肠道顶端钠离子/胆汁酸转运体及其相关疾病研究进展

王翰瑜　陈胜良

上海交通大学医学院附属仁济医院消化内科　上海市消化疾病研究所(200001)

肠道顶端钠离子/胆汁酸转运体及其相关疾病研究进展

王翰瑜*陈胜良#

上海交通大学医学院附属仁济医院消化内科上海市消化疾病研究所(200001)

Microbiota;Gut-Liver Axis

胆汁酸为胆固醇代谢产物，是胆汁的重要组分，在脂类的消化、吸收中起十分重要的作用。胆汁酸的肠肝循环是胆汁酸代谢的关键环节，由高效、复杂的转运系统精密调控。顶端钠离子/胆汁酸转运体(apical sodium-dependent bile acid transporter, ASBT)是胆汁酸转运环节中重要的回肠胆汁酸转运体，本文就其表达调控以及相关疾病的研究进展作一综述。

一、胆汁酸的肠肝循环

胆固醇在肝细胞中经胆固醇7α-羟化酶(cholesterol 7α-hydroxylase, CYP7A1)催化生成7α-固醇，后者经固醇核的还原、羟化、侧链的断裂和加辅酶A、脱水等反应，生成游离型初级胆汁酸——胆酸和鹅脱氧胆酸，两者进一步与甘氨酸或牛磺酸结合生成结合型初级胆汁酸，初级胆汁酸进入肠道，协助脂类物质的消化、吸收。在回肠和结肠上段细菌的作用下，结合胆汁酸水解释放出游离胆汁酸，进而发生7位脱羟基，形成次级胆汁酸(胆酸转变为脱氧胆酸，鹅脱氧胆酸转变为石胆酸)。肠道中的各种胆汁酸约有95%被肠壁重吸收，未被重吸收的胆汁酸(主要为石胆酸)随粪便排出。由肠道重吸收的胆汁酸(包括初级和次级胆汁酸、结合型和游离型胆汁酸)均由门静脉进入肝脏，在肝脏中，游离型胆汁酸再次转变为结合型胆汁酸，随胆汁排入肠腔，此过程称为 “胆汁酸的肠肝循环”。人体每天产生胆汁酸0.2~0.6 g，总胆汁酸池共3~5 g，通过肠肝循环重吸收的胆汁酸可达30 g/d。因此，肠肝循环可使有限的胆汁酸最大限度地发挥作用，以满足人体对胆汁酸的生理需要。

胆汁酸在肠道中的转运有两种方式——主动运输和被动运输[1]。被动运输发生于小肠和结肠，是未结合的胆汁酸和胆汁酸的甘氨酸结合物重吸收的主要方式；主动运输主要发生于回肠末端，此部位所有类型的胆汁酸都通过这一机制进行运输，但速率不同，结合型胆汁酸的转运效率远高于非结合型胆汁酸。在人体中，主动转运是胆汁酸完成重吸收的主要方式[2]，由位于回肠刷状缘侧的ASBT以及基底膜面的有机溶质转运体(organic solute transporter, OST)α/OSTβ所介导。

二、ASBT的结构、分布和表达调控

1. ASBT的结构和分布：人类ASBT是由348个氨基酸组成的糖蛋白，具有7个跨膜区，羧基端位于胞质内，含糖基化位点，氨基端位于细胞外。ASBT编码基因SLC10A2定位于染色体13q33，DNA序列全长约24 kb，含有6个外显子[3]。ASBT分布于肠道、肾近曲小管、胆管等组织的上皮细胞顶端膜，在肠道中最主要的表达部位是回肠末端[4]。ASBT为严格依赖于Na+的胆汁酸转运体，在Na+沿离子浓度进入细胞的驱动下完成对胆汁酸的转运，Na+与胆汁酸的转运比例为2∶1。ASBT具有严格的底物特异性[5-6]，其底物包括胆酸、脱氧胆酸、鹅脱氧胆酸、熊脱氧胆酸以及它们与甘氨酸、牛磺酸的结合物，ASBT几乎不转运硫酸化和葡萄糖醛酸化胆汁酸。

2. ASBT的表达调控：尽管ASBT的具体分子调控机制尚不明确，但大量实验研究表明胆汁酸、胆固醇、激素等对其表达均有调控作用。

胆汁酸对ASBT的调控：胆汁酸对ASBT表达的调控作用尚存在争议，有关胆汁酸诱导、抑制或不影响ASBT表达的实验结果均有报道，此种差异可能是由各实验检测ASBT表达的方法、实验中给予胆汁酸的剂量、方式不同等所造成。Lillienau等[7]发现，以富含牛磺胆酸的饲料喂饲豚鼠可致牛磺熊脱氧胆酸吸收效率明显下降，提示了胆汁酸对主动转运的负反馈调节作用。在大鼠和小鼠模型中，研究[8]表明胆汁酸可通过与核受体超家族成员法尼醇X受体(farnesoid X receptor, FXR)结合，诱导小分子异源二聚体伴侣(small heterodimer partner, SHP)表达，而SHP可抑制对ASBT具有关键转录调控作用的肝受体同源物-1(liver receptor homo-logue-1, LRH-1)，从而对ASBT发挥负反馈调节作用。在人体中，应用人结肠上皮细胞株Caco-2和回肠活检标本的体外实验证实，胆汁酸对ASBT的调控存在多条不同途径，其中一条为胆汁酸通过FXR-SHP途径拮抗维甲酸受体/维甲酸X受体(retinoic acid receptor/retinoid X receptor, RAR/RXR)的作用以抑制ASBT转录[9]。Sinha等[10]的研究提示的胆汁酸介导ASBT转录抑制的途径为：胆汁酸与FXR结合后诱导产生成纤维细胞生长因子-19(fibroblast growth factor-19, FGF-19)，FGF-19与肠上皮细胞膜上的受体FGFR4/β-Klotho形成复合体，进而通过减少SHP降解而拮抗LRH-1或RARα，下调ASBT表达。相反，Duane等[11]的研究发现胆汁酸可通过表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)和MAPK/ERK级联反应途径作用于位于ASBT启动子区域的激活蛋白-1(activated protein-1, AP-1)反应元件，上调ASBT的转录。综上，生理条件下胆汁酸对ASBT的调控机制仍有待探索。

胆固醇对ASBT的调控：有研究者就胆固醇对ASBT的影响进行了探讨，结果提示在小鼠和人体中，胆固醇似可负反馈调节ASBT表达，其机制为非FXR依赖性，可能是由转录因子SREBP-2和肝细胞核因子-1α(hepatic nuclear factor-1α, HNF-1α)共同作用所致[12-13]。

此外，尚有研究[14]发现外源性糖皮质激素与其受体结合后可激活ASBT启动子序列中的糖皮质激素受体反应元件，进而增强其转录、表达。

三、ASBT相关疾病

考虑到ASBT在胆汁酸转运中的重要作用，很多研究者就其与胆汁酸相关肠道炎症、肿瘤、肠道分泌、运动和感觉功能、肠道微生态、肠-肝轴等的关系作了相关探索。

1. ASBT与肠道炎症：研究发现回肠炎症与胆汁酸吸收障碍密切相关。Stelzner等[15]构建的急性末端回肠炎动物模型提示炎症可严重损害胆汁酸在末端回肠的主动转运，亦有不少研究发现克罗恩病(Crohn’s disease, CD)患者存在胆汁酸重吸收减少、粪便中胆汁酸含量增多的现象，这可能是引起患者腹泻症状的主要原因。一些研究比较了CD患者与正常人群的末端回肠ASBT表达情况，发现前者表达水平较后者明显降低[14,16]。推测其原因可能为：在肠道炎症背景下，促炎细胞因子如白细胞介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-6等对ASBT表达起抑制作用。Neimark等[17]对炎症因子抑制ASBT表达的具体机制进行了探讨，该研究应用结肠上皮细胞株Caco-2、小肠上皮细胞株IEC-6等进行一系列实验，发现人和鼠ASBT启动子区域存在上、下游2个AP-1反应元件，上游AP-1与c-Jun/c-Jun结合，上调ASBT表达，下游AP-1与c-Fos/c-Jun结合，下调ASBT表达；而IL-1可诱导c-Fos和c-Jun，进而抑制ASBT表达。

2. ASBT与肠道肿瘤：过多的胆汁酸尤其是次级胆汁酸与肠道黏膜接触，被认为是结肠肿瘤发生的危险因素之一。胆汁酸的致癌机制为：胆汁酸诱导活性氧和活性氮产生，致结肠细胞DNA损伤、部分细胞凋亡，存活的结肠细胞进行损伤修复，其中未能完全修复的细胞因继续错配复制而致突变蓄积，这些细胞经长期作用而选择性存活，具有较强的抗凋亡能力，因而具有癌变潜能[18]。Dawson等[19]比较了ASBT缺陷小鼠与野生型小鼠粪便中的胆汁酸含量，发现前者较后者明显增高，为肠道胆汁酸转运体改变致肠肝循环障碍可能促进结肠肿瘤发生提供了一定实验依据。一些研究对人类ASBT编码基因SLC10A2多态性与结肠腺瘤、结肠癌的关系进行了探讨，发现SLC10A2-169位点突变杂合子CT基因型携带者罹患结肠腺瘤的风险是野生型CC基因型携带者的2倍[20]；然而在散发和家族性结肠癌中，尽管SLC10A2可能与肿瘤形成的早期阶段有一定联系，但并非肿瘤进展的主要危险因素[21]。

3. ASBT与肠道分泌、运动和感觉功能：肠腔内胆汁酸浓度与肠道功能关系密切。结肠内胆汁酸减少，如胆道淤积性疾病或因治疗高脂血症而使用胆汁酸螯合剂后，患者常出现便秘症状。相反，炎症性肠病或胆囊切除术后患者肠腔内胆汁酸含量增加，往往伴随腹泻。胆汁酸作为重要的信号分子，对肠道分泌、运动和感觉功能均至关重要。胆汁酸可通过激活腺苷酸环化酶增加黏膜通透性，通过抑制胞膜顶端Cl-/OH-交换等途径增加结肠上皮分泌。除促分泌所致的促动力作用外，还有证据表明，无论是初级还是次级胆汁酸，都可通过胆汁酸的直接作用调节结肠运动[22]，但具体机制尚不清楚。最近有研究指出，ASBT对肠道运动的作用可能涉及一个关键的胆汁酸受体——G蛋白耦联胆汁酸受体(G protein-coupled bile acid receptor 5, TGR5)，该受体介导了胆汁酸对结肠的促动力作用。Alemi等[23]发现TGR5敲除小鼠结肠运动和排便频率明显低于野生型小鼠，并指出TGR5广泛表达于肠嗜铬细胞和内在初级传入神经元，胆汁酸与TGR5结合后，可刺激5-羟色胺(5-HT)和降钙素基因相关肽(CGRP )产生，促进结肠蠕动。此外，尚有一些研究关注于胆汁酸与肠道敏感性的关系。新近Bajor等[24]的研究显示，部分肠腔内胆汁酸浓度较高的肠易激综合征患者，直肠扩张试验的疼痛阈值亦较高，表明胆汁酸可降低肠道敏感性。然而Bampton等[25]却发现胆汁酸可增加肠道敏感性，因此两者间的相关性仍有待进一步探索。鉴于胆汁酸与肠道功能之间的密切联系，目前已研发出针对肠道胆汁酸转运体的新型药物，如Elobixibat为ASBT抑制剂，可通过减少胆汁酸重吸收、增加结肠内胆汁酸含量发挥促分泌和促动力作用，从而改善慢性便秘症状[26]。

4. ASBT与肠道微生态：越来越多的研究提示胆汁酸代谢紊乱与肠道微生态失衡对肥胖、糖尿病等代谢性疾病以及包括胃肠道肿瘤在内的消化系统疾病的发生、发展起一定促进作用[27]。胆汁酸本身可影响宿主肠道菌群组成，近年来，也有一些研究试图探索肠道微生态与肠道胆汁酸转运体之间的关系。Miyata等[28]的研究发现，经氨苄西林处理的小鼠与对照组小鼠相比，肠道菌群数量显著减少，ASBT mRNA和蛋白表达水平以及粪便中的胆汁酸含量显著增加，由此认为初级胆汁酸需经肠道细菌的生物转化作用才能转变为次级胆汁酸。经氨苄西林处理的小鼠肠道菌群数量减少，影响了由肠道微生物介导的生物转化过程，进而改变肠腔内胆汁酸 组分，导致ASBT表达上调，总胆汁酸含量增加。此外，Annaba等[29]发现致病性大肠杆菌可使Caco-2细胞ASBT表达水平下降，并推测其可通过酪氨酸去磷酸化影响ASBT功能，使胆汁酸转运速率下降。由此可见，除胆汁酸与微生物之间的直接相互作用外，肠道菌群还可通过影响胆汁酸转运改变胆汁酸稳态。

5. ASBT与肠-肝轴：近年来，基于肠道与肝脏生理功能的联系以及肠、肝疾病共患的临床现象所提出的“肠-肝轴”概念逐渐引起研究者的重视，并由此提出了一些临床治疗的新思路，如补充益生菌、益生元制剂可用于治疗由饮食不平衡引起的代谢性疾病和非酒精性脂肪性肝病。随着高糖、高脂饮食方式的普及，肥胖和糖尿病人群逐年增加，这类人群正是罹患肝脏和肠道肿瘤的高危人群。胆汁酸代谢与糖脂代谢密切相关，胆汁酸又与肠道微生态交互作用，越来越多有关胆汁酸与代谢性疾病关系的研究证据显示，肥胖和糖尿病人群存在胆汁酸稳态破坏和肠道微生态失衡，这两者可能是肠、肝炎症和肿瘤发生、发展的重要促进因素[27]。研究[30]发现，ASBT缺陷小鼠血浆三酰甘油水平明显降低，予高脂肥胖小鼠模型使用ASBT抑制剂可显著降低其血脂、血糖水平。由此可见，作为胆汁酸肠肝循环中的重要枢纽，ASBT可为机体糖脂代谢的调节提供新的靶点，并可能由此使肠、肝疾病患者获益。

四、结语与展望

综上所述，肠道ASBT对于维持机体胆汁酸稳态具有重要意义，因其与肠道炎症、肿瘤、肠道分泌、运动和感觉功能、肠道微生态、肠-肝轴等息息相关而有望成为相关疾病新的治疗靶点。对ASBT调控机制以及相关疾病的深入研究，将可能为这些疾病的新药研发和新的临床治疗方向的开拓提供指导。

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(2014-12-15收稿；2014-12-29修回)

摘要胆汁酸在脂类的消化、吸收中起十分重要的作用。顶端钠离子/胆汁酸转运体(ASBT)位于回肠刷状缘侧，发挥重吸收胆汁酸的作用，对于维持机体胆汁酸稳态具有重要意义。近年来，关于ASBT的表达调控及其与肠道炎症、肿瘤、肠道分泌、运动和感觉功能、肠道微生态、肠-肝轴等关系的研究提示其在一些消化道疾病中发挥重要作用，有望成为这些疾病新的治疗靶点。本文就相关研究进展作一综述。

关键词胆酸类；顶端钠离子/胆汁酸转运体；炎症；肿瘤；微生态；肠-肝轴

Advances in Study on Intestinal Apical Sodium-dependent Bile Acid Transporter and Related DiseasesWANGHanyu,CHENShengliang.DivisionofGastroenterologyandHepatology,RenJiHospital,SchoolofMedicine,ShanghaiJiaoTongUniversity;ShanghaiInstituteofDigestiveDisease,Shanghai(200001)

Correspondence to: CHEN Shengliang, Email: chenslmd@163.com

AbstractBile acids play critical roles in the solubilization and absorption of lipids. The ileal apical sodium-dependent bile acid transporter (ASBT) located at the enterocyte brush border is responsible for the reuptake of bile acids and the maintenance of bile acid homeostasis. Recently, great success has been made in understanding the relationship between ASBT and intestinal inflammation, tumorigenesis, secretion, motility, sensation, gut microbiota, and gut-liver axis in addition to its expression regulation, which implicates ASBT as a contributor of some gastrointestinal diseases and a promising new therapeutic target for these diseases. In this review article, the advances in study on above-mentioned issues were summarized.

Key wordsCholic Acids;Apical Sodium-Dependent Bile Acid Transporter;Inflammation;Neoplasms;

通信作者#本文，Email: chenslmd@163.com

DOI:*Email: whywanghanyu1990@163.com