法尼醇X受體天然激動劑的研究進展

明文華，欒志琳，張曉燕，管又飛

(大連醫(yī)科大學 醫(yī)學科學研究院，遼寧 大連 116044)

法尼醇X受體(Farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)是核受體超家族的一員，具有典型的核受體結構，即包括氨基端配體非依賴的轉錄活化域、DNA 結合域、鉸鏈區(qū)、配體結合域和羧基端配體依賴的轉錄活化域等5部分[1]。FXR在肝臟、小腸、腎臟和腎上腺高表達，在心臟、肺、卵巢、胸腺、脾臟和睪丸低表達[2]。近年研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XR在維持膽汁酸和膽固醇的動態(tài)平衡中發(fā)揮重要作用，并調控外周組織胰島素敏感性、血糖穩(wěn)態(tài)，改善高甘油三酯血癥和脂肪肝等。在肝臟中，F(xiàn)XR通過3條途徑參與膽汁酸代謝：一是抑制膽汁酸合成限速酶膽汁酸7α-羥化酶(CYP7A1)的表達而減少膽汁酸的合成；二是促進肝細胞頂端面的膽汁酸外排轉運體BSEP、MRP2、hMDR3/mMDR2的表達來增加膽汁酸的外排；三是下調膽汁酸攝取轉運體NTCP在肝細胞基底側膜的表達來減少膽汁酸進入肝細胞[1]。此外，F(xiàn)XR參與糖脂代謝的調控，例如它可以通過抑制肝糖原異生、增加肝糖原儲存、增加胰島素的分泌和敏感性等機制維持血糖穩(wěn)態(tài)，通過調節(jié)膽固醇合成、減少肝臟脂質生成等機制調節(jié)脂質代謝[3]。

由于FXR 與代謝調節(jié)密切相關，其激動劑成為代謝性疾病治療的藥物研發(fā)熱點。前期研究已證實FXR人工合成激動劑能夠有效治療原發(fā)性膽汁性肝硬化和脂肪肝，如GW4064和半合成激動劑奧貝膽酸(OCA，又名6-ECDCA或INT-747)[4]。2014年進行的一項Ⅱ期臨床試驗發(fā)現(xiàn)OCA能改善非酒精性脂肪肝和2型糖尿病的病變[5]。 2016年5月OCA被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)正式批準用于臨床治療對熊去氧膽酸(UDCA)無反應或不耐受的原發(fā)性膽汁性膽管炎(PBC)，但其副作用，如嚴重的瘙癢癥狀卻限制了它在臨床上的應用[6]。此外，F(xiàn)XR激動劑也有可能成為治療高脂血癥的新型藥物。FXR基因敲除小鼠的血漿和肝臟中甘油三酯含量較野生型小鼠均顯著增加。WAY-362450K又名XL335，作為人工合成的強效FXR激動劑，是一種阿西平吲哚類藥物，能顯著降低高脂喂養(yǎng)小鼠的血清甘油三酯和總膽固醇水平[7]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XR在腎臟損傷中也發(fā)揮了保護作用。OCA能顯著減輕小鼠腎臟缺血再灌注損傷所導致的腎臟結構破壞和功能丟失[8]。 Zhao等[9]發(fā)現(xiàn)FXR內源性激動劑鵝脫氧膽酸(CDCA)可以通過抑制Smad3的表達減輕小鼠單側輸尿管結扎(UUO)模型引起的腎臟纖維化。

FXR激動劑按照來源分為天然激動劑和人工合成激動劑。天然激動劑又可分為動物源性激動劑、植物源性激動劑和微生物源性激動劑3大類。動物源性激動劑指動物體內產生的具有激活FXR功能的物質，包括CDCA、膽酸(CA)、脫氧膽酸(DCA)、石膽酸(LCA)和UDCA等內源性膽汁酸，以及雄甾酮；植物源性激動劑包括植物和植物提取物，如澤瀉提取物、咖啡醇、香豆雌酚、葡萄內脂和薯蕷皂苷；微生物源性激動劑，如細格菌素(altenusin)。人工合成激動劑主要包括GW4064、WAY-362450、OCA和PX-102等。越來越多的數(shù)據(jù)顯示，目前投入臨床使用的一些激動劑會帶來不同程度的副作用，例如原發(fā)性膽汁性膽管炎患者在使用OCA時，其瘙癢癥狀會隨著OCA劑量的增加而加重，許多患者因為不耐受瘙癢從而被迫中斷治療[10]。GW4064制備困難且生物利用率低。因此尋找具有組織特異性且副作用小的激動劑顯得極其重要和迫切。許多植物及植物提取物具有高效低毒的優(yōu)點，它們可以靶向激活FXR、調節(jié)其下游相關的信號通路，是FXR天然激動劑的豐富來源。本文對目前發(fā)現(xiàn)的FXR天然激動劑進行歸納和總結。

1 動物源性激動劑

1.1 膽汁酸

膽汁酸(BA)是膽汁的重要成分，由肝臟合成，儲存在膽囊中，進食時釋放到腸道，參與食物消化，促進脂質和脂溶性維生素的吸收。近些年的研究表明，膽汁酸是FXR的天然激動劑，同時它的合成與轉運又受FXR的調控。膽汁酸可以隨著血液循環(huán)作為激素樣的物質在全身組織中通過激活其核受體FXR和膜受體TGR5廣泛參與糖脂代謝等調控。

在肝臟中，膽汁酸以膽固醇為原料在膽汁酸合成限速酶催化下形成CA和CDCA。根據(jù)膽汁酸合成限速酶的不同，初級膽汁酸的合成通路可以分為經典途徑和替代途徑。經典途徑合成的膽汁酸約占總膽汁酸的90%以上，其合成的限速酶是CYP7A1；替代途徑合成的膽汁酸約占總膽汁酸10%以下，其合成的限速酶是甾醇27α-羥化酶(CYP27A1)。有研究發(fā)現(xiàn)在小鼠飼料中添加0.2%的CA可以促進肝再生[11]。Kast等[12]發(fā)現(xiàn)在因高脂飲食導致的動脈粥樣硬化小鼠飼料中添加CA能降低小鼠血漿甘油三酯水平。2015年有研究報道FXR的強效激動劑CDCA能夠抑制自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)血管收縮，增加血管舒張程度，從而降低了收縮壓[13]，提示FXR激動劑有治療高血壓的潛在作用。

UDCA是初級膽汁酸CDCA的一種異構體，在中國黑熊膽汁中首次發(fā)現(xiàn)。原發(fā)性膽汁性膽管炎(PBC)是一種罕見的疾病(發(fā)病率不到0.5%)，患者主要為女性，如果不進行治療，該病一般會在10～20年的時間內發(fā)展為肝硬化和肝功能衰竭[14]。在20世紀80年代，肝移植是PBC患者唯一的治療手段。UDCA的發(fā)現(xiàn)是PBC治療研究的里程碑，1997年，UDCA被FDA批準用于治療膽汁淤積性肝病(如PBC)，現(xiàn)如今仍作為臨床一線藥物治療PBC[15]。UDCA是有效且安全的FXR選擇性內源性激動劑[16]。2013年有研究發(fā)現(xiàn)UDCA有較好的利膽護肝作用，能改善嬰兒膽汁淤積性肝炎的肝功能[17]。然而2017年Zhang等[18]在人原代肝細胞和人結腸癌細胞(Caco-2)中發(fā)現(xiàn)UDCA不能激活FXR，對FXR下游靶基因SHP、OSTα、OSTβ以及成纖維細胞生長因子19(FGF-19)的表達幾乎沒有影響。一項體內研究也報道過UDCA在非酒精性脂肪肝患者中通過誘導肝細胞CYP7A1、升高循環(huán)中的7α-羥基-4-膽甾醇-3-1(C4)和降低FGF-19的水平，發(fā)揮拮抗FXR的作用[19]。綜上所述，UDCA是否為FXR激動劑還需更多證據(jù)。

結合型膽汁酸中的?；蛆Z去氧膽酸(TCDCA)，是一種CDCA和?；撬?TCA)相結合而形成的初級結合型膽汁酸，是動物膽汁酸中的有效成分，主要存在于雞、鴨、鵝、牛、綿羊、蛇等動物膽汁中，其中以雞膽汁中含量最多[20]。TCDCA具有來源廣泛和毒副作用小等特點，口服后在體內滯留時間長，更有利于它在機體內發(fā)揮作用，因此具有良好的應用前景。1997年Uchlida等[21]研究發(fā)現(xiàn)，給與大鼠口服UDCA能顯著加重由吲哚美辛誘導的小腸炎癥反應，而口服TCDCA則有減輕腸道炎癥的作用；Arndt 等[22]發(fā)現(xiàn)，口服TCDCA可減輕由吲哚美辛誘發(fā)的短期(48 h)和長期(10 d)小腸炎癥過程中的白細胞黏附和遷移反應。2013年有研究發(fā)現(xiàn)TCDCA在博來霉素制備的小鼠肺纖維化模型中具有明顯的保護作用，能顯著改善小鼠的肺纖維化程度。2018年李欣等[23]給予大鼠不同劑量的TCDCA喂養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)低劑量TCDCA 顯著增加FXR的活性，上調FXR mRNA以及蛋白的表達，高劑量對FXR表達的上調作用和對照組相比無統(tǒng)計學差異。

初級膽汁酸在小腸細菌作用下進行7α脫羥基變成次級膽汁酸如DCA和LCA。近年來，DCA和LCA已經被證實是FXR的弱激動劑。2016年張捷等[24]在Caco-2上發(fā)現(xiàn)給予DCA刺激后能通過激活FXR而上調Cdx2的表達，從而抑制結腸癌細胞增殖。

1.2 雄甾酮

雄甾酮(androsterone)由人、大鼠和小鼠等哺乳動物的肝臟和睪丸產生，是一種高效的雄性激素，能增強肌肉的血管密集度和肌肉強度。2006年Wang等[25]發(fā)現(xiàn)雄甾酮是FXR的天然配體，能與純化的人FXR蛋白的配體結合域直接結合。2009年Chao等[26]用FXR激動劑雄甾酮處理人血管內皮細胞系，發(fā)現(xiàn)FXR的靶基因SHP表達升高。由此推測雄甾酮可能是FXR天然激動劑。

2 植物源性激動劑

2.1 澤 瀉

東方澤瀉是一類常年生植物，在中國各地均有分布。澤瀉塊根是一味中藥，被用來治療水腫、肥胖、腹瀉、糖尿病和高脂血癥等。程龍艷等[27]研究發(fā)現(xiàn)丹蛭降糖膠囊(含澤瀉)可改善2型糖尿病患者的氣陰兩虛血瘀證；李建會等[28]研究發(fā)現(xiàn)二黃降糖湯(含澤瀉)是治療2型糖尿病患者氣陰兩虛證合并血脂代謝紊亂的有效方劑。由此可見澤瀉在治療糖脂代謝紊亂相關的代謝性疾病中具有良好效果。三萜類化合物如alisol A 23-acetate和alisol B 23-acetate是澤瀉的主要活性成分，具有降血脂和免疫調節(jié)等作用。Huo等[29]的研究顯示在α-萘異硫氰酸酯(ANIT)誘導的大鼠肝損傷模型中，澤瀉提取物中的三萜化合物能通過激活FXR，調節(jié)參與膽汁酸合成、代謝和轉運的相關蛋白的表達，從而減輕膽汁酸在肝臟淤積所致的肝損傷。此外，2015年的一項研究發(fā)現(xiàn)三萜類化合物中的alisol B 23-acetate能改善四氯化碳誘導的肝損傷，具體機制為通過激活FXR，上調靶基因BSEP、MRP2的表達，抑制NTCP、CYA7A1和CYP8B1的表達，從而增加肝臟膽汁酸的外排、抑制膽汁酸的攝取和合成，最終減輕肝臟膽汁淤積[30]。Meng等[31]發(fā)現(xiàn)在高脂飲食誘導的非酒精性脂肪肝模型中，alisol B 23-acetate通過激活FXR減少小鼠肝內甘油三酯蓄積、炎性細胞浸潤和肝臟纖維化從而緩解肝損傷，在聯(lián)合使用FXR拮抗劑guggulsterone后，alisol B 23-acetate的肝保護作用消失。Lin[32]在HEPG2細胞上利用哺乳動物單雜交實驗和熒光素酶報告基因實驗發(fā)現(xiàn)alisol M 23-acetate和alisol A 23-acetate可以激活FXR，且激活效果優(yōu)于CDCA，同時促進大鼠肝臟FXR靶基因SHP、磷脂轉運蛋白(PLTP)等的轉錄。由此推測澤瀉中的三萜類化合物alisol B 23-acetate、alisol M 23-acetate和alisol A 23-acetate可能是FXR的天然激動劑，alisol B 23-acetate則有望成為臨床治療脂肪肝的新型藥物。

2.2 咖啡醇

咖啡醇(cafestol)是一種抗氧化二萜，存在于未經過濾的咖啡中，具有潛在的抗癌、抗腫瘤和抗炎活性，能顯著升高人血清總膽固醇水平[33]。據(jù)報道，咖啡醇可上調凋亡級聯(lián)反應，同時抑制腫瘤發(fā)生[34]。APOE3*Leiden轉基因小鼠是高脂血癥和動脈粥樣硬化的疾病模型[35]，2000年Post等[36]研究發(fā)現(xiàn)在APOE3*Leiden轉基因小鼠和野生小鼠中，咖啡醇能下調膽汁酸合成的關鍵酶CYP27A1和CYP7A1的表達，從而抑制膽汁酸合成，最終增加小鼠血清膽固醇(主要是極低密度脂蛋白膽固醇和中密度脂蛋白膽固醇)水平，同等劑量的咖啡醇在APOE3*Leiden轉基因小鼠中增加血清膽固醇比野生小鼠明顯，且上升幅度與人攝入同等劑量咖啡醇后血清膽固醇增加幅度基本一致[37]。由此提示咖啡醇增加人體血清膽固醇可能與抑制膽汁酸合成通路有著極大關聯(lián)，而FXR作為膽汁酸合成通路的關鍵核受體，可能也受咖啡醇調控。Ricketts ML等[38]為了深入研究咖啡醇升高血脂的機制，給予APOE3*Leiden轉基因小鼠咖啡醇飼料喂養(yǎng)，肝臟基因芯片結果顯示咖啡醇調控FXR下游基因磷脂轉運蛋白、CYP7A1和甾醇27α-羥基化酶(CYP8B1)的表達。HEPG2上的反式激活實驗、哺乳動物雙雜交實驗和熒光素酶報告基因實驗則進一步證實cafestol能增加FXR轉錄活性。綜上所述，咖啡醇可能是FXR天然激動劑，它能否和FXR其他激動劑一樣用于臨床疾病治療仍需進一步研究。

2.3 香豆雌酚

植物雌激素是指植物中含有的非甾體化合物，是一類具有類似動物雌激素生物活性的物質，與動物體內雌激素受體結合后發(fā)揮弱的雌激素效應。香豆雌酚(coumestrol)是一種存在于豆芽和紫花苜蓿中的植物雌激素。Kanayama等[39]基于核受體與輔助性因子之間的配體依賴相互作用開發(fā)了一種新型的快速配體體外篩選系統(tǒng)，簡稱為CoA-BAP系統(tǒng)，并用已知的7種核受體，如ERα/ERβ、TRα、RARα/γ、RXRα和VDR等，證實了此方法是有效的。Takahashi等[40]利用CoA-BAP系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)香豆雌酚能夠結合并激活FXR，之后他們在體外共激活物相互作用實驗、哺乳動物雙雜交實驗和熒光素酶報告基因實驗中證明香豆雌酚同F(xiàn)XR激動劑CDCA和GW4064一樣呈劑量依賴性的激活FXR。同時發(fā)現(xiàn)在HEPG2細胞中，香豆雌酚和CDCA一樣能上調FXR靶基因SHP和磷脂轉運蛋白的表達。以上證據(jù)表明香豆雌酚可能是FXR的天然激動劑。

2.4 葡萄內酯(Auraptene, AUR)

AUR是一種從枳殼藥材中提取分離得到的無色針狀結晶化合物。枳殼主要分布在我國長江流域及南方各省區(qū)，自然資源極其豐富，可用于治療胸膈痞滿、脅肋脹痛、痰飲內停、滯阻咳嗽、食積不化、脘腹脹滿、瀉痢后重、腸風痔瘡、胃下垂、脫肛和子宮脫垂等證。作為枳殼的活性成分之一，AUR具有抗氧化[41]、抗炎[42]、保護神經細胞[43]和抑制腫瘤[44]等多種生物活性。2017年Gao XG等[45]使用一種新的計算策略與二維虛擬技術，通過分子對接發(fā)現(xiàn)AUR是FXR的天然配體，與FXR具有極高的親和力。體內實驗在C57野生型小鼠中發(fā)現(xiàn)AUR通過激活FXR增加靶基因BSEP和MRP2的表達以及抑制下游基因NTCP、CYP7A1和CYP8B1的表達來促進膽汁酸外排、抑制膽汁酸攝取和合成，從而減輕LCA誘導的膽汁淤積引起的肝損傷。體外實驗在HEPG2細胞上利用熒光素酶報告基因技術證實AUR能增加FXR的轉錄活性，且效果與OCA接近。由此推論，AUR可能是FXR的天然激動劑。

2.5 薯蕷皂苷

薯蕷皂苷，又稱薯蕷皂甙，是一種天然皂苷，具有殺昆蟲和抗須癬毛菌等真菌的作用。主要從日本薯蕷、穿龍薯蕷、山萆解、纖細薯蕷等薯蕷科植物和七葉一枝花以及蒺藜的根莖中提取得到?，F(xiàn)代藥理研究表明，薯蕷皂苷具有抗血栓[46]、抗腫瘤[47]和抗真菌活性[48]。此外，亦有研究報道薯蕷皂苷能緩解四氯化碳和對乙酰氨基酚引起的急性肝損傷[49]、肝缺血再灌注損傷[50]、腦缺血再灌注損傷[51]、腎缺血再灌注損傷[52]和酒精性肝纖維化[53]等急性和慢性臟器損傷。由前文可知，F(xiàn)XR激動劑OCA能有效緩解缺血性腎臟損傷和肝臟纖維化，那么薯蕷皂苷是否也通過調節(jié)FXR活性發(fā)揮作用呢？2017年Zhang等[54]在大鼠上建立了阿霉素誘導的腎毒性損傷模型，結果發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷能通過激活FXR抑制阿霉素引起的氧化應激和炎癥反應，從而減輕阿霉素誘導的腎損傷。在體外實驗中，他們通過使用FXR-siRNA和FXR抑制劑NDB沉默和抑制大鼠近端小管細胞的FXR，進一步反向證明薯蕷皂苷是通過激活FXR來減輕阿霉素誘導的細胞損傷。此外，他們還利用分子對接實驗證明薯蕷皂苷通過與Helix12 (H12)競爭，通過氫鍵、疏水效應和靜電相互作用直接靶向FXR?？傊麄兊慕Y果表明，薯蕷皂苷是一種新型的、有效的FXR天然激動劑。

3 微生物源性激動劑——細格菌素

細格菌素(altenusin,2076A)是一種非甾體真菌代謝產物。1995年，Nakanishi等[55]首次從內生真菌Alternariasp.菌株中分離得到一種肌球蛋白輕鏈激酶的弱抑制劑，即2076A。2017年Zheng等[56]用GAL4-FXR-LBD 嵌合受體系統(tǒng)篩選發(fā)現(xiàn)2076A和CDCA一樣能激活FXR。分子對接結果顯示2076A是FXR天然配體，熒光素酶報告基因實驗證實2076A和CDCA一樣能增加FXR轉錄活性。在野生型小鼠肝原代細胞上發(fā)現(xiàn)2706A能上調FXR下游基因SHP、BSEP、清道夫受體B1蛋白和抑制 CYP7A1等的表達，且在FXR基因敲除小鼠的原代肝細胞上這一作用消失。在高脂飲食誘導的小鼠非酒精性脂肪肝(NAFLD)模型中，2706A能顯著緩解肝細胞脂肪變性。以上研究提示細格菌素是FXR天然激動劑，并可能用于治療非酒精性脂肪肝等代謝性疾病。

4 展 望

從20世紀90年代首次發(fā)現(xiàn)至今，F(xiàn)XR一直都是研究熱點，由于它在缺血再灌注、腫瘤、脂肪肝、膽汁淤積、糖尿病和腸道菌群平衡等生理和病理生理調節(jié)過程中發(fā)揮重要作用，因此其激動劑的研發(fā)備受關注。FXR天然激動劑來源廣泛、制備簡單且高效低毒，其動物源性激動劑如UCDCA已經在臨床治療中取得了良好的效果，希望在不久的將來有更多的FXR天然激動劑應用于臨床，造福廣大患者。