胆汁酸在结直肠癌发生发展过程中的研究进展

邓蓓莹 田山 董卫国

近年来，结直肠癌(CRC)的发病率明显增加[1]，约占全球每年新发恶性肿瘤患者总数的10%[2]。除遗传、环境因素以外，肥胖及不良生活习惯如进食红肉、加工肉类及高脂饮食等也可增加CRC发生风险[3]。近年来研究发现，高脂饮食与肠道内胆汁酸(BAs)水平增加有关[4]。BAs已被证实具有促进肠道癌变的作用[5]。然而，BAs促进CRC的具体分子机制仍有待进一步阐明。本文将对BAs代谢及其受体在CRC发生发展过程中的作用机制进行阐述。

一、胆汁酸合成、转运和代谢

BAs由胆固醇经经典和旁路两种生物合成途径在肝细胞中合成，可通过激活法尼醇X受体(FXR)、细胞表面G蛋白耦联BA受体1(TGR5)和维生素D受体(VDR)等调节信号转导，发挥促进脂质乳化、吸收，调节能量代谢以及维持肠道稳态的作用。约80%的初级胆汁酸经经典途径合成，包括胆酸(CA)和鹅去氧胆酸(CDCA)。20%的初级胆汁酸由旁路途径合成，为CDCA。在肠道内，部分初级胆汁酸转化为次级胆汁酸[脱氧胆酸(DCA)和石胆酸(LCA)]。约95%的BAs经肠上皮细胞重吸收回到肝脏，随下次进食再次排出。

二、胆汁酸与CRC

西式/高脂饮食可导致肠腔内BAs水平升高。以西式饮食喂养后小鼠结肠肿瘤数量增多，伴有细胞内BAs稳态失调以及细胞增殖的激活[4]。胃肠道频繁且长期暴露于高浓度次级胆汁酸具有诱发CRC的风险[4,6]。长期喂养DCA的APCmin/+小鼠其肠道肿瘤多样性明显增加，腺瘤-癌进展过程加快[6]。

BAs具有洗涤剂作用，可改变膜脂双层的稳定性。次级胆汁酸可通过DNA氧化损伤、炎症反应、核因子(NF)-κB激活等影响正常结肠上皮细胞的结构及功能[5]。肠道长期慢性损伤可触发代偿免疫反应，导致细胞增殖能力增强以及抗凋亡途径激活，从而促进细胞存活、有丝分裂增加及DNA突变率增加，可能导致细胞向癌前状态转变，其被认为是肠道癌变的早期起始步骤[7]。不仅如此，BAs还可通过多种机制增加结肠上皮细胞基因组不稳定性，包括有丝分裂的破坏(导致非整倍体)、纺锤体组装检查点的缺陷、DNA氧化损伤、细胞周期G1、G2期阻滞、中期板染色体排列不当、多极分裂等[8]。此外，次级胆汁酸还可激活蛋白激酶C(PKC)以及促花生四烯酸释放，导致前列腺素和活性氧产生，从而诱导DNA损伤及抑制DNA修复酶，同时还可激活抑癌基因p53的蛋白酶体降解，导致凋亡抵抗[9]。研究证实，DCA、LCA还可通过调节毒蕈碱胆碱受体3和Wnt/β-catenin信号通路促进正常结肠上皮细胞向具有自我更新能力并能够启动致癌和维持肿瘤生长的肿瘤干细胞转化[10]。

次级胆汁酸可通过多种信号机制促进肿瘤细胞增殖、侵袭、转移及抑制凋亡，促进CRC的发展。次级胆汁酸可通过配体依赖性及非配体依赖性机制调控表皮生长因子受体(EGFR)通路，促进肿瘤细胞增殖。研究表明，DCA可通过诱导解聚素金属蛋白酶17(ADAM17)表达及刺激原癌基因酪氨酸蛋白激酶(Src)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)转化酶磷酸化并在胞膜上重定位从而介导双向调节因子释放，通过配体依赖性机制激活EGFR/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/信号转导与转录激活因子3(STAT3)信号通路，促进结肠癌细胞增殖[11]。此外，DCA还可通过升高细胞内钙水平，激活钙调素，促进钙调素依赖性蛋白激酶II磷酸化，从而活化c-Src；c-Src磷酸化Tyr845位点，激活EGFR/MAPK/细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)信号通路，促进结肠癌细胞增殖[12]。研究证实，次级胆汁酸可经β-catenin通路、ERK1/2及激活蛋白1(AP-1)通路诱导尿激酶纤溶酶原激活物受体表达，导致CRC细胞侵袭性明显增强[8]。有研究发现LCA可通过激活ERK1/2从而抑制STAT3磷酸化，诱导HCT116细胞表达白细胞介素(IL)-8，刺激内皮细胞增殖和管样形成。IL-8是血管生成的主要调节因子，具有促进肿瘤转移的作用[13]。此外，DCA还可通过ADAM17依赖性配体释放激活EGFR，从而促进肿瘤细胞凋亡抵抗[6]。

三、胆汁酸相关信号途径与CRC

1.FXR与CRC

FXR是主要由BAs激活的核受体家族成员，通过与靶基因启动子上的反应元件结合调控其转录活性，在肠肝系统中高度表达，通过调节肝脏BAs合成和分泌、肠道BAs吸收和肝脏BAs摄取的基因网络维持BAs稳态。

鉴于FXR与肠道BAs稳态维持有关，FXR可能参与肠道肿瘤发生。相关研究发现结肠息肉及腺瘤组织中FXR mRNA表达减少，且随结肠炎相关肿瘤进展，FXR mRNA表达量逐渐降低[14]。这些研究结果均提示FXR可能与CRC发病之间存在一定因果关系。CRC中FXR表达缺失的机制包括高微卫星不稳定肿瘤FXR启动子甲基化以及低微卫星不稳定肿瘤KRAS信号激活[5]。长期慢性炎症可刺激肿瘤相关基因突变从而促进肿瘤发生[15]。FXR通过小异二聚体伴侣依赖以及非依赖机制抑制促炎因子转录发挥抗炎作用，从而参与调控CRC发生[16]。不仅如此，FXR还可通过多种复杂机制调控肿瘤细胞增殖、凋亡及侵袭，发挥抑癌作用。研究证实，选择性抑制FXR后Lgr5+细胞增殖受到抑制、DNA损伤增加，并且FXR激活可抑制Lgr5+细胞异常生长[17]。此外，标准非类固醇类强效FXR激动剂GW4064还可通过抑制miR-135A1表达增加细胞周期蛋白G2的表达从而抑制大肠癌细胞增殖并导致细胞周期阻滞[18]。有研究发现，FXR激活可抑制细胞自噬从而诱导细胞死亡受体5(DR5)过表达，从而通过DR5相关死亡通路促进结肠癌细胞凋亡[19]。FXR可与基质金属蛋白酶7(MMP7)启动子上的负性FXR反应元件结合抑制MMP7转录，使结肠癌细胞的增殖及侵袭能力受到明显影响[20]，表明上调FXR表达可能有助于CRC治疗。

2.TGR5与CRC

TGR5是主要由BAs激活的G蛋白偶联受体家族成员之一，在人体的胆囊、肝脏以及免疫系统等中广泛表达，参与BAs合成、脂质、碳水化合物代谢等多种生理过程。配体与其胞外结构域结合后，TGR5胞内环磷酸腺苷(cAMP)水平迅速增加，下游蛋白激酶A发生磷酸化，通过促进cAMP反应元件结合蛋白(CREB)与靶基因启动子上的cAMP反应元件结合诱导其表达发挥调控胃肠道运动、能量代谢、葡萄糖及BAs稳态等作用。

TGR5与炎症、免疫反应及肿瘤形成密切相关。TGR5通过抑制NF-κB表达、促进炎性小体NOD样受体蛋白3泛素化及抑制其组装等机制发挥抗炎作用[16]。此外，TGR5还参与调控肠道免疫。巨噬细胞是肠黏膜中最丰富的白细胞之一，与肠道免疫密切相关。研究发现，TGR5(-/-)小鼠结肠固有层M1型巨噬细胞募集增强，炎症的严重程度加重，TNF-α、IL-1β、IL-6和趋化因子2(CCL2)水平增加，IL-10和转化生长因子(TGF)-β表达水平减少[21]。选择性激动TGR5可诱导小鼠巨噬细胞向M2型巨噬细胞转化，使BALB/c小鼠结肠炎的发展和严重程度明显减弱[22]。M2型巨噬细胞分泌IL-10，可诱导调节性T淋巴细胞(Treg细胞)分化并减少CCL2产生。TGR5通过促CREB与IL-10启动子上的cAMP反应元件结合从而增加IL-10表达，发挥抗炎以及免疫调节作用[22]。此外，有研究发现BAs通过TGR5介导Src、ADAM17磷酸化并发生细胞膜定位，双向调节因子在ADAM17作用下释放，激活EGFR/MAPK/STAT3介导机制从而促进细胞增殖，参与肠道癌变[11]。

3.VDR与CRC

VDR是核受体超家族成员之一，可由LCA激活，在肠道中广泛表达。除参与BAs的解毒过程外，VDR还与肠道细胞增殖和分化、屏障功能及免疫调控密切相关[23]。有研究发现VDR在肿瘤组织中表达显著低于正常肠上皮组织，进一步预后分析表明肿瘤间质成纤维细胞中VDR的表达与CRC患者预后相关[24]。有研究发现，肠道VDR条件敲除小鼠粪便样本中BAs水平升高，细菌表型由正常转为癌变易感型，肠道炎症加重，结肠肿瘤数目、大小增加[25]。对结肠肿瘤组织进行免疫染色后发现Janus激酶2(JAK2)及STAT3蛋白表达水平增加。进一步的蛋白印记检测结果也证实了这一现象。经CHIP试验结果证实，VDR可与JAK2启动子结合。JAK/STAT通路与肠道和微生物稳态有关。肠上皮VDR缺失可通过抑制JAK/STAT信号通路和炎症反应导致肠道微生态失调和结肠癌易感性。

综上所述，本文主要探讨了BAs及其关键受体FXR、TGR5和VDR与CRC之间的关系。除参与脂质消化、吸收及能量代谢外，BAs还可通过氧化应激、膜干扰、炎癌转化、诱导肿瘤干细胞形成及通过诱导多种信号转导机制如EGFR和Wnt通路激活等促进CRC发生发展。BAs相关信号途径可影响肠道炎症及免疫，有助于肠道免疫调节，还可经多种复杂信号机制介导细胞增殖、侵袭抑制和促进凋亡。BAs的受体FXR、TGR5和VDR有望成为治疗CRC的新靶点。