胆汁酸参与结肠炎症和结肠癌发生的研究进展

马天翼 王锡山

结直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤之一，据最新统计数据表明，其发病率和死亡率均位于恶性肿瘤的第三位［1］，严重威胁着人类的健康。目前，饮食导致的肥胖已被确定为癌症的一个风险因素，超重和肥胖影响着全世界约23亿人［2-4］。高脂肪、低纤维的“西方”饮食会促进结肠炎症和癌症的发生［5-6］。在此过程中，胆汁酸的作用逐渐被人们重视。胆汁酸是胆汁的重要成分，在脂肪和胆固醇的消化和吸收中起着重要作用，随着相关研究的深入，胆汁酸也是重要的信号分子，在调节肠道炎症反应中起作用［7-8］。饮食、肠道微环境与免疫状态的失调影响着胆汁酸作用的效能和方向。虽然，人们早就认识到胆汁酸相关代谢与肠道炎症存在复杂联系，但胆汁酸在结肠癌发生与发展中的确定机制尚未明确，本文主要对胆汁酸与结肠炎症和恶性肿瘤发生的相关性进行综述。

一、胆汁酸与肠道炎症的相关性

早在20世纪50年代，Hofmann［9］报道了“胆汁性肠病”，即广泛回肠切除患者出现腹泻和脂肪泻症状。这就是目前被称为的Ⅰ型或次级胆汁酸吸收不良（bile acid malabsorption，BAM）的早期描述，其腹泻是由于回肠切除引起的胆汁酸重吸收减少所致。这与原发性BAM形成对比，成因有所不同，原发性BAM是由于纤维母细胞生长因子19（fibroblast growth factor 19，FGF19）的产生减少所致，而与回肠的结构异常无关［10］。基于动物水平的实验，学者们观察到，炎症状态下，促炎因子的出现，一方面通过影响FXR-FGF19调节轴来导致胆汁酸代谢的异常；另一方面，通过抑制钠依赖性胆汁酸转运体（apical sodiumdependent BA transporter，ASBT）基因的表达，来影响胆汁酸的吸收［11-12］。从临床及实验中观察结果所见，肠道炎症与胆汁酸代谢有紧密的联系，但胆汁酸对结肠炎症的作用方向，尚未有统一结论。

1.胆汁酸对肠道炎症发生的促进作用

黏膜屏障功能（mucosal barrier function，MBF）破坏的特征是肠通透性（intestinal permeability，IP）增加，使黏膜暴露于肠腔中的“攻击者”，从而触发局部炎症产生。胆汁酸作为肠腔中“攻击者”作用已经被研究多年，至今没有疾病被描述为胆汁酸是损伤的主要发起者。但大量文献依旧认为胆汁酸可通过相关机制，破坏MBF，诱发炎症的产生。

胆汁酸的细胞毒性最初归因于对细胞膜的“清洁剂（detergent）”作用。如鹅脱氧胆酸（CDCA）、胆酸（CA）和熊去氧胆酸（UDCA）引起卵磷脂酰胆碱脂质体损伤，导致疏水性丧失和膜裂解［13］。增加肠上皮细胞的凋亡率。这一机制已在肝细胞的体内研究中得到证实［14］。Powell等［15］和Shekels等［16］的研究证实胆汁酸疏水性的增加与结肠上皮细胞的高凋亡率有关，而胆汁酸与牛磺酸或甘氨酸的偶联作用似乎可以改善这种影响。

同时，消化道稳态的失衡会增强胆汁酸的毒性。Kakiyama等［17］报道晚期肝硬化患者肠道微生物多样性的减少和促炎类群的扩张与胆汁酸池的减少有关。在克罗恩病和溃疡型结肠炎的患者中也观察到了相似的现象，其中粪杆菌属、氏菌属、梭菌属、脆弱拟杆菌明显减少，而变形菌门的数量有所增加，即大肠杆菌在克罗恩病患者的回肠中富集明显增加［18-20］。

胆汁酸对肠道MBF的毒性作用及其与肠道微生物群的相互作用的进一步证据见于描述非甾体抗炎药（NSAID）肠病体内模型的相关文献［21-22］。吲哚美辛和其他非甾体抗炎药会引起啮齿动物的线性溃疡肠炎，并呈剂量依赖性［23］。目前对这一疾病过程的理解包括非甾体抗炎药与表面磷脂的相互作用和氧化磷酸化的解偶联，这将导致肠道黏膜通透性的增加，而通过抑制环氧合酶抑制前列腺素的产生又加重了这一作用［24-26］。肠道黏膜因此暴露于胆汁酸的攻击下。虽然非甾体抗炎药肠病模型受到学者广泛认可，但该模型中讨论的胆汁酸攻击作用，仍未有定论。该模型中肠道炎的病因可能是由于某种特定组成的结合胆酸、再循环的非甾体抗炎药或是微生物产物的复合物所致［27-28］。

2.胆汁酸对肠道炎症发生的保护作用

根据临床观察，梗阻性黄疸手术患者经常出现脓毒症和急性肾损伤，添加胆汁酸可减轻脓毒症和急性肾损伤，于是推测胆汁酸在黏膜防御中起作用［29］。除了“有毒”代谢障碍，胆汁酸与肠道微生物组的相互作用可能对MBF有保护作用。胆汁酸在体内有抗菌作用，同时，一项人体试验显示在应用结合胆汁酸治疗一周的志愿者，抽取回肠内容物，厌氧菌的增殖数量明显降低［30-31］。这除了可能的胆汁酸直接抑菌作用外，胆汁酸还可能通过激活法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）而减少肠道细菌的增殖，该受体还可诱导保护肠道损伤和炎症相关的基因的转录［32］。

胆汁酸与肠道黏膜相关作用有多种方式。在高浓度胆汁酸状态时，黏膜的产生增加［33］。牛黄胆酸盐和脱氧胆酸似乎通过核转录因子（NF-κB）和转录生长因子（TGF-β）调节通路增加肠黏膜上皮细胞的迁移来促进黏膜的重塑［34］。而在生理浓度下，牛去氧胆酸可通过部分依赖原癌基因c-myc途径增加小肠和大肠上皮细胞的增殖［35］。在小鼠中，熊去氧胆酸的应用明显缓解了非甾体抗炎药性肠病的临床表现，逆转了肠道的通透性，使氧自由基的产生明显减少［36-37］。然而，在另一种模型中，高剂量的熊去氧胆酸被证明具有细胞毒性，这一现象背后的机制仍有待进一步的研究［38］。

G蛋白偶联胆汁酸受体1（GPBAR-1）是胆汁酸特异性结合受体，它的激活也可能对胃肠道损伤起到保护作用，如非甾体抗炎药引起的溃疡［39］。在Tgr5-/-的小鼠中末端回肠绒毛变短，黏蛋白分泌减少，连接蛋白1（zonulin-1）分布异常。相比于野生型小鼠，非甾体抗炎药对这种小鼠可造成更严重的溃疡［40］。维生素D受体（vitamin D receptor，VDR）作为胆汁酸的非特异性结合受体，它的激活有助于暴露于葡聚糖硫酸钠（DSS）中的Caco-2细胞保持上皮细胞的完整性和保持上皮细胞的紧密连接状态［41］。同时，Makishima等［42］也证实了石胆酸（LCA）是VDR受体的强有力的激动剂，VDR受体的激活也会诱导细胞色素P450和CYP3A的表达，这些是石胆酸的解毒的重要物质。除以上作用机制外，胆汁酸还可激活受体途径，通过对免疫细胞的调节来实现对肠黏膜上皮的保护功能。

二、胆汁酸与结肠癌的相关性

结直肠癌的发病机理被认为是一个多步骤过程，在从腺瘤到癌的发展过程中，通常包括基因的突变、肠内菌群的异常增殖、饮食的西化（高饱和脂肪、红肉和加工过的碳水化合物）等多种因素。这其中，饮食的西化，表现出粪便中次级胆汁酸水平升高。高浓度的次级胆汁酸会施加不利机体的影响，包括DNA氧化损伤、炎症、激活NF-κB通路和促进细胞增殖等。因此，异常浓度胆汁酸被认为是结直肠癌发生的促进因子［43］。

相关研究显示Fxr-/-和Apcmin/+小鼠由于FXR-FGF19轴的负调控降低，导致胆汁酸池失衡，造成易患结直肠癌［44-45］。早在肥胖与结直肠癌的研究中，已经明确了高脂肪饮食可增加结直肠癌的患病风险，这也可能是由于高脂肪饮食导致结肠中次级胆汁酸产生的增加所致。实际上，高脂肪饮食后，超过生理剂量的胆汁酸排入肠内，增加了次级胆汁酸的产生，其充当肿瘤促进剂。次级胆酸的的疏水性会引起膜扰动，从而激活PKC和NADPH氧化酶，进而诱导NF-κB的下游激活。这种膜扰动还促进了花生四烯酸的释放，从而产生氧自由基并促进DNA损伤［46-47］。此外，次级胆酸还诱导β-catenin信号传导并增加p53的降解，从而导致结肠癌细胞的增殖和侵袭性增加［48-49］。

在结直肠癌的发生发展过程中，胆汁酸受体也起到一定的作用。相比于肠上皮细胞，结肠息肉中胆汁酸受体-FXR在核酸水平表达量下降，在结肠腺癌中降低的更多［50］。人结肠炎相关肿瘤形成的早期到晚期，FXR核酸水平表达量逐渐下降，并且在四种结直肠癌细胞系中均未检测到FXR的表达［51］。一项研究针对159例I～IV期的结直肠癌样本、32例息肉和238例正常样本的免疫组织化学评估显示，大多数（94%）结直肠癌样本中FXR表达缺失。至此，我们判定肠癌的发病与FXR的表达有关，这也可以解释，回肠通常比远端结肠具有更高的FXR表达水平，小肠与结肠相比也具有更低的癌症发生率［52］。

从机制上分析，结直肠癌中FXR表达的缺失是由于FXR启动子的高甲基化所致。不同的结直肠癌细胞系有不同的甲基化水平，DNA甲基转移酶拮抗剂处理HCT116和SW480细胞系，会观察到FXR核酸水平表达量的增加，但在CaCO-2和HT29细胞系中未观察到相同的变化［53］。同时，在人类微卫星不稳定的结直肠癌中，FXR的沉默现象有两种机制假设，即微卫星不稳定性（MSI）高肿瘤中，FXR启动子的甲基化将引起该受体的沉默；在MSI低肿瘤中，K-RAS信号的激活也将引起FXR受体的沉默［51］。

总之，肠内胆汁酸对结直肠癌发生和发展的作用可能与胆汁酸的浓度密切相关。生理剂量的胆汁酸可通过与FXR、TGR5等受体的结合，产生促进凋亡、细胞更新、抑制炎症等作用。但在饮食、肠道微生物等相关因素改变后，影响了胆汁酸的浓度和胆汁酸池的大小，使其具备了促炎和促癌的作用。同时，在体内稳态失衡后，FXR受体功能的丧失也是导致结直肠癌发生的关键因素。单纯研究胆汁酸的功能显然是不准确的，需要结合浓度、环境等相关因素后，再强调胆汁酸的功能，这才是未来研究的方向。