胆汁酸、微生物和代谢

曲颖 陆伦根

胆汁酸的结构1932年首先被描述，它被公认在脂肪吸收、胆固醇分泌和胆固醇结石形成的生理和病理生理过程中起着非常重要的作用。人初级胆汁酸-胆酸(CA)和鹅去氧胆酸(CDCA)由肝脏合成，分泌到肠道，经细菌生物转化形成次级胆汁酸包括脱氧胆酸(DCA)和胆石酸(LCA)。上世纪60年代以来，已公认胆汁酸代谢中微生物起重要作用。胆汁酸信号通路核受体法尼酯X受体(FXR)与Takeda G蛋白偶联受体5(TGR5，也称G蛋白偶联胆汁酸受体1，Gpbar-1)已被鉴定为胰岛素抵抗、肥胖、脂质代谢和全身代谢过程的调节剂。其他对于胆汁酸信号重要的核受体包括类固醇和外源性受体(SXR)，及孕烷X受体(PXR)，维生素D受体(VDR)和组成型雄甾烷受体(CAR)。目前很多药物靶向胆汁酸通路正在进行临床试验，用以治疗脂肪性肝病和其他代谢紊乱疾病。

研究证据显示肠内特异性FXR活化和抑制可改善机体的代谢变化，FXR活化和抑制看似相互矛盾，但其结果相同尚不清楚其原因。Pathak等证明肠道微生物在调节FXR驱动的代谢效果有至关重要的作用，其通过LCA介导TGR5活化，在肠道L细胞产生胰高血糖素样肽-1(GLP-1)产物[1]。他们证明了LCA的合成是由肠内醋酸菌和拟杆菌 (Acetatifactor and Bacteroides)作用，或许可帮助解释FXR信号似乎矛盾的代谢效应。在这项研究中，FXR激动剂(FEX)仅在肠道内发挥作用而未被吸收，野生小鼠中FEX治疗可调节肝脏代谢和改善血脂、胰岛素敏感和白色脂肪组织(WAT)褐变。证实了FEX处理的肠道特异性信号转导效应通过肝脏中缺乏FXR反应的基因表达。FEX治疗增加了胆囊胆汁中牛磺胆酸(TLCA)约1000倍的浓度，但不影响初级胆汁酸CA的浓度，表明FEX的治疗效果大部分独立于初级肝脏合成。在FEX处理小鼠肠道中，醋酸菌和拟杆菌产生LCA大量增加，LCA来源于CDCA和熊去氧胆酸(UDCA)。肠内抗生素治疗改变胆汁酸组成且显著减少LCA产物，阻止GLP-1分泌增加和逆转葡萄糖耐量改善和WAT褐变。总的来说，这些发现支持微生物介导FXR调节肥胖和胰岛素抵抗的作用，其通过在肠道L细胞中LCA产物而产生的TGR5/GLP-1信号通路活化发挥作用。

微生物介导的胆汁酸组分的变化已被证实通过胆汁酸受体FXR调节宿主代谢。然而似乎有相反的证据，之前有研究关于微生物介导的FXR拮抗作用显示可改善代谢疾病。在小鼠中，肠内乳酸杆菌属水平的下降导致FXR胆汁酸拮抗剂牛磺-β-鬼臼酸tauro-β-muricholic acid的增加，出现高脂饮食诱导的代谢表型的抵抗。肠道FXR拮抗剂牛磺-β-鬼臼酸治疗的小鼠同样改善代谢疾病，并且是和硬壁菌门与拟杆菌(Firmicutes to Bacteroides)的比率下降有关。微生物群在代谢综合征中的重要性通过对高脂饮食诱导肥胖的FXR基因缺失小鼠的保护而得到支持，且这些小鼠的微生物转移到无菌野生小鼠导致肥胖减轻和葡萄糖耐量提高。

有趣的是，Pathak等研究发现，抗生素治疗的小鼠接受FEX降低了WAT的褐变和GLP-1产物通过肠道L细胞。这些小鼠也同样减少了肝内FXR靶基因的基因表达如CYP7A1 (cholesterol 7-alpha-hydroxylase)，可能继发于肠成纤维生长因子15产物的增加(FGF15)。肠道微生物群可通过抑制肝脏中CYP7A1的活性来调节肠道中的FXR信号。在小鼠中，这导致FXR拮抗剂的合成减少，从而促进FXR依赖的FGF15在回肠中表达。重要的是，这些变化可以通过用抗生素治疗小鼠来复制[2]，尽管在抗生素治疗小鼠中,FGF21的水平并没有显著的改变。综上所述，这些证据支持TGR5 调节 GLP-1信号，和FGF21通路在调节FXE处理的代谢作用中的关键作用。此外，这些发现表明肠道微生物可通过改变胆汁酸的组份来改变FEX效应和抑制肝内FXR活化信号。

肠道FXR信号在不同肠道微生态的设置中可能由于特异的小鼠表型以及不同的居住环境。另外研究评估FEX治疗在FXR基因缺失和TGR基因缺失中的作用将帮助确认TGR5诱导的GLP-1是控制这些代谢结局的主要通路。

近期许多研究应用高通量探索技术如rRNA测序，宏基因组学、环境蛋白质组学和代谢组学(metagenomics, metaproteomics and metabolomics)对肠道微生物在肝脏和全身代谢中作用进行了研究并取得了很多进展，强调微生物在代谢中的作用，基于假说研究聚焦于肠道微生态和LCA产物。Patak等证明肠道微生物群与胆汁酸的相互作用，进一步证实60年前首次意识到细菌菌群-胆汁酸的相互作用的重要性。尽管LCA是一个毒性胆汁酸，TGR5激动剂靶向药物，TGR5/GLP-1信号通路或许提供治疗肥胖、胰岛素抵抗和肝内脂肪变性新的药物靶向治疗靶点。用于FXR活化的候选药物有：奥贝胆酸(OCA,也称INT-77)或6α-乙基鹅去氧胆酸(6ECDCA)是一种在肝脏和或代谢性疾病治疗中很有前景的药物。OCA在临床II期和III期的临床研究中发现FXR激动剂对于胆汁淤积性疾病和代谢综合征可能有益[3]，已经获美国FDA批准用于PBC患者治疗，最近完成了对NASH的临床研究(NCT0126598)。而酒精性肝炎、脂代谢紊乱或NASH纤维化的其他临床试验目前正在进行(NCT02039 219，NCT024300 77，NCT02548 351)[4]。作为FXR和TGR5双重激动剂的半合成BA衍生物INT-767具有抑制肝脏损伤和代谢紊乱，改善饮食诱导的ob/ob小鼠模型中的NASH组织病理学特征,显著提高内脏脂肪组织胰岛素抵抗、诱导WAT褐变和线粒体功能，这些结果显示FXR和TGR5的双重调节可能是一种有吸引力的治疗策略[5]。已经发现FXR在某些条件下激活后存在弊端，FXR拮抗剂也正在开发中。值得注意的是，FXR调节的影响是多方面的，可能是由于不同的条件(例如组织特异性、疾病类型和状态、病理刺激/营养/能量状态)。随着FXR和(或)BA生物学复杂性的新发现，它使我们重新评价FXR作为治疗靶点的应用价值。