膽汁酸與非酒精性脂肪性肝病的關系

王俊俊, 蔡曉波, 陸倫根

上海交通大學附屬第一人民醫院消化科, 上海 200080

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是全世界最常見的慢性肝病[1]。NAFLD包括廣泛的組織病理學異常,從單純的肝脂肪變到更具有進展性的非酒精性脂肪性肝炎(NASH),其特征是脂肪變、肝細胞氣球樣變和炎癥,通常伴有纖維化、肝硬化和進展為肝癌的風險[2]。早期發現從脂肪變到NASH的轉變,以及更好地了解所涉及的可能機制對治療干預至關重要。

膽汁酸(bile acid,BA)在NAFLD/NASH中的作用越來越得到認可[3]。成年NAFLD患者BA代謝失衡會增加肝損傷的風險。研究[4-5]顯示高脂小鼠模型的BA和NAFLD患者的BA水平及組成較正常對照組有明顯差異。最近Suga等[6]研究顯示飲食誘導的NASH小鼠總循環BA升高,并與纖維化程度密切相關。除了動物模型的觀察結果,人體研究也揭示了與NAFLD相關的BA穩態重要變化,即成年NASH患者血清中的餐后和空腹總BA水平顯著升高,主要是牛磺酸和甘氨酸結合的初級和次級BA增高,且甘氨酸偶聯的初級BA與肝病的嚴重程度密切相關[5,7]。此外,代謝組學研究[8]顯示,與健康對照組相比,單純性脂肪變或NASH個體的BA組成發生了整體變化。既往機制研究認為BA與 NAFLD的發生發展相關,是NAFLD潛在治療靶點,但BA分子種類的多樣性使其與NAFLD之間關系非常復雜。

1 BA合成

BA是膽汁的重要成分,約占膽汁中固體成分的85%[9]。BA是兩親性類固醇分子,包括親水基(羥基和羧基)和疏水基(烷基),這種兩性分子結構使其具有較強的表面活性。BA主要在肝臟中產生,是由肝細胞中膽固醇通過兩種不同、特征明確的代謝途徑合成,即經典途徑(也稱為中性途徑)和替代途徑(也稱為酸性途徑)。在生理條件下,大部分初級BA是由膽固醇7a-羥化酶(cholesterol 7a-hydroxylase,CYP7A1)和氧甾醇12a-羥化酶(sterol 12a-hydroxylase,CYP8B1)啟動的經典途徑產生,負責產生人類90%以上的BA庫;而BA的替代途徑是由氧甾醇27a-羥化酶(sterol-27-hydroxlase,CYP27A1)和氧甾醇7a-羥化酶(sterol 7a-hydroxylase,CYP7B1)主導[10]。初級BA如膽酸(CA)和鵝去氧膽酸(CDCA)在肝臟中的豐度是由CYP8B1決定的,與肝臟中的甘氨酸或牛磺酸結合后通過膽鹽輸出泵分泌到毛細膽管腔中,并在飲食后釋放入腸腔。初級BA通過腸道細菌的解偶聯和脫羥基酶轉化為次級BA,如脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA),以及三級BA如熊去氧膽酸(UDCA)。到達回腸末端后超過95%的BA被重吸收進入門靜脈入肝,剩余的5%通過糞便排出[11]。

BA的調節作用是通過激活特定的受體介導的,包括核受體超家族成員[法尼醇X受體(FXR)、組成性雄甾烷受體、維生素D受體和孕烷X受體]以及G蛋白偶聯受體超家族(TGR5)[12]。在這些受體中,FXR在肝細胞和腸細胞中含量豐富,是調節肝臟和腸道中關于BA合成相關基因表達的最重要受體。FXR主要通過調節BA的合成、代謝、恢復和轉運進而影響BA水平。FXR主要通過3個途徑調節BA腸肝循環:小異源二聚體伴侶(SHP)途徑、小鼠成纖維細胞生長因子15(FGF15)或FGF19途徑和c-Jun N末端激酶(c-Jun N末端激酶,JNK)途徑[13]。相比之下,TGR5在膽管細胞和膽囊上皮細胞中強烈表達,是膽汁分泌的關鍵調節因子,可以調節BA的分泌與重吸收[14]。近期研究[15]顯示TGR5受體通過調節連接黏附分子A的表達和磷酸化調節膽管上皮屏障功能,從而保護肝實質免受膽汁滲漏。其他受體也在肝臟和胃腸系統之外的組織中表達,進而介導BA的全身作用。研究發現BA已成為參與能量、脂質和葡萄糖代謝、細胞增殖、解毒反應以及免疫系統調節的關鍵信號分子,目前被認為是真正的激素,能到達身體的幾乎每個器官以微調代謝功能,其紊亂是代謝性疾病如2型糖尿病、NAFLD和其他代謝綜合征相關疾病的重要驅動因素[16]。

2 BA對體內不同代謝功能的影響

2.1 BA在葡萄糖代謝中的作用 食物攝入是腸道BA釋放、再循環和溢出到體外循環的主要觸發因素。因此BA作為餐后信使,通過多個器官中FXR和TGR5的協調激活來調節全身代謝。全身FXR敲除小鼠表現出胰島素敏感性降低,相反,使用選擇性非甾體FXR激動劑GW4064治療可改善肥胖ob/ob和糖尿病db/db小鼠的胰島素抵抗及葡萄糖穩態,表明胰島素敏感性受FXR受體調節[17]。BA通過FXR依賴性和FXR非依賴性機制抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、葡萄糖6-磷酸酶和果糖1,6-二磷酸酶基因表達來抑制糖異生[18],也可能通過FXR依賴性誘導腸道FGF15/19來間接調節葡萄糖穩態,如FGF15(人源性,FGF19)在肝臟和其他器官中有直接調節糖原代謝作用[19]。BA還可通過TGR5激活胰高血糖素樣肽1(GLP-1)促進胰島素合成和釋放,并通過抑制β細胞凋亡和刺激β細胞增殖來保護胰腺β細胞,減少胰島素抵抗[20]。最近也有研究[21]顯示,TGR5也由胰腺β細胞表達以調節胰島素分泌。因此BA介導的肝臟糖代謝調節是復雜的。

2.2 BA在脂肪代謝中的作用 FXR敲除(FXR-KO)小鼠顯示出肝臟和血漿中的膽固醇和甘油三酯明顯升高[22],給予FXR激動劑可降低db/db小鼠血漿中膽固醇、甘油三酯和游離脂肪酸水平,而對于FXR-KO小鼠無影響[17],說明FXR在調節脂肪代謝中不可或缺。FXR激動劑降低甘油三酯的機制有多種,包括非典型核受體小異二聚體的途徑抑制甾醇調節元件結合蛋白1c(SREBP-1c)[23]和FXR依賴性誘導過氧化物酶體增殖物激活受體a(PPARa)[18,24]。此外FXR還調節與甘油三酯代謝相關的其他幾個關鍵基因,例如微粒體甘油三酯轉移蛋白、極低密度脂蛋白受體、FA轉運蛋白、CD36和載脂蛋白(Apo)CⅡ和CⅢ[24],因此FXR可以通過誘導脂蛋白脂肪酶激活劑ApoCⅡ的表達和抑制脂蛋白脂肪酶活性抑制劑ApoCⅢ的表達來促進血漿極低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯的清除。近期研究[25]顯示FXR激動劑GSK2324激活FXR通過減少吸收和選擇性減少脂肪酸合成以控制肝脂質合成,全面脂質組學分析顯示FXR在小鼠或人類中的激活會特異性降低肝臟中單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的水平。此外,Watanabe等[26]在高脂飲食中補充CA后可激活TGR5信號增強線粒體功能,促進產熱和能量消耗,防止飲食引起的脂肪量增加。

3 BA與腸道微生物的雙向調節

3.1 腸道微生物對BA的影響 腸道微生物與BA之間是雙向調節。BA是腸道細菌平衡的非常重要的調節劑,積極塑造腸道微生物;而BA池也受到腸道細菌的積極調節,微生物將初級BA轉化為次級BA,增加了BA的多樣性,促進BA池的疏水性。研究[27]顯示無菌小鼠或抗生素處理小鼠BA池發生量和質的變化,其特征是BA池大小的整體擴大和BA比例改變。TGR5信號通路特別受微生物組的影響,因為次級BA LCA和DCA的共軛形式是有效的TGR5激活劑。事實上,初級到次級BA的微生物轉化代表了BA 7α-脫羥基化腸道菌群與宿主健康之間最直接的聯系[28]。因此,膳食或藥物干預(如抗生素)可以調節具有7α-脫羥基化活性的腸道細菌比例,從而改變內源性TGR5配體的有效性[29]。微生物還直接影響BA池的大小,如研究顯示微生物群的缺失導致具有FXR拮抗特性的BA積累,牛磺酸-β-鼠膽酸的積累增強了BA的合成和循環[30]。此外鼠李糖乳桿菌GG補充劑通過促進 FXR 激動劑的合成來降低肝臟 BA 水平,從而防止小鼠過度BA積累誘導的肝損傷和纖維化[31]。

3.2 BA對腸道微生物的影響 BA通過直接抗菌作用和FXR誘導的抗菌作用重塑微生物并改變細菌門的比例[28]。低BA水平似乎減少了革蘭陽性菌的數量[32],受腸道細菌影響的次級BA比初級BA更能激活FXR和TGR5[33]。大鼠飼喂BA后,腸道菌群發生了復雜而顯著的變化。高膽酸(5 mmol/kg)飲食顯著改變了腸道微生物組在門水平上的分布,可明顯抑制擬桿菌門和放線菌門[34]。最近有研究[35]表明,奧貝膽酸(OCA)激活FXR可以降低內源性BA水平,增加革蘭陽性菌的比例,表明BA可以動態調節腸道微生物群。因此,BA池的大小和組成似乎是調節腸道微生物密度、群落和結構的一些最重要的宿主因素。

3.3 NAFLD與BA和腸道微生物的關系 高脂飲食喂養除了對腸道微生物群有顯著影響外,還明顯影響著BA池的大小和組成。越來越多證據表明,NAFLD患者原發性和繼發性BA增加,其中FXR拮抗劑DCA增加,而FXR激動劑CDCA減少,此外NAFLD患者腸道中牛磺酸和甘氨酸代謝細菌增加,反映了繼發性BA產生增加[36]。腸道菌群在健康個體和NAFLD患者之間存在顯著差異。腸道菌群的變化可能對肝纖維化、脂肪變和炎癥的進展產生影響[37]。在高脂飲食或遺傳誘導的肥胖小鼠中,使用甘氨酸β鼠李酸抑制腸道FXR信號傳導可預防或逆轉胰島素抵抗和NAFLD,因此FXR信號可塑造腸道微生物群并控制肝脂質代謝[38-39]。糞便微生組的宏基因組特征可用于區分輕度/中度NAFLD和進展期纖維化,對于開發NAFLD纖維化的無創檢測方法很有前景[40]。

4 靶向BA治療NAFLD

4.1 藥物干預 BA通過FXR和TGR5參與了自身代謝以及脂質、葡萄糖和全身能量代謝,BA穩態受損和成分的變化參與NAFLD的發病機制和進展。因此BA受體是主要的藥理學靶點。目前許多FXR激動劑已在NAFLD的臨床試驗中進行了研究[41],其中CDCA半合成衍生物OCA,已被美國食品藥品監督管理局批準作為UDCA無反應或不耐受PBC患者的二線治療[42]。在非肝硬化 NASH 患者中,OCA 治療是有益的,可以減少肝臟脂肪變性、炎癥和纖維化,同時提高胰島素敏感性,然而,FXR 激活也增加了 NASH 患者的總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇,并降低了高密度脂蛋白膽固醇,需要進行長期研究以進一步評估這種血脂異常的臨床相關性[43]。除了OCA外,包括Tropifexor、Nidufexor、EDP305和Cilofexor在內的幾種非甾體FXR激動劑已進入Ⅱ期臨床試驗,并有可能成為NASH、PSC和PBC的新型治療劑。同樣,FGF19 類似物 NGM282 也已在臨床試驗中進行了評估,并在 PSC、PBC和NASH中證明了療效[28]。

4.2 手術治療 除了靶向 BA代謝外,減肥手術常伴隨著循環BA水平的顯著變化,可能是其在肥胖、 NAFLD 和/或 NASH 中具有療效的機制。目前Roux-en-Y胃旁路術(RYGB)、垂直袖狀胃切除術(VSG)和膽汁分流至回腸(GB-IL)是促進患者體質量減輕的外科手術[16]。在FXR-KO小鼠中,VSG手術明顯降低了體質量并改善了葡萄糖耐量,支持了BA-FXR 信號級聯在代謝手術介導作用中的有益作用[44]。減肥手術深刻地改變了人類腸道微生物組。兩種不同類型的減肥手術,即 RYGB和VSG,導致腸道微生物組的長期改變,這些改變調節宿主代謝和脂肪量沉積。從機制上講,手術后循環結合 BA 水平增加與 GLP1 增加以及隨后的葡萄糖和甘油三酯水平降低有關。此外,手術后患者出現明顯的餐后 BA反應,導致 FGF19 水平升高,增強了FXR 信號傳導增加[45]。總之,這些研究表明不同的減肥手術存在不同的分子調節機制。

5 總結和展望

盡管BA-FXR 和BA-TGR5 軸的調節對 NAFLD 具有良好的治療潛力,但BA信號傳導的多個方面仍然未知,且臨床尚無BA類似物或靶向BA信號傳導的藥物用于治療NAFLD。因此,迫切需要更多的研究挖掘BA在NAFLD進展中的相關分子機制,進而轉化在臨床靶向治療中。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：王俊俊負責查閱文獻,撰寫文章;蔡曉波負責文獻審核,修改文章;陸倫根負責擬定寫作思路,指導撰寫文章并最終定稿。