膽汁酸與腸道菌群在原發(fā)性硬化性膽管炎中的作用及相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

梁秋利,尹毅霞,梁錦慧,覃金丹

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化內(nèi)科,廣西百色 533000;2右江民族醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院,廣西百色 533000;3.廣西分子病理學(xué)〔肝膽疾病〕重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西百色 533000)

原發(fā)性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis,PSC)是一種相對(duì)少見、復(fù)雜的肝病,特征為肝內(nèi)、外膽管發(fā)生炎癥,逐漸纖維化使管腔狹窄、膽汁慢性淤積,最終進(jìn)展為肝纖維化,甚至肝功能衰竭。其發(fā)病率和患病率在不同地區(qū)呈現(xiàn)不同的分布。PSC患者可能沒有明顯癥狀,也可能有瘙癢、乏力、右上腹疼痛、復(fù)發(fā)性膽管炎或門靜脈高壓后遺癥,同時(shí),該類患者常合并堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶(Gamma-glutamyltransferase,γ-GGT)活性升高等血清學(xué)變化[1-4]。根據(jù)現(xiàn)有研究,目前對(duì)PSC的病因及發(fā)病機(jī)理仍然知之甚少,大多數(shù)研究成果更傾向于以遺傳易感性、免疫因素、環(huán)境因素為PSC的發(fā)病機(jī)理[5]。近年來,隨著人們對(duì)PSC研究的不斷深入,PSC的發(fā)病與腸道菌群的關(guān)系逐漸成為研究熱點(diǎn),基于腸-肝軸,腸道菌群可能通過化合物的合成或宿主產(chǎn)生分子的共代謝而促進(jìn)PSC發(fā)病,膽汁酸可能介導(dǎo)PSC中腸道菌群的作用,這些因素都可能參與了PSC發(fā)病機(jī)制的啟動(dòng)[6]。本文就PSC與膽汁酸、腸道菌群三者之間的關(guān)系主要研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 PSC膽汁酸譜變化

膽汁酸分泌紊亂會(huì)影響腸道微生物群和免疫穩(wěn)態(tài),過多的膽汁酸在肝內(nèi)蓄積,產(chǎn)生“膽汁酸毒性”,這是PSC發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)因素[7]。研究發(fā)現(xiàn)[8],PSC患者、原發(fā)性膽汁性膽管炎(primary biliary cholangitis,PBC)患者、非膽汁淤積癥患者體內(nèi)的膽汁酸水平存在差異。PSC患者體內(nèi)的初級(jí)膽汁酸濃度及總膽汁酸水平較非膽汁淤積癥患者高;與PBC及非膽汁淤積癥相比,PSC血清次級(jí)游離膽汁酸[石膽酸(lithocholic acid,LCA)和脫氧膽酸(dexyocholic acid,DCA)]水平的降低,提示PSC患者體內(nèi)的膽汁酸代謝存在異常,膽汁酸的腸-肝循環(huán)受到一定程度影響,膽汁酸的代謝紊亂與PSC的發(fā)生可能有著一定的聯(lián)系。同時(shí)發(fā)現(xiàn)PSC患者膽紅素、ALP、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)水平與血清膽汁酸水平呈正相關(guān)。TORRES等人[9]研究發(fā)現(xiàn),原發(fā)性硬化性膽管炎合并炎癥性腸病(PSC-IBD)患者初級(jí)膽汁酸含量較炎癥性腸病(IBD)患者高,次級(jí)膽汁酸較IBD患者少。TABIBIAN等人[10]研究發(fā)現(xiàn),無菌(ermfree animal,GF)Mdr2-/-小鼠(一種硬化性膽管炎的動(dòng)物模型)膽汁酸排出減少,糞便中膽汁酸含量減少,膽囊和腸道中膽汁酸含量顯著增多。同時(shí),GF Mdr2-/-小鼠的肝臟酶學(xué)指標(biāo)包括ALP、ALT、AST和膽紅素明顯增高,差異有顯著性。FUCHS等人[11]研究發(fā)現(xiàn),減少M(fèi)dr2-/-小鼠體內(nèi)膽汁酸的再攝取和肝腸循環(huán),可調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)膽汁酸代謝,改變膽汁酸穩(wěn)態(tài),使親水性膽汁酸占比升高,最終此類小鼠肝組織損傷得到改善,膽管及肝組織炎癥減輕,纖維化程度降低。由此可見,膽汁酸譜的變化可能影響著PSC的進(jìn)展,并與膽汁淤積性肝損害存在著一定聯(lián)系。

2 腸道菌群

腸道是一個(gè)營養(yǎng)豐富且擁有百萬億計(jì)微生物的環(huán)境,我們可將其看作是一個(gè)密集而充滿競(jìng)爭的微生物生態(tài)系統(tǒng)[12]。腸道內(nèi)的益生菌可以改善腸道的生態(tài)環(huán)境,抑制細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物移位,同時(shí),益生菌還可充當(dāng)“抗炎菌”的角色,可抑制細(xì)胞促炎因子的釋放、抑制信號(hào)通路,從而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的作用[13]。胃腸道微生物群落隨著宿主的生長發(fā)育而不斷更替優(yōu)勢(shì)菌群,各種因素(例如生活飲食習(xí)慣、肥胖等)都可影響并改變胃腸道菌譜[14]。腸道微生物群的組成和功能差異與人類健康有著密切聯(lián)系[15]。寄居于宿主體內(nèi)的微生物群在肝臟疾病中起著關(guān)鍵作用,腸道微生物可以通過多種方式互相影響肝臟疾病的發(fā)生[16]。

腸道微生物代謝異常會(huì)觸發(fā)腸道屏障破壞,如糞腸球菌的共生菌株產(chǎn)生金屬蛋白酶可損害宿主上皮屏障的完整性;腸道屏障受到破壞會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌移位,從而連續(xù)激活免疫細(xì)胞,在肝臟中釋放各種促炎因子和趨化因子[17]。研究表明[18],PSC發(fā)病機(jī)理與腸道微生物群和微生物因子的代謝產(chǎn)物有著密切的聯(lián)系。LIAO等人[19]利用小鼠肝臟Mdr2基因敲除(Mdr2-/-)模型研究腸-肝循環(huán)對(duì)膽汁淤積性肝病(CLD)的功能作用,結(jié)果表明,腸道微生物群易位增加、腸道營養(yǎng)不良是Mdr2-/-小鼠患CLD的重要驅(qū)動(dòng)因素。PSC患者的腸道微生物區(qū)系不同于無PSC的炎癥性腸病患者和健康對(duì)照組,PSC患者腸道微生物多樣性降低[20]。SABINO等人[21]的研究表明,PSC患者的糞便生態(tài)失調(diào)包括物種豐富度的降低和群落組成的改變。TROTTIER等人[8]研究發(fā)現(xiàn),與單獨(dú)的IBD相比,PSC-IBD患者糞便中細(xì)菌多樣性發(fā)生改變,瘤胃球菌和梭桿菌豐度較高,羅氏菌、韋榮球菌、毛螺菌含量相對(duì)減少。TORRES等人[22]的研究表明,與健康人相比,PSC患者腸道菌群的特征為布魯氏菌和巴尼西亞科的富集。改善PSC微生物組的多樣性,增加PSC患者與健康人群微生物組的相似性,PSC患者的血清ALP、ALT和AST也有不同程度的下降,進(jìn)一步證實(shí)了腸道微生物群在PSC病理生理中的作用[23]。

3 腸道菌群與膽汁酸的相互作用

人體內(nèi)合成初級(jí)膽汁酸的途徑有兩條,一條是肝臟膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)誘導(dǎo)的,主要生成膽酸(CA)、鵝脫氧膽酸(CDCA)的經(jīng)典途徑,即膽汁酸合成的主要途徑;另一條是膽固醇27-羥化酶(CYP27A1)誘導(dǎo)的,主要生成CDCA的途徑,也稱替代途徑[24]。部分初級(jí)膽汁酸從膽道排出后進(jìn)入腸道,并在腸道菌群的作用下轉(zhuǎn)換為次級(jí)膽汁酸[25]。其中絕大部分膽汁酸于回腸末端被重新吸收,經(jīng)門靜脈系統(tǒng)進(jìn)入肝臟,生成新的結(jié)合膽汁酸,并依次分泌到膽道、腸道中,這就形成了膽汁酸的肝腸循環(huán)(EHC)。同時(shí),膽汁酸是我們體內(nèi)重要的信號(hào)分子,可通過與G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體(TGR5)、法尼醇X受體(FXR)和孕烷X受體(PXR)等膽汁酸受體結(jié)合參與調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)和免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)[26]。其中,FXR的負(fù)反饋在膽汁酸肝腸循環(huán)中起著重要作用。當(dāng)腸道膽汁酸水平升高時(shí),FXR可通過成纖維細(xì)胞生長因子19(FGF19)/CYP7A1軸負(fù)反饋降低其合成及穩(wěn)態(tài)[27]。膽鹽水解酶(BSH)對(duì)于宿主中的膽汁酸穩(wěn)態(tài)是必需的[28]。腸道菌群的多樣性與BSH活性呈負(fù)相關(guān),而BSH的活性又進(jìn)一步影響FXR的表達(dá),最終影響膽汁酸合成過程[29]。膽汁酸的代謝可通過維持腸道微生態(tài)的平衡、減少腸道致病菌豐度來調(diào)控[30]。BEHR等人[31]研究結(jié)果表明,腸道微生物群落的變化會(huì)影響血漿和糞便中的膽汁酸池,膽汁酸譜的變化也可以反映出腸道微生物組的改變。相關(guān)研究表明[32],微生物菌群與膽汁酸有著潛在的相關(guān)性,肝臟通過膽汁酸或炎癥信號(hào)因子影響微生物群,膽汁酸對(duì)維持腸道菌群的穩(wěn)態(tài)也有著一定作用。由于膽汁酸的疏水性及結(jié)構(gòu)也可損害細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性,從而發(fā)揮了潛在的直接抗菌作用[33]。膽汁酸通過FXR激活來調(diào)節(jié)宿主腸道基因的表達(dá),有助于膽汁酸的抗菌作用,促進(jìn)對(duì)腸腔內(nèi)細(xì)菌的先天防御,進(jìn)而影響腸道微生物組成[34]。綜上所述,膽汁酸與腸道菌群相互作用(圖1),在肝腸循環(huán)的作用下調(diào)節(jié)機(jī)體代謝。

注：BSH(膽鹽水解酶);CA(膽酸);CDCA(鵝脫氧膽酸);Cholesterol(膽固醇);CYP7A1(膽固醇7α-羥化酶);DCA(脫氧膽酸);7-dehydroxylase(7-脫氫酶);EHC(肝腸循環(huán));FGF19(成纖維細(xì)胞生長因子19);FXR(法尼醇X受體);GCA(甘氨膽酸);GCDCA(甘氨鵝脫氧膽酸);LCA(石膽酸);TCA(鵝脫氧膽酸);TCDCA(牛磺鵝脫氧膽酸)

4 膽汁酸、腸道菌群與PSC的關(guān)系

腸道菌群與膽汁酸的關(guān)系被認(rèn)為在PSC的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。國內(nèi)外學(xué)者[35-37]認(rèn)為“膽汁酸-腸道菌群-膽汁淤積三角”在膽汁淤積性肝病的發(fā)病機(jī)理中尤為重要,這也是了解PSC發(fā)病機(jī)制的重要一環(huán)。膽汁酸可能介導(dǎo)腸道菌群破壞免疫穩(wěn)態(tài),研究膽汁酸和腸道微生物群之間的聯(lián)系為PSC的發(fā)病機(jī)制研究提供了一個(gè)新的視角。PSC患者表現(xiàn)出肝內(nèi)外膽管的生態(tài)學(xué)改變,包括生物多樣性減少和毒性膽汁酸增多。PSC中的微生物營養(yǎng)不良與促炎作用和潛在“毒性膽汁酸”的增加有關(guān)[38]。膽汁酸影響腸道菌群的細(xì)菌組成,而微生物的代謝作用又會(huì)反過來引起膽汁酸譜的變化,其中,腸道菌群被認(rèn)為是促進(jìn)脫氧膽酸、石膽酸等潛在毒性膽汁酸合成過程的主要驅(qū)動(dòng)力[39]。SABINO等[21]應(yīng)用16S rDNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)與健康志愿者相比,PSC患者腸道菌群中腸球菌屬、梭桿菌屬、乳桿菌屬及擬桿菌屬明顯增加,出現(xiàn)腸道菌群失衡現(xiàn)象,肝功能檢測(cè)提示肝功能損傷,ALP、GGT上升明顯。CORTEZ等[40]和KUMMEN等[41]的研究結(jié)果支持SABINO等[21]的結(jié)論。在不同PSC動(dòng)物模型[常規(guī)飼養(yǎng)(conventional breeding,CV)Mdr2-/-小鼠、無菌(GF)mutltidrug抗藥性基因敲除Mdr2-/-小鼠、Mdr2-/-小鼠]的研究中發(fā)現(xiàn),PSC小鼠組與正常對(duì)照組相比,PSC小鼠腸道菌群組成結(jié)構(gòu)、膽汁酸、肝臟酶學(xué)指標(biāo)均有不同程度的改變,膽汁酸增加導(dǎo)致對(duì)肝臟毒性增加,引起肝功能異常[10-11]。有研究發(fā)現(xiàn),PSC患者中出現(xiàn)了腸道真菌組成的改變,但腸道真菌多樣性的改變是否參與了腸道炎癥的發(fā)生、是否促進(jìn)了PSC的發(fā)病仍需要進(jìn)一步的研究加以證實(shí)[42]。

5 總結(jié)與展望

綜上所述,腸道菌群與膽汁酸在PSC的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用,它們之間的關(guān)系是雙向的,既互相聯(lián)系,又互相影響。目前,PSC發(fā)病機(jī)制仍未完全明了,且病情復(fù)雜、多變,給治療方案的選擇帶來諸多的困難。“膽汁酸-腸道微生物群-膽汁淤積三角”讓我們進(jìn)一步了解了PSC的發(fā)病機(jī)制,為PSC靶向治療提供了一定的理論依據(jù)。國內(nèi)外探討腸道微生物群的改變對(duì)PSC發(fā)生發(fā)展的影響及其機(jī)制的研究已有報(bào)道,但對(duì)PSC膽汁微生物群的改變及其與膽汁酸代謝相互作用的文獻(xiàn)研究尚少,膽汁酸及膽道菌群對(duì)PSC發(fā)生的影響或?qū)⒛転镻SC發(fā)病機(jī)制及診療的研究提供一個(gè)新的思路和方向。