胆汁酸代谢在原发性胆汁性胆管炎发病机制中的作用

贾皖婷， 刘晓晓， 邰文琳

昆明医科大学第二附属医院 检验科， 昆明 650032

原发性胆汁性胆管炎(primary biliary cholangitis,PBC)属于胆汁淤积性肝病的一种，常在具有自身免疫遗传易感性的中老年女性中发生。免疫细胞对线粒体丙酮酸脱氢酶复合体的E2亚单位(E2 subunit of pyruvate dehydrogenase complex，PDC-E2)失去免疫耐受性,导致靶向性胆道损伤,并且具有典型的血清学反应：抗线粒体抗体阳性[1]。以往PBC属于罕见疾病,但近年来发病率逐年增高。2021年,一项针对自身免疫性肝病的流行病学调查[2]显示,PBC的发病率从0.84/10万到2.75/10万不等，另有研究[3]显示与其他国家相比,中国和日本的PBC患病率较高,然而目前PBC发病机制仍处于探索阶段。自身免疫紊乱、胆汁淤积损伤是PBC肝内小胆管损伤的两大因素，但胆管上皮细胞(biliary epithelia cells, BEC)的自身免疫紊乱是继发于胆汁酸代谢紊乱，或者胆汁酸稳态破坏是继发于自身免疫攻击，仍然是悬而未决的问题[4]。毋庸置疑的是，胆汁淤积诱导的炎症和纤维化在临床上占主导地位[5]。因而PBC治疗主要侧重于改善胆汁淤积。基于PBC胆汁淤积的临床特点以及胆汁酸代谢治疗的优越性，现将PBC中胆汁酸代谢的研究进展介绍如下。

1 胆汁酸生理

胆汁酸是胆汁的重要有机成分,对其合成及转运的严格调节是目前治疗胆汁淤积性肝病的重要策略。通过经典和替代途径在肝脏中直接合成的胆汁酸属于初级胆汁酸，包括胆酸(cholic acid, CA)和鹅去氧胆酸(chenodeoxycholic acid, CDCA)。CDCA和CA属于游离型胆汁酸，疏水性高，容易自由通过细胞膜，对细胞造成毒性损伤。CDCA和CA会与甘氨酸和牛磺酸结合生成相应的结合胆汁酸以提高其水溶性。初级胆汁酸进入小肠后还会在肠菌的作用下脱氧生成次级胆汁酸：脱氧胆酸和石胆酸(lithocholic acid, LCA)及其结合胆汁酸。哺乳动物中,胆汁以初级胆汁酸、结合胆汁酸为主。胆汁酸的转运需要众多蛋白的参与，包括胆盐输出泵、多药耐药蛋白(multi-drug resistance protein, MDR)、肠细胞顶端钠依赖性转运蛋白、回肠胆汁酸结合蛋白、有机溶质转运蛋白(organic solute transporter, OST)α/β、有机阴离子转运多肽(organic anion transporting polypeptide, OATP)等，95%的胆汁酸都会经过转运，在发挥其作用后再次回到肝脏，这就是能够将胆汁酸利用最大化的肠肝循环。正常浓度范围内的胆汁酸可以促进脂质的消化与吸收,溶解胆固醇,同时也是许多细胞内核激素受体和膜受体的天然配体,是调控肝细胞功能的关键信号分子。胆汁酸代谢物也具有重要生理功能，有学者[6-7]发现，石胆酸衍生物可以通过调节辅助性T淋巴细胞(Th)17和调节性T淋巴细胞的分化，来维持肠道免疫平衡。

2 参与胆汁酸代谢的受体

参与胆汁酸代谢的受体及其下游信号通路与PBC高度相关。胆汁酸代谢过程中的关键核受体有：法尼醇 X 受体(farnesoid X receptor, FXR)[8]、孕烷 X 受体(pregnane X receptor, PXR)、维生素 D 受体(vitamin D receptor, VDR)、过氧化物酶体增殖物激活受体 (peroxisome proliferators-activated receptors, PPAR)。参与胆汁酸代谢的膜受体主要有成纤维生长因子受体4和G蛋白偶联受体(takeda G protein-coupled receptor 5，TGR5)。

2.1 法尼醇X受体(FXR) FXR是一种仅由胆汁酸激活的核激素受体,几乎参与胆汁酸合成、转运及吸收的全过程。目前被批准用于治疗PBC的药物：奥贝胆酸(obeticholic acid,OCA),其作用便在于可以高效激动FXR。FXR与胆汁酸结合后,会调节许多胆汁酸代谢相关分子，包括小异二聚体伴侣、成纤维细胞生长因子19 (fibroblast growth factor 19, FGF19)、胆盐输出泵、OSTα/β、细胞色素P450家族成员7A1(cytochrome P450 7A1, CYP7A1)等,从而有效维持胆汁酸代谢平衡。胆汁酸还可以通过FXR依赖方式抑制半胱氨酸的分解，调节肝脏对氧化损伤的敏感性[9]。FXR的缺失会导致总胆汁酸升高和肝脏损伤。在PBC患者的肝组织中，也观察到FXR mRNA水平的降低[10]。这些现象说明，FXR改变参与PBC的发生发展，FXR可以成为控制PBC胆汁酸代谢紊乱的关键靶点。

2.2 过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR) PPAR是一种核激素受体，其抗胆汁淤积特性主要与其调节胆汁酸合成、转运和解毒的作用有关,并具有一定的抗炎特性。3种 PPAR亚型 PPARα、PPARβ/δ 和 PPARγ被不同基因编码，并在代谢活跃的组织中差异表达。其中PPARα主要在肝细胞上表达，PPARα激活可以减少胆汁酸流入胆道，增加胆汁酸由肝脏流向门静脉，抑制胆汁酸合成[11]。PPARα 介导的多种酶的上调还可以促进胆汁酸的解毒,包括 CYP3A4、UDP 葡萄糖醛酸基转移酶家族和磺基转移酶 2A1,它们与有毒的疏水性胆汁酸结合,增强其溶解度,促进胆汁酸的尿液和粪便排泄。PPARα还诱导MDR3的表达,它使磷脂酰胆碱转运穿过小管膜,磷脂酰胆碱的小管排泄增加,保护BEC免受胆盐刺激和随后胆汁淤积性损伤。PPARδ因其在肝细胞、胆管细胞、Kupffer细胞和肝星状细胞上的分布的独特性,被认为具有调节PBC中胆汁淤积、炎症和纤维化损伤的潜力[12]。一种对PPARδ有高选择性的强效激动剂：seladelpar，正在进行Ⅲ期临床试验,该药除了调节肝细胞胆汁酸合成外,还可通过胆管细胞上的转运蛋白调节胆汁酸的吸收和分泌[13]，在seladelpar治疗1年后对PBC患者进行评估，可以发现患者症状负担和生化反应均得到持续改善[14]。因此，PPAR激动剂具有调节PBC胆汁淤积的特性，并且这种特性引起了人们对利用该途径进行药物开发的兴趣。

2.3 孕烷X受体(PXR) PXR在肝脏、肠道和肾脏中高度表达,主要参与解毒。当它被激活时,会与维甲酸X受体形成异二聚体,并调节在胆汁酸代谢以及外源性药物解毒中起重要作用的基因的转录,增强毒素溶解度并促进胆汁排泄。PXR在胆汁酸代谢中的主要作用是帮助胆汁酸解毒和溶解，以及通过上调MDR1和 多药耐药相关蛋白(multidrug resistance-associated protein , MRP)调节胆汁酸流出[15]。用富含胆固醇和胆酸的饮食喂养PXR缺失小鼠,会出现与肝炎和肝细胞损伤有关的高病死率[16],这说明PXR参与胆汁酸代谢，并具有保护肝脏的作用。目前已有以PXR为靶点的PBC治疗方案，例如使用PXR激动剂利福平，可有效治疗PBC患者的瘙痒问题[17]。PXR的另一配体维生素K，因其在肝内胆汁淤积中的作用，在中国已被用作治疗胆汁淤积性肝纤维化，在日本也被用于治疗PBC患者的骨质疏松症，但维生素K 在胆汁淤积相关疾病中的应用仍存在争议[18]。

2.4 维生素D受体(VDR) VDR是肠道胆汁酸感受器的一种，是次级胆汁酸LCA的受体。VDR激活会抑制 Th1细胞因子产生、促进 Th2细胞因子产生[19],从而减少对效应T淋巴细胞的应答，抑制炎症反应。VDR的激活还会诱导CYP3A在体内的表达，对肝脏和肠道中的LCA起到解毒作用。一项来自中国的荟萃分析[20]显示，VDR ApaI基因多态性与PBC风险相关，尤其是在亚洲人群中。另有研究[21]发现，在PBC中，VDR显著降低，并提出由此导致的VDR信号通路的减少可能在PBC的发病机理中起重要作用。因为该受体的激活与抗炎[22]、抗胆汁淤积和抗纤维化作用有关，所以被认为是PBC的一个潜在靶标。

2.5 参与胆汁酸代谢的膜受体 胆汁酸调节也通过膜结合受体发生。例如, 成纤维生长因子受体4与FGF19结合,抑制CYP7A1介导的胆汁酸合成。TGR5是第一个确定的胆汁酸特异性细胞表面受体, 是CDCA和LCA的天然配体,激活TGR5可具有抗炎效果，因为激活TGR5可以抑制Kupffer细胞产生的促炎细胞因子。TGR5激活还可促进胆管细胞分泌HCO3-，维持BEC碱性保护伞，防止胆管破坏。利用TGR5-/-小鼠还发现，参与胆汁酸合成和转运的各种酶和蛋白质的肝脏mRNA表达在TGR5-/-中高于野生型小鼠，尤其是胆汁酸合成中的限速酶CYP7A1[23]，表明TGR5对胆汁酸合成及转运均具有调控作用。结合TGR5的抗炎作用、对BEC的保护作用，以及其调控胆汁酸代谢的作用，有理由认为TGR5是PBC发病机制的重要一环。

3 胆汁酸代谢参与PBC发病

在PBC中，胆汁酸合成及代谢失调已被证实[24]。PBC患者的胆汁酸代谢特点主要有：(1)伴随疾病进展，胆汁酸水平逐渐增加[25]；(2)PBC 患者血清和粪便胆汁酸成分发生改变[26]；(3)PBC患者参与胆汁酸代谢的转运体和核受体存在异常表达和位移。

目前认为，阴离子交换器2(anion exchanger 2, AE2)缺陷是促成胆汁酸代谢变化的主要原因之一,AE2是一种位于BEC顶膜的Cl-/HCO3-交换体,它可以将HCO3-泵出细胞，而胆汁 HCO3-的分泌将会产生管腔碱性“伞”，避免非极性疏水胆盐单体的质子化，防止胆汁酸侵入胆管细胞并诱导细胞毒性。研究[27]表明PBC患者肝脏和外周血单核细胞标本中的AE2 mRNA水平降低。免疫组织化学研究[28]表明PBC小叶间BEC顶膜的AE2染色减少,证实了PBC患者中AE2表达缺陷。AE2缺失会使HCO3-分泌不足,BEC碱化不足, 细胞内pH升高,这不仅会导致BEC对疏水性胆汁酸的防护作用受损,还会使胆汁碱化降低,胆盐极性不渗透膜的形式遭到破坏,有毒胆汁酸渗透到BEC内，诱导BEC凋亡，引发胆汁淤积。AE2基因敲除小鼠中可以观察到PBC患者的大多数症状,例如抗线粒体抗体升高,IgM水平升高,免疫调节紊乱,进行性胆汁淤积和非化脓性胆管炎。熊去氧胆酸(ursodeoxycholic acid,UDCA)和糖皮质激素联合治疗可以提升肝内AE2表达并改善肝内胆汁淤积,这些现象均证明AE2表达减低参与PBC致病机制。研究[29]发现，AE2的降低与表观遗传学有很大关系。miR-506在PBC肝脏中显著上调，并集中表达在肝内胆管细胞，且miR-506与人类特异性 AE2-UTR-3′ mRNA 的部分序列互补,表明miR-506是导致AE2下调直接因素。miR-506在胆管细胞中的过表达会减少AE2的表达和活性,导致PDC-E2的过表达,损害线粒体能量代谢并促进氧化应激、内质网应激和胆汁酸诱导的细胞凋亡[30]。而miR-506基因恰恰位于X染色体上,这可能与女性在PBC中占主导地位有关。此外，在PBC中增高的疏水性胆汁酸也会抑制BEC中AE2的表达[31]。可见,AE2下调导致胆汁淤积，胆汁淤积又会进一步抑制AE2表达，促进PBC的发生发展。

PBC患者肝脏中参与胆汁酸代谢的转运体和核受体的表达及定位异常主要与遗传、胆汁淤积条件下作出的适应性改变有关。与正常肝脏相比，PBC肝脏中，将胆汁由门静脉重吸收入肝的 NTCP、OATP1B1和OATP1B3表达下调[32]，将胆汁排出肝细胞的MRP3表达上调，OSTα/β 在正常肝细胞中不表达或低水平表达，在PBC患者中上调，这些变化可能与胆汁淤积情况下细胞作出的适应性改变有关，除了PBC患者胆汁酸转运体表达发生改变外，在 PBCⅢ期中也观察到了MRP2定位发生改变[32]，而这种变化可能与PBC即将发生黄疸相关。PBC患者胆汁酸转运体和核受体表达变化除了与患者胆汁淤积情况下造成的适应性改变有关外，还与遗传和表观遗传因素有一定关系，研究发现,在PBC患者中,参与胆汁酸代谢的基因存在一定改变。对315例日本PBC患者11个候选胆汁酸合成相关基因进行单核苷酸多态性分析,发现CYP7A1及其转录激活因子基因变异可能导致胆汁酸合成增加,淤积于肝脏,最终导致PBC进展[33]。在以往功能未知的MPR9最近也被发现其基因突变可能与胆汁淤积性肝病有关[34]。miR-21下调也参与PBC胆汁酸代谢紊乱,通过微阵列技术发现PBC患者的miR-21升高[30], miR-21会下调FXR和一些关键的胆汁酸转运蛋白,进而导致胆汁酸代谢紊乱[35]。

肠道微生物也被证实参与PBC胆汁酸代谢改变[36-37]，主要在于对胆汁酸组成成分的改变。肝脏和肠道依靠肠肝轴进行双向交流，而胆汁酸是双方交流的必要介质。肠道微生物群通过调节代谢和免疫反应在胆汁淤积性肝病的发病机理中起重要作用，然而，疾病的进展也可能影响肠道微生物群的组成，从而加剧胆汁淤积的进展,由此提出胆汁酸-肠道微生物群-胆汁淤积的三角形致病模型[38]。已经发现PBC患者的肠道通透性增加，细菌易位，菌群组成发生改变。脂磷壁酸，一种革兰阳性菌细胞壁成分，在PBC患者血清中增加，说明PBC患者肠道通透性增加[39]。一项中国横断面研究[40],将79例未接受过治疗的PBC患者的肠道微生物谱与114例健康对照者的肠道微生物谱进行了比较,报告了12个属的物种丰富度改变与PBC强相关；此外,通过分析这12个属,可以识别疾病状态,这表明PBC具有独特的微生物组特征。在这样的条件下，一项来自中国PBC患者的研究[26]表示，PBC患者表现出从初级到次级以及从结合胆汁酸到非结合胆汁酸的转化减少，被认为可能是由于微生物代谢功能失调导致脱羟基失败。正是由于对PBC中存在胆汁酸与肠道微生物相互作用的理解，马雄团队[41]表示，胆汁酸-微生物相互作用可能是治疗PBC的一个方向。对PBC胆汁酸谱的研究将有助于对PBC进行诊断和分级，以及对PBC发病机制有进一步理解。

4 胆汁酸代谢参与PBC治疗

4.1 UDCA UDCA是首个被美国食品药品监督管理局批准的,用于所有诊断为PBC患者的一线药物。研究[42]证明UDCA可有效改善患者病死率和肝移植率,并且该益处与患者性别、年龄、疾病阶段无关。但仍有大约40%的PBC患者对UDCA的生化反应欠佳，有学者[43]采取联合免疫抑制治疗以提高临床疗效。UDCA是一种亲水性二羟基胆汁酸,来源于CDCA在结肠中细菌的7β差向异构化作用,并通过结肠黏膜被动吸收进入循环胆汁酸池。UDCA增加了胆固醇向胆汁酸的代谢转化,并降低了胆汁脂质中的胆固醇分数。目前已经提出几种UDAC治疗PBC的作用机制,包括用外源性UDCA富集亲水性胆汁酸池,替代在胆汁淤积环境中积累的内源性疏水性有毒胆汁酸；通过上调BEC表面的AE2表达形成碳酸氢根保护伞；通过减少主要组织相容性复合体Ⅰ类和Ⅱ类蛋白的肝细胞及胆汁表达进行免疫调节,减少适应性免疫介导的损伤；此外,UDCA诱导肝组织中的一氧化氮合酶并以S-亚硝基谷胱甘肽的形式促进MRP2介导的小管分泌一氧化氮,对BEC表现出有效的抗凋亡作用。

4.2 奥贝胆酸(OCA) 胆汁酸作为FXR激活剂,其活性强度取决于疏水的类固醇核心和类固醇周围的极性羟基之间的平衡,胆汁酸疏水性越强,激动FXR的能力就越强。与疏水性CDCA(一种有效的FXR活化剂)相比,其亲水性差向异构体UDCA几乎没有FXR活性。OCA的开发是通过对CDCA进行修饰,在碳6上引入一个额外的乙基,使其疏水性提高,从而使OCA对FXR的激动作用是CDCA的100倍。目前OCA属于PBC治疗的二线药物,会在患者对UDCA反应不佳的情况下使用。使用小剂量OCA便可明显改善PBC生化胆汁淤积[44]，并且OCA可以增加PBC患者结合胆汁酸从肝细胞向胆管的转运，使肝细胞暴露于潜在的细胞毒性胆汁酸的时间减少[45]，OCA Ⅲ期临床试验数据分析表明，在UDCA治疗无效的患者中应用OCA，其ALP、ALT和胆红素水平较对照组均有显著下降，表明患者胆汁淤积现象得到改善[46]。但OCA也有一些缺点难以克服，胆汁酸FXR激动剂遵循内源性胆汁酸的肠肝循环,其固有的药代动力学和药效学特征与肝脏和肠道中胆汁酸代谢的变异性以及潜在的肝功能相关[47]，这可能会限制OCA的治疗效果。其次，包括OCA在内的第一代FXR激动剂,由于其类固醇疏水核心的存在,导致其水溶性差,因此在亲脂性配体结合位点的生物利用度差(<10%)。并且有研究[48]提出，使用OCA与肝脏失代偿增加有关，这可能与OCA是FGF19的诱导剂，而FGF19是一种与肝细胞癌发生相关的生长因子有关。临床上发现OCA给药出现瘙痒，这可能与OCA除了靶向FXR外,还靶向了TGR5有关,因此,提高OCA对FXR的选择性可能对减轻这种不利影响尤为重要。由于以上原因，非甾体类FXR激动剂目前正在被开发，其中Tropifexor表现出对肝功能损伤患者的良好耐受性[49],已经进入PBC患者的Ⅱ期临床试验，结果表明Tropifexor可以有效改善生化水平，并降低瘙痒。

4.3 贝特类药物 贝特类药物是PPAR的有效激动剂，非诺贝特被归类为PPARα激动剂，苯扎贝特被认为是对三种同工型具有相似亲和力的泛PPAR激动剂，其中苯扎贝特更多用于PBC治疗。目前贝特类药物仅被美国食品药品监督管理局批准为降脂剂,但其在降低胆汁淤积的血清生化标志物，即ALP和GGT水平方面的作用已有数十年的报道。一项纳入11个研究的荟萃分析[50]表明,与单独使用UDCA相比,苯扎贝特联合治疗可改善肝脏生化指标和瘙痒,但在症状或全因病死率方面未发现统计学差异,因此，苯扎贝特常被用作对UDCA反应不良时的联合治疗药物。除前文提到的seladelpar外，elafibranor(一种双PPARα/δ激动剂)也在治疗PBC中表现出很大潜力，一项Ⅱ期临床试验研究[51]表明，elafibranor通常安全且耐受性良好，可以有效改善患者ALP、胆红素等生化指标。在接受贝特类药物治疗的患者中报告的不良事件有肌痛、血清转氨酶水平升高、肌酐水平升高。血清转氨酶升高可能与转氨酶产生基因的诱导有关,而不是真正的肝毒性,肌酐水平上升可能与肌肉产生的肌酐增加而不是肾小球滤过率降低有关。在使用贝特类药物的过程中需要注意,贝特类可以取代白蛋白中的华法林并延长凝血酶原时间,因此建议减少华法林剂量[52]；使用贝特类药物可导致对他汀类药物毒性的敏感性增加,建议在接受贝特类药物的患者中更密切地监测这种毒性[53]。非诺贝特和钙调神经磷酸酶抑制剂之间的相互作用会增加肾毒性的风险,因此必须密切监测肾功能。秋水仙碱与贝特类药物同时使用会带来横纹肌溶解的风险[54]。即使贝特类药物是一种有希望的辅助治疗,但国际上仍未批准用于治疗PBC患者,其在失代偿期肝病患者中的应用还未得到充分研究。尽管如此，仍然能看到该类药物在治疗PBC中的可能性。

5 结语

综上所述，胆汁酸代谢变化参与PBC疾病发生发展的始终,miR-506在PBC中的上调使AE2缺陷，导致BEC碱性屏障受损,毒性胆汁酸渗透BEC造成BEC损伤和抗原PDC-E2的暴露。肠道微生物菌群与胆汁酸相互作用，在疾病状态下，由于肠道屏障的破坏，细菌易位，组成结构发生改变，随之影响着胆汁酸成分的变化和肝脏炎症反应。加之胆汁酸代谢过程的关键受体FXR、PXR、VDR等表达减少,限速酶CYP7A1表达增多,这些因素共同促进了PBC胆汁淤积的发生。维持胆汁酸代谢平衡对于治疗PBC具有重要价值。目前PBC的发病机制还未完全阐述清楚,但目前的研究证据可以说明PBC是在“多重打击”下发生的，从胆汁酸代谢角度出发,联合免疫学角度,将有助于为PBC的发生发展提供新观点。

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：贾皖婷负责文献查找、阅读及文章撰写；刘晓晓对研究思路有关键贡献；邰文琳负责文章修改。