胆汁酸G蛋白偶联受体5在消化道疾病中的研究进展

巢佳灯，秦锡虎

(1.南京医科大学研究生学院，南京 210029； 2.南京医科大学附属常州第二人民医院肝胆外科，江苏 常州 213000)

胆汁酸G蛋白偶联受体5(takeda G protein-coupled receptor 5，TGR5)也被称为GPBAR1, M-BAR以及BG37。TGR5由330个氨基酸组成，是G蛋白偶联受体超家族中的一员，包含7个跨膜结构域，基因位于小鼠染色体1C3及人体染色体2q35[1]。在静息状态下，TGR5由α、β及γ亚基组成，一旦与胆汁酸结合后，分离的α蛋白亚基激活腺苷酸环化酶，将ATP转化为环腺苷酸从而激活下游通路。

TGR5表达广泛，包括肝脏、胆囊、胰腺、胃肠及肾脏等全身多处组织均能检测到TGR5信使RNA，其中脾脏和胎盘表达量最高[2]。胆汁酸是TGR5的内源性天然激动剂，包括初级胆汁酸(胆酸和鹅脱氧胆酸)和次级胆汁酸(脱氧胆酸和石胆酸及其与甘氨酸、牛磺酸的结合物)，其中石胆酸的激动性最强，脱氧胆酸次之，且鹅脱氧胆酸及胆酸的激动性依次下降[3]。TGR5激活后具有多种生物学功能，目前已证实，TGR5在调节糖类、脂类、能量代谢、胆汁代谢以及炎症反应中发挥重要作用，并且参与胃肠肿瘤、肝胆疾病和炎性肠病等多种消化系统疾病的发生，其激动剂或抑制剂可能是治疗这些疾病的潜在药物。现对TGR5在不同消化道疾病及其信号通路中的研究进展予以综述。

1 TGR5与食管癌

TGR5与胃肠道肿瘤的发生、发展密切相关，但对于食管癌及其癌前病变作用的研究较少。对不同类型食管组织行免疫组织化学检测的研究表明，TGR5在食管腺癌与癌前病变组织中的表达明显高于巴雷特食管和正常食管，表明TGR5可能在食管腺癌的发生中起作用[4]。Li和Cao[5]发现，TGR5可能引起DNA双链断裂造成DNA损伤，持久的双链断裂可导致染色体异常，包括易位和缺失，最终导致肿瘤的发生。通过牛磺脱氧胆酸介导的FLO-1食管腺癌细胞DNA损伤的研究表明，TGR5过表达可显著增加尾矩(一种定量判断DNA损伤程度的方法)和组蛋白H2AX的磷酸化(已被证明是双链DNA断裂的标志)，而基因敲除FLO-1细胞内尾矩和H2AX的磷酸化则大大减少，由此推测，TGR5可介导食管腺癌细胞的DNA损伤，从而引起腺癌的发生。Abu-Farsakh等[6]发现，Claudin-2是一种独特的Claudin蛋白，位于鳞状细胞和腺细胞的细胞质和细胞膜上，可在细胞紧密连接处形成阳离子与水的选择性细胞旁路通道，增加细胞间的通透性，这些改变影响了食管上皮细胞的微环境，最终可能导致上皮细胞化生甚至癌变。Claudin-2蛋白在正常鳞状黏膜、柱状细胞化生(巴雷特食管)、轻度异型增生、重度异型增生和食管腺癌中的表达量不同，随着细胞异型性程度的加深，Claudin-2的表达量也不断增加，并且与TGR5的表达呈正相关，但染色强度、临床分期、病理分期及淋巴结转移情况与TGR5无关，可见TGR5可能不是判断腺癌预后的指标，但可能是巴雷特食管向重度不典型增生和腺癌进展的潜在标志[7]。

多项研究表明，TGR5可能会导致食管腺癌的发生，但均存在一定的局限性[8-11]。目前，研究主要依靠体外细胞或免疫组织化学，尚缺乏直接的证据证明TGR5会导致食管腺癌，TGR5与食管腺癌的具体机制也尚不清楚。进一步研究TGR5激动剂与拮抗剂的动物模型和临床试验，将有助于了解TGR5与食管腺癌的相关机制。

2 TGR5与胃癌

胃癌是最常见的消化道恶性肿瘤，早期诊断较为困难，预后相对较差，主要依靠淋巴结进行转移。胃癌的发生是多种因素共同参与逐步形成的过程，研究TGR5与胃癌之间的关系，将有助于胃癌的诊断和治疗。

JAK激酶(janus kinase，JAK)和信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)形成的信号通路在调控细胞存活、增殖、分化和凋亡中起重要作用，尤其是STAT3。STAT3是一种致癌基因，其作用于下游Bcl-xL、Bcl-2、Mcl-1、细胞周期蛋白D1、原癌基因蛋白和血管内皮生长因子等靶基因，可诱导细胞周期调节因子和抗凋亡蛋白的上调，促进胃癌细胞的增殖和迁移[12-13]。体内外实验通过沉默STAT3也反向证明了抑制STAT3可抑制肿瘤生长，诱导肿瘤凋亡[14]。Chen等[15]发现，TGR5的激活可在体内外通过拮抗STAT3的磷酸化和DNA的结合活性强烈抑制STAT3信号通路。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是重要的肿瘤细胞生长、分化和侵袭的调节因子，Guo等[16]报道，TGR5激活后可抑制胃癌细胞的MMP-2、MMP-7和MMP-14基因的表达，并同时抑制胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭，TGR5阻断STAT3信号通路可能是抑制MMP众多机制中的一种。因此，TGR5是胃癌细胞增殖和迁移的抑制因子，它的激活抑制了STAT3信号通道，表明TGR5配体在抗胃癌中具有一定的潜在价值。

TGR5致胃癌可能与胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)1/2有关。脱氧胆酸能在肝脏、胆汁和胃等多种细胞系中诱导表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)磷酸化，从而促进ERK1/2的快速激活。为证明肝素结合表皮生长因子样生长因子在脱氧胆酸介导的EGFR-ERK1/2中起作用，Yasuda等[17]使用抗表皮生长因子样生长因子的中和抗体预处理人胃癌AGS细胞发现，缺乏表皮生长因子样生长因子可阻断脱氧胆酸诱导EGFR磷酸化和ERK1/2的激活；随后，通过沉默TGR5证明，脱氧胆酸诱导AGS细胞中EGFR的激活与胆汁酸受体TGR5的活性有关。EGFR能促进环加氧酶2在胃肠细胞内表达，环加氧酶2是一种由花生四烯酸促进合成的前列腺素，可在许多癌症细胞中过度表达，通过抑制细胞凋亡、促进细胞生长、加快血管生成引起上皮细胞的癌变。TGR5可能通过去整合素和金属蛋白酶/肝素结合表皮生长因子样生长因子-EGFR-ERK1/2通路促进环加氧酶2的表达，最终引起胃细胞癌变。

3 TGR5与肝损伤

目前，肝损伤方面TGR5的研究较少。肝脏中的TGR5主要分布于非实质细胞，如肝窦内皮细胞、库普弗细胞及肝内胆管上皮细胞，可抑制细胞炎症反应并减轻肝脏损伤，为肝脏提供良好的再生环境[18]。据文献报道，肝窦内皮细胞中的TGR5受刺激后可激活并上调一氧化氮合酶，调节肝窦血流，具体机制为TGR5剂量依赖性地升高环腺苷酸，从而导致蛋白激酶A的激活，使内皮型一氧化氮合酶磷酸化，诱导一氧化氮的合成，一氧化氮是体内重要的细胞保护物质，是一种特殊的自由基清除剂，在缺血再灌注损伤后可起到保护肝细胞的作用[19-20]。在巨噬细胞中，TGR5通过抑制核因子κB信号通路，降低细胞吞噬活性并减少促炎因子[21]。库普弗细胞内TGR5的激活可有效减少多种细胞因子和趋化因子的表达和分泌，抑制细胞的吞噬和迁移，触发抗炎巨噬细胞表型的形成，从而达到抑制炎症反应的目的[22]。Keitel和Häussinger[19]通过实验发现，库普弗细胞上的TGR5可有效地降低脂多糖引起肿瘤坏死因子α、白细胞介素(interleukin，IL)1β、IL-1以及IL-6等细胞因子的过量表达，特点是下调诸多炎性因子，但IL-10除外。研究发现，胆盐可介导TGR5抑制Nod样受体蛋白3炎性小体的激活，随后通过蛋白激酶A诱导骨髓源性巨噬细胞中Nod样受体蛋白3炎性小体的磷酸化和泛素化，促进IL-1β和IL-18释放[23]。此外，Ding等[24]通过小鼠实验证实，TGR5通路在小鼠垂直袖状胃切除术后发挥抗肥胖、降血糖和改善脂肪肝的作用。野生小鼠在垂直袖状胃切除术后2周体脂含量显著下降，而TGR5基因敲除鼠在垂直袖状胃切除术后2周体脂未发生明显改变。垂直袖状胃切除术术后野生小鼠体内TGR5表达量明显增加，肝脏炎性因子及三酰甘油水平降低，血清丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶活性下降，由此可见，TGR5表达量的增加可起到减轻肝脏炎症、保护肝功能的作用。此外，肝内胆管细胞中的TGR5也对改善细胞损伤起重要作用，主要分布于顶端质膜及纤毛中，可促进氯离子的分泌，促进细胞增殖。TGR5可在部分肝切除术后保护肝脏，防止胆汁酸过载，并可能具有多重促进再生的机制[25]。首先，TGR5可通过抑制炎症反应起到抗炎作用。其次，TGR5可能有助于调节部分肝切除术后胆汁酸的成分。有文献报道，TGR5可调控不同上皮细胞中囊性纤维化跨膜转运调节物，增加胆道碳酸氢根离子和氯离子的输出，促进胆汁分泌和流动，从而保护剩余肝细胞免受过载胆汁酸的毒性作用[26]。最后，胆汁酸疏水性的改变可导致肝脏损害，有研究表明，代谢紊乱所致胆汁疏水性增强将抑制肝脏再生，而TGR5基因敲除鼠的胆汁组分较野生鼠的疏水化更强，过度疏水的胆汁酸淤积于肝内可能是基因敲除鼠肝脏损害的重要原因之一，但TGR5控制胆汁疏水性的具体机制仍需要进一步研究。

4 TGR5与肝癌

肝癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一，男性肝癌发生率在全球位列第五，女性位列第七，肝细胞性肝癌是最主要的组织学亚型，占全球肝癌发病率的70%～85%[27]。目前，对于肝癌的筛查和检测主要依靠血清甲胎蛋白和B超，甲胎蛋白缺乏具有足够的敏感性和特异性，而B超检查的结果则受到诸多因素的影响。DNA甲基化是一种常见的表观遗传机制，通过向DNA中添加甲基来调控下游靶基因的表达，大多数恶性肿瘤均能发现癌症相关基因发生异常甲基化的现象。启动子区域甲基化是癌变过程早期的重要表现，甲基化DNA也被认为是早期筛查癌症的潜在生物标志物。Han等[28]首次发现，肝细胞性肝癌患者血清中存在异常甲基化的TGR5启动子，并且老年患者甲基化的频率明显增高。因此，血清TGR5启动子甲基化检测可作为一种潜在的肝癌筛查手段，与甲胎蛋白联合应用可提高肝细胞性肝癌的诊断率。

Chen等[15]强调TGR5作为肝癌抑制因子，可能通过二乙基亚硝胺介导肝癌的产生，通过试验发现，TGR5基因敲除鼠对于二乙基亚硝胺引起的肝损伤和癌变更为敏感，对出生1个月基因敲除鼠单独注射二乙基亚硝胺，早期肝损伤较重，出现强烈的代偿性增殖和细胞因子急性恶变，经过8个月的二乙基亚硝胺处理，大部分TGR5基因敲除鼠产生肝脏肿瘤，而野生小鼠则未出现，随后，通过肝癌细胞实验证明，TGR5可能是通过阻断STAT3信号通路抑制肝癌的发生。

TGR5对肝脏保护具有重要作用，TGR5的激活也可促进多囊肝病囊肿的生长以及恶性转化胆管细胞的增殖和抗凋亡作用，促进胆管癌的进展，故需根据肝脏疾病的类型选择刺激或抑制TGR5，可作为一种潜在的治疗方案。

5 TGR5与胆囊结石

目前尚无任何直接证据证明TGR5能促进胆囊结石形成，但TGR5可促进胆囊充盈，存在结石的胆囊中TGR5的信使RNA表达量也明显升高。TGR5在人和啮齿动物的胆囊中主要分布于上皮和平滑肌细胞，尤其在胆囊上皮细胞的初级纤毛和细胞膜顶端[29]。研究发现，胆固醇结石患者胆囊黏膜上TGR5的表达明显增强，通过胞内环腺苷酸-蛋白激酶A通路介导尖端钠依赖性胆盐运输体调控胆汁酸的重吸收，待血清胆汁酸水平升高后，进而反馈性地抑制胆汁酸的合成，造成胆汁中胆固醇水平升高，但胆汁酸浓度却降低，从而维持胆汁的过饱和状态，促进胆囊结石的形成；其次，TGR5高表达可使胆汁合成限速酶Cyp7a1的信使RNA表达下降，协同抑制胆汁酸合成[30-31]。致石饮食喂养TGR5敲除鼠，尽管小鼠存在胆囊动力障碍，但仍能有效防止胆固醇结石的产生，说明TGR5的缺乏改变了胆汁酸的合成反馈[20]。实验证明，TGR5基因敲除鼠的胆囊容量较野生鼠小，且不随胆汁喂养而增大，而野生鼠在喂养TGR5激动剂后则出现不同程度的胆囊充盈，这种改变与基因敲除鼠胆囊平滑肌的松弛有关，且小鼠胆汁酸池也较野生鼠小[31]。TGR5可促进胆囊充盈，因此TGR5激动剂的使用可能会导致不必要的不良反应，并可能成为限制治疗药物使用的原因。

6 TGR5与炎症性肠病

肠道中TGR5主要集中表达于回肠与结肠单核细胞内，起到抑制肠道炎症、保护肠道黏膜屏障和促进肠上皮细胞增殖的作用，但在炎症性肠病发病机制中的作用尚不清楚，已知染色体2q35位点与溃疡性结肠炎和硬化性胆管炎的发病有关，且该位点与TGR5关系密切。

实验证明，TGR5具有维持肠道黏膜屏障完整性的功能[32]。TGR5基因敲除鼠结肠组织表现出黏液细胞的分布与动力学改变，促进激活的巨噬细胞聚集于结肠固有层，加重组织炎症，同时结肠紧密连接的分子结构(Zonulin-1蛋白和Occludin蛋白)也出现破坏，造成肠道黏膜通透性增加，并随小鼠年龄增长而加重[33]。与此同时，TGR5的缺失会促成炎症性肠病的发生。使用肠黏膜屏障阻断剂后，与同类相比，TGR5敲除鼠更容易患结肠炎。Jia等[11]通过免疫组织化学试验证实，12%的肠上皮化生患者出现TGR5高表达。肿瘤相关性巨噬细胞可分为M1和M2两种亚型，M1多与促炎因子相关，如IL-1、IL-6、IL-12、IL-23和肿瘤坏死因子，从而激活Th1和Th17细胞，其中IL-12通过γ干扰素产物激活Th1细胞；M2负责介导抗炎与免疫抑制作用，主要产生IL-10,诱导激活调节T细胞，IL-10可减少肿瘤坏死因子，γ干扰素和IL-6等炎性因子。当TGR5被激活时，IL-10/IL-12比例增加，说明M2型巨噬细胞占主导地位。TGR5激动剂在炎症性肠病的细胞模型和动物模型中表现出控制炎症的能力，但尚缺乏临床试验[34-35]。可见，TGR5激动剂具有治愈炎症性肠病的潜在价值。

7 小 结

近年来，关于TGR5研究逐渐增多，为进一步了解其作用机制提供了帮助。TGR5作为信号分子，广泛表达于全身各处组织，通过第二信使激活各种信号通路，不同组织中TGR5的分子作用机制不同，仍有待进一步研究。TGR5在调节糖脂代谢、抑制炎症反应和促进细胞再生等方面发挥重要的生理功能，有望成为各类相关疾病的潜在治疗靶点。