膽汁酸及其受體在非酒精性脂肪性肝病發病機制中的作用及藥物治療的研究進展

邵慧娟,鄭曉鳳,黃 俊,馬學鋒,于曉輝,張久聰

(1.中國人民解放軍聯勤保障部隊第九四〇醫院 消化內科,甘肅 蘭州,730050;2.甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院,甘肅 蘭州,730000;3.蘭州大學第二醫院 消化內科,甘肅 蘭州,730030)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)已成為全球慢性肝病的主要病因[1],非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是NAFLD的一種亞型[2],其特點是伴有細胞死亡、炎癥反應和纖維化。NAFLD的進展與性別、年齡和代謝狀態密切相關,肝內膽汁酸(BA)動態平衡的破壞、先天免疫反應的異常激活及胰島素抵抗是導致非酒精性脂肪肝(NAFL)發展到NASH、肝硬化和肝細胞癌(HCC)的重要原因[3]。目前NASH的治療靶點主要集中于與脂肪變性、炎癥或纖維化有關的核受體激動劑,如法尼醇X受體(FXR)、甲狀腺激素受體-β(TRβ)和過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα),以及腸肝激素類似物,包括胰高血糖素樣肽1(GLP-1)和成纖維細胞生長因子19(FGF19)和成纖維細胞生長因子21(FGF21)。研究[4]表明,天然膽汁酸及其衍生物促進NASH的發展,將膽汁酸或其受體的小分子用于治療NASH的臨床試驗仍在進行[4-5]。本文就膽汁酸的生物學和膽汁酸受體功能的研究進展予以綜述,并介紹膽汁酸或膽汁酸受體及其藥物用于NASH治療的進展。

1 膽汁酸的生理

膽汁酸是膽汁的重要成分,膽固醇在肝臟中通過經典和代替途徑被轉化為兩種主要的初級膽汁酸,膽酸(CA)和鵝去氧膽酸(CDCA),進一步與甘氨酸或牛磺酸形成結合膽汁酸,降低毒性的同時增加水溶性。分泌入腸道的初級膽汁酸在細菌酶的作用下脫氧生成次級膽汁酸,即脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA)及其結合膽汁酸[6]。值得注意的是,在小鼠肝臟中DCA和LCA在細胞色素P450 2A12(CYPA2A12)羥化生成CA和CDCA[7]。另外,膽汁酸的轉運需要蛋白的參與,包括膽鹽輸出泵(BSEP)、多藥耐藥蛋白、腸細胞頂端鈉依賴性轉運蛋白(ASBT)、回腸膽汁酸結合蛋白(IBAT)、有機溶質轉運蛋白α/β(OSTα/β)等,約95%的膽汁酸在回腸遠端被腸細胞主動重吸收,并通過門靜脈輸送到肝臟,其余5%的膽汁酸通過腸道微生物分解排泄[8]。

2 膽汁酸代謝與NAFLD

NAFLD是指從脂肪變性到脂肪性肝炎的一系列異常肝病。非酒精性脂肪肝(NAFL)是由肝細胞內脂肪蓄積增加而導致的良性脂肪肝,20%～30%的NAFL患者可進展為NASH,特征是明顯的小葉炎癥反應和肝細胞膨脹[9]。研究[10]表明,膽汁酸代謝紊亂參與NAFLD的進展,并且NASH患者存在特殊的膽汁酸代謝模式,與健康組相比,NASH患者血漿CDCA、DCA和熊脫氧膽酸(UDCA)濃度升高[11]。此外,NASH患者血漿甘膽酸(GCA)、甘氨酸脫氧膽酸(GDCA)、牛磺膽酸(TCA)、牛磺酸脫氧膽酸(TDCA)和UDCA水平較高[12]。NAFL進展到NASH的特征是初級和次級以及結合和非結合膽汁酸的比率增加[13]。最近研究[14]發現,膽汁酸升高僅見于有顯著胰島素抵抗的NASH患者,因此限制了其作為生物標記物的使用。

3 膽汁酸受體及其在代謝紊亂和NAFLD中的作用

膽汁酸與核受體如FXR、PPARα、維生素D受體以及G蛋白偶聯受體(TGR5)相互作用來調節代謝和炎癥反應,這些膽汁酸激活的受體參與NAFLD的發展過程。

3.1 FXR調節膽汁酸的動態平衡

FXR是首次被報道的膽汁酸激活的核受體,也是膽汁酸穩態的主要調節因子,CDCA是最有效的FXR激動劑[15],而GDCA、TDCA和牛磺酸-β-MCA被認為是FXR拮抗劑[16]。FXR在肝臟和腸道均有表達,其作為膽汁酸的主要感受器,可介導膽汁酸合成的負反饋抑制作用,并維持較低水平的肝內膽汁酸,以防止膽汁淤積性肝損傷。此外,FXR還具有調節膽汁酸腸-肝循環的重要作用。在肝臟中,FXR抑制肝竇細胞膜上膽汁酸轉運體NTCP和OATPs的表達,并誘導膽鹽輸出泵將膽汁酸輸送到膽汁中,維持肝細胞內膽汁酸的低水平。在腸道中,FXR抑制介導膽汁酸重吸收的ASBT,誘導IBAT、OSTα和OSTβ的表達,控制膽汁酸重吸收,可防止膽汁酸在腸道內積聚,維持腸道屏障功能。位于肝臟和腸道的FXR共同作用,減少膽汁酸的合成和重吸收,以避免膽汁淤積[17]。

3.2 FXR與NAFLD

3.2.1 FXR與肝臟中糖和脂質代謝：FXR信號通路主要參與脂肪代謝、血糖穩態及NAFLD的進展[18]。FXR缺失的小鼠出現肝脂肪變性、肝細胞內脂滴蓄積、糖代謝紊亂和血脂水平升高,DENG W Y等[19]證實在FXR敲除細胞中丙酮酸脫氫酶激酶4(PDK4)的表達增加,抑制PDK4的表達可減輕FXR缺乏引起的肝細胞脂質蓄積,因此,FXR可通過PDK4來調節糖脂代謝平衡。另外,FXR和小異源二聚體(SHP)參與調節肝臟糖脂代謝,部分是通過抑制微小RNA(microRNA)-802的表達,FXR誘導的SHP對miR-802的抑制在NAFLD中失調,導致miR-802的水平升高,從而發生脂肪肝[20],FXR-SHP-miR-802可能為治療NAFLD潛在的新靶點。

3.2.2 FXR與肝臟炎癥、纖維化：FXR在肝臟炎癥和纖維化中發揮重要作用[21],FXR的激活可通過泛素化[22]、增加NF-κB來抑制蛋白IκBα的水平、抑制p65核轉位的伴侶蛋白[23]、增加抗炎的二十碳三烯酸或減少炎性介質白三烯的產生[24]來拮抗肝臟中NF-κB通路誘導的炎癥反應。除了典型的配體結合激活外,FXR與NLRP3、caspase 1相互作用,抑制膽汁淤積相關的炎性小體激活[25]。肝臟炎癥促使肝星狀細胞(HSC)活化,肝星狀細胞中FXR的激活通過不同的機制減輕肝纖維化。FXR激活可誘導HSC表達SHP,并降低HSC對轉化生長因子β的反應性,還可降低轉化生長因子β及其受體(TGFR βR2)的表達[26]。

3.2.3 FXR與細胞凋亡、自噬：細胞凋亡是慢性肝損傷的標志,并與肝纖維化和炎癥的發生直接相關。為了維持機體平衡,肝臟主要通過死亡受體(DRS)介導細胞凋亡來清除受損的肝細胞。研究[27]表明肝細胞過度凋亡會放大炎癥損傷,并促進纖維化的發展。FXR與細胞質中的caspase 8相互作用,抑制死亡受體(DRS)參與的細胞凋亡,來減輕小鼠的急性肝損傷和慢性肝纖維化[28]。FXR-CyP4f軸還可降低細胞內1-脫氧神經鞘糖脂水平,保護肝細胞免受其誘導凋亡[29]。自噬可以清除多余的脂滴,調節脂質的動態平衡,抑制自噬可減少甘油三酯(TG)的降解,導致脂質的過度蓄積[30]。研究[31]發現,脂肪酸(FA)抑制自噬,自噬又通過減少TG的分解來降低細胞內游離FA水平,FXR-CREB軸是調節FA誘導自噬的關鍵點。FXR的藥物激活降低了禁食小鼠的自噬能力,敲除FXR減弱了進食狀態的自噬抑制,其機制為激活的FXR通過抑制CREBP(可上調自噬基因)的轉錄活性來阻止自噬,在進食或藥物激活時,FXR通過破壞CREBP及其共激活蛋白CREBP調節的轉錄共激活因子2(CRTC2)之間的相互作用來介導自噬的抑制[32]。研究已經證明,FXR直接與調控自噬基因的啟動子區域結合,導致其轉錄抑制,PPARα也可與這些位點結合并通過禁食被激活。PPARα也可誘導自噬基因的表達,該作用被可FXR抑制。因此,這兩個因子通過競爭性結合自噬基因啟動子上的共同位點并相反地調節自噬活性[33]。

3.3 過氧化物酶體增殖物激活受體PPARα

PPAR是核受體超家族中的配體激活的轉錄因子,PPAR有3種亞型,PPARα、PPARβ/δ和PPARγ,其中PPARα表達最廣泛,參與調節脂肪酸轉運、β氧化和酮的生成及肝臟脂質代謝[34]。更重要的是,PPARα在人體肝臟中起抗炎作用。研究[35]表明,PPARα通過上調長的非編碼β基因Gm15441來被激活,進而抑制炎性小體NLRP3的激活、促炎因子IL1β的成熟。在高脂誘導的肥胖中,肝臟PPARα的缺失會促進炎癥反應和高脂血癥[36]。以PPARα為靶點治療NAFLD可減少肝細胞脂質蓄積、促進TG氧化、抑制肝臟炎癥,并抑制肝纖維化發展[37]。PPARα選擇性激動劑培馬貝特被證明顯著改善了NASH模型小鼠的肝細胞氣球樣變、NAFLD炎癥和纖維化的標志物,但未減少肝細胞中TG的蓄積,其機制是通過與肝竇內皮細胞的相互作用來減少HSC的募集[38]。

3.4 維生素D受體(VDR)

VDR是腸道膽汁酸感受器的一種,也是次級膽汁酸LCA的受體。VDR激活會抑制Th1、促進Th2細胞因子產生[39],減弱對效應T淋巴細胞的應答,抑制炎癥反應發生。研究[40]發現補充VitD可通過激活VDR對高脂飲食(HFD)誘導的NAFLD起到保護作用,肝臟特異性VDR敲除加重了HFD誘導的肝細胞脂肪變性,HFD導致VDR表達代償性增加,并與HNF4相互作用,保護肝臟免受脂肪蓄積的損害。VDR基因的廣泛敲除減少了HFD相關小鼠的肝脂肪變性[41],由于VDR在各種組織中廣泛表達,VDR的敲除可引起機體系統變化,因此,VDR的整體敲除可能不是探討肝臟VDR對NAFLD影響的最佳模型。值得注意的是,除了VitD外,VDR還可以與其他配體如膽汁酸相互作用,其表達可被脂肪酸和胰島素誘導,此外,肝巨噬細胞和星狀細胞中VDR的激活可減輕肝臟炎癥和纖維化,肝實質細胞中VDR的激活可加速脂質蓄積[42]。因此,在評估VDR作為NASH治療潛在藥物靶點的有效性時,必須考慮VDR配體的多樣性以及VDR激活的細胞類型特異性。

3.5 G蛋白偶聯膽汁酸受體1(TGR5)

TGR5是一種細胞表面受體,參與多種代謝途徑。研究[43]發現TGR5在NASH的人體內和小鼠的肝組織中表達均減少,TGR5可減輕NASH中肝脂肪變性和炎癥,并抑制炎性小體NLRP3介導的M1巨噬細胞極化。激活TGR5可以保護肝臟免受膽汁酸超載的影響[44],抑制肝纖維化和炎癥反應[45]。XIE G X等[46]研究發現,給予小鼠12α-OH膽汁酸如TDCA和GDCA,可通過TGR5介導的p38絲裂原活化蛋白激酶和ERK1/2信號通路顯著誘導HSC的增殖和纖維化。

4 膽汁酸或受體的NASH治療藥物

4.1 FXR激動劑

乙酰膽酸(OCA)是一種選擇性的FXR激動劑,是CDCA的衍生物,在臨床中已被證明可改善NASH患者的肝功能,在第2階段研究中,OCA改善了NASH患者的纖維化[47]。Regenerate的第3階段試驗顯示,在OCA治療18個月,患者的肝纖維化改善程度超過了1級(OCA 10 mg和25 mg組分別為18%和23%,安慰劑組為12%),與安慰劑組相比,OCA治療組中癥狀未加重的NASH患者占比更高,減輕了肝小葉的炎癥反應和肝細胞腫脹,并促進轉氨酶下降[48-49]。然而,OCA也有嚴重的副作用,如劑量依賴性瘙癢和低密度脂蛋白升高[47],這可能是由于其選擇性較低從而限制了OCA的臨床應用。

ITG是一種非固醇類FXR選擇性激動劑,體外實驗表明其對NAFLD小鼠具有治療作用。ITG可改善不含膽堿飲食喂養的小鼠和四氯化碳處理小鼠的肝脂肪變性、炎癥和纖維化,與OCA不同的是,ITG可通過FXR的部分激活減輕膽管結扎誘導小鼠的膽汁淤積性肝損傷和纖維化[50]。另外,Cilofexor 在不改變血脂的情況下可顯著改善肝脂肪變性、血清膽汁酸水平和肝臟生化指標,在Ⅱ期隨機對照試驗中,服用Cilofexor 100 mg的NASH患者在24周后與安慰劑相比,39%的患者肝脂肪含量可降低30%[51]。

4.2 FXR拮抗劑

人體內的GUDCA和小鼠體內的T-βMCA是天然的FXR拮抗劑,但會被BSHs(膽鹽水解酶)迅速水解,降低其抑制作用。Gly MCA是T-βMCA的衍生物,選擇性作用于腸道對抗BSH的水解作用,改善NAFL小鼠的脂肪蓄積[52]。另外,研究[53]發現Tempol、二甲雙胍和茶堿可降低腸道細菌豐度,咖啡酸苯乙酯可直接抑制BSH的活性,減少膽汁酸的水解,并提升內源性FXR拮抗劑的水平。然而,這種拮抗劑只能作用于腸道,否則會抑制肝臟FXR,導致膽汁淤積和HCC[54]。

4.3 FXR和TGR5的雙激動劑

INT-767為FXR-TGR5的雙激動劑,在一項治療高脂飲食誘導的NASH大鼠肝損傷模型中,INT-767通過上調FXR水平并恢復肝臟代謝中其靶基因的失調,可阻止高脂飲食誘導的肝脂肪變性、炎癥和纖維化的進展,INT-767也通過抑制TNF-α和NF-κB信號通路來減弱促炎反應,此外,在FXR缺失小鼠中,INT-767在抑制NASH進展方面幾乎不起作用,但在TGR5缺失小鼠中仍然存在,這表明雙激動劑INT-767在抑制高脂飲食誘導NASH的進展,是以FXR依賴性、TGR5非依賴性機制介導的[55-56]。

4.4 其他治療

NGM282是成纖維細胞生長因子19(FGF19)的類似物,HARRISON S A等[57]研究發現NGM282治療NASH患者12周后,可顯著降低肝脂肪含量,在為期24周的Ⅱ期臨床試驗中,NGM282 顯著改善NASH患者的纖維化進展[58]。目前一些中草藥被證明對治療NAFLD有效[59],LZG通過PPARα信號通路改善NAFLD小鼠或細胞模型的脂代謝,抑制炎癥反應[60]。RSV是一種多酚化合物,HUANG Y J等[61]研究發現RSV通過PKA/AMPK/PPARα途徑改善脂代謝和氧化還原的動態平衡,從而對高脂誘導的NAFLD產生保護作用。LNT對肝損傷和HCC患者具有保護作用,DU T Y等[62]研究發現,LNT可能通過激活PPARα減輕肝脂肪變性,減少氧化應激和細胞凋亡的發生。水飛薊賓通過激活PPARα,抑制脂肪酸合成酶和乙酰輔酶A羧基酶α的表達,減少脂質的蓄積,而GW6471(PPARα拮抗劑)可抑制水飛薊賓作用,與PPARα發揮對NAFLD的保肝作用。值得注意的是,水飛薊賓作為PPARα的部分激動劑,與非諾貝特(PPARα激動劑)聯合應用可減弱非諾貝特的降脂作用[63]。

5 小結及展望

綜上所述,NAFLD是一種具有復雜全身代謝異常的異質性疾病,膽汁酸代謝變化參與NAFLD疾病發生、發展的始終,促炎細胞、肝星狀細胞的激活和肝纖維化尚不完全清楚。目前臨床研究表明膽汁酸受體激動劑如OCA是治療NAFLD的有效藥物,但仍有許多挑戰需要克服,如FXR/TGR5的組織選擇性及其代謝的副作用,需要更大樣本量的臨床數據來證實有效性和安全性。由于NAFLD發病機制的特殊性,建議多靶點治療,特別是FXR激動劑與血脂調節劑、胰島素增敏劑聯合應用來調節糖脂代謝。