FXR -FGF19肠肝轴：一种新的肝属性

马振增　陆伦根

200080　上海　上海交通大学附属第一人民医院消化科



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FXR -FGF19肠肝轴：一种新的肝属性

马振增陆伦根

200080上海上海交通大学附属第一人民医院消化科

肝实质细胞死亡或者部分肝叶切除后，触发肝脏异常强大的再生能力，当肝脏受到内外源性毒素的损伤时，这种再生能力可以保护肝脏，从而保持全身代谢稳定[1]。多年来，发现了很多参与肝脏再生的起始和终止的化学物质，Nelson Fausto将这些相互关联的通路分三类，细胞因子、生长因子和代谢网络[2]。关于这些化学物质的知识，大部分来自于动物模型中进行部分肝叶切除、肝细胞移植、肝脏移植的实验。研究发现肝细胞具有几乎不受限制的克隆潜能及增殖能力，也发现肝脏再生能力与部分肝叶切除情况下切除的肝脏质量成正比，移植肝脏的体积大小调整(如增大或者缩小)与受试者体积的大小相关，这些发现预示着有一种密切控制成人肝脏生长和终止的机制存在，也就是肝属性(hepatostat)，或者特殊的维持适当肝脏体积大小的感受器[1]。考虑到肝脏在全身代谢中的基本功能，肝属性可能至少部分功能包含在代谢网络中，在这一前提下，胆汁酸日益被认为是肝脏再生调节的关键因素，并成为调节肝属性的引人注目的因素。在啮齿类动物和人类，部分肝脏切除后短时间内全身及肝脏内胆汁酸水平增高，胆汁酸肠肝循环的调整明显影响着肝脏的再生[4]。早期的实验也显示喂养富含胆汁酸的食物可以诱发肝细胞增殖及肝脏生长[4-5]。对比而言，胆汁酸水平需要被精细的调整以免其过度增高和产生肝脏毒性作用。正如最初在肝叶切除的无法尼酯X受体(FXR)的小鼠中证明的那样，FXR是胆汁酸代谢级联反应的中心转录感受器[6]。肠细胞和肝脏高度表达FXR[7]。在肠道内主要FXR靶基因是纤维母细胞生长因子15(FGF15,人类为FGF19)，一旦受到胆汁酸刺激FGF15由肠因子(enterokine)分泌并进入门静脉血液。FGF15/19到达肝脏后，活化了位于肝细胞基底膜侧的二聚体FGFR4/β- KLOTHO，其抑制胆固醇7-α羟化酶(CYP7A1)胞内通路，CYP7A1是胆汁酸合成的限速酶[8]。通过肠内FXR/FGF15的活化降低胆汁酸的合成，即使当FXR从肝脏脱离时，也可以保护肝脏免于胆汁淤积性损伤[9]。事实上FGF15/19以一种复杂的机制抑制肝细胞CYP7A1表达。如FXR，FGF15/19也依赖于转录抑制因子小异二聚体伴侣分子[SHP]发挥作用，但是FGF15/19没有改变SHP蛋白水平或者它在CYP7A1启动子上的位置，提示有其他因素与SHP复合体相互作用[10]。通过感应转录因子FoxM1b，FXR在肝脏中似乎直接促进肝细胞增殖[6]。对比而言，当FGF15结合到FGFR4/β- KLOTHO复合体时，可以减少胆汁酸的负荷和肝叶部分切除后的损伤，推断其通过上调FoxM1b而不是其他增殖基因促进肝脏再生，提示FoxM1b也可以通过FXR被活化[11,12]。总之，这些发现指出胆汁酸-法尼酯X受体-纤维母细胞生长因子15轴(BA-FXR-FGF15 axis)在调节肝脏生长过程中的重要作用。有趣的是当肝脏急性胆汁淤积时，或者在某些胆汁淤积的情况下，FXR的表达被下调[11-13]，这一结果可能表明进化防止肝脏过度生长的适应性机制。Naugler等人应用人源化肝脏的实验性小鼠模型，为胆汁酸在肝属性调节中作为关键因素提供了有力的事实论据。

具有人源化肝脏的小鼠模型是一种嵌合模型，在这个模型中动物被移植入具有广泛增殖活性肝组织的人类肝细胞[15]。这些模型中的一种，叫免疫缺陷性Fah-/-, Rag2-/-, Il2r-/-, NOD 小鼠，或者FRGN小鼠，在这类小鼠中，通过可诱导的鼠类自杀性肝细胞遗传缺陷，有利于移植的人源性肝细胞增殖。Markus Grompe等描述CYP7A1在伴随着胆汁酸池显著升高的移植的增殖性人肝细胞中过表达[16]，一旦应用重组型FGF19后，这一情况被逆转，提示移植的人肝细胞对鼠FGF15(FGF15在这种模型中被升高)不敏感，但却保留着对人肠因子反应的能力。这一研究结果结合在嵌合鼠中观察到增长的肝脏体积，Naugler等研究肝叶部分切除过程中缺乏潜在的诱导混合性信号的情况下，进一步验证和支持胆汁酸对肝脏生长的作用。

随后研究者通过引入FGF19基因与其调节域产生了FRGN小鼠的转基因种系，修复了这些小鼠的胆汁酸池生理性调节[14]，将人肝细胞移植入FRGN19+小鼠和对照的FRGN小鼠中，四个月后，通过人肝细胞的肝脏增殖完成。在肠内FRGN19+小鼠FGF19mRNA低水平表达，正常情况下血清中不能检测出FGF19蛋白，但是胆汁酸注入引起了FGF19显著表达，正如当初预测的一样这些小鼠对胆汁酸信号做出反应。既往认为正常情况下FGF19仅表达于肠，因此胆汁淤积性肝病的病人FGF19特异性表达上调[13]。在本研究中，通过胆管结扎诱导胆汁淤积，有趣的是人源化的FRGN19+小鼠开始在肝脏转录FGF19。值得注意的是免疫定位发现了肠因子非实质的表达模式，表明即使在胆汁淤积的情况下，人肝细胞也不表达FGF19。

与以前发现用FGF19处理FRGN小鼠，在FRGN19+小鼠中肝脏CYP7A1的过表达被纠正的结果相一致，这一反应伴随着总胆汁酸池量的调整。这一研究结果也与在其他小鼠模型中观察到的应用FGF19 或 FGF15处理后降低CYP7A1的表达和胆汁酸水平相一致，证明了肠因子在胆汁酸代谢调节中起到关键作用[9,11]。有趣的是，在FRGN19+小鼠中，具有人肝细胞的肝脏增殖的大小只有FRGN小鼠的1/3，并且这种结果不是由于两个种系之间的增殖比例不同引起的。综上所述，这些发现为肝脏生长受胆汁酸池大小调节的假设提供了证据(图1)。不过为了进一步证实本实验模型的结论，应该通过一种可选择的方法，例如用螯合树脂喂养这些动物，研究移植性FRGN小鼠中胆汁酸池缩小对肝脏生长的影响[11]。

图1BA-FXR-FGF19 hepatostat。在通过CYP7A1上调肝脏胆汁酸合成，增加了胆汁酸池的情况下，观察到肝脏的体积及重量也增加。当BA-FXR-FGF19肠肝轴正常工作时，肠内胆汁酸通过活化位于肝细胞基底膜侧的FGFR4/β- KLOTHO复合体诱导肠enterokineFGF19表达，从而抑制胆固醇7-α羟化酶(CYP7A1)表达，减少了胆汁酸池、肝脏重量、肝脏的体积。

与肝脏体积的增加相一致，移植性FRGN小鼠肝脏的肝细胞增殖显著高于FRGN19+小鼠。转录组分析也显示，在增殖性FRGN肝脏中，DNA合成和细胞周期的基因表达增强。肝脏生长的一个重要调节器是Hippo-YAP通路[17]，在静止的肝脏中，转录辅因子YAP被磷酸化并且保存在胞质溶胶中，不能促使细胞增殖。活化此通路的上游信号可能来自于细胞密度的减少及细胞外环境的改变，但是它们的性质还未完全确定[18]。有趣的是在移植性FRGN肝脏中，Naugler等人在研究中也发现一个与HippoYAP通路活性一致的基因簇。这一发现与最近报道的YAP活化对肝内胆汁酸水平升高做出反应的结论相一致[19]，强调了代谢信号和可能在肝属性调节下起作用的关键生长调节通路之间的相互作用。与这些结果一致，最近研究发现FXR-FGF15肠肝轴再活化使循环胆汁酸降到正常水平，阻止了无FXR的小鼠肝细胞自发性增殖和肝癌的发生[20]。因此本研究强调了FXR-FGF19肠肝轴作为一种新的肝属性并且开启了了一种基于激素性肠肝轴生理调节的新治疗途径。

参考文献

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9 Modica S, Petruzzelli M, Bellafante E, et al. Selective activation of nuclear bile acid receptor FXR in the intestine protects mice against cholestasis. Gastroenterology2012,142,355-365.e1-4.

10Kliewer SA, Mangelsdorf DJ. Bile Acids as Hormones:The FXR-FGF15/19 pathway. Dig Dis, 2015, 33:327-331.

11Uriarte I, Fernández-Barrena MG, Monte MJ, et al. Identification of fibroblast growth factor 15 as a novel mediator of liver regeneration and its application in the prevention of post-resection liver failure in mice. Gut, 201, 62:899-910.

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13Schaap FG, van der Gaag NA, Gouma DJ, et al. High expression of the bile salt-homeostatic hormone fibroblast growth factor 19 in the liver of patients with extrahepatic cholestasis. Hepatology, 2009, 49:1228-1235.

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16Ellis EC, Nauglers WE, Parini P, et al. Mice with chimeric livers are an improved model for human lipoprotein metabolism. PLoS ONE, 2013, 8:e78550.

17Avruch J, Zhou D, Fitamant J, et al. Mst1/2 signalling to Yap: gatekeeper for liver size and tumour development. Br J Cancer, 2011, 104:24-32.

18Moroishi T, Hansen CG, Guan K-L. The emerging roles of YAP and TAZ in cancer. Nat Rev Cancer, 2015, 15:73-79.

19Anakk S, Bhosale M, Schmidt VA, et al. Bile acids activate YAP to promote liver carcinogenesis. Cell Rep, 2013,5:1060-1069.

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(本文编辑：张苗)

(收稿日期：2015-12-04)