肠道疾病中胆汁酸及其受体对NLRP3炎症小体调控作用的研究进展

廖楚瑶，李思奇，张尊建，张培，许风国

（中国药科大学药物质量与安全预警教育部重点实验室，江苏 南京 210009）

胆汁酸是由肝脏合成的一类胆烷酸衍生物，参与代谢、免疫和炎症等多种生理病理过程，在肠道生理机能调节与疾病进程中具有重要作用[1]。NLRP3炎症小体作为一种模式识别受体参与感知机体内外危险信号，既是宿主防御的关键介质，也是肠道内稳态的关键调节器，在控制肠上皮的完整性和调节肠道微生物群的免疫反应过程中发挥重要作用[2]。近年来，胆汁酸对NLRP3炎症小体的调控机制逐渐被阐明，但胆汁酸对NLRP3炎症小体的活化究竟是抑制还是促进尚无定论。本文从胆汁酸与胆汁酸激活受体角度，分别就其对NLRP3炎症小体的作用进行总结分析，综述了肠道疾病中胆汁酸及其受体对NLRP3炎症小体的作用。

1 胆汁酸代谢紊乱与肠道疾病

胆汁酸可分为初级胆汁酸和次级胆汁酸，初级胆汁酸[如胆酸（CA）和鹅去氧胆酸（CDCA）]的生物合成在肝脏中进行。人体摄入食物后，储存于胆囊中的胆汁酸被释放入肠，约95%的胆汁酸在末端回肠被吸收，经门静脉循环回到肝脏；剩余胆汁酸可作为微生物代谢的底物，在结肠中经生物转化生成次级胆汁酸，如去氧胆酸（DCA）和石胆酸（LCA）[3]。作为胆汁的组成成分，胆汁酸介导脂质、胆固醇和脂溶性维生素等的消化和吸收，广泛参与糖脂代谢、能量消耗和免疫反应等代谢途径的调节，与肠道疾病、肝脏疾病及各种代谢疾病密切相关[4]。

越来越多的研究表明，肠道疾病常伴随胆汁酸代谢通路紊乱，如在结直肠癌[5-6]、肠梗阻[7]、肠息肉[8]、炎症性肠病[9-11]、药源性肠损伤[12]等肠道疾病中，胆汁酸含量与比例均发生显著性改变（见表1）。

表 1 肠道疾病中胆汁酸代谢的变化情况Table 1 Changes in bile acid metabolism in intestinal diseases

研究发现，胆汁酸的代谢紊乱及其在肠道中的蓄积，可通过影响肠道炎症、肠道菌群组成、肠细胞增殖能力等，引发坏死性小肠结肠炎、胆汁酸型腹泻、结肠癌[14]等肠道疾病。一方面，胆汁酸通过影响肠道菌群的组成和丰度，维持肠道内环境稳态[15]，如CA、DCA、CDCA等游离胆汁酸可通过降低肠道菌群内部pH水平，抑制短双岐杆菌、唾液乳杆菌等的生长[16]；鹅去氧胆酸盐、熊去氧胆酸盐等结合型胆汁酸可通过刺激宿主产生抗菌肽（如cathelicidin[17]、血管生成素Ⅰ[18]），作用于肠道菌群，维持肠道内环境平衡。另一方面，过度蓄积的次级胆汁酸DCA、LCA等通过激活核因子κ轻链增强子（NF-κB）信号通路、诱导DNA氧化损伤和有丝分裂活性异常，促进结肠细胞的过度增殖与侵袭，诱发结肠癌[14]。更重要的是，胆汁酸还可作用于NLRP3炎症小体，介导肠道炎症反应[19-20]。

2 NLRP3炎症小体与肠道疾病

NLRP3炎症小体是核苷酸结合和寡聚结构域样受体（NLR）家族的成员，通过识别危险相关分子模式（DAMP）或病原体相关分子模式（PAMP）来感知外源性微生物或来自损伤、死亡细胞的内源性危险信号，参与感染、炎症和自身免疫相关的固有免疫过程，对免疫系统调节具有重要作用[21]。NLRP3炎症小体由传感器NLRP3、适配器凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和效应子pro-Caspase-1组成。其活化分为2步：第1步为相关蛋白的合成，即NF-κB作为转录因子，参与调控NLRP3和pro-IL-1β等炎症小体相关蛋白的转录与合成；第2步为NLRP3炎症小体的组装激活，其刺激因素包括外源性微生物和内源性危险信号，如胆汁酸、尼日利亚菌素、腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）等[22]。激活NLRP3炎症小体可引发炎症因子IL-1β和IL-18的释放[2]，促进炎症过程，恢复PAMP或DAMP诱导的机体失衡[23]；但是NLRP3炎症小体的过度激活，则可能诱导剧烈炎症反应，增加代谢性或自身炎症性疾病的风险，如糖尿病[24]、慢性肾病和糖尿病肾病[25]以及炎症性肠病[26]等。

NLRP3炎症小体，既可作为宿主防御的关键介质参与机体对内外危险信号的感知，又是肠道内稳态的关键调节器[2]，介导机体调节肠上皮完整性和肠道微生物群免疫反应。肠道微生物群在调节肠道内稳态中起着关键作用[27]。研究表明，NLRP3炎症小体信号阻滞可能会导致免疫失调和肠道致病菌定植增加，引起肠道微生物群失衡，渗入肠黏膜固有层，诱导免疫细胞招募，进而引发异常固有免疫反应，导致肠道炎症[28]。此外，NLRP3炎症小体介导了炎症因子IL-1β的生成与释放，可通过触发Caspase-1产生gasdermin-D，介导细胞焦亡。因此，NLRP3炎症小体的异常激活可加剧机体炎症进程并诱导炎症部位内效应巨噬细胞/树突状细胞的死亡[29]。由此可见，NLRP3炎症小体对调节肠道内环境稳态具有重要意义，其信号阻滞或异常激活均可引起肠道炎症反应，甚至导致炎症性肠病等慢性自身免疫性疾病的发生[30]。

3 胆汁酸调控NLRP3炎症小体

胆汁酸与胆汁酸激活受体均能介导NLRP3炎症小体的活化。研究发现疏水性胆汁酸CDCA通过促进自由氧（ROS）的生成和ATP释放，诱发胞内K+外流，剂量依赖性促进革兰阴性菌脂多糖（LPS）诱导的鼠巨噬细胞系J774A.1中NLRP3炎症小体激活，刺激IL-1β的释放[31]。此外，DCA、CDCA及其牛磺酸结合形式可作为DAMP，诱发胞外Ca2+内流，从而诱导腹膜巨噬细胞等免疫细胞内NLRP3炎症小体的活化[32]。上述研究表明，胆汁酸可作为内源性DAMP（或与外源性PAMP协同）作用于NLRP3炎症小体，调控肠道内环境稳态，引起或加重肠道炎症反应。不同肠道疾病模型常伴随着胆汁酸含量、比例发生改变，这可能影响NLRP3炎症小体相关的炎症状态。

胆汁酸激活受体是一类能被胆汁酸特异性激活而激发其生理活性的受体，包括部分核受体和G蛋白偶联受体，在胆汁酸的合成与生理功能的发挥中起着重要作用[33-34]。核受体是配体激活的转录因子，在胚胎发生、机体发育和代谢调控中具有重要作用。人类基因组中有48个核受体基因，其中法尼醇X受体（FXR）、孕烷X受体（PXR）、维生素D受体（VDR）和组成性雄甾烷受体（CAR）属于胆汁酸激活受体[34]。G蛋白偶联受体是人类膜蛋白和药物靶标中最大的一类，参与许多细胞信号转导过程。其中Takeda G蛋白偶联受体5（TGR5）、鞘氨醇-1-磷酸受体2（S1PR2）、毒蕈碱受体（如M2和M3受体）、甲酰肽受体（FPR）可被胆汁酸激活，属于胆汁酸激活受体[33]。据报道，FXR、PXR、VDR、TGR5、S1PR2可调控NLRP3炎症小体的激活，其组织分布及与胆汁酸的结合能力可能影响胆汁酸对NLRP3炎症小体的作用效果。

3.1 FXR抑制NLRP3炎症小体，缓解肠道炎症

FXR可通过与维甲酸X受体（RXR）形成复合物，进而与基因启动子区结合，介导靶标基因的转录过程。FXR在人体肝脏、肠道、肾脏、肾上腺、血管平滑肌、白色脂肪组织和免疫细胞中高度表达[35]，在调节胆汁酸、脂类、葡萄糖稳态，调控炎症反应，维持机体屏障功能和防止肠道细菌移位等方面具有重要作用[36]。游离型胆汁酸是FXR的高亲和力配体，体外研究显示，不同游离型胆汁酸对FXR的激活潜力不同，具体作用顺序为：CDCA＞DCA＞LCA ＞CA[37]。

研究表明，FXR可通过调节炎症反应和防止肠道菌群移位，减轻炎症并维持肠上皮屏障的完整性[38]。Hao等[32]发现，FXR基因敲除小鼠对LPS诱导的NLRP3炎症小体相关脓毒血症更易感，而FXR过表达小鼠对其更具抵抗力，表明胆汁酸激活核受体FXR具有抑制NLRP3炎症小体作用。还有研究表明，CDCA或激动剂GW4064可通过激活FXR，抑制内质网应激介导的蛋白激酶RNA样内质网激酶（PERK）的激活，从而抑制CCAT增强子结合蛋白同源蛋白（CHOP）依赖性NLRP3炎症小体的表达与激活[39]。上述研究表明，FXR可作为NLRP3炎症小体相关疾病的潜在治疗靶点，缓解相关肠道疾病。

3.2 PXR作用于NLRP3炎症小体，缓解肠道炎症

PXR也被称为类固醇受体，其在人体肠道、肝脏以及其他组织和细胞中均有表达[40]，是人体防御外源性物质如污染物、药物、膳食化合物及其代谢物等的关键调节因子。除外源性物质外，LCA及其氧化形式3-酮石胆酸（3-keto-LCA）对PXR有较强激活效应，而其余胆汁酸如CDCA、DCA、CA等则对PXR无激活作用[41]。与FXR相似，PXR作为核受体超家族成员，可通过与RXR形成异二聚体，结合靶基因调控区的同源DNA基序，进而介导靶基因的表达[42]，在糖脂代谢、肝脏保护、骨稳态、炎症性肠病中具有重要作用[43]。此外，PXR还参与多药耐药蛋白1（MDR1）、CYP3A同工酶及其他药物代谢相关重要蛋白的表达调控，介导药物代谢和药物间相互作用[43]。

PXR可通过抑制NF-κB依赖性炎症介质的释放[44]，或调节肠上皮内固有免疫模式识别受体的表达，维持肠黏膜内稳态和屏障功能[45]。研究表明，利用他汀类药物激活PXR可抑制氧化低密度脂蛋白或肿瘤坏死因子α（TNF-α）诱导的NLRP3炎症小体活化[46]。在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导极性炎症性肠病小鼠模型中，鼠源PXR特异性激动剂PCN处理能显著缓解DSS所致溃疡性结肠炎症状[47]。此外，PXR被利福平、SR12813等激动剂激动后，可激活跨膜通道pannexin-1，加速ATP的释放，促进NLRP3炎症小体活化[48]；也可与NLRP3基因启动子特异性结合，介导NLRP3炎症小体相关蛋白的表达与激活[42]。综上，PXR对NLRP3炎症小体活化有调控作用，但其作用效果尚存在争议，具体机制有待深入研究。另外，一些讨论胆汁酸是否能够调控PXR进而调节NLRP3炎症小体活化、缓解肠道炎症的报道，也值得关注。

3.3 VDR抑制NLRP3炎症小体，缓解肠道炎症

VDR是一种具有广泛生理效应的核转录因子[49]，在人体肠道、肾脏、肝脏，以及胰腺β细胞、骨细胞、脂肪细胞、血管平滑肌细胞、单核细胞和免疫活性细胞等各组织细胞中广泛表达[50]，参与肠、骨、肾脏、肝脏、皮肤、心脏及其他器官相关疾病的调节[51]。除维生素D及其类似物外，VDR作为胆汁酸激活受体可被次级胆汁酸LCA、LCA胆酸盐及其氧化形式激活[52]。

VDR被维生素D类似物激活后，可通过抑制IκBα激酶（IKK）蛋白表达或使其泛素化失活，抑制NF-κB，从而抑制NLRP3炎症小体[49]和其他炎症相关蛋白的表达而发挥抗炎作用[53]；或介导yes相关蛋白1（YAP1）的活化[54]，以抑制NLRP3炎症小体的激活，缓解肠道炎症。此外，VDR还可与NLRP3发生蛋白相互作用，阻止其与BRCC3关联，从而抑制NLRP3去泛素化激活[55]。研究表明，利用维生素D3激活VDR，能够抑制NLRP3炎症小体，从而缓解DSS诱导的溃疡性结肠炎[56]。尽管目前尚无胆汁酸-VDR-NLRP3炎症小体轴完整研究的相关报道，但已有研究提示，靶向干预胆汁酸受体VDR介导的NLRP3炎症小体活化在治疗肠道损伤方面具有一定应用前景。

3.4 TGR5抑制NLRP3炎症小体，缓解肠道炎症

TGR5是一种位于细胞膜上的胆汁酸受体，也称为膜胆汁酸受体（M-BAR）或G蛋白偶联胆汁酸激活受体（GP-BAR）[57]。人和啮齿类动物中TGR5分布广泛，在肺、肝、胆、脾、脂肪、中枢神经系统和肠道中表达水平较高[58]。体外实验表明，不同胆汁酸激活TGR5的强弱顺序为：LCA＞DCA＞CDCA＞CA[57]。作为代谢调节子，TGR5参与胆汁酸对胰高血糖素样肽1的分泌和葡萄糖稳态、胆汁的形成和分泌、胃肠运动和转运、结肠电解质和液体运输、感觉传导和炎症等的调节作用。

TGR5作为一个七跨膜结构域G蛋白偶联受体（GPCR），可通过与刺激型G蛋白偶联，促进腺苷酸环化酶介导的cAMP形成和分泌[59]。相关实验显示，TGR5-cAMP-PKA轴可介导NLRP3炎症小体的磷酸化与泛素化，抑制NLRP3炎症小体的活化[60]；其次，利用胆汁酸或其他激动剂激活TGR5-cAMP信号通路，还可抑制NF-κB（p65）转录活性，从而抑制NLRP3炎症小体相关蛋白的表达[61]。研究表明，激活TGR5-cAMP通路，抑制NLRP3炎症小体对炎症相关疾病的治疗具有重要意义。例如，利用染料木黄酮或INT-777激动TGR5可促进胞内cAMP的表达，显著缓解DSS诱导的NLRP3炎症小体相关结肠炎[60]。目前，TGR5激动剂已被开发用于代谢、炎症和消化系统等相关疾病的治疗[62]。

3.5 S1PR2激活NLRP3炎症小体，加剧肠道炎症

鞘氨醇及其衍生物是重要的信号分子，介导细胞的分化、迁移、生长和代谢等生理过程[63]。S1PR2是磷酸化鞘氨醇的受体，在肝脏和肠道中大量表达。结合型胆汁酸如牛磺酸、甘氨酸结合的胆汁酸盐是S1PR2的高亲和力配体。激活后的S1PR2可与抑制型G蛋白偶合，进而促进胞外调节蛋白激酶（ERK1/2）和蛋白激酶B（AKT）等的表达[49,64]，在肺动脉高压、糖尿病、肝病、胃肠道疾病、癌症等疾病中发挥重要作用[65]。

研究表明，S1PR2信号可增强肠上皮细胞的增殖能力，对维持肠上皮屏障功能和完整性具有重要意义[66]。利用siRNA敲低骨髓巨噬细胞中S1PR2表达后发现，NLRP3、pro-IL-1β、pro-IL-18的mRNA表达降低，表明S1PR2介导NLRP3炎症小体相关基因的表达[67]。机制研究揭示，利用鞘氨醇-1-磷酸激活S1PR2，可通过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路促进NLRP3炎症小体的表达和活化[68]。此外，DCA介导的S1PR2激活可刺激胞外蛋白激酶，促进溶酶体组织蛋白酶B的释放，从而激活NLRP3炎症小体，加剧结肠炎[20]。

4 结语与展望

胆汁酸代谢与肠道疾病密切关联，肠道疾病往往伴随着胆汁酸代谢紊乱，而胆汁酸代谢紊乱同时也是炎症性肠病、坏死性小肠结肠炎、胆汁酸型腹泻等肠道疾病的风险因素，加速其发生发展。NLRP3炎症小体在胆汁酸对肠道疾病的调节过程中发挥着重要作用。不同胆汁酸与胆汁酸激活受体对NLRP3炎症小体的作用各异（见图1），胆汁酸DCA、CDCA与S1PR2能激活NLRP3炎症小体，而FXR、VDR、TGR5则介导NLRP3炎症小体的抑制。不同生理病理条件下，胆汁酸成分与比例、胆汁酸与胆汁酸激活受体的结合能力、胆汁酸激活受体整体分布等可能影响胆汁酸对NLRP3炎症小体的综合作用。靶向干预胆汁酸合成代谢途径或胆汁酸激活受体在胃肠道疾病治疗方面具有较高的研究价值和良好的应用前景。

图 1 巨噬细胞中胆汁酸与胆汁酸激活受体对NLRP3炎症小体的作用示意图Figure 1 Schematic diagram of the effects of bile acids and bile acid-activated receptors on NLRP3 inflammasome in macrophages