腸道微生態(tài)/膽汁酸代謝/FXR途徑在NAFLD發(fā)展進(jìn)程中的作用機(jī)制*

譚欽文 杜沅沁 黃鴻娜 徐 健 吳穎升 黃晶晶

1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院2021級碩士研究生班 (廣西 南寧, 530023) 2.廣西高發(fā)傳染病中西醫(yī)結(jié)合轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院仙葫院區(qū)脾胃肝病科

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確的肝損害因素所致的肝細(xì)胞內(nèi)脂肪沉積,包括從單純的NAFLD到非酒精性脂肪性肝炎(NASH),再嚴(yán)重則發(fā)展為脂肪性肝纖維化、肝硬化甚至肝癌(HCC)[1]。NAFLD是全球肝病最重要的原因之一,其流行病學(xué)和人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征在世界范圍內(nèi)因肥胖的流行而各不相同,并與世界各地人口、經(jīng)濟(jì)、文化水平等因素息息相關(guān),發(fā)達(dá)國家患病率通常比發(fā)展中國家高。Estes等[2]根據(jù)2016年以前成人肥胖和2型糖尿病(DM)患病率的數(shù)據(jù),建立NAFLD動態(tài)模型,指出了2016～2030年NAFLD全球病例總數(shù)將適度增長(0%～30%),其中,中國的增長率最高,平均年齡最小。NAFLD已進(jìn)展為HCC的高危風(fēng)險(xiǎn)因素,且易導(dǎo)致肝外并發(fā)癥,強(qiáng)化對NAFLD篩查和治療勢在必行。

NAFLD發(fā)病機(jī)制尚未明確,早期以“兩次打擊”假說為主,近年來關(guān)于NAFLD發(fā)病機(jī)制已向 “多次打擊”假說發(fā)展。“多次打擊”主要包括胰島素抵抗、脂肪毒性和脂肪代謝紊亂等;同時(shí),炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體功能障礙及腸道菌群紊亂等多種因素參與其中,相互促進(jìn);主流研究認(rèn)為胰島素抵抗是NAFLD發(fā)病機(jī)制中的主要特征[3]。目前,國內(nèi)缺乏批準(zhǔn)用于治療NAFLD的藥物,最有效的治療方式仍是減肥及運(yùn)動,但在當(dāng)代人目前的生活方式下難以實(shí)現(xiàn)。因此,NAFLD需要尋求有效的藥物治療。膽汁酸由肝臟中的膽固醇合成,排泄到膽汁中,以促進(jìn)脂肪在腸道中的吸收,在脂質(zhì)、葡萄糖和能量穩(wěn)態(tài)中起重要作用。多項(xiàng)研究表明,NAFLD與膽固醇-膽汁酸密切相關(guān),而膽汁酸是法尼醇X受體(FXR)的主要內(nèi)源性配體,具有控制膽汁酸和脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵作用[4]。近年來,國外較多研究從膽固醇-膽汁酸代謝途徑入手,探索有效治療NAFLD的藥物。

1 膽固醇-膽汁酸代謝

1.1 游離膽固醇肝內(nèi)蓄積 研究表明,NAFLD/NASH的發(fā)病機(jī)制與肝膽固醇穩(wěn)態(tài)紊亂和肝游離膽固醇(FC)積累息息相關(guān),且膽固醇體內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調(diào)有助于NAFLD中游離膽固醇的積累[5]。膽固醇穩(wěn)態(tài)在NAFLD中的不同水平上廣泛失調(diào),因此促進(jìn)了FC的積累。NAFLD肝內(nèi)FC積聚的原因是細(xì)胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的改變和細(xì)胞內(nèi)膽固醇穩(wěn)態(tài)的失衡,其特征是膽固醇生物合成途徑的激活,膽固醇脫酯的增加,膽固醇輸出和膽汁酸合成途徑的減弱。FC蓄積通過激活Kupffer細(xì)胞(KCs)、星狀細(xì)胞(HSCs)和肝細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)信號通路導(dǎo)致肝損傷。KC和HSC的激活促進(jìn)炎癥和纖維化的形成[6]。此外,FC在肝線粒體的積聚導(dǎo)致線粒體功能障礙,導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生增加,并觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的未折疊蛋白應(yīng)答,導(dǎo)致ER應(yīng)激和細(xì)胞凋亡[7]。NAFLD患者線粒體FC積累通過線粒體谷胱甘肽(mGSH)耗竭,可導(dǎo)致肝細(xì)胞對TNF和Fas敏感,從而發(fā)展為NASH[8]。

1.2 膽汁酸的合成與分泌 初級膽汁酸的合成主要分為經(jīng)典途徑和替代途徑。在此過程中,膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)、甾醇12α-羥化酶(CYP8B1)和甾醇-27羥化酶(CYP27A1)等酶起重要調(diào)節(jié)作用,維持膽汁酸穩(wěn)態(tài);在經(jīng)典途徑中,膽固醇經(jīng)CYP7A1催化生成7α-羥基膽固醇,并在CYP8B1的作用下進(jìn)一步催化生成膽酸(CA),人體至少75%的膽汁酸通過該途徑產(chǎn)生。替代途徑中膽固醇通過甾醇-27-羥化酶(CYP27A1)催化生成27-羥基膽固醇,進(jìn)一步被氧固醇7α-羥化酶(CYP7B1)催化生成鵝脫氧膽酸(CDCA),通過該途徑可產(chǎn)生總膽汁酸量的9%～25%[9]。最后,初級膽汁酸與甘氨酸或?；撬峤Y(jié)合,經(jīng)膽汁酸輔酶A合成酶和氨基酸-N-?；D(zhuǎn)移酶催化,形成生成?；悄懰?TCA)或甘氨膽酸(GCA),并在膽鹽輸出泵(BSEP)、多藥耐藥相關(guān)蛋白(MRP2)等運(yùn)輸下將TCA或GCA分泌到膽汁中[10]。膽汁排入腸道內(nèi),膽汁酸進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)與重吸收階段。

1.3 膽汁酸的轉(zhuǎn)運(yùn)與重吸收 膽汁酸進(jìn)入腸道后分為兩個(gè)代謝途徑。95%的結(jié)合膽汁酸(TCA、GCA)被回腸遠(yuǎn)端腸上皮細(xì)胞刷狀緣側(cè)頂端的頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ASBT)主動重吸收至腸上皮細(xì)胞,并在膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(IBAT)的促進(jìn)作用下,轉(zhuǎn)運(yùn)至基底膜,進(jìn)而由基底外側(cè)膜上的有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(OSTα/OSTβ)重吸收至經(jīng)門靜脈血液循環(huán)系統(tǒng)[11]。膽汁酸被重吸收回肝臟過程中,經(jīng)肝細(xì)胞基底外側(cè)膜上牛磺膽酸鈉共轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(NTCP)和有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(OATP)的作用,與肝細(xì)胞內(nèi)合成的結(jié)合型膽汁酸再次分泌至膽汁中,此過程又稱為膽汁酸的肝腸循環(huán)[12]。NAFLD發(fā)生時(shí)一方面膽固醇-膽汁酸代謝失衡,另一方面膽汁酸腸肝循環(huán)也受到限制。

1.4 膽汁酸代謝過程中的重要蛋白 各轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在膽汁酸代謝過程中發(fā)揮著重要作用,其代謝異常與膽汁淤積相關(guān)性疾病密切相關(guān)。BSEP是一種存在于肝臟中的特異性ATP依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,是膽汁酸從肝細(xì)胞到膽道系統(tǒng)的主要轉(zhuǎn)運(yùn)器,BSEP發(fā)生突變易導(dǎo)致膽汁淤積癥,甚至導(dǎo)致肝硬化或肝癌[13]。MRP2主要在肝細(xì)胞基底膜上表達(dá),在小腸中也有表達(dá),是ATP依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)的膜蛋白,其底物是谷胱甘肽(GSH)、葡萄糖醛酸鹽或硫酸鹽的親脂性物質(zhì),具有保護(hù)肝細(xì)胞,促進(jìn)膽汁分泌的作用[14]。ASBT主要表達(dá)于回腸腸上皮細(xì)胞的頂膜,少量在近端腎旋渦小管細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞中表達(dá),是回腸重吸收膽汁酸的重要轉(zhuǎn)運(yùn)體,在膽汁酸-膽固醇平衡和膽汁酸腸肝循環(huán)起關(guān)鍵樞紐作用[15]。OSTα/OSTβ在人體所有組織中均有表達(dá),但在小腸、腎臟、肝臟等組織中表達(dá)較豐富,可促進(jìn)膽汁酸鹽與甾醇根據(jù)穿過細(xì)胞膜。在膽汁淤積時(shí),OSTα/OSTβ可使從肝臟排泄至體循環(huán)的膽汁酸鹽增加,從而減輕肝損傷[16]。 牛磺膽酸鈉共轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(NTCP)主要分布于肝細(xì)胞基底外側(cè)膜上,不僅是膽汁酸鹽(CDCA、GCDC等)最為重要的轉(zhuǎn)運(yùn)體,還是HBV和HDV的進(jìn)入受體,常用于為病毒感染的細(xì)胞培養(yǎng)模型[17]。OATP與NTCP類似,主要分布于肝細(xì)胞基底外側(cè)膜上,部分分布于腸道中,肝細(xì)胞內(nèi)OATP主要為OATP1B1和OATP1B3,其主要底物為內(nèi)源性的膽汁鹽、膽紅素等,參與各種藥物和飲食成分的轉(zhuǎn)運(yùn)[18]?？傊?MRP2、BESP、ASBT、OSTα/OSTβ、OATP、NTCP是膽汁酸代謝的重要靶點(diǎn),這些靶點(diǎn)異常調(diào)節(jié)通常引起膽汁淤積相關(guān)性疾病,未來有望成為治療NAFLD/NASH的重要靶點(diǎn)。

2 FXR在NAFLD/NASH中的作用

2.1 FXR介導(dǎo)膽汁酸代謝 法尼類X受體(FXR)是一種膽汁酸激活的轉(zhuǎn)錄因子,屬于核激素受體超家族成員,在肝臟、膽囊、胃腸道、腎等均有高度表達(dá),對維持膽汁酸穩(wěn)態(tài)有著舉足輕重的作用[19]。CYP7A1是膽汁酸合成經(jīng)典通路中的重要限速酶,當(dāng)體內(nèi)膽汁酸過多時(shí),則會與FXR結(jié)合,激活SHP表達(dá),促使SHP與肝X受體α(LXRα)、肝受體類似物1(LRH-1)、肝細(xì)胞核因子4α(HNF4α)結(jié)合,并促使三者失活,間接抑制了三者對CYP7A1表達(dá)的促進(jìn)作用,使膽汁酸合成減少,而FXR同樣可以通下調(diào)CYP8B1基因的表達(dá)來抑制肝臟膽汁酸的合成[20]。FXR也可以通過直接調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞生長因子-19(FGF-19)的表達(dá),并通過c-Jun N-末端激酶(JNK)依賴性途徑,抑制人肝細(xì)胞和小鼠肝臟原代培養(yǎng)物中CYP7A1的表達(dá),從而減少膽汁酸生成[21]。FXR刺激BSEP與MRP2蛋白的表達(dá),促使膽汁酸合成增多,同時(shí)還可下調(diào)NTCP的表達(dá),抑制膽汁酸的攝入,維持膽汁酸穩(wěn)態(tài)[22]。在腸道中,膽汁酸還可以通過FXR誘導(dǎo)FGF19表達(dá)并從腸道釋放,從而激活肝臟中的FGFR4/bKlotho受體,共同抑制肝臟CYP7A1和CYP8B1的表達(dá),調(diào)節(jié)膽汁酸的合成[23]。

2.2 FXR調(diào)控脂代謝 NAFLD主要表現(xiàn)為肝細(xì)胞脂肪過量沉積,而膽汁酸是膽固醇的代謝的最終產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)表明,FXR可以降低小鼠肝臟和血清中的甘油三酯和膽固醇水平升高,對脂質(zhì)代謝有重要調(diào)節(jié)作用[24]。Schmitt等[25]通過動物實(shí)驗(yàn)表明,FXR激動劑對肝臟脂代謝具有重要調(diào)節(jié)作用,一方面FXR激動劑可激活SHP的表達(dá),下調(diào)CYP7A1,抑制膽汁酸合成,加劇使肝內(nèi)膽固醇沉積;另一方面,在FXR基因敲除小鼠中,脂肪生成轉(zhuǎn)錄因子(LXR)被膽固醇的氧化衍生物(氧化甾醇)激活,發(fā)揮負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用,被激活的LXR通過上調(diào)CYP7A1的表達(dá)誘導(dǎo)膽固醇分解代謝,增加膽汁酸的合成,維持膽固醇穩(wěn)態(tài)。肝臟B族Ⅰ型清道夫受體(SR-B1)是膽固醇逆轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)因子,肝臟依賴SR-B1對HDL膽固醇進(jìn)行清除,而FXR激動劑則可以使肝臟SR-B1缺失小鼠肝臟中ABC膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的mRNA水平保持不變,同時(shí)增加回腸膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá),促進(jìn)腸道膽固醇排泄[26]。過氧化物酶體增殖劑激活受體-γ(PPARγ)表達(dá)于脂肪組織中,與脂肪細(xì)胞分化及胰島素抵抗有密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),PPARγ可以通過激活FXR表達(dá),從而增加脂肪細(xì)胞中硬脂酰輔酶A去飽和酶(SCD)基因的表達(dá)以及其對PPARγ 依賴性,促進(jìn)脂肪生成,促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化[27]。眾多研究認(rèn)為,膽酸(CA)存在時(shí),通過激活FXR,誘導(dǎo)SHP的表達(dá),并抑制LXR的活性,同時(shí)SHP可抑制SREBP-1c基因表達(dá),降低血清甘油三酯(TG)水平[28]。由此可見,FXR可從多途徑調(diào)控脂代謝。

3 腸道微生態(tài)與NAFLD/NASH的關(guān)系

肝臟大部分的血液供應(yīng)來自腸道,正常情況下,腸道屏障可阻擋細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物等有害物質(zhì)透過腸黏膜進(jìn)入血液。腸道菌群突破腸道屏障防線時(shí),即被樹突狀細(xì)胞識別,或通過調(diào)節(jié)性 T 淋巴細(xì)胞反應(yīng)激活適應(yīng)性免疫系統(tǒng),并通過病原相關(guān)分子模式(PAMP)啟動固有免疫,包括脂多糖、肽聚糖等,與 Toll 樣受體(TLR) 和 NOD 樣受體(NLR)結(jié)合,激活核因子-κB(NF-κB),產(chǎn)生相應(yīng)的炎性細(xì)胞因子和趨化因子,經(jīng)腸系膜上下靜脈并最終匯入門靜脈系統(tǒng)進(jìn)入肝臟,這些因子可直接損傷肝細(xì)胞并且激活肝臟內(nèi) Kupffer 細(xì)胞,極化的 Kupffer 細(xì)胞會促進(jìn)NAFLD 向肝臟炎癥及纖維化發(fā)展[29]。在結(jié)腸中,腸道微生物將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸,通過鹽水解酶(BSH)水解結(jié)合,將膽酸(CA)和鵝去氧膽酸(CDCA)分別脫羥基化形成去氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA),7-羥基類固醇脫氫酶(7-α-HSDH)能將CDCA異構(gòu)化為熊脫氧膽酸(UDCA)[30]?？股馗淖兙航Y(jié)構(gòu)可改變膽汁酸譜,調(diào)節(jié)腸道FXR信號通路,而膽汁酸也具有較強(qiáng)的抗菌活性,可以直接調(diào)控腸道菌群多樣性、調(diào)節(jié)腸道菌群的結(jié)構(gòu)或通過促進(jìn)膽汁酸代謝細(xì)菌的生長和抑制其他膽汁敏感菌的生長來重塑腸道微生物群落[31]。不同的膽汁酸對于腸道FXR的作用也不一樣,對FXR的激動作用大小分別為CDCA>TCA>DCA=LCA,而?；撬?α-MCA、?；撬?β-MCA和熊去氧膽酸則對FXR具有拮抗作用[32]。因此,腸道微生態(tài)-膽汁酸-FXR軸在NAFLD/NASH代謝過程中發(fā)揮重要作用,可能成為未來藥物治療NAFLD/NASH的重要靶點(diǎn)。

4 小結(jié)與展望

目前,NAFLD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜且尚不明確,主流研究認(rèn)為胰島素抵抗是NAFLD發(fā)病機(jī)制中的主要特征,但目前較多研究認(rèn)為膽固醇-膽汁酸代謝途徑在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中有重要意義。此代謝途徑異常表現(xiàn)為膽固醇合成增加以及膽汁酸合成減弱引起的游離膽固醇肝內(nèi)蓄積,從而通過一系列反應(yīng)誘導(dǎo)肝臟炎癥及肝細(xì)胞凋亡;在膽汁酸代謝途徑中,各轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在膽汁酸合成、分泌、轉(zhuǎn)運(yùn)及肝腸循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,維持膽汁酸穩(wěn)態(tài)。以各轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白為靶點(diǎn),探索NAFLD以及NASH有效治療措施具有可行性及探究意義。腸道微生態(tài)是近年來研究熱點(diǎn),腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能代謝與膽汁酸代謝常相互影響,從而促進(jìn)NAFLD的發(fā)生發(fā)展,且腸道微生態(tài)破壞在一定條件下可誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)及激活免疫反應(yīng),促使疾病向NASH及肝纖維化方向發(fā)展。FXR即可以作為腸道微生態(tài)-膽汁酸作用的下游靶點(diǎn),也可以負(fù)反饋調(diào)節(jié)膽汁酸合成及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,從而調(diào)節(jié)膽汁酸的代謝。同時(shí),FXR也能多途徑調(diào)控脂質(zhì)代謝,維持膽固醇-膽汁酸代謝及肝臟脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)?？梢?腸道微生態(tài)-膽汁酸代謝-FXR途徑在NAFLD發(fā)病中發(fā)揮重要作用。目前,國內(nèi)尚缺乏批準(zhǔn)用于治療NAFLD的藥物,一些藥物雖然在一定程度上可以緩解癥狀,控制病情發(fā)展,但治療效果有限,且藥物缺乏特效性,副作用相對較大。基于腸道微生態(tài)-膽汁酸代謝-FXR途徑探索NAFLD一線用藥可能成為未來藥物研究的方向。未來研究仍要探究NAFLD的發(fā)病機(jī)制及更多治療靶點(diǎn),并且尋求更有效的治療措施。