膽汁酸在炎癥性腸病中作用的研究進(jìn)展

胡靜怡，沈洪，朱磊，劉亞軍，連紫宇

(南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,江蘇 南京 210029)

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)是一種慢性非特異性腸道疾病，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(Crohn’s disease, CD)兩種類型[1]。UC病變部位主要在結(jié)直腸，病變范圍主要在黏膜和黏膜下層；CD在消化道的任何部位均可發(fā)生，病變范圍深達(dá)肌層。近年來，IBD相關(guān)的免疫學(xué)研究取得了巨大進(jìn)步，多種針對特定靶點(diǎn)的生物制劑已經(jīng)在臨床上廣泛應(yīng)用[2- 3]。UC的研究涉及到多種組學(xué)方法，如表觀遺傳學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、微生物組學(xué)、免疫組學(xué)和代謝組學(xué)等，每一種研究方法得到的結(jié)論多是獨(dú)立的和單一的，而IBD作為一種典型的復(fù)雜疾病[1]，單一病理因素很難獨(dú)立解釋其發(fā)生、發(fā)展。鑒于此，多組學(xué)通力合作有望成為破解IBD復(fù)雜致病網(wǎng)絡(luò)，揭示其發(fā)病機(jī)制，預(yù)測臨床過程。膽汁酸(bile acids, BAs)是在肝臟中合成的一類兩性分子，腸道中的代謝主要是由腸道微生物完成，不同類型的BAs可作為內(nèi)源性小分子與G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1(G protein- coupled bile acid receptor 1, GPBAR- 1,又稱TGR5)或法尼醇X受體(farnesol X receptor, FXR)等相關(guān)受體結(jié)合發(fā)揮維持腸道屏障穩(wěn)態(tài)、免疫調(diào)控等功能。IBD狀態(tài)下，腸道內(nèi)環(huán)境平衡遭到破壞，腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)改變，膽汁酸池構(gòu)成比亦發(fā)生變化，腸道免疫平衡被打破。本綜述將以BAs為切入點(diǎn)，總結(jié)其作為潛在生物標(biāo)志物，在IBD發(fā)生、診斷和治療中的作用。

1 BAs代謝

BAs按其來源可以分為初級(jí)BAs(primary bile acids, PBAs)和次級(jí)BAs(secondary bile acids, SBAs)，按其結(jié)構(gòu)類型可以分為游離型BAs和結(jié)合型BAs。PBAs在肝臟中生成，并與?；撬峄蚋拾彼峤Y(jié)合形成相應(yīng)的結(jié)合型BAs，而后通過膽鹽輸出泵(bile salt export pump, BSEP)釋放到膽囊中儲(chǔ)存并進(jìn)一步濃縮。進(jìn)食后，BAs釋放至十二指腸，在小腸中促進(jìn)脂質(zhì)的乳化和吸收。在末端回腸處，約有95%BAs被重新吸收，通過門靜脈回到肝臟中。BAs從肝臟分泌到腸道，在回腸重吸收，然后通過門靜脈回到肝臟的循環(huán)過程稱為肝腸循環(huán)。每日有400～800 mg的未被吸收的BAs進(jìn)入結(jié)腸進(jìn)一步發(fā)生解離、羥基氧化、差向異構(gòu)及脫羥基等反應(yīng)[4]，而催化此類反應(yīng)的酶多由腸道微生物產(chǎn)生。參與BAs解離反應(yīng)的膽鹽水解酶，主要是由擬桿菌屬(Bacteroides)、梭狀桿菌屬(Clostridium)、乳桿菌屬(Lactobacillus)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)和李斯特氏菌屬(Listeria)[5- 9]產(chǎn)生；參與BAs氧化或差向異構(gòu)反應(yīng)的脫氫酶或差向異構(gòu)酶則多是由擬桿菌屬(Bacteroides)、真細(xì)菌屬(Eubacterium)、梭狀桿菌屬(Clostridium)、大腸桿菌屬(Escherichia)、埃格氏菌屬(Eggerthella)、消化鏈球菌屬(Peptostreptococcus)和瘤胃球菌屬(Ruminococcus)產(chǎn)生。BAs在結(jié)腸中發(fā)生的一系列反應(yīng)對維持膽汁酸池多樣性及動(dòng)態(tài)平衡具有重要作用。值得注意的是，在腸道微生物產(chǎn)生菌酶催化BAs代謝的同時(shí)[10- 12]，BAs也可以通過抑菌作用影響腸道微生物的組成[13]。

2 BAs與腸黏膜屏障

腸黏膜屏障主要是由物理屏障、化學(xué)屏障、生物屏障和免疫屏障4個(gè)部分構(gòu)成。物理屏障主要是由腸上皮細(xì)胞及其之間的緊密連接構(gòu)成；化學(xué)屏障是由杯狀細(xì)胞分泌的黏液和潘氏細(xì)胞分泌的抗菌肽構(gòu)成[14]；生物屏障是由腸道共生菌構(gòu)成；免疫屏障則是由腸道內(nèi)抗原識(shí)別的黏膜免疫系統(tǒng)組成。BAs參與調(diào)節(jié)腸黏膜屏障不同組成部分，維持腸黏膜屏障系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

2.1 BAs與物理屏障

腸黏膜物理屏障處在不斷更新的狀態(tài)中，腸上皮細(xì)胞的增殖與凋亡處于動(dòng)態(tài)平衡以確保屏障的完整性。這一平衡受多方面因素影響，BAs作為內(nèi)源性活性小分子，在其中起著重要作用。腸上皮細(xì)胞暴露于BAs后，其發(fā)生促凋亡或抗凋亡主要取決于細(xì)胞類型與BAs濃度[15]。在生理濃度下，脫氧膽酸(deoxycholic acid, DCA)可招募表皮生長因子(epidermal growth factor receptor, EGFR)，激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal- regulated kinase,ERK)，促進(jìn)環(huán)氧合酶- 2和前列腺素釋放，從而刺激有絲分裂，誘導(dǎo)上皮細(xì)胞增殖[16]。BAs還可以通過激活PXR、VDR和TGR5來抑制腸上皮細(xì)胞的凋亡[17- 18]。

BAs還可以通過調(diào)節(jié)緊密連接蛋白影響腸黏膜物理屏障。體外培養(yǎng)Caco- 2細(xì)胞或人結(jié)腸活檢組織，給予二羥基膽汁酸孵育，可降低跨上皮阻力，并誘導(dǎo)緊密連接蛋白o(hù)ccludin的磷酸化和重新分布[19- 20]。體內(nèi)研究[21]顯示，腸上皮通透性增加、緊密連接蛋白ZO- 2和JAM- A表達(dá)降低與結(jié)腸BAs含量增加有關(guān)。雖然這些現(xiàn)象的具體機(jī)制尚不完全清楚，但可能與EGFR的招募和活性氧的產(chǎn)生相關(guān)[19]。膽汁酸受體TGR5被認(rèn)為是緊密連接功能的調(diào)節(jié)因子，在TGR5- /- 小鼠中由于緊密連接蛋白表達(dá)降低，腸道通透性增加，更容易誘發(fā)實(shí)驗(yàn)性腸炎[22]。Cipriani等[23- 24]報(bào)道，F(xiàn)XR激活后緊密連接蛋白o(hù)ccludin和claudin- 1表達(dá)增加，降低腸道通透性，減少細(xì)菌移位進(jìn)而緩解腸道炎癥。雖然膽汁酸受體FXR和TGR5在改善腸道屏障通透性中具有調(diào)節(jié)作用[23]，但具體機(jī)制尚未完全清楚。

2.2 BAs與化學(xué)屏障

結(jié)腸黏液層具有雙層結(jié)構(gòu)，致密的內(nèi)層牢固地附著在上皮上防止細(xì)菌入侵；疏松的外層則是由內(nèi)層蛋白水解形成的，為共生菌提供居住環(huán)境[25- 26]。BAs可通過影響?zhàn)ひ悍置趤碚{(diào)節(jié)腸道屏障，亦可通過影響潘氏細(xì)胞分泌抗菌肽，維持上皮內(nèi)黏液層的無菌性來增強(qiáng)化學(xué)屏障功能，但由于BAs種類眾多，具體作用上存在爭議。BAs可通過促進(jìn)黏液分泌預(yù)防細(xì)菌感染，如熊去氧膽酸(ursodeoxycholic acid，UDCA)和其?；撬峤Y(jié)合物可通過促進(jìn)黏液分泌而改善腸炎癥狀[27]；BAs還可通過激活FXR促進(jìn)回腸α- 5- 防御素釋放進(jìn)而增強(qiáng)上皮屏障功能[28]。體外研究BAs如石膽酸(lithocholic acid, LCA)可通過激活VDR誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞促進(jìn)抗菌肽分泌，維持腸道化學(xué)屏障[29]。

2.3 BAs與免疫屏障

病原微生物跨過黏液層，便會(huì)觸發(fā)免疫反應(yīng)。上皮細(xì)胞釋放一系列介質(zhì)、趨化因子和細(xì)胞因子招募、分化和激活免疫細(xì)胞。這些免疫細(xì)胞反過來又可通過吞噬病原體釋放其他介質(zhì)，促進(jìn)炎癥、組織重塑、水腫以及招募獲得性免疫反應(yīng)[30- 31]。腸腔BAs水平升高與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。BAs可以直接作用于上皮細(xì)胞，調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，如IL- 8、IL- 1和IL- 6[32- 33],還可以直接或間接作用于免疫細(xì)胞，如二羥基膽汁酸激活肥大細(xì)胞，使其脫顆粒，釋放組胺[34- 35]。相反，通過FXR或TGR5激活天然免疫細(xì)胞可抑制各種促炎細(xì)胞因子的表達(dá)與分泌[36- 38]。值得注意的是，無論是在正常情況下還是在感染或炎癥情況下，管腔BAs水平的變化如何影響腸道功能取決于上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞釋放的促炎及抗炎介質(zhì)之間的復(fù)雜相互作用。

3 BAs與IBD

3.1 BAs菌群宿主代謝異常

IBD的發(fā)病因素尚不完全清楚，遺傳因素和環(huán)境因素是導(dǎo)致黏膜免疫反應(yīng)失調(diào)的重要因素。隨著代謝組學(xué)的發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)IBD患者體內(nèi)多種代謝物較健康人群發(fā)生了明顯的變化[39- 42]，如糞便中氨基酸[42]、BAs[43]、鞘磷脂酸[43]、中鏈脂肪酸[41,43]、短鏈脂肪酸[40]和多胺[39]。腸腔中BAs譜的改變與IBD的發(fā)展密切相關(guān)。一項(xiàng)涉及155例IBD患者和65例健康對照者的研究[44]顯示，超過2 700種代謝物在IBD患者與健康人群間存在差異。IBD患者代謝物主要表現(xiàn)為鞘脂類和BAs富集，而IBD患者糞便中富集的BAs主要是結(jié)合性BAs和硫酸化BAs，SBAs含量降低。針對患者血清中BAs含量進(jìn)行分析顯示，IBD患者血清中BAs代謝紊亂[42]，尤其是活動(dòng)期患者血清中SBAs含量明顯降低[44- 45]。

腸道中BAs的多樣性與腸道微生物密切相關(guān)，雖然目前人們對于腸道菌群與IBD的因果關(guān)系尚不清楚，但I(xiàn)BD患者BAs代謝紊亂常伴隨著腸道微生物組成的變化[46- 49]。IBD患者腸道菌群多樣性降低，腸道菌群的構(gòu)成比也發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為厚壁菌門細(xì)菌豐度降低[50- 53]。Clostridia綱比例發(fā)生明顯改變，Roseburia屬和Faecalibacterium屬菌群豐度降低而Ruminococcusgnavus屬菌群豐度增加，F(xiàn)aecalibacteriumprausntizii與Escherichiacoli比值降低。反過來，腸道中BAs含量的增加又會(huì)促進(jìn)膽汁耐受細(xì)菌如BilophilaWadsworthi的生長，促進(jìn)了Th- 1介導(dǎo)的黏膜免疫反應(yīng)。

3.2 BAs代謝異常與腸道屏障

疾病狀態(tài)下，BAs誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的增加與腸上皮屏障和運(yùn)輸功能喪失有關(guān)，而結(jié)腸上皮細(xì)胞凋亡增加常伴隨著其暴露在高濃度的BAs之下。BAs作為一種兩性分子，其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用與其疏水性密切相關(guān)[54]。疏水性BAs，如CDCA、DCA和LCA通常被認(rèn)為具有促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用；而親水性BAs，如UDCA則具有抗凋亡作用。疏水性BAs主要通過氧化應(yīng)激介導(dǎo)激活Bax，進(jìn)而MMP受到破壞，細(xì)胞色素C釋放，從而形成凋亡小體Caspase3、Caspase6及Caspase7[55- 56]。長期暴露在高濃度的BAs中會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡抵抗，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖，這可能為IBD患者結(jié)腸癌患病率增加的原因之一[57]。在生理濃度下，DCA可誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞表達(dá)MUC2[58- 59]，而當(dāng)長期暴露于高濃度時(shí)則會(huì)出現(xiàn)抑制黏液分泌的現(xiàn)象[60]?，F(xiàn)階段，研究者發(fā)現(xiàn)IBD患者常伴隨著BAs代謝異常，并對其可能機(jī)制進(jìn)行了探索，但BAs在IBD的發(fā)生發(fā)展中具體機(jī)制尚不完全清楚，有待進(jìn)一步研究。

4 調(diào)節(jié)BAs代謝與IBD治療

由于BAs在調(diào)節(jié)腸道生理和病理生理方面發(fā)揮著如此重要的作用，它們?yōu)殚_發(fā)新的治療干預(yù)措施提供了極好的靶點(diǎn)。參與BAs代謝的相關(guān)蛋白和腸道菌群都可以作為IBD的潛在治療靶點(diǎn)。

4.1 益生菌

外源性補(bǔ)充益生菌調(diào)控BAs來預(yù)防或治療疾病多是在代謝性疾病，如在高膽固醇血癥或肥胖癥中得到證實(shí)[61- 62]。益生菌可在不同程度上緩解IBD患者的臨床癥狀。益生菌混合物VSL#3可明顯降低隱窩炎[63]，ClostridiumbutyricumMIYAIRI的臨床療效也優(yōu)于安慰劑[64]，但其確切療效尚有待深入研究。IBD患者及實(shí)驗(yàn)性腸炎動(dòng)物均存在BAs含量降低現(xiàn)象，但外源性補(bǔ)充Clostridiumscindens改善腸炎癥狀只在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)[65]，現(xiàn)階段尚缺乏有關(guān)定向調(diào)節(jié)BSH或7α脫羥化酶菌株的臨床研究。

4.2 糞菌移植

糞菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)是將健康人群的糞便通過加工處理轉(zhuǎn)移到患者體內(nèi)，其最早應(yīng)用于治療復(fù)發(fā)型艱難梭菌感染患者。近來研究[66- 67]表明，F(xiàn)MT可明顯改善艱難梭菌患者腸道BAs構(gòu)成，增加SBAs含量，防止艱難梭菌定植。由于在治療rCDI方面取得了明顯的療效，人們將其應(yīng)用于其他腸道疾病，如IBD、IBS和胰腺炎等。在IBD研究中，F(xiàn)MT在誘導(dǎo)UC緩解方面顯示出明顯療效[68- 71]。一項(xiàng)針對小兒UC的研究[72]表明，對FMT應(yīng)答者中，其腸道微生物和代謝組都明顯向健康人群靠攏。

4.3 膽汁酸受體調(diào)節(jié)劑

膽汁酸受體FXR和TGR5的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著通過調(diào)節(jié)BAs代謝治療疾病向前邁進(jìn)一大步，人們可通過合理的藥物設(shè)計(jì)方法開發(fā)新的配體。目前為止，人們已經(jīng)獲得FXR的晶體結(jié)構(gòu)[73]，但尚未得到確切的TGR5晶體結(jié)構(gòu)。針對已知結(jié)構(gòu)的FXR，已經(jīng)開發(fā)了一些激動(dòng)劑，如GW4064、PX- 102、LJN452和EC001。針對FXR激動(dòng)劑的研究現(xiàn)多集中在臨床前模型上進(jìn)行，如IBD患者回腸和結(jié)腸中FXR及其靶基因表達(dá)降低，體外提取IBD患者固有層單核細(xì)胞，給予FXR激動(dòng)劑可降低IFN- γ、IL- 17和TNF- α的表達(dá)[36]。2016年，CDCA的6- 乙基衍生物- 乙酰膽酸(OCA)作為第1個(gè)被FDA批準(zhǔn)用于臨床，與UDCA聯(lián)合應(yīng)用于原發(fā)性膽管炎。雖然TGR5在調(diào)節(jié)腸道運(yùn)動(dòng)、黏液分泌和黏膜炎癥反應(yīng)中起著重要作用，但現(xiàn)階段尚缺乏針對TGR5的靶向藥研究。

5 展 望

人們越來越認(rèn)識(shí)到BAs在健康和疾病中發(fā)揮的作用。通過對腸道菌群、BAs代謝及腸上皮細(xì)胞感知BAs變化后所引起的免疫反應(yīng)等的深入研究，使用受體選擇性藥物、飲食控制、益生菌或糞菌移植等方法調(diào)控腸腔中BAs信號(hào)和相關(guān)的上皮信號(hào)通路來治療和預(yù)防IBD將成為新方法。