胆汁酸G蛋白偶联受体5在非病毒性肝病中的作用

周 群，张 华， 刘 平， 陈佳美

1 上海中医药大学附属曙光医院， 上海市中医药研究院肝病研究所，肝肾疾病病证教育部重点实验室，上海市中医临床重点实验室，上海 201203； 2 上海中医药大学交叉科学研究院， 上海市中医药化学生物学前沿基地， 上海 201203

非病毒性肝病涉及免疫、遗传、代谢等多种病因，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病(ALD)、自身免疫性肝病和胆汁淤积性肝病等是其主要病种。胆汁酸G蛋白偶联受体5(Takeda G protein-coupled receptor-5, TGR5)是一类经典的胆汁酸膜受体，表现出多重生物学功能，参与体内多种代谢和免疫疾病的发生和发展。TGR5在非病毒性肝病领域中也发挥着非常重要的生物学作用，研究发现天然药物中存在靶向TGR5的小分子激动剂，进一步开发有望未来用于治疗非病毒性肝病，现将当前最新研究进展综述如下。

1 TGR5的结构及组织分布与功能

TGR5是一种由初级和次级胆汁酸激活的膜型G蛋白偶联受体，又称为Gpbar1、M-BAR、GPR131或BG37，由Maruyama等[1]于2002年首次发现，包含993个碱基对，编码330个氨基酸，形成7个螺旋跨膜结构域，其结构高度保守。次级胆汁酸石胆酸和脱氧胆酸是TGR5最强的内源性配体，初级胆汁酸胆酸和鹅去氧胆酸在一定程度上也可以激活TGR5。TGR5在人和动物体内如脾脏、肾脏、肺脏、肝脏、胆囊、肠和骨骼肌等组织及肝非实质细胞、肠道内分泌细胞、胰岛细胞和骨骼肌细胞等均广泛表达[2-3]。TGR5信号通过介导环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)、蛋白激酶B(AKT)、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase, ERK)和核转录因子-κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)信号通路发挥调控胆汁酸稳态、基础代谢及减轻炎症反应等重要作用。

1.1 TGR5维持胆汁酸稳态 在静息状态下，TGR5是由α、β和γ亚基组成的低亲和力的G蛋白复合物，一旦与胆汁酸结合后，解离的α亚基激活腺苷酸环化酶(adenylate cyclase, AC)，将三磷酸腺苷转化为cAMP，从而诱导蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)激活cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein, CREB)，参与下游信号通路的转录[4]。TGR5可以与胆汁酸相互作用，影响胆汁酸合成与代谢。TGR5表达的缺失可致胆汁酸合成的经典途径增强、替代途径被抑制，表现为TGR5-/-小鼠的胆汁酸池疏水性指数升高，牛磺胆酸和牛磺脱氧胆酸显著增加，牛磺-α-鼠胆酸和牛磺-β-鼠胆酸减少，且替代途径限速酶CYP27a1和CYP7b1水平显著降低[5]。TGR5选择性激动剂6α-乙基-23(S)-甲基胆酸(S-EMCA, INT-777)则可减少肝脏中胆汁酸合成经典途径关键酶CYP8b1的表达[6]。

1.2 TGR5调节基础代谢 现有证据表明，TGR5信号有助于调节糖脂代谢和水代谢，促进能量消耗以提高基础代谢率。TGR5可促进肠道内分泌细胞和胰岛细胞中胰高血糖素样肽(glucagon-like peptides, GLP)和酪酪肽(peptide YY, PYY)的释放，通过前转化酶1的cAMP/PKA/CREB依赖性激活增强葡萄糖介导的胰岛素分泌，从而改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性[7]。TGR5在骨骼肌中的表达可因运动而增加，肌肉特异性TGR5过表达通过诱导肌肉肥大增加呼吸交换率，激活糖酵解通量以改善葡萄糖清除率[8]。TGR5信号的激活也可减少氧化低密度脂蛋白的摄取，抑制巨噬细胞的脂质堆积和泡沫细胞形成，从而抑制动脉粥样硬化的发展[9]。

此外，TGR5还参与调节肾脏的水代谢，刺激TGR5可触发跨膜水转运，通过cAMP-PKA信号通路上调肾脏水通道蛋白2表达以减轻锂诱导的肾损害[10]。TGR5对能量稳态的调控在于通过增加环腺苷酸酶依赖性甲状腺激素激活2型碘甲状腺原氨酸脱碘酶的活性，并介导ERK/DRP1通路诱导线粒体分裂和脂肪氧化来增加棕色脂肪组织的能量消耗、促进米色脂肪细胞重塑，从而提高基础代谢率，防止肥胖和胰岛素抵抗[11]。

1.3 TGR5减轻炎症反应 炎症是机体对微生物和其他病原体的一种模式化反应，活化的TGR5受体在生物体的中枢神经系统、心血管系统、消化系统及免疫性疾病中均展现出很强的抑制炎症反应的作用，涉及cAMP、AKT、NF-κB等多条信号通路。既往研究[12]发现，TGR5可与E3泛素连接酶相互作用，通过抑制半胱氨酸蛋白酶8/炎症小体3(cysteinyl aspartate specific proteinase-8/NOD-like receptor protein 3, Caspase-8/NLRP3)的积累以抑制神经炎症，从而改善缺血性脑卒中的预后，或介导cAMP/PKA/CREB信号轴减弱蛛网膜下腔出血后早期脑损伤及脓毒症的神经炎症，改善认知障碍[13-14]。在心血管系统的研究中，TGR5激活可抑制NF-κB信号传导和诱导核因子E2相关因子2/血红素氧合酶1(nuclear factor E2-related factor 2/heme oxygenase-1, Nrf2/HO-1)通路发挥抗炎和抗氧化作用，抑制高糖对心肌细胞的直接代谢性损伤和心肌成纤维细胞的炎性变化，改善心肌梗死后的心脏功能[15-16]，并通过AKT/GSK-3β途径减轻心肌缺血再灌注损伤，上调活性氧生成，稳定线粒体膜电位，维持心肌稳态[17]。TGR5对NF-κB转录活性的拮抗和Nrf2信号通路的激活也存在于消化系统如肝脏和胃的炎症反应中，可见促炎细胞因子和趋化因子表达降低，巨噬细胞表型出现向M2型极化的趋势[18-19]。对免疫性疾病的研究[20-21]表明，激活TGR5可显著抑制NF-κB的活化，阻抑实验性类风湿关节炎和自身免疫性葡萄膜炎的进展。

2 TGR5在非病毒性肝病中的调控作用

TGR5主要在肝脏的肝窦内皮细胞、Kupffer细胞、胆管上皮细胞及活化的肝星状细胞中表达，目前认为TGR5是一种肝保护因子，对减轻肝脏炎症、维持肝脏稳态有重要作用[22]。TGR5能够通过调节胆管上皮通透性而保护肝脏免受胆汁酸超载，TGR5基因的缺失则更易引起炎症性和胆汁淤积性肝损伤[23]。

2.1 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) NAFLD是指除外酒精、药物等其他明确的肝损害因素，以影像学或组织学存在弥漫性肝细胞大泡性脂肪变(超过5%)为主要特征的临床病理综合征。NAFLD是一种复杂的多因素代谢疾病，与胰岛素抵抗、肥胖和遗传易感性等多种病因相关，目前已成为西方发达国家首位慢性肝病，并呈全球化发展趋势，发病率不断增加，严重危害人类健康并对社会造成巨大经济负担[24]。

NAFLD发病机制包括但不限于肝细胞内表观遗传学与重要代谢途径的改变、脂肪因子表达和分泌异常、肠道菌群失调、免疫细胞功能改变等，TGR5主要通过调节胆汁酸、糖脂及能量代谢减轻NAFLD的肝脂肪变性和炎症的发展。TGR5在患有非酒精性脂肪性肝炎的人、小鼠肝组织中表达均显著降低，TGR5-/-小鼠表现出NLRP3炎症小体活化和Caspase-1激活增加、促炎因子水平升高，肝脏脂肪酸氧化率增加、摄取率减少，胆汁中胆汁酸成分显著改变，而增强TGR5信号转导可减轻肝脏脂肪变性和炎症反应，抑制M1型巨噬细胞极化、促进M2型巨噬细胞极化[25]。对高脂饮食(high-fat diet, HFD)喂养的TGR5-/-小鼠进行垂直袖状胃切除术后发现，TGR5在减轻体质量、改善血糖水平、减少肝脏脂肪变性和增加术后能量消耗等方面具有重要作用[26]。

目前用于治疗实验性NAFLD的TGR5选择性激动剂有RDX8940和INT-777。RDX8940作为一种不与暴露于肠腔的药理靶标结合且无致突变的口服TGR5激动剂，可诱导小鼠肠道L细胞分泌GLP-1、GLP-2和PYY，并改善NAFLD和轻度胰岛素抵抗模型小鼠的肝脂肪变性和胰岛素敏感性，且不会抑制小鼠的胆囊排空[27]。INT-777是胆酸衍生物，可增加HFD喂养小鼠的能量消耗，控制体质量增加，改善异常的肝酶活性与肝脏脂肪变性[28]。

2.2 酒精性肝病(ALD) 长期过量饮酒会导致ALD的发生，初始阶段表现为肝细胞内脂质积累，从单纯的脂肪变性发展为慢性炎症和肝损伤，最终导致严重的肝脏疾病。ALD是遗传、性别、免疫和微生物群等多种因素相互作用的结果，其发病机制复杂，涉及乙醇氧化代谢、脂质代谢、炎症和免疫反应等[29]。

肠道微生物群被认为是ALD肝损伤严重程度的关键因素，ALD患者、小鼠模型的血清和肝脏胆汁酸谱也均发生变化。现有研究[30]证实，ALD动物模型中TGR5的缺乏可引起肠道微生物群失调，这与血浆和肝脏中次级胆汁酸水平的降低有关，这种减少也与回肠法尼醇X受体信号转导降低、成纤维细胞生长因子15合成减少相关，从而影响胆汁酸合成和巨噬细胞的募集，加重酒精引起的肝脂肪变性和炎症。而TGR5激活后可通过促进棕色脂肪组织中游离脂肪酸β-氧化，显著改善肝脏脂质积累，从而抑制ALD的进展[31]。

尽管ALD和NAFLD分别有不同的触发因素，但这两种肝脏疾病具有重叠的病理生理机制，因此对急性和慢性ALD模型给予INT-777治疗也可有效减轻其病理变化，降低肝脂肪酸合成酶和成脂基因的表达，抑制ALD模型的肝损伤，其机制与cAMP/PKA途径的激活有关[32]。

2.3 原发性硬化性胆管炎(primary sclerosing cholangitis, PSC) PSC是一种以持续性肝内外胆管慢性炎症和进行性纤维化为特征的特发性、异质性自身免疫性肝病[33]。PSC的发病机制尚不清楚，主要认为遗传、环境、肠道微生物群和肠-肝轴失调、胆汁成分和胆管上皮细胞表型的变化等危险因素均与PSC发生相关。PSC可能长期无症状，但出现侵袭性病变后可致胆道梗阻和炎症反复发作，从而进展至终末期肝病[34]。

经验证的几项大规模全基因组关联研究确定了PSC患者队列中的基因易感位点，其中包含TGR5基因座的染色体区域2q35为PSC易感基因座，且TGR5基因上的单核苷酸多态性外显子rs11554825可影响疾病易感性[35]，这表明TGR5是PSC的可能致病基因，其相关途径可能参与PSC的发生。最新进展也表明，TGR5在PSC患者和自发性PSC小鼠模型(Mdr2-/-/Abcb4-/-)的肝脏中表达均下调，TGR5水平的降低促进反应性胆管上皮细胞表型的发展，加重胆道损伤[36]，而FXR/TGR5双重激动剂INT-767干预后可显著改善PSC小鼠的血清谷丙转氨酶和碱性磷酸酶水平，减轻肝组织炎症和纤维化程度[37]，因此进一步探讨TGR5在PSC中的作用对阐明该疾病的发病机制与开发有效的TGR5激动剂相关药物研究具有重要意义。

2.4 胆汁淤积性肝病 胆汁淤积性肝病是临床上与多种肝病相关的病变，由于胆管阻塞或肝细胞胆小管侧膜的胆盐输出泵被抑制，导致胆汁分泌紊乱和肝脏中胆汁酸或其结合盐的过度积累，胆汁淤积的病理表现往往伴随着肝脏中胆汁酸浓度及成分的变化。如果缺乏有效的干预，持续的胆汁淤积最终会进展为肝纤维化、肝硬化，甚至肝衰竭[38]。目前认为，氧化应激、炎症损伤和转运蛋白紊乱是与胆汁淤积发展相关的潜在病理机制。

TGR5在胆汁淤积的发生中可起到保护作用，通过调节NF-κB、AKT等相关信号通路影响胆汁淤积性肝损伤的发展过程。TGR5的激活会触发碳酸氢根伞的形成，促进紧密连接的完整性，并通过阴离子交换剂2介导胆小管碳酸氢盐的分泌，调节细胞内的酸碱平衡，保护胆管上皮细胞免受胆汁酸毒性[39]，其缺失则会加重胆管结扎或石胆酸诱导的胆汁淤积性肝病模型的肝脏损伤，增加肝组织趋化因子和炎性细胞因子的表达和分泌[40-41]。进一步研究[42-43]表明，TGR5激活后可通过抑制NF-κB依赖性促炎细胞因子的产生和激活Nrf2/HO-1信号传导减少活性氧的生成，也可促进β-catenin信号传导以激活PI3K/AKT信号通路，从而抑制炎症反应。

3 TGR5天然小分子激动剂在非病毒性肝病中的应用

齐墩果酸(oleanolic acid, OA)是一种广泛存在于天然食用和药用植物中的五环三萜类化合物，具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗菌、保肝、降血脂等广泛的生物活性与药理作用[44]。OA可以使细胞内钙离子快速释放，通过激活TGR5/AC/cAMP/PKA依赖性途径直接刺激胰岛素分泌[45]，也可与TGR5/cAMP/PKA通路偶联，抑制RhoA/Rho激酶途径导致胃平滑肌松弛[46]。在非病毒性肝病领域的研究中，已证实OA可通过调节肝脏中脂肪酸从头合成相关基因来减少长期果糖过量摄入或HFD诱导的NAFLD模型的脂质沉积、代谢紊乱和肝脂肪变性的发展[47]。OA也可通过诱导Nrf2相关抗氧化酶表达维持氧化还原平衡，调节乙醇代谢和炎症通路，减轻ALD模型的氧化损伤[48]。低剂量的OA对胆管结扎或石胆酸诱导的胆汁淤积性肝病模型有保护作用，主要通过激活Nrf2并上调药物代谢和转运相关基因多药耐药相关蛋白，抑制肝脏限速合成酶CYP7a1、CYP7b1和摄取转运体NTCP、OATP1B1的表达，从而促进毒性胆汁酸和其他化学物质从肝细胞中排出[49]。

熊果酸(ursolic acid, UA)是OA的同分异构体，其多重药理作用包括抗菌、抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗细胞凋亡等已被证实[50]。UA也可激活TGR5受体，浓度依赖性地增加体内外GLP-1的分泌。既往研究报道，UA可通过改善脂质代谢的关键酶，即上调脂肪酸氧化基因和下调脂肪生成基因，调节过氧化物酶体增殖物激活受体-α途径有效改善HFD诱导的NAFLD模型中的肝脂肪变性和代谢紊乱[51]，或通过激活腺苷酸活化蛋白激酶信号通路抑制脂质合成和内质网应激，抑制NAFLD的发展[52]。UA改善ALD的效应机制则是通过调节肠-肝轴，改善酒精引起的肠道氧化应激和肠道菌群失调，恢复受损的肠道屏障功能[53]。此外，提取自柑橘属的柠檬苦素类三萜化合物诺米林和黄柏酮也是TGR5的天然小分子激动剂，能够以剂量依赖性方式刺激TGR5的转录活性，对HFD模型发挥抗肥胖和抗血糖升高的作用[54]。

中草药中同样发现了潜在的天然TGR5激动剂，如从三七茎叶中分离出的活性化合物三七皂苷Ft1可激活白色脂肪组织中TGR5/cAMP/PKA通路诱导脂质分解、增加能量代谢，并激活肠道TGR5促进GLP-1的释放，改善HFD小鼠模型的胰岛素抵抗[55]。提取自人参根茎的人参皂苷Ro可通过激活TGR5促进GLP-1的分泌，增加能量消耗，改善HFD诱导的肥胖和胰岛素抵抗[56]。黄连中的黄连生物碱也具有激活TGR5的作用，通过促进胆汁酸肝肠循环，调节肝脏脂质代谢和肠道微生物群改善高脂血症[57]。

4 小结与展望

随着人民生活水平的不断提高和临床检测技术手段的革新，非病毒性肝病的发病率及检出率正在逐年上升，对非病毒性肝病的发病机制进行广泛深入研究是当前此类疾病防治的重点难点问题。G蛋白偶联受体是最大的膜蛋白家族，在诸多生理和病理过程中均发挥重要作用。TGR5作为与胆汁酸特异性结合的细胞表面受体，主要通过激活转录网络和/或信号级联对多种胆汁酸产生反应，多通路地参与体内诸多代谢途径(包括胆汁酸合成、糖脂和水代谢、能量消耗等)及调节炎症反应，与非病毒性肝病的发生发展密切相关。

TGR5已被证明在多种非病毒性肝病模型中具有肝保护作用，通过不同的信号转导通路可减轻肝脏炎症反应、抑制肝脂肪变性、改善胆汁酸稳态，对疾病的发生发展有重要影响，因此有望成为未来治疗的潜在靶点，并已发现且开发了其特异性配体和选择性激动剂。然而，肝脏TGR5信号对多种代谢途径的广泛影响使TGR5的治疗靶向复杂化，对于TGR5的多态性研究还不够深入，因此仍需要更多的研究探索以进一步解析肝脏中TGR5信号转导的上、下游介质或与其他受体、代谢通路的交互作用，从而明确TGR5参与不同非病毒性肝病发病机制的作用特征，并逐步发掘出其在非病毒性肝病临床诊疗中的运用价值，研发靶向TGR5治疗的新药。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：周群负责查阅文献，撰写综述；张华负责修改论文；刘平、陈佳美负责拟定写作思路，修改审校文章及最后定稿。