，正常情況下難以在宿主腸道內定植，以少量形式存在，大量增殖將損傷腸上皮細胞，使腸黏膜通透性增加。菌體及毒素進入腸黏膜后將激活免疫細胞，誘發強烈的免疫反應，造成腸道、肝臟組織損傷［9-10］。膽汁酸可直接作用于致病菌，通過減少致病菌的過度增殖，抵御腸道致病菌感染，防止感染引起的腸道、肝臟內環境紊亂［11］。膽汁酸抑制致病菌增殖的主要方式為破壞菌體細胞膜完整性［12］。研究表明，不同濃度的CA、CDCA對金黃色葡萄球菌等致病菌的增殖均有抑制作用。低濃度的膽汁酸即可降低菌體內pH值、影響細菌細胞膜流動性及滲透性，而高濃度的膽汁酸則直接溶解細菌外膜，導致內容物滲漏，促使細菌死亡［13］。膽汁酸還可促使致病菌發生基因突變、染色體重排，通過直接損傷DNA的方式誘導大腸桿菌、沙門氏菌等致病菌死亡，從而抑制其在腸道內生長增殖［14］。除直接損傷細菌結構外，膽汁酸還可影響條件致病菌的毒力和侵襲能力。HAMNER等［15］發現膽汁酸可下調大腸桿菌毒力相關基因mRNA表達，影響其鞭毛及趨化性基因的轉錄。臨床研究表明，肝硬化患者常伴有腸道致病菌的過度生長、菌群失調，易引發腸道局部及全身的炎癥反應，可能與膽汁酸不能正常排泄發揮抗菌作用有關［16］。膽汁酸對腸道益生菌損傷則非常小，可能與乳酸桿菌、雙歧桿菌可通過外排泵、轉運蛋白等抵消膽汁酸的有害作用有關［17］。

2.2 膽汁酸維護腸上皮屏障 腸上皮屏障由腸道上皮細胞、細胞間緊密連接及細胞表面黏液層構成，在防止致病菌及其內毒素等有害物質侵入機體、維護腸道、肝臟內環境穩定方面發揮極重要的作用［18］。腸道上皮細胞及細胞間的緊密連接是保證機械屏障功能正常發揮的結構基礎，覆蓋在腸上皮細胞表面的黏液層則可通過物理隔絕作用有效阻止致病菌和腸上皮細胞的接觸，腸道上皮細胞中的潘氏細胞還可通過分泌抗菌肽降低致病菌豐度［19-20］。膽汁酸可通過維護腸上皮屏障阻止致病菌入侵，間接防御致病菌感染，保持腸道、肝臟穩態平衡［21］。膽汁酸對腸道上皮細胞的增殖具有促進作用。研究表明，TDCA可通過增加細胞增殖基因C-myc表達促進腸上皮細胞增殖，TCA可通過激活表皮生長因子受體EGFR誘導細胞增殖［22-23］。膽汁酸可促進緊密連接蛋白表達。將膽汁酸與大鼠小腸隱窩上皮細胞IEC-6共同培養，可發現膽汁酸通過激活有絲分裂活化蛋白激酶ERK1/2增加ZO-1等緊密連接蛋白的表達，降低上皮細胞通透性［24］。膽汁酸可增加黏液層厚度。在大鼠和兔的結腸中，游離膽汁酸可直接刺激杯狀細胞分泌黏液，使結腸黏液層增厚［21］。膽汁酸還可促進抗菌肽合成。用含CDCA的飼料喂食小鼠，可上調α-防御素、Reg3b、Reg3g等抗菌肽的轉錄與表達，在基因和蛋白水平上促進抗菌肽合成［25］。

2.3 膽汁酸對腸道、肝臟免疫細胞的調節作用腸腔內存在大量的共生菌群及食物蛋白，腸道、肝臟需要對這些無害抗原保持免疫耐受才能在滿足機體需求的同時維持內環境穩定。腸道、肝臟對無害抗原免疫耐受機制的形成依賴于多種免疫細胞的共同作用［6-7，26］。膽汁酸可通過抑制巨噬細胞功能及促進調節性T細胞分化維持腸道及肝臟的免疫耐受狀態。膽汁酸對巨噬細胞功能的抑制作用主要通過激活膽汁酸受體實現。膽汁酸受體主要包括法尼醇X受體（farnesoid X receptor，FXR）等核受體，以及G蛋白偶聯膽汁酸受體1（G protein-coupled bile acid receptor 1，GPBAR1，TGR5）等膜受體，巨噬細胞主要表達TGR5［27］。研究表明，膽汁酸激活巨噬細胞TGR5受體后，主要發揮抑制性調節作用，可降低外周血及腸道、肝臟來源巨噬細胞的吞噬能力，減少其TNF-α、IL-1α、IL-1β和IL-6等促炎細胞因子的產生，同時促進巨噬細胞由促炎型M1（高IL-12）向抗炎型M2（高IL-10）轉變［28-29］。此外，巨噬細胞激活后可通過促進炎癥小體的生成加劇炎癥反應，LCA可通過TGR5-cAMP-PKA通路抑制炎癥小體NLRP3活化，阻斷NLRP3依賴的caspase-1活化和IL-1β分泌［30］。腸道固有層中的調節性T細胞（Tregs）是具有預防、減弱、終止炎癥反應功能的免疫細胞，是維持腸道免疫穩態的重要因素［31］。膽汁酸可通過影響Tregs的分化，維持腸道、肝臟對無害抗原的免疫耐受。HANG等［32］將小鼠初始T細胞與LCA代謝產物3-oxoLCA、isoalloLCA共同培養，發現isoalloLCA可通過產生線粒體活性氧的方式促進Treg特異性轉錄因子FoxP3表達，增強Treg分化；而3-oxoLCA則直接與輔助性T細胞17（Th17）特異性轉錄因子RORγt結合，抑制具有促炎作用的Th17分化。SONG等［33］在小鼠飲用水中加入不同類別的膽汁酸，發現CA、CDCA、LCA等均可使小鼠體內RORγ+Treg細胞數量增加。在硫酸葡聚糖鈉（dextran sulfate sodium，DSS）誘導的小鼠結腸炎模型中，補充含有膽汁酸的飼料及飲用水可通過增加小鼠腸道中的RORγ+Treg細胞數量緩解小鼠的腸炎癥狀。

3 膽汁酸免疫調節作用與腸道、肝臟相關炎癥性疾病

膽汁酸的免疫調節作用對腸道、肝臟內環境穩態維持具有重要意義。炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）、腸源性內毒素血癥、非酒精性脂肪肝等腸道、肝臟相關炎癥性疾病的發生發展可能與膽汁酸參與的免疫調節作用發揮失調有關。

3.1 炎癥性腸病 IBD包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎，是一種慢性腸道炎癥性疾病，近年來我國患病率顯著增高。IBD患者常伴有致病菌大量增殖、腸上皮細胞損傷、腸黏膜組織炎癥細胞大量浸潤等病理表現，腸道穩態環境破壞是IBD發病及持續進展的重要原因［34］。研究表明，與健康人相比，IBD患者血清膽汁酸譜發生明顯改變，膽汁酸代謝紊亂可能在IBD進展中起到關鍵作用，補充膽汁酸可有效改善炎癥性腸病［35］。在用三硝基苯磺酸（trinitrobenzene sulfonic acid，TNBS）和DSS誘導的急慢性結腸炎中，膽汁酸明顯改善了小鼠結腸組織的炎癥性損傷。奧貝膽酸（obeticholic acid，OCA）是一種人工合成膽汁酸，結構與CDCA相類似。OCA與TNBS一同喂養小鼠可有效預防TNBS誘導結腸炎的發生。用OCA治療TNBS、DSS誘導的結腸炎小鼠，可減輕體重減少、腸道長度縮短及潰瘍出血的癥狀，改善其炎癥細胞浸潤、腸黏膜通透性增加、杯狀細胞丟失的病理狀態［36-37］。熊去氧膽酸（ursodeoxycholic acid，UDCA）在人體內含量較少，主要在動物膽汁中提取，可人工合成，UDCA及LCA均可在DSS誘導的小鼠結腸炎癥模型中減輕炎癥因子的釋放，從而減輕結腸炎的發展［38］。雖然膽汁酸對IBD的治療作用在實驗室研究中已得到初步驗證，但目前還缺乏臨床相關證據。

3.2 非酒精性脂肪肝 非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是一種非酒精因素造成的以肝臟中脂質沉積、肝細胞脂肪變性為特征的慢性肝病，全球患病率高達25%［39］。一般情況下NAFLD進展較為緩慢，一旦發展為非酒精性脂肪型肝炎，則可迅速演變至肝硬化、肝癌。迄今為止，肝移植是NAFLD肝硬化患者唯一的治療方法，因此亟需明確其疾病進展原因并應用藥物延緩其發展［40］。研究表明，腸道菌群失調、腸上皮屏障受損等腸道穩態失衡是NAFLD病情進展的重要原因。大量腸源性抗原隨門靜脈進入肝臟后，氧自由基、脂多糖將會直接作用于肝實質細胞或庫普弗細胞，促使炎癥、氧化應激、內質網應激的發生，造成肝臟進一步損傷［41］。有證據表明，NAFLD疾病狀態下發生的膽汁酸代謝異常、膽汁酸組成改變可能是腸道穩態失衡、促進NAFLD進展的重要原因［42］。人工合成的膽汁酸OCA可使NAFLD肝臟病變明顯改善，減緩非酒精性脂肪性肝炎、肝硬化進展，其治療作用與改善腸道微生態環境密切相關［43-44］。目前美國正在進行多中心的Ⅲ期臨床試驗（NCT02548351、NCT03439254）以評估OCA的安全性及有效性，推動OCA成為治療NAFLD的一線用藥［42］。

3.3 腸源性內毒素血癥 腸源性內毒素血癥是一種由于腸道穩態環境破壞，腸道細菌及內毒素突破腸上皮屏障進入全身血循環的病理表現，可出現在梗阻性黃疸、肝硬化等多種疾病進程中，易誘發全身炎癥反應、多器官功能衰竭［45-46］。研究表明，腸腔中缺乏膽汁酸可能為梗阻性黃疸、肝硬化患者易發展為內毒素血癥的主要原因［47-48］。病理組織檢查顯示，梗阻性黃疸患者腸上皮細胞可見大量空泡、腸絨毛稀疏水腫，實施膽道內引流術恢復腸道內膽汁酸循環后，可明顯減輕梗阻性黃疸患者腸上皮細胞損傷，而將膽汁體外引流出的手術方式則無此治療效果［47］。肝硬化患者及實驗動物模型常伴有腸道菌群過度增殖、上皮細胞間緊密連接受損、抗菌肽合成障礙等異常表現。口服OCA可糾正肝硬化模型大鼠的菌群失調，上調腸上皮細胞緊密連接蛋白ZO-1及血管生長素-1表達，減輕大鼠腸道炎癥細胞浸潤及全身炎癥反應［48］。因此，通過手術或口服藥物的方法維持膽汁酸的腸肝循環可有效預防、治療腸源性內毒素血癥。

4 小結

膽汁酸在肝臟中合成，在肝及腸道中不斷循環。臨床及實驗研究初步證實，膽汁酸在循環過程中可通過抑制腸道致病菌、維護腸上皮屏障來預防腸道、肝臟炎癥反應的發生，也可通過調節腸道、肝臟免疫細胞的功能維持腸道及肝臟對無害抗原的免疫耐受，以此維持腸道、肝臟內環境穩定。膽汁酸的免疫調節作用與多種腸道、肝臟炎癥性疾病的發生、發展、治療均有密切聯系。膽汁酸有望成為相關炎癥性疾病的新型治療靶點。

盡管膽汁酸對腸、肝組織的免疫調節作用已逐步引起國內外研究者的關注，但當前階段的研究仍然存在很多不足，需要通過體內及體外試驗進一步探究、驗證膽汁酸的免疫調節作用及機制，不斷開發其治療腸道、肝臟炎癥性疾病的潛力，同時努力促進已有實驗室研究成果向臨床轉化，推動膽汁酸類新型藥物的研發與應用。在研究和臨床應用過程中應關注膽汁酸本身的結構與性質。膽汁酸是具有親水基團（羥基、羧基）和疏水基團（烷基）的兩性分子，有親水和疏水兩種構型。疏水性膽汁酸（DCA/CDCA等）具有細胞膜破壞作用，刺激細胞因子及趨化因子的釋放，并可引起線粒體氧化應激造成細胞凋亡，且親水性膽汁酸（UDCA）在超過一定濃度時也會產生明顯的細胞毒性作用［49］。因此在臨床應用過程中要全面考慮膽汁酸種類、濃度與作用的關系，保證藥物的安全性，使膽汁酸得到最大程度的利用。

目前應用于臨床的膽汁酸類藥物主要為OCA和UDCA，其中UDCA主要來源于熊、牛等動物的膽汁［50］。熊膽汁的干燥品——熊膽粉，是一味珍貴的傳統中藥，具有清熱解毒、保肝利膽、豁痰開竅等多重功效。現代藥理學研究表明，熊膽粉具有保肝、利膽、抗菌、抗病毒、抗炎、抗肝纖維化等多種藥理作用，常用于治療病毒性肝炎、肝硬化、膽囊炎等多種肝膽系統疾病［51］。有研究表明，熊膽粉可減輕NAFLD肝臟損傷，延緩肝纖維化及肝硬化的發生［52］，但機制尚未明確。進一步研究熊膽粉是否通過其主要藥效成分膽汁酸發揮免疫調節作用而延緩NAFLD疾病進展，將有利于明確熊膽粉治療NAFLD的物質基礎及作用機制，對中醫藥現代化的研究與應用具有重要意義。