胆汁酸代谢及其受体在非酒精性脂肪性肝病发生发展中的作用

张 阳， 李军祥， 王允亮

1 北京中医药大学 研究生院， 北京 100029； 2 北京中医药大学东方医院 消化内科， 北京 100078

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是除过量饮酒和其他引起肝脏损伤的明确因素之外所致的肝细胞脂肪沉积，包括非酒精性单纯性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及非酒精性脂肪性肝硬化，部分可进展为肝细胞癌。NAFLD全球患病率为20%～30%，随着经济水平提高与生活方式改变，我国近十年NAFLD患病率已由18%增加至29%[1]。然而，其具体发病机制尚未完全阐明，临床缺乏针对特异发病环节的治疗药物。近年来，研究胆汁酸代谢及其受体在NAFLD发病中的作用取得了一定进展，调节胆汁酸代谢，有望成为NAFLD治疗的关键环节。

1 胆汁酸概述

1.1 胆汁酸分类 胆汁酸是胆汁中的重要成分，在人体脂质消化吸收和胆固醇代谢方面具有调节作用。胆汁酸主要由钠盐和钾盐组成，根据其来源可分为初级胆汁酸和次级胆汁酸，初级胆汁酸由肝细胞生成，进入肠道后，在肠道菌群作用下生成次级胆汁酸。根据其结构上是否与甘氨酸或牛磺酸结合，又可分为游离型和结合型两大类，前者包括胆酸、脱氧胆酸、鹅脱氧胆酸和石胆酸，后者主要包括甘氨胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸、牛磺胆酸和牛磺鹅脱氧胆酸等。

1.2 胆汁酸合成与肠肝循环 胆固醇是胆汁酸主要生成原料，在肝细胞中经过一系列复杂的酶促反应转化生成初级胆汁酸。其过程主要包括经典途径和替代途径。经典途径中，胆固醇经过7α-羟化酶(CYP7A1)催化生成7α羟胆固醇，再经3α、12α羟化，加氢还原，侧链氧化断裂形成胆碱辅酶A，经加水水解后形成胆酸和鹅脱氧胆酸等初级胆汁酸。替代途径是氧化甾醇27α羟化酶代替CYP7A1，胆固醇于侧链脱氢生成氧化甾醇, 随后在氧化甾醇7α羟化酶催化下进行7α脱氢，进入经典途径。胆酸和鹅脱氧胆酸通过与甘氨酸或牛磺酸结合后形成结合型胆汁酸，经胆管排入肠道。

人体每天生成的胆汁酸十分有限，正常情况下，胆汁酸储备量为3～5 g，难以满足脂类乳化的需要。初级胆汁酸(结合型)进入肠道后，在肠道菌群作用下解离为游离型胆汁酸，通过7α羟基脱氧水解生成次级胆汁酸，如脱氧胆酸、石胆酸等。肠道内的胆汁酸成分约95%在空肠末端或回肠被重新吸收(包括结合型胆汁酸和游离型胆汁酸)，经门静脉回流至肝脏，再经肝细胞合成，与新生初级胆汁酸一起排入肠道，如此循环往复，形成胆汁酸的肠肝循环，使胆汁酸充分被利用。胆汁酸在肠道吸收是主动吸收与被动吸收的叠加效应。主动吸收主要发生在回肠远端，胆汁酸转运蛋白如牛磺胆酸钠协同转运多肽(Na+-taurocholate cotransporting polypeptide, NTCP)和顶端Na+依赖性胆汁酸转运蛋白(apical sodium-dependent bile acid transporter, ABST)发挥协同作用，是结合型胆汁酸如牛磺胆酸和甘氨胆酸的主要吸收方式[2]。被动吸收主要发生在小肠和结肠，是游离型胆汁酸的主要吸收方式，吸收速率取决于胆汁酸的离子化程度和极性。胆汁酸的肠肝循环维持了胆汁酸的稳态，对调节脂质代谢具有重要意义。

2 胆汁酸代谢与NAFLD

胆汁酸已被发现在胰岛素敏感性和代谢稳态方面起着关键作用。多项研究报道，在NAFLD患者血清中，胆汁酸水平明显升高[3]，而病情严重程度与胆汁酸合成及血清胆汁酸水平呈正相关[4]。关键胆汁酸的增加，如牛磺胆酸、甘胆酸等，与脂肪变性、小叶和门静脉炎症以及肝细胞气球样变高度相关。此外，NAFLD进展为纤维化的风险和次级胆汁酸与初级胆汁酸的比例及结合胆汁酸浓度相关，次级胆汁酸与初级胆汁酸的比例越高、结合胆汁酸浓度越高，纤维化风险越高[5]。该结论在动物模型中也得到了验证。研究[6]发现，在NAFLD大鼠肝组织中牛磺胆酸组成增加，而牛磺酸猪去氧胆酸和熊去氧胆酸含量降低；肠道中胆酸增多，猪去氧胆酸和ω-鼠李酸减少；血清中牛磺胆酸组成增加，猪去氧胆酸和牛磺酸猪去氧胆酸均降低。在NASH小鼠模型中，肝纤维化程度与血清总胆汁酸浓度升高有关，主要机制可能与胆汁酸代谢酶和转运蛋白表达改变有关[7]。胆汁酸代谢与NAFLD病情进展的关系已被证实，进一步研究其作用机制，可能为NAFLD治疗寻找新靶点提供希望。

3 胆汁酸代谢参与NAFLD的发病机制

3.1 胆汁酸与脂质代谢 脂代谢异常是NAFLD的重要环节。传统观点认为，甘油三酯过量堆积，促进了脂质过氧化、氧化应激和炎症反应，是NAFLD进展的驱动因素。此外，胆固醇积累和脂肪酸代谢失衡同样作用于NAFLD。在胆汁酸肠肝循环过程中，通过激活肠道胆汁酸受体——法尼醇X受体(farnesol X receptor, FXR)及G蛋白偶联受体5(G protein coupled receptor 5, TGR5)，可对脂质代谢起到调节作用[8]。FXR激活后通过对固醇调节元件结合蛋白1-c的抑制及过氧化物酶体增殖物激化受体α途径的上调，同时增加肝脏脂肪酸的β氧化，减少肝脏脂质蓄积[9]。TGR5作为胆汁酸受体，在人类脂肪细胞中的表达随脂肪细胞的分化而增加，活化的TGR5可通过腺苷酸环化酶(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)通路促进甘油三酯分解、脂肪酸氧化，激活细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)/线粒体动力相关蛋白1(dynamin-1-like protein 1, Drp1)信号导致线粒体分裂，从而促进白色脂肪组织褐变重塑[10]。此外，有研究[11]发现，牛磺熊去氧胆酸具有调节内质网应激作用，从而抑制脂肪干细胞内脂肪的生成。

3.2 胆汁酸与肠道菌群 人体肠道中存在大量细菌、病毒、真菌等微生物群，与宿主共生。肠道微生物稳态的维持是人体健康的保证[12]。近年来，肠道菌群在炎症、免疫、代谢等相关疾病中的作用得到广泛重视。肠道菌群失调参与NAFLD发病，在临床和动物实验中均得到了证实[13-14]。肠道菌群主要通过增加肠道通透性、影响能量吸收、调节脂肪及胆汁酸代谢等信号通路相关基因的表达，以及参与宿主免疫等促进NAFLD的发生[15]。进入肠道的初级胆汁酸在肠道菌群作用下转化为次级胆汁酸，肠道菌群的构成、丰度与比例影响胆汁酸代谢水平，而胆汁酸也可改变肠道菌群组成，二者相互作用[16]。研究[17]发现，肠道微生物通过促进FXR激活，诱导Fgf15(人类的FGF19)的表达，触发JNK1/2和ERK1/2信号级联，抑制CYP7YPA1的表达，影响胆汁酸合成。另一方面，通过影响NTCP和ABST转运作用干预胆汁酸吸收。此外，胆汁酸和微生物种系在儿童和成人的肠道中具有显著差异。儿童肠道胆汁主要由胆酸和鹅去氧胆酸组成；而成年后，转变为脱氧胆酸和石胆酸。这种组成差异对肠道微生物群中厌氧芽孢形成细菌具有重要影响，胆汁酸促进回肠末端孢子萌发，而脱氧胆酸则减少了肠道厌氧菌的数量[18]。说明胆汁酸具有一定的抗菌作用，其机制可能与结合细菌菌膜上磷脂，破坏菌膜进而抗细菌黏附、中和内毒素相关[19]。在小鼠体内，通过进食富含饱和脂肪酸的食物，促进胆汁酸组成发生变化，结果显示肠道微生物显著失调，免疫动态平衡被扰乱[20]。胆汁酸与肠道菌群间相互作用，过程复杂，具体分子机制有待进一步探索。

3.3 胆汁酸与宿主免疫 肝脏是人体重要的免疫器官，含有Kupffer细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞、调节性T淋巴细胞等免疫细胞，介导免疫反应。同时，肝脏也是免疫损伤靶器官，免疫和炎症途径在NAFLD的发病机制中起着核心作用。先天性免疫系统和获得性免疫系统共同参与了NAFLD的发生发展[21]。宿主免疫的失调与胆汁酸代谢有着密切联系。胆汁酸受体FXR和TGR5在天然免疫细胞，如肠和肝巨噬细胞、树突状细胞和自然杀伤T淋巴细胞中均高浓度表达，这两种受体对肝脏和肠道免疫耐受状态均有调节作用[22-23]。肠道FXR的激活可维持肠上皮结构的完整性，而FXR缺乏会导致肠道通透性改变以及免疫失调[24]。免疫机制方面，Toll样受体和炎症小体NLRP3在调节人体免疫平衡中具有重要作用。动物研究[25-26]表明，通过FXR和TGR5干扰胆汁酸信号通路可影响Toll样受体依赖性途径和NRLP3依赖性炎症小体的激活。胆汁酸通过TGR5-cAMP-PKA轴抑制NLRP3炎症小体的激活，主要与cAMP依赖蛋白激酶(PKA)活化导致NLRP3泛素化、磷酸化有关。最新研究[27]发现，石胆酸代谢产物3-oxoLCA和isoalloLCA可在小鼠体内直接调控肠道Th17和Treg细胞平衡，从而调控宿主免疫。以上研究结果揭示了胆汁酸及其受体参与宿主免疫的途径，为NALFD治疗提供了新思路。

4 胆汁酸受体作为NAFLD治疗靶点

上述研究表明胆汁酸受体在NAFLD进展过程中，发挥了重要作用，其中以FXR、TGR5为主。有关胆汁酸受体能否作为NAFLD治疗靶点的研究已取得了一定的进展。

4.1 法尼醇X受体(FXR) FXR属于激素核受体超家族，是一种胆汁酸结合转录因子，广泛存在于肠、肝、肾及肾上腺组织，其主要作用在于参与胆汁酸肠肝循环，调节胆汁酸浓度。前文已经述及胆汁酸通过FXR参与胆固醇、脂质代谢和宿主免疫等影响NAFLD进展，说明FXR可能是NAFLD炎症反应的重要环节，因此，调控FXR及相关因子的表达，是NAFLD治疗药物研究的新靶点。

在高脂饮食诱导的小鼠模型中，研究[28]发现，肠道FXR特异性敲除小鼠肝脏甘油三酯蓄积及脂肪变性发生较低。低分子量抗氧化剂tempol或抗生素干预小鼠肠道菌群后，肠道FXR的表达受到抑制，肝脏脂肪变性同样减低。进一步研究发现，这一作用可能是通过抑制肠道FXR，使回肠和血清中循环神经酰胺水平降低导致的。神经酰胺由鞘氨醇长链碱基与脂肪酸组成，属于鞘脂家族，在体内可通过激活蛋白激酶C、Jun氨基末端激酶诱导胰岛素抵抗，上调固醇调节元件结合蛋白1-c参与脂肪酸合成，刺激内质网应激加速细胞凋亡等多种途径引发糖脂代谢紊乱[29-30]。然而，也有研究[31]发现，在饮食诱导的肥胖小鼠模型中，经口服肠道FXR特异性激动剂fexaramine，小鼠体质量增加程度减轻，糖耐量增加，胰岛素抵抗减少，白色脂肪组织棕色化增加，提示激活肠道FXR，能够改善糖脂代谢。Schmitt等[32]则发现在肝脏与肠道不同部位FXR特异性敲除小鼠中，经喂养含1%胆固醇饮食28 d后，肝脏FXR敲除鼠出现脂质积累, 而肠道FXR敲除鼠中未出现；且肝脏FXR特异性敲除小鼠血清胆固醇和胆汁酸水平升高，肠道FXR特异性敲除小鼠血清胆固醇和胆汁酸水平维持正常，该研究提示FXR防止脂质堆积的主要作用部位在肝脏，不依赖肠道。这些研究结果共同表明FXR对脂质代谢具有调节作用，出现不同结果的原因可能与FXR分布部位及其下游作用机制有关，但具体机制还有待进一步探究。

临床研究中，以强效选择性FXR激动剂奥贝胆酸为代表的药物研究取得了一定的进展。奥贝胆酸通过激活FXR，间接抑制CYP7A1基因转录和表达，抑制胆汁酸合成[33]。一项纳入238例NAFLD患者的Ⅲ期临床研究[34]结果表明，奥贝胆酸较安慰剂对NAFLD患者肝组织病理学改善更明显。其能否作为NAFLD临床一线用药，仍需临床探索。

4.2 G蛋白偶联受体5(TGR5) TGR5比FXR分布更为广泛，在脂肪组织、肌肉组织、免疫细胞、Kupffer细胞中均有表达。TGR5可通过调节能量代谢和宿主免疫影响NAFLD。在高脂饮食饲喂的C57BL/6J小鼠中，雄性TGR5(-/-)小鼠表现出比雌性及野生型小鼠更严重的肝脏脂肪变性，而TGR5激动剂INT-777治疗的小鼠，肝脏脂肪变性明显减轻[35]。在肥胖db/db小鼠实验中，使用TGR5/FXR双激动剂INT-767后抑制巨噬细胞产生促炎细胞因子，降低肝内TNFα和IL-18表达，改善了肝脏组织学，减少了脂肪变性和肝脏内的炎症反应[36]。其机制可能与TGR5的激活刺激腺苷酸环化酶将ATP转化为cAMP，从而激活蛋白激酶A，继而激活cAMP反应元件结合蛋白，抑制核因子-κB活性和炎性细胞因子的产生有关[37]。遗憾的是目前尚缺乏TGR5激动剂治疗NALFD的相关临床研究，尤其是缺少随机对照试验证据，TGR5作为胆汁酸受体，在NAFLD进展中的作用不容忽视，能否成为其治疗靶点，尚无定论。

4.3 其他 与胆汁酸代谢相关的受体还有孕烷X受体(pregnane X receptor, PXR)和维生素D受体(vitamin D receptor, VDR)。PXR也是核受体家族的重要成员，主要分布在人体肝细胞中，除参与调控细胞色素P450家族、UDP-葡萄糖醛酸转移酶、P-糖蛋白、乳腺癌耐药相关蛋白和多耐药蛋白等药物代谢酶和转运体的表达外，还参与调节胆汁酸代谢[38-39]。2001年，Staudinger等[40]发现PXR能够被石胆酸激活。此外，PXR能够调节胆汁酸生物合成、运输和代谢相关基因如胆固醇CYP7A1和Na+非依赖性有机阴离子转运蛋白2的表达，从而起到对石胆酸引起的严重肝损伤的保护作用。在高脂饮食饲喂的NAFLD小鼠模型中，随着肝脏脂肪变性、炎症、纤维化的发展，PXR显著激活[41]。研究[42]发现，丹参酮ⅡA能激活PXR，诱导CYP3A表达，降低石胆酸的毒性，减轻肝损伤。此外，PXR激活剂利福平能够对胆汁淤积性肝硬化患者起到肝保护作用。然而，PXR激活剂能否作为NAFLD治疗用药，尚缺乏有力的临床研究证据。

VDR作为胆汁酸感受器，在肠组织中高表达，而在肝组织中含量较低。在肠细胞中，VDR激活可诱导硫酸基转移酶2A1和多药耐药相关蛋白3(multidrug resistance associated protein 3, MRP3)表达，CYP3A4催化石胆酸的羟基化，羟化的石胆酸可以在硫酸基转移酶2A1的介导下进一步硫酸化，石胆酸及其代谢产物通过胆汁酸转运蛋白MRP3外流。而VDR缺乏小鼠中，肝脏胆汁酸累积增加，肝脏坏死与炎症明显，提示VDR可保护肠、肝细胞免受胆汁酸毒性作用[39,43]。多项临床研究[44-45]表明，应用维生素D能够改善NAFLD炎症与氧化应激状态。但VDR能否作为NALFD临床治疗靶点，需要更多证据支持。

5 总结与展望

近年，随着临床和动物实验研究的深入，胆汁酸代谢紊乱促进NAFLD发生发展的机制逐渐明确。胆汁酸是肠肝循环作用于NAFLD的物质基础，参与脂质代谢、肠道菌群、宿主免疫等多个环节。由于其作用广泛，可能存在交互作用机制，使得众多环节仍未被完全阐释，FXR、TGR5、PXR和VDR作为代表性胆汁酸受体，具有靶点作用，针对其研发的药物有望成为NAFLD治疗特效药，但从目前已有研究结果来看，仍需进一步临床证据证实。因此，深入探索胆汁酸、肠道菌群、宿主交互作用的机制、靶点，研发相关特异性药物，需要更多的研究。