胆汁酸在炎症性肠病中作用的研究进展

胡静怡，沈洪，朱磊，刘亚军，连紫宇

(南京中医药大学附属医院,江苏 南京 210029)

炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)是一种慢性非特异性肠道疾病，主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)和克罗恩病(Crohn’s disease, CD)两种类型[1]。UC病变部位主要在结直肠，病变范围主要在黏膜和黏膜下层；CD在消化道的任何部位均可发生，病变范围深达肌层。近年来，IBD相关的免疫学研究取得了巨大进步，多种针对特定靶点的生物制剂已经在临床上广泛应用[2- 3]。UC的研究涉及到多种组学方法，如表观遗传学、基因组学、蛋白质组学、微生物组学、免疫组学和代谢组学等，每一种研究方法得到的结论多是独立的和单一的，而IBD作为一种典型的复杂疾病[1]，单一病理因素很难独立解释其发生、发展。鉴于此，多组学通力合作有望成为破解IBD复杂致病网络，揭示其发病机制，预测临床过程。胆汁酸(bile acids, BAs)是在肝脏中合成的一类两性分子，肠道中的代谢主要是由肠道微生物完成，不同类型的BAs可作为内源性小分子与G蛋白偶联胆汁酸受体1(G protein- coupled bile acid receptor 1, GPBAR- 1,又称TGR5)或法尼醇X受体(farnesol X receptor, FXR)等相关受体结合发挥维持肠道屏障稳态、免疫调控等功能。IBD状态下，肠道内环境平衡遭到破坏，肠道微生态结构改变，胆汁酸池构成比亦发生变化，肠道免疫平衡被打破。本综述将以BAs为切入点，总结其作为潜在生物标志物，在IBD发生、诊断和治疗中的作用。

1 BAs代谢

BAs按其来源可以分为初级BAs(primary bile acids, PBAs)和次级BAs(secondary bile acids, SBAs)，按其结构类型可以分为游离型BAs和结合型BAs。PBAs在肝脏中生成，并与牛磺酸或甘氨酸结合形成相应的结合型BAs，而后通过胆盐输出泵(bile salt export pump, BSEP)释放到胆囊中储存并进一步浓缩。进食后，BAs释放至十二指肠，在小肠中促进脂质的乳化和吸收。在末端回肠处，约有95%BAs被重新吸收，通过门静脉回到肝脏中。BAs从肝脏分泌到肠道，在回肠重吸收，然后通过门静脉回到肝脏的循环过程称为肝肠循环。每日有400～800 mg的未被吸收的BAs进入结肠进一步发生解离、羟基氧化、差向异构及脱羟基等反应[4]，而催化此类反应的酶多由肠道微生物产生。参与BAs解离反应的胆盐水解酶，主要是由拟杆菌属(Bacteroides)、梭状杆菌属(Clostridium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)和李斯特氏菌属(Listeria)[5- 9]产生；参与BAs氧化或差向异构反应的脱氢酶或差向异构酶则多是由拟杆菌属(Bacteroides)、真细菌属(Eubacterium)、梭状杆菌属(Clostridium)、大肠杆菌属(Escherichia)、埃格氏菌属(Eggerthella)、消化链球菌属(Peptostreptococcus)和瘤胃球菌属(Ruminococcus)产生。BAs在结肠中发生的一系列反应对维持胆汁酸池多样性及动态平衡具有重要作用。值得注意的是，在肠道微生物产生菌酶催化BAs代谢的同时[10- 12]，BAs也可以通过抑菌作用影响肠道微生物的组成[13]。

2 BAs与肠黏膜屏障

肠黏膜屏障主要是由物理屏障、化学屏障、生物屏障和免疫屏障4个部分构成。物理屏障主要是由肠上皮细胞及其之间的紧密连接构成；化学屏障是由杯状细胞分泌的黏液和潘氏细胞分泌的抗菌肽构成[14]；生物屏障是由肠道共生菌构成；免疫屏障则是由肠道内抗原识别的黏膜免疫系统组成。BAs参与调节肠黏膜屏障不同组成部分，维持肠黏膜屏障系统的动态稳定。

2.1 BAs与物理屏障

肠黏膜物理屏障处在不断更新的状态中，肠上皮细胞的增殖与凋亡处于动态平衡以确保屏障的完整性。这一平衡受多方面因素影响，BAs作为内源性活性小分子，在其中起着重要作用。肠上皮细胞暴露于BAs后，其发生促凋亡或抗凋亡主要取决于细胞类型与BAs浓度[15]。在生理浓度下，脱氧胆酸(deoxycholic acid, DCA)可招募表皮生长因子(epidermal growth factor receptor, EGFR)，激活细胞外信号调节激酶(extracellular signal- regulated kinase,ERK)，促进环氧合酶- 2和前列腺素释放，从而刺激有丝分裂，诱导上皮细胞增殖[16]。BAs还可以通过激活PXR、VDR和TGR5来抑制肠上皮细胞的凋亡[17- 18]。

BAs还可以通过调节紧密连接蛋白影响肠黏膜物理屏障。体外培养Caco- 2细胞或人结肠活检组织，给予二羟基胆汁酸孵育，可降低跨上皮阻力，并诱导紧密连接蛋白occludin的磷酸化和重新分布[19- 20]。体内研究[21]显示，肠上皮通透性增加、紧密连接蛋白ZO- 2和JAM- A表达降低与结肠BAs含量增加有关。虽然这些现象的具体机制尚不完全清楚，但可能与EGFR的招募和活性氧的产生相关[19]。胆汁酸受体TGR5被认为是紧密连接功能的调节因子，在TGR5- /- 小鼠中由于紧密连接蛋白表达降低，肠道通透性增加，更容易诱发实验性肠炎[22]。Cipriani等[23- 24]报道，FXR激活后紧密连接蛋白occludin和claudin- 1表达增加，降低肠道通透性，减少细菌移位进而缓解肠道炎症。虽然胆汁酸受体FXR和TGR5在改善肠道屏障通透性中具有调节作用[23]，但具体机制尚未完全清楚。

2.2 BAs与化学屏障

结肠黏液层具有双层结构，致密的内层牢固地附着在上皮上防止细菌入侵；疏松的外层则是由内层蛋白水解形成的，为共生菌提供居住环境[25- 26]。BAs可通过影响黏液分泌来调节肠道屏障，亦可通过影响潘氏细胞分泌抗菌肽，维持上皮内黏液层的无菌性来增强化学屏障功能，但由于BAs种类众多，具体作用上存在争议。BAs可通过促进黏液分泌预防细菌感染，如熊去氧胆酸(ursodeoxycholic acid，UDCA)和其牛磺酸结合物可通过促进黏液分泌而改善肠炎症状[27]；BAs还可通过激活FXR促进回肠α- 5- 防御素释放进而增强上皮屏障功能[28]。体外研究BAs如石胆酸(lithocholic acid, LCA)可通过激活VDR诱导结肠上皮细胞促进抗菌肽分泌，维持肠道化学屏障[29]。

2.3 BAs与免疫屏障

病原微生物跨过黏液层，便会触发免疫反应。上皮细胞释放一系列介质、趋化因子和细胞因子招募、分化和激活免疫细胞。这些免疫细胞反过来又可通过吞噬病原体释放其他介质，促进炎症、组织重塑、水肿以及招募获得性免疫反应[30- 31]。肠腔BAs水平升高与炎症反应密切相关。BAs可以直接作用于上皮细胞，调节促炎细胞因子的产生，如IL- 8、IL- 1和IL- 6[32- 33],还可以直接或间接作用于免疫细胞，如二羟基胆汁酸激活肥大细胞，使其脱颗粒，释放组胺[34- 35]。相反，通过FXR或TGR5激活天然免疫细胞可抑制各种促炎细胞因子的表达与分泌[36- 38]。值得注意的是，无论是在正常情况下还是在感染或炎症情况下，管腔BAs水平的变化如何影响肠道功能取决于上皮细胞和免疫细胞释放的促炎及抗炎介质之间的复杂相互作用。

3 BAs与IBD

3.1 BAs菌群宿主代谢异常

IBD的发病因素尚不完全清楚，遗传因素和环境因素是导致黏膜免疫反应失调的重要因素。随着代谢组学的发展，研究者发现IBD患者体内多种代谢物较健康人群发生了明显的变化[39- 42]，如粪便中氨基酸[42]、BAs[43]、鞘磷脂酸[43]、中链脂肪酸[41,43]、短链脂肪酸[40]和多胺[39]。肠腔中BAs谱的改变与IBD的发展密切相关。一项涉及155例IBD患者和65例健康对照者的研究[44]显示，超过2 700种代谢物在IBD患者与健康人群间存在差异。IBD患者代谢物主要表现为鞘脂类和BAs富集，而IBD患者粪便中富集的BAs主要是结合性BAs和硫酸化BAs，SBAs含量降低。针对患者血清中BAs含量进行分析显示，IBD患者血清中BAs代谢紊乱[42]，尤其是活动期患者血清中SBAs含量明显降低[44- 45]。

肠道中BAs的多样性与肠道微生物密切相关，虽然目前人们对于肠道菌群与IBD的因果关系尚不清楚，但IBD患者BAs代谢紊乱常伴随着肠道微生物组成的变化[46- 49]。IBD患者肠道菌群多样性降低，肠道菌群的构成比也发生变化，主要表现为厚壁菌门细菌丰度降低[50- 53]。Clostridia纲比例发生明显改变，Roseburia属和Faecalibacterium属菌群丰度降低而Ruminococcusgnavus属菌群丰度增加，Faecalibacteriumprausntizii与Escherichiacoli比值降低。反过来，肠道中BAs含量的增加又会促进胆汁耐受细菌如BilophilaWadsworthi的生长，促进了Th- 1介导的黏膜免疫反应。

3.2 BAs代谢异常与肠道屏障

疾病状态下，BAs诱导细胞死亡的增加与肠上皮屏障和运输功能丧失有关，而结肠上皮细胞凋亡增加常伴随着其暴露在高浓度的BAs之下。BAs作为一种两性分子，其诱导细胞凋亡的作用与其疏水性密切相关[54]。疏水性BAs，如CDCA、DCA和LCA通常被认为具有促进细胞凋亡的作用；而亲水性BAs，如UDCA则具有抗凋亡作用。疏水性BAs主要通过氧化应激介导激活Bax，进而MMP受到破坏，细胞色素C释放，从而形成凋亡小体Caspase3、Caspase6及Caspase7[55- 56]。长期暴露在高浓度的BAs中会导致细胞凋亡抵抗，进而促进细胞增殖，这可能为IBD患者结肠癌患病率增加的原因之一[57]。在生理浓度下，DCA可诱导结肠上皮细胞表达MUC2[58- 59]，而当长期暴露于高浓度时则会出现抑制黏液分泌的现象[60]。现阶段，研究者发现IBD患者常伴随着BAs代谢异常，并对其可能机制进行了探索，但BAs在IBD的发生发展中具体机制尚不完全清楚，有待进一步研究。

4 调节BAs代谢与IBD治疗

由于BAs在调节肠道生理和病理生理方面发挥着如此重要的作用，它们为开发新的治疗干预措施提供了极好的靶点。参与BAs代谢的相关蛋白和肠道菌群都可以作为IBD的潜在治疗靶点。

4.1 益生菌

外源性补充益生菌调控BAs来预防或治疗疾病多是在代谢性疾病，如在高胆固醇血症或肥胖症中得到证实[61- 62]。益生菌可在不同程度上缓解IBD患者的临床症状。益生菌混合物VSL#3可明显降低隐窝炎[63]，ClostridiumbutyricumMIYAIRI的临床疗效也优于安慰剂[64]，但其确切疗效尚有待深入研究。IBD患者及实验性肠炎动物均存在BAs含量降低现象，但外源性补充Clostridiumscindens改善肠炎症状只在动物实验中得到证实[65]，现阶段尚缺乏有关定向调节BSH或7α脱羟化酶菌株的临床研究。

4.2 粪菌移植

粪菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)是将健康人群的粪便通过加工处理转移到患者体内，其最早应用于治疗复发型艰难梭菌感染患者。近来研究[66- 67]表明，FMT可明显改善艰难梭菌患者肠道BAs构成，增加SBAs含量，防止艰难梭菌定植。由于在治疗rCDI方面取得了明显的疗效，人们将其应用于其他肠道疾病，如IBD、IBS和胰腺炎等。在IBD研究中，FMT在诱导UC缓解方面显示出明显疗效[68- 71]。一项针对小儿UC的研究[72]表明，对FMT应答者中，其肠道微生物和代谢组都明显向健康人群靠拢。

4.3 胆汁酸受体调节剂

胆汁酸受体FXR和TGR5的发现标志着通过调节BAs代谢治疗疾病向前迈进一大步，人们可通过合理的药物设计方法开发新的配体。目前为止，人们已经获得FXR的晶体结构[73]，但尚未得到确切的TGR5晶体结构。针对已知结构的FXR，已经开发了一些激动剂，如GW4064、PX- 102、LJN452和EC001。针对FXR激动剂的研究现多集中在临床前模型上进行，如IBD患者回肠和结肠中FXR及其靶基因表达降低，体外提取IBD患者固有层单核细胞，给予FXR激动剂可降低IFN- γ、IL- 17和TNF- α的表达[36]。2016年，CDCA的6- 乙基衍生物- 乙酰胆酸(OCA)作为第1个被FDA批准用于临床，与UDCA联合应用于原发性胆管炎。虽然TGR5在调节肠道运动、黏液分泌和黏膜炎症反应中起着重要作用，但现阶段尚缺乏针对TGR5的靶向药研究。

5 展 望

人们越来越认识到BAs在健康和疾病中发挥的作用。通过对肠道菌群、BAs代谢及肠上皮细胞感知BAs变化后所引起的免疫反应等的深入研究，使用受体选择性药物、饮食控制、益生菌或粪菌移植等方法调控肠腔中BAs信号和相关的上皮信号通路来治疗和预防IBD将成为新方法。