肠道菌群对胆固醇和胆汁酸的代谢和转化

陈静莹

（浙江中医药大学，浙江杭州 310053）

胆固醇和胆汁酸属于固醇类化合物，是由三个六碳环和一个五碳环连接组成的有机化合物。胆固醇结构复杂且稳定[1]，是真核细胞细胞膜的重要组成部分，也是合成维生素D、胆汁酸和固醇类激素的前体[2]。在机体内只有1/3左右的胆固醇来自于饮食等“外源性物质”，另外2/3属于内源性胆固醇，是在人体细胞内合成的[3]。胆固醇过多会引发人的动脉粥样硬化、冠心病以及其他心脑血管疾病。而只有肝脏细胞具有将胆固醇转化成胆汁酸的能力，从而降低胆固醇浓度[4]。在机体内，肝脏和肠道一起控制胆固醇和胆汁酸的流入和流出方式，维持机体胆固醇的稳态[5]。肠道中的菌群可以对胆固醇和胆汁酸进行化学修饰，进而影响其介导的生理机制。目前，肠道微生物群-胆汁酸轴的变化被认为对人类健康具有决定性影响。

肠道菌群是指定植在机体肠道内包括细菌、真菌、古细菌、病毒和原生动物在内的微生物群落。运用新一代测序技术，可以发现人类胃肠道中有1 000～1 150种细菌，数量约100万亿，是人体细胞数量的10倍。目前，越来越多的人认识到肠道菌群对维持机体正常代谢、保证机体健康的重要作用。本文就肠道菌群对胆固醇和胆汁酸代谢的影响进行综述。

1 肠道菌群对胆固醇代谢的研究

1.1 肠道菌群将胆固醇转化为粪甾醇

20世纪30年代，人们首次发现两岁儿童肠道内的菌群能够转化胆固醇，其对胆固醇的作用是通过多种酶促反应将胆固醇转化为更不易吸收的粪甾烷酮和粪甾烷醇，并随粪便排出，这一反应有助于降低机体内胆固醇的含量[6]。机体内肠道菌群将胆固醇转化为粪甾烷醇的过程有高效途径和低效途径两种，其中大部分胆固醇通过高效途径转化，而通过低效途径转化形成的粪甾烷醇不足粪便中性甾醇的1/3。2006年，寿颖颖等人[7]从人体内分离出了降胆固醇的肠球菌（Entercoccus）；2012年，陈梦娜等人[8]从东北虎的粪便中分离出了高效降胆固醇的双歧杆菌（Bifidobacteria）和乳杆菌（lactobacillus），为进一步研究肠道细菌降解胆固醇的途径打下基础。同时有研究表明，链霉球菌（Streptococcus）也可以将胆固醇转化为粪前列腺醇，但是这些菌对胆固醇的降解作用只在体外实验中得到证明，并未在体内得到证实[9]。

1.2 肠道菌群对胆固醇的吸附

20世纪70年代，研究者发现肠道中胆固醇可以结合到细菌细胞膜上，由此提出了肠道菌群对胆固醇的吸附以及将胆固醇结合到自身细胞膜上的作用机制。随后大量研究集中在肠道菌群对胆固醇的吸附作用上，目前提出两种肠道菌群作用胆固醇的途径：（1）胆固醇与肠道菌群的细胞壁结合；（2）胆固醇的共沉淀。在体外试验中，研究人员发现培养基中的胆固醇大部分吸附于细菌细胞膜，并不进入细胞被降解代谢，从而使细胞膜结构更加完整和坚固。在早期研究中，研究人员提出部分细菌可以分泌一些能够吸附胆固醇的脂外多糖。，该吸附胆固醇的行为吸附是否能够对肠道中的细菌起保护作用仍然不清楚，因为机制仍然未知，需要更深入的研究来证明。

2 肠道菌群对胆汁酸代谢的研究

2.1 胆汁酸的早期解离

胆盐水解酶（Bile Salt Hydrolases，BSH）普遍存在于哺乳动物的胃肠道菌群中，可以催化结合型胆汁酸分解，释放甘氨酸和牛磺酸，而肠道细菌可以利用甘氨酸和牛磺酸作为能量来源和代谢合成底物。目前，已经在梭菌属（Fusobacterium）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）、乳酸菌属（Lactobacillus）、肠球菌（Enterococcus）等细菌中检测到BSH活性，并且已经从脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）、外阴杆菌（Vulvobacillus）、产气荚膜梭状芽孢杆菌（Clostridium Perfringens）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria Monocytogenes）以及多种乳酸杆菌和双歧杆菌中分离纯化得到该酶。有研究认为BSH活性是肠道菌群的胆汁酸解毒机制，细菌可能在转化结合型胆汁酸过程中获得碳、氮甚至硫等营养物质，特别是能够将牛磺酸中的磺酸部分还原成硫化氢；同时，这一过程也能改善肠道菌群结构[10]。有研究表明，BSH基因在肠道菌群中缺失能够显著降低李斯特菌的感染性[11]。

2.2 3-羟基、7-羟基、12-羟基的氧化和差向异构化

肠道细菌的胆汁酸羟基类固醇脱氢酶（HSDHs）具有催化胆汁酸羟基氧化成氧代基团的活性，这一过程是可逆的。这一过程需要两种立体结构不同的HSDHs的作用，可以由含α-HSDHs和β-HSDHs的单一细菌或由仅含有其中一种酶的两个细菌来进行。在肠道厚壁菌门的几种细菌中，检测到3α-HSDHs和3-HSDHs，而3-羟基差向异构化现象仅在产消化链球菌、产气荚膜梭菌和迟缓埃格氏菌中观察到。7α-HSDHs在梭菌属、真细菌属、拟杆菌属或埃希氏菌属的细菌中广泛存在，而7β-HSDHs仅在厚壁菌属中检测到，目前编码7α-HSDHs的基因已经从几个种属中被克隆出来。12-氧化胆汁酸在人体粪便中含量很低，在厚壁菌门的部分菌株中检测到了12α-HSDHs和12β-HSDHs活性，但是目前并没有发现同时具有这两种酶的菌株。虽然差向异构化能力已经在几种肠道细菌中得到证实，但是这种代谢活动的生理意义和功能意义仍需要进一步探究。

2.3 7α羟基脱除

与氧化和差向异构化不同，7α脱羟基只能在结合型胆汁酸解偶联发生之后才可以进行。机体内主要的胆汁酸（胆酸和鹅去氧胆酸）通过7α脱羟基生成脱氧胆酸和石胆酸，是人类机体中胆汁酸在生理上最显著的转化。目前，已知的具有7α-脱羟基活性的细菌种类是厚壁菌门（梭菌属、真细菌属）中的细菌，从肠道中分离的闪烁梭状芽孢杆菌已经被广泛用于研究7α-胆汁酸脱羟基的胆汁酸诱导“bai”酶系统。

2.4 酯化

在人类粪便中检测到的大量脱氧胆酸低聚物，是由C24羧基与3α-羟基酯化形成的。粪便中被酯化的胆汁酸可占粪便胆汁酸的25%。而在胆汁中并未发现这种酯，表明其是由肠道菌群催化产生的，且体外研究发现混合粪便培养物可以将胆汁酸转化为C-24乙酯[12]。目前，已经在梭菌属（Clostridium）、消化球菌属（Peptococcus）、梭杆菌属（Fusobacterium）和假单胞菌属（Pseudomonas）等肠道分离菌中检测到胆汁酸硫酸酯酶活性，并从睾酮假单胞菌中分离纯化出该酶[13]。

3 结语

微生物组学分析和粪便移植技术都证明了肠道菌群在胆固醇和胆汁酸转化中的关键性作用。很多实验证据从酶的功能和转录调控方面深入探讨了肠道细菌代谢胆固醇和胆汁酸的功能和途径。然而，由于类固醇化合物结构复杂，代谢途径较长，目前这一领域尚有很多空白之处，很多可能的代谢过程还未被证实。这些研究对揭示动物生长、发育的过程意义重大，同时也是一个非常巨大的挑战。