肠道菌群与胆汁酸代谢

冯　静　魏亚聪　宋光耀



·综述·

肠道菌群与胆汁酸代谢

冯静魏亚聪宋光耀

在肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪性肝病等疾病的发生和发展过程中，肠道菌群和胆汁酸代谢均发挥了关键作用。近年来胆汁酸代谢与肠道菌群的研究逐渐深入，肠道细菌在胆汁酸的生物转化、肝脏胆汁酸的合成、肠道胆汁酸的重吸收等过程中具有重要作用。

胆汁酸；肠道菌群；法尼醇X受体

肠道是体内细菌定植的主要场所，这些数量巨大、复杂多样的细菌构成了肠道菌群。胆汁酸不仅是食物消化吸收中的重要物质，也是体内调控糖脂及能量代谢的信号分子。肠道菌群与胆汁酸代谢关系密切，均参与了肥胖、糖尿病等代谢性疾病的发生发展。

1　正常人体肠道菌群概述

胃肠道是人体中微生物定植数量最多的器官，种类可多达上千种。肠道菌群中以拟杆菌门、厚壁菌门等厌氧菌为主，其余有变形菌门、疣微菌门、放线菌门、梭杆菌门、双歧杆菌、蓝藻细菌(数量较少)等[1]。肠道菌群可以发挥生物屏障、免疫调节、营养支持、抗肿瘤等作用[2]。

每个人体内肠道菌群的构成都是独一无二的。研究发现，同卵双胞胎的粪便微生物构成中有一半以上种类不同[3]。肠道菌群构成会随着年龄增长而不断改变，在老年人群中，由于长期慢性低度炎性反应的存在，会造成菌群失调[4]。高通量测序分析结果显示，与年轻人相比较，老年人肠道菌群以拟杆菌门为主，而双歧杆菌数量下降[5]。

2　肠道菌群、胆汁酸代谢受饮食的调节

饮食可影响肠道菌群的组成及其功能、胆汁酸的合成与分泌。Devkota等[6]的研究表明，饮食中的脂肪酸能够通过改变胆汁酸池中的胆汁酸成分，进而使肠道菌群发生改变。给予小鼠富含牛奶源性的饱和脂肪酸饮食，一方面能够增加肝脏牛磺胆酸(TCA)的合成，有利于脂肪的消化吸收；另一方面可刺激肠道中沃氏嗜胆菌等亚硫酸盐还原微生物的生长。

研究发现，高脂饮食小鼠肠道菌群失调，黏膜屏障完整性受损；胆汁酸组分发生改变，脱氧胆酸(DCA)含量增加，而具有细胞保护作用的熊脱氧胆酸(UDCA)水平下降[7]。DCA可以扰乱脂质双分子层；而亲水性的UDCA使双分子层更加稳定，对抗DCA诱导的活性氧产生，使线粒体免受损伤。高脂饮食导致肠道菌群失调，造成黏膜屏障功能受损，DCA含量增加，UDCA水平下降，可进一步造成屏障功能失调。由此可见，肠道菌群、胆汁酸代谢与饮食的关系非常密切。

3　肠道菌群对胆汁酸代谢的影响

3.1肠道菌群参与胆汁酸的正常代谢

哺乳动物体内胆汁酸调节是一个非常复杂的过程，需要肝脏、肠道、肠道菌群的共同作用[8]。胆酸(CA)、鹅脱氧胆酸(CDCA)是肝脏合成的两种初级胆汁酸，胆汁酸在肝脏内进一步与甘氨酸或牛磺酸结合，经过小管膜分泌至胆道，在胆囊中储存。消化吸收的食糜刺激促胰液素、缩胆囊素的分泌。在促胰液素的作用下胆管细胞分泌碳酸氢盐、水，增加胆汁的量；缩胆囊素刺激胆囊收缩，使胆汁分泌入十二指肠。初级胆汁酸激活肝脏法尼醇X受体(FXR)，促进小异二聚体伴侣(SHP)基因表达，从而抑制肝受体同系物-1(LRH-1)的活性，使得胆汁酸合成限速酶——胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)活性受抑制[9]。肠道FXR激活后也会抑制胆汁酸合成，通过促进成纤维细胞生长因子19(FGF19)表达，FGF19与肝脏上成纤维细胞生长因子受体4结合，激活细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)，从而抑制胆汁酸合成[10]。胆汁酸在回肠末端重吸收，通过门静脉重新转运至肝脏。有限的胆汁酸在肝、肠之间不断循环利用的过程称为胆汁酸的“肠肝循环”途径。

1%～2%的胆汁酸未参与肠肝循环，在结直肠内经过肠道细菌的生物转化作用生成次级胆汁酸，即脱氧胆酸(DCA)和石胆酸(LCA)。生物转化作用包括解离、差向异构化及氧化、脱羟基作用，其中以解离作用及脱羟基作用为主。

胆盐水解酶(BSH)是催化结合型胆汁酸第24位碳原子上的酰胺键水解的关键酶[11]。脆弱拟杆菌、普通拟杆菌、产气荚膜杆菌、李斯特菌以及某些乳酸菌、双歧杆菌都可以产生BSH[1]。水解之后游离的氨基酸可以作为体内碳原子、氮原子及能量的来源。甘氨酸可以转变为氨、二氧化碳等，牛磺酸还可以生成硫酸盐等[11]。BSH促使胆固醇或胆汁进入微生物膜，增加微生物膜的弹性，增强对α防御素及其他保护分子的敏感性[12]。BSH还可以发挥解毒作用，使胃肠道的某些微生物能够不被胆汁酸杀死，得以存活[13]。

脱羟基作用是生物转化作用中较为重要的一项。初级胆汁酸第7位α羟基脱氧生成次级胆汁酸，人粪便中以次级胆汁酸为主。厚壁菌门(如梭菌属)具有7α脱羟基活性。只有游离的胆汁酸盐才能进行7α脱羟基作用，因此在BSH作用下，结合胆汁酸转变成游离胆汁酸，是进行7α脱羟基作用的前提[13]。

3.2调节肝脏胆汁酸合成

肠道菌群不仅参与了次级胆汁酸代谢，而且可调节肝脏胆汁酸合成。研究发现，与无菌饲养(GF)小鼠相比较，传统饲养(CONV-R)小鼠中肠道菌群可抑制胆汁酸合成[14-15]。这可能是由于CONV-R小鼠体内CYP7A1活性及基因表达水平均有所下降，而CYP7A1是合成CDCA所必需的关键酶，这就造成啮齿类动物肝脏微粒体中CDCA经羟基化作用生成鼠胆酸(MCA)水平减少[16]。牛磺酸结合型MCA如T-αMCA、T-βMCA是FXR的拮抗剂，因此推测CONV-R小鼠中肠道菌群抑制胆汁酸合成的可能机制为低水平的MCA激活了回肠FXR，促进FGF15分泌，FGF15被转运至肝脏，与FGFR4结合，抑制CYP7A1活性[17]。动物实验表明，给予FXR敲除小鼠FGF19可以抑制胆汁酸合成，表明FGF15/19是FXR的下游产物，进而抑制CYP7A1活性[18]。另有研究证实，给予CONV-R小鼠抗生素后能够改变胆汁酸组分，抑制回肠FGF15基因表达，上调肝脏CYP7A1表达水平[19]。此外FXR也可以通过诱导SHP表达，进而抑制LRH-1，使CYP7A1表达水平下降，负向调节肝脏胆汁酸合成[17]。

总之，肠道菌群不仅在肠道发挥作用，而且可调节肝脏胆汁酸合成。肠道菌群抑制肝脏胆汁酸合成的主要机制可能是水平下降的T-MCA促进了回肠FXR依赖性的FGF15表达。

3.3影响肠道胆汁酸重吸收

在肠道菌群正常存在的情况下，小鼠体内胆汁酸池体积较小。研究表明，CONV-R小鼠体内胆汁酸池体积小，这可能与CONV-R小鼠回肠钠/胆汁酸转运体(IBAT)的表达水平下降有关，造成远端回肠胆汁酸重吸收减少，粪便胆汁酸排泄增加[14]。有研究显示，从GF大鼠分离出的回肠上皮细胞对TCA的摄取水平增加，14C标记的TCA半衰期增加了4～5倍[20]，表明GF小鼠中胆汁酸重吸收作用增强，胆汁酸池体积变大。

研究表明，经抗生素处理后肠道菌群减少，肠道胆汁酸重吸收增加，粪便中胆汁酸排泄显著减少[21]。胆汁酸重吸收增加可导致血浆胆汁酸水平、胆道分泌的胆汁酸水平及参与肠肝循环的胆汁酸水平均增加。这是因为胆汁酸重吸收受IBAT(又被称为顶膜钠离子依赖性胆汁酸转运体，Asbt)调节，在肠道菌群被破坏的环境下，回肠末端Asbt表达水平显著增加[22]。与野生型小鼠相比较，Asbt敲除小鼠粪便中胆汁酸排泄增加了10～20倍[23]。Asbt表达主要受转录因子Gata4调控，Gata4可抑制Asbt表达。在生理状态下，肠道菌群激活了肠道(回肠末端除外)Gata4的表达，使得Asbt表达水平下降，导致胆汁酸重吸收减少，但是肠道菌群调节Gata4的具体机制仍需要进一步的研究。综上所述，肠道菌群对胆汁酸代谢平衡具有调控意义。

4　胆汁酸代谢对肠道菌群的影响

肠道菌群影响胆汁酸代谢，反过来胆汁酸可以调控肠道菌群的稳态。胆汁酸在脂代谢中发挥着清洁剂的功能；还可以通过与FXR、G蛋白偶联受体5(TGR5)等核受体结合，在代谢、免疫调节方面发挥重要作用[24]。FXR、TGR5发生基因突变后，可以导致炎症性肠病；给予FXR激动剂后可以改善实验性小鼠结肠炎[25]。以上研究表明肠道内胆汁酸激活FXR后，可以维持肠道菌群稳态、防止细菌移位、增强黏膜屏障防御作用。

此外，胆汁酸有抑制细菌生长的作用，这种特性能够阻止细菌黏附到肠道黏膜的顶端。在胆汁淤积及终末期肝病患者中，肠道中的胆汁酸含量降低，造成细菌过度生长[24]。肝硬化患者肠道内结合胆汁酸浓度降低，非结合胆汁酸被大量吸收，从而使肠道细菌大量生长并发生细菌移位。给予肝硬化大鼠胆汁酸，提高肠道胆汁酸浓度，可能会抑制肠道细菌过度生长，减少细菌移位的发生[26]。

5　总结

宿主及肠道菌群调节着胆汁酸池大小。通过胆汁酸盐水解作用及7α脱羟基作用，肠道菌群将初级胆汁酸转变为次级胆汁酸，进而激活FXR和TGR5等一系列核受体，参与肝脏胆汁酸合成、肠道胆汁酸重吸收等过程。饮食、肠道菌群、胆汁酸代谢之间保持着一种动态平衡。今后有望通过调节宿主-肠道菌群-胆汁酸轴来实现治疗糖尿病、肥胖等代谢性疾病的目的。

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(本文编辑：周骏)

050017河北石家庄，河北医科大学研究生学院(冯静，魏亚聪)，内科学教研室(宋光耀)

宋光耀，Email: sguangyao2@163.com

10.3969/j.issn.1673-534X.2016.04.012

2016-01-30)