牛磺熊去氧胆酸的药理作用及应用研究进展

周鸿缘，王 萌，李春亭，赵 欣，葛冰洁，桑 锐，李海涛，张雪梅*

(1.延边大学农学院，吉林延吉 133002；2.中国农业科学院特产研究所，吉林长春 130112)

天然熊胆是从黑熊、棕熊或其他熊科动物胆囊中提取的胆汁干燥而成，主要由胆汁酸、磷脂、胆固醇、胆汁色素、蛋白质和无机盐组成，具有广泛的药理作用，在我国传统的中医组方中就有数百种含有熊胆成分的方剂[1]。牛磺熊去氧胆酸(TUDCA)是熊胆汁中主要有效成分，化学名为3α，7β-二羟基-5β-胆烷酰-N-牛磺酸，是由熊去氧胆酸(ursodeoxycholic acid，UDCA)通过C24位羧基与牛磺酸的氨基缩水结合形成的结合型胆汁酸，而且TDUCA与UDCA等其他胆汁酸相比，离子化程度较高，亲水性较强，在肠肝循环中生物利用率更高[2]。TUDCA具有保肝、利胆、溶石、抑制内质网应激、抗凋亡等多种药理活性，在大多数情况下对生物体的毒性较低并且可穿过血脑屏障，口服、皮下和静脉注射途径均可施用。近年来，TUDCA不仅用于肝胆疾病的临床治疗和基础研究，而且在非肝胆疾病的体内外模型中也有良好的疗效，如糖尿病、视网膜疾病和神经退行性疾病等。

1 TUDCA对肝胆疾病的作用

1.1 利胆溶石

胆汁的缺乏或紊乱，特别是胆汁酸和胆汁盐的缺乏，会引起消化问题和严重的肝胆疾病。目前，胆汁成分的外源性给药是胆汁淤积症的合理治疗及预后方法[3]。TUDCA可降低实验性胆汁淤积大鼠血清中丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、谷氨酰转移酶、总胆红素和总胆汁酸的异常分泌，对胆汁淤积性肝损伤具有保护作用[4]。钙离子信号的丢失是胆管疾病最后阶段的主要特征之一，而TUDCA可以刺激钙离子信号的激活以促进慢性胆汁淤积和胆管缺失大鼠胆管上皮细胞的生长并维持其功能[5]。胆石病是全世界范围内常见的消化系统疾病之一，发病率也在逐年上升，超过90%的胆结石由胆固醇组成，并在胆囊内形成。腺苷三磷酸结合盒转运体G5和腺苷三磷酸结合盒转运体G8是肝脏胆小管侧膜分泌胆汁胆固醇的关键转运蛋白，经治疗后，小鼠肝脏中上述2种转运蛋白表达水平显著降低，表明TUDCA对于降低胆汁胆固醇饱和指数具有重要作用[6]。TUDCA可以影响体内胆固醇代谢，改变肠道菌群丰度与分布，进而降低成石率[7]。

1.2 抑制内质网应激介导的肝细胞凋亡

内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)已被证明是各种肝脏疾病中最重要的致病机制，强烈和持续的ERS最终会导致细胞凋亡。因此，抑制肝细胞ERS的靶向治疗一直是相关疾病的研究热点。慢性间歇性缺氧会加重肝损伤，抑制肝细胞再生，促进肝纤维化、肝硬化乃至肝癌的发生。研究发现TUDCA可减轻慢性间歇性缺氧模型小鼠肝脏的病理变化，降低丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶水平，证实了TUDCA的肝脏保护作用，并且这种保护机制是通过抑制ERS及其介导的细胞凋亡途径来实现的[8]。四氯化碳(CCl4)诱导的小鼠肝损伤模型是一种广泛使用的急性、慢性肝损伤动物模型,可以用来评价药物对肝损伤的保护作用及其机制。通过CCl4诱导急性肝损伤动物模型探讨TUDCA对小鼠急性肝损伤的保护机制，发现TUDCA能显著抑制CCl4所致特异性免疫球蛋白重链结合蛋白与肌醇需求酶1 mRNA及蛋白的过度表达，证明了TUDCA通过抑制ERS改善了CCl4中毒所导致的肝损伤[9]。

2 TUDCA对神经退行性疾病的作用

2.1 抑制神经细胞凋亡

研究大鼠急性脊髓损伤后TUDCA对神经元的保护作用及其机制，发现TUDCA可以通过激活蛋白激酶B(AKT)信号通路，增加Beclin-1和Bcl-2的表达，并抑制Bax、caspase-3的表达，通过抑制神经细胞凋亡显著改善了急性脊髓损伤大鼠的神经损伤[10]。淀粉样蛋白β肽(Amyloid β-peptide，Aβ)是在阿尔兹海默症患者大脑中淀粉样斑的主要成分。TUDCA可以稳定线粒体膜，防止Aβ诱导的大鼠原代神经元发生细胞凋亡。通过调控E2F-1/p53/Bax途径，特异性抑制Aβ诱导的PC12细胞凋亡，体现了TUDCA对阿尔兹海默症的潜在治疗[11]。

2.2 抑制活性氧自由基介导的氧化应激

严重的氧化应激反应和细胞特征性死亡与帕金森病(Parkinson disease,PD)有紧密联系。在不同的PD模型中，TUDCA是一种限制活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)介导神经损伤的药物。TUDCA还可增强小鼠中脑和纹状体核因子相关因子2(Nrf2)及其稳定剂DJ-1的蛋白表达量，提高谷胱甘肽过氧化物酶活性，抑制ROS生成，体外和体内试验结果均表明TUDCA可通过Nrf2途径为PD提供一个药物治疗靶点[12]。此外，中脑黑质致密部多巴胺能神经元的死亡是PD最主要的病理变化，C-Jun氨基末端激酶(JNK)在该病变过程中起着重要的作用。用TUDCA进行预处理可防止1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶诱导的小鼠中脑和纹状体发生JNK磷酸化，抑制ROS的产生，证明TUDCA具有抗氧化和神经保护作用[13]。

2.3 抑制神经炎症

神经退行性疾病的发生与神经炎症密切相关。小鼠小胶质细胞(BV2)作为中枢神经系统内的免疫细胞，可在致炎因子的作用下激活为反应性BV2。膜联蛋白是一种抗炎蛋白，主要表达大脑中的BV2。TUDCA可增加膜联蛋白的分泌水平发挥其抗炎作用[14]。G蛋白偶联胆汁酸受体1/Takeda G蛋白偶联受体5(GPBAR1/TGR5)是一种膜结合型胆汁酸受体,在能量平衡和糖代谢调节中发挥作用，同时也参与炎症反应的发展。TUDCA可以通过激活GPBAR1/TGR5增加BV2内cAMP水平，提高神经系统应激性损伤后的神经保护作用，减轻脂多糖介导的神经细胞炎症反应[15]。

3 TUDCA对视网膜疾病的作用

3.1 抑制感光细胞凋亡

色素性视网膜炎(retinitis pigmentosa，RP)可引起视网膜功能退化。RP在病因上有所不同，但最终都会导致感光细胞即视锥细胞和视杆细胞发生凋亡。建立RP大鼠模型研究发现，TUDCA能够维持视锥细胞和视杆细胞的结构和功能以及它们与突触后神经元的正常接触，有助于延缓RP所致的视网膜变性[16]。光感受器的物理分离常见于各种视网膜疾病，包括视网膜病变、老年性黄斑变性和糖尿病视网膜病变等。研究发现，动物模型实验性视网膜脱离后，光感受器开始退化并随着时间的推移而死亡，经TUDCA给药治疗后，可在一定程度上保留感光细胞，降低caspase-2、caspase-3和caspase-9的表达，表明TUDCA可通过抑制caspase介导的细胞凋亡发挥其细胞保护作用，可作为用于治疗以光感受器脱离为特征的眼部疾病的新型药物[17]。

3.2 减少视网膜小胶质细胞的数量及迁移

在神经性视网膜病变中，小胶质细胞活化是一种常见的现象，然而这些被激活的小胶质细胞可能释放一氧化氮等毒性因子，甚至杀死邻近的感光细胞，小胶质细胞还会随着年龄的增长引起慢性激活，从而影响视网膜组织的健康。TUDCA可降低RP模型大鼠小胶质细胞数量和活性，经TUDCA处理后的大鼠视网膜小胶质细胞更多的分布于视网膜内层，与正常SD大鼠视网膜小胶质细胞分布相似，表明TUDCA对RP模型大鼠的疗效与小胶质细胞迁移能力的降低有关[18]。TUDCA对小胶质细胞的影响可能通过干扰其呼吸代谢这一关键步骤影响迁移行为[19]。

4 TUDCA对糖尿病和肥胖症的作用

4.1 调节胰岛素分泌

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病。高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损引起。多项研究表明，TUDCA对于胰岛素分泌以及胰岛素敏感性具有积极作用。胰岛素降解主要由胰岛素降解酶调控，TUDCA可通过S1PR2-胰岛素信号途径来增强肝脏中胰岛素降解酶的表达，从而提升高脂饮食小鼠的胰岛素清除率，重建其血浆胰岛素水平[20]。从90日龄雄性小鼠中分离出胰岛，通过放射免疫、蛋白质印迹、电生理学等方法分析TUDCA对胰岛β细胞葡萄糖刺激性胰岛素分泌的影响，结果显示TUDCA可在刺激性葡萄糖浓度下通过cAMP依赖性蛋白激酶A(PKA)信号途径剂量依赖性的增加了新鲜胰岛中的胰岛素分泌，而在低葡萄糖水平下并没有相关作用[21]。

4.2 维持微量营养素稳态

作为日常饮食摄入的重要组成部分，微量元素的变化可能导致胰岛素抵抗，对糖尿病及糖尿病并发症的发展具有重要影响。糖尿病机体中铜和锌含量的变化已引起广泛关注，通过酸消解法测定糖尿病模型小鼠组织和血清中铜和锌的含量并进行电感耦合等离子体质谱分析，证实TUDCA可维持体内铜、锌含量的平衡，对糖尿病的治疗具有积极作用[22]。Mg2+和Ca2+在血糖控制中也起着至关重要的作用，TUDCA同样可使肾脏和血清中Mg2+和Ca2+水平恢复至正常范围[23]。

4.3 影响脂肪细胞分化

机体摄入过多能量而消耗不完全便可导致能量失衡，白色脂肪组织过多积累，是肥胖和糖尿病等代谢疾病发生的主要因素。而米色脂肪细胞作为可以燃烧能量的脂肪细胞，是潜在的治疗肥胖的靶细胞。TUDCA能促进体外米色脂肪细胞分化，刺激高脂饮食小鼠腹股沟白色脂肪组织产生褐变，还可减少脂肪组织的质量和脂质积累，有助于脂质代谢，防止过度的能量摄入[24]。TUDCA具有减少小鼠体内脂肪组织的作用，TUDCA可抑制脂肪干细胞分化成脂肪细胞，氧化物酶体增殖剂激活受体(PPARγ)和甘油磷酸脱氢酶这两种脂肪形成的标志性基因mRNA表达量也有所降低[25]。

5 TUDCA对其他疾病的作用

TUDCA还具有抗肿瘤、抗病毒、调节肠道菌群等作用。炎症性肠病的发展可增加结肠癌的发病率，TUDCA可通过调控NF-κB信号通路改善小鼠的结肠炎症，降低结肠癌细胞HCT 116和COLO 205 的细胞活性，可能是结肠炎相关癌症的潜在治疗药物[26]。M2蛋白是甲型流感病毒上高度保守的跨膜蛋白，其作用主要是引导质子进入病毒内部，使病毒释放遗传物质至宿主细胞。研究表明TUDCA能破坏病毒M2的寡聚态以消除其质子传导性，从而抑制甲型流感病毒感染[27]。饮食、肠道菌群、胆汁酸代谢之间保持着一种动态平衡，TUDCA可与胆汁酸信号受体及其靶基因结合，调控肠道菌群的稳态，在代谢、免疫调节方面发挥重要作用[28]。

6 展望

TUDCA药理作用及应用研究取得了长足发展，尤其是对TUDCA和UDCA两种胆汁酸间的异同点有了更深入了解。作为一种胆石溶解剂和肝细胞保护剂，TUDCA突显出高效低毒的优势，因此成为新一代用于肝胆疾病的胆酸类药物。TUDCA还具有显著的抗ERS、抗凋亡、降低胰岛素抵抗以及保护神经细胞等，从而广泛应用于多种非肝胆疾病的研究。TUDCA主要通过与肝细胞膜表钠离子-牛磺胆酸共转运多肽作用而进入胞内，其他细胞类型可能存在TUDCA摄取能力降低的现象。当TUDCA用于某种非肝脏疾病的潜在治疗药物时，对健康肝胆影响的研究也应该被考虑其中。TUDCA的给药途径也是决定其有效性的关键因素，需要对TUDCA进行彻底的药代动力学分析，以充分了解其局限性。随着兽医药理学与毒理学相关研究的不断发展，TUDCA的应用及作用机制一定会逐步完善，也必将为天然熊胆作为传统中药资源的可持续利用提供新的研究策略。