胆汁酸核受体FXR在肝胆疾病中的研究进展

蔡朦，陈勇

(1.重庆医科大学，重庆 400016；2.重庆医科大学附属第一医院，重庆 400042)

0 引言

胆汁酸(bile acids, BAs)是在肝脏中合成的重要物质，在体内发挥着清除胆固醇，吸收脂肪和脂溶性维生素以及调节肠道微生物群等重要的生理功能。在体内，胆汁酸可能作为信号分子来调节其自身的合成，并参与体内不同组织的生理和病理生理过程，如调节血糖、脂质稳态，肝再生，促凋亡和促炎作用等[1,2]。除此之外，BAs还可以通过激活核受体和膜受体，如法尼醇X受体(FXR, NR1H4)、G蛋白偶联受体5(TGR5)和鞘氨醇-1-磷酸受体2(S1PR2)等来控制BAs合成与分泌，促进BAs肠肝循环，进而维持体内胆汁酸稳态及生理平衡。

在肝胆系统中，BAs稳态的破坏会导致严重的病理后果，如胆汁淤积、肝脏脂肪变性、肝硬化和肝胆肿瘤等疾病发生。FXR可以调节体内胆汁酸、碳水化合物和脂质的代谢[3,4]，是维持BAs稳态的最重要的核受体。FXR的表达水平发生变化可导致多种疾病，如胃肠道疾病、肝脏肥大、肝硬化、胆汁淤积、动脉粥样硬化、炎症和肿瘤发生等[5-7]。近年来，FXR在肝胆系统疾病中的作用和机制逐渐受到学者们的重视，本文就胆汁酸核受体FXR在肝胆系统疾病的研究进展作一综述。

1 FXR与胆汁酸代谢

1.1 FXR的基本生理

1.1.1 FXR的基本结构

FXR是核激素 受体超家族的成员，具有典型的核受体结构。主要由N末端配体非依赖性转录激活功能1(AF1)结构域、DNA结合域(DBD)、配体结合结构域(LBD)、羧基末端配体依赖性转录激活功能2(AF2)结构域和铰链区组成。其中AF1结构域是一个高度无序的结构域，可以共调节蛋白相互作用。DBD区域高度保守，FXR通过将DNA作为单体或异源二聚体与维甲酸X受体(RXR)结合来调节基因表达[8,9]，FXR-DBD特异性识别的DNA基因序列被称为FXR反应元件(FXREs)。LBD结构域由12α螺旋组成，折叠成三个平行层形成α螺旋夹心结构，并在受体底部包含一个疏水性配体结合袋(LBP)以容纳其配体[10]，AF2结构域存在于LBD中。铰链区则是一种序列或大小几乎不保守的短而灵活的连接区。

1.1.2 FXR的表达及其配体

FXR主要在肠道、肝脏、肾脏以及肾上腺组织中高度表达，在心脏、胸腺、卵巢以及血管平滑肌等组织中低水平表达。在哺乳动物中，FXR主要以FXRα和FXRβ两种基因形式存在。FXRα由NR1H4基因编码，位于染色体12q23上，主要分为FXRα1-α4四种异构体，其中FXRα1/2主要在肝脏中表达，而FXRα3/4则主要在肠道中表达[6]。FXRβ由NR1H5基因编码，在啮齿动物中存在，而在人类和灵长类动物中不表达，被认为是一个假基因[11]。

胆汁酸是FXR的天然强效激动剂，由于不同BAs的结构不同以及与FXR结合的机制不同，未结合胆汁酸激活FXR的能力比结合胆汁酸更强。天然激动剂中对FXR的作用效力顺序为:CDCA(鹅脱氧胆酸 )＞DCA(脱氧胆酸 )＞LCA(石胆酸 )＞CA(胆酸)，GCDCA(甘氨鹅脱氧胆酸)、TCA(牛黄胆酸)和TDCA(牛黄石胆酸)是FXR的弱激活剂[12]；天然的抑制剂主要是T-α-MCA(牛黄-α-鼠李酸)、T-β-MCA(牛黄 -β-鼠李酸 )和UDCA(熊脱氧胆酸)[13,14]等。体内产生的不同种类和含量的BAs都可能调节FXR的表达，而FXR也可以通过调节基因的转录及酶的活性等方式，从而控制BAs的合成、转运和重吸收[15]。

1.2 FXR调节胆汁酸代谢

胆汁酸由肝细胞中的胆固醇合成，随后在肝脏和肠道之间进行肠-肝循环。在肠肝循环过程中，机体根据体内胆汁酸的实际情况选择增强或者抑制胆汁酸产生，促进胆汁酸的重吸收或排泄，从而使胆汁酸浓度受到严格控制。而肠肝循环中胆汁酸的主要感受器是FXR。FXR的激活后主要通过调节胆汁酸相关转运蛋白(NTCP和ASBT)、胆汁酸输出泵 (BSEP、MRP2、OSTα/β)以及胆汁酸合成相关的酶(CYP7A1和CYP8B1等)的表达等途径来维持体内胆汁酸平衡[16-18]。

1.2.1 FXR调节胆汁酸代谢相关基因表达

FXR通过调控胆汁酸代谢相关基因表达，如SHP、NTCP、BSEP、MDR3和 OSTα/β 等的表达，维持胆汁酸在体内的稳态。研究证实，FXR被胆汁酸激活后，可以与维甲酸X受体(RXR)异源二聚体结合，诱导SHP基因表达[19]，而FXR可以通过SHP依赖的机制抑制牛磺胆酸钠共转运多肽(NTCP)表达，从而抑制肝脏对胆汁酸的摄取[20]。与此同时，FXR上调胆盐输出泵(BSEP)和多药耐药蛋白-3(MDR3，ABCB4)的基因表达，不仅可以刺激胆汁磷脂的分泌，还能增加BA从肝脏到小管腔的外流[21,22]。此外，FXR的激活促进有机溶质转运体 α/β(OSTα/β)的表达，使肝脏外流到门静脉的BAs量增加[23]。不仅如此，FXR的激活还可以诱导CYP3A4、SULT2A1和UGT2B4[24]等的表达以发挥对胆汁酸的解毒作用。简而言之，FXR通过调控BAs转运、重吸收、结合和解毒等关键基因的表达，发挥维持胆汁酸池的大小稳定，调节胆汁酸组成以及减轻胆汁酸的细胞毒性等作用。

1.2.2 FXR调节胆汁酸合成相关酶的活性

在肝脏中，初级胆汁酸主要在限速酶胆固醇7α-羟化酶 (CYP7A1)和 CYP8B1(“经典途径”)和 CYP27A1(“替代途径”)的作用下由胆固醇合成。FXR作为胆汁酸激活的最重要的核受体，主要通过FXR/SHP和FXR/成纤维细胞生长因子19(FGF19)/成纤维细胞生长因子受体4(FGFR4)这两条通路，调控BAs合成、结合和解毒相关的关键酶活性[21]，进而调节胆汁酸平衡。

FXR通过两条通路对胆汁酸合成进行调控时，主要调节CYP7A1和CYP8B1的转录水平及活性。如前所述，FXR可以诱导SHP基因表达。研究发现，FXR不仅通过SHP抑制肝内CYP7A1和CYP8B1的转录活性，也可以通过RNA结合蛋白ZFP36L1降解转录后的CYP7A1mRNA[25]，从而抑制胆汁酸的合成以及影响初级胆汁酸CDCA和CA的比例。Inagaki等发现肝脏SHP的表达可以通过肠道FGF19抑制CYP7A1活性，减少肠道的胆汁酸合成[26]。除此以外，Thomas等人证实FXR还可以通过诱导转录抑制因子MAFG的表达抑制CYP8B1和其他胆汁酸合成替代途径的酶减少胆汁酸的合成[27]。由此可见，FXR主要通过调控胆汁酸合成相关的酶的数量及活性，从而调节胆汁酸的合成及组成比例。

2 FXR与肝胆系统相关疾病

2.1 FXR与原发性胆管炎

原发性胆管炎(PBC)是一种慢性进行性胆汁淤积性肝病，起源于胆酸信号通路失调，以免疫紊乱和胆汁淤积为特征[28]，如不及时治疗可导致终末期肝病以及肝移植。FXR的激活可以减少胆汁酸合成、炎症和肝纤维化，通过减轻胆汁淤积来改善PBC症状及预后。

CA、DCA和LCA等胆汁酸升高可引起胆管炎[29]，如前所述，FXR可以通过各种途径控制胆汁酸合成，减轻胆汁淤积症状。其次，CA或DCA激活FXR，FXR能直接结合IL-7启动子，诱导肝细胞IL-7的表达，导致PBC患者血浆及肝脏中IL-7表达升高[30]。此外，Lan等人发现PBC患者胆管周围CD4+T细胞和CD8+T细胞异常增多[31]，而在FXR激活的胆管炎模型中发现CD8+T细胞的活化减少了血清和肝脏中胆酸(CA)、α-MCA、β-MCA和ω-MCA的积聚[32]，表明FXR的激活可以减轻PBC。

熊去氧胆酸(UDCA)一直是PBC的主要治疗药物，最近奥贝胆酸(OCA)作为一种特异的FXR激动剂被批准用于治疗PBC。Nevens等人通过Ⅲ期试验发现OCA显著降低了PBC患者的碱性磷酸酶和总胆红素水平[33,34]。然而，尽管OCA治疗PBC颇有成效，但是会出现瘙痒、低密度脂蛋白(LDL)升高等副作用。因此，仍需要进一步研究如何最大限度的减少副作用的发生。

2.2 FXR与非酒精脂肪性肝病

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指从单纯性脂肪变性发展到以脂肪变性、炎症和纤维化为特征的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，以糖脂代谢紊乱为主要特征。据报道，影响肝脏糖脂代谢紊乱发生和严重程度的因素很多，其中核受体(NRs)通常是相关信号通路的主要效应者，在调节相关基因的转录过程中起着关键作用[35]。而FXR是最主要的胆汁酸核受体，并且有研究发现NAFLD患者的肝脏FXR蛋白和mRNA水平降低。因此，研究者们认为FXR是治疗非酒精性脂肪性肝病的重要靶点。

实验证实，FXR激活可以改善糖尿病小鼠的高血糖和高脂血症[36]；相反，FXR基因敲除的小鼠容易出现高血糖和血脂异常[37]。与此一致，NAFLD患者或小鼠模型中肝脏的脂质累积和FXR的表达呈负相关[1]，并且FXR-/-小鼠肝脏出现明显的脂肪变性、肝脏炎症以及进展为NASH和肝细胞癌(HCC)[38]。相反，使用FXR激动剂，如CA、OCA和GW4064等激活FXR后，肝脏中的脂肪累计显著减少。目前OCA虽然已经被批准临床上用于PBC的治疗，但仍需要大量实验验证其治疗NAFLD的有效性及安全性。

近年来，microRNAs成为治疗肥胖相关疾病的有希望的潜在靶点。Fan等人发现miR-552-3p通过调控LXRα和FXR基因转录活性，进而影响糖脂代谢，并且NAFLD患者肝组织miR-552-3p及FXR水平明显低于正常对照组[39]。同样，在NAFLD患者和肥胖小鼠中发现miR-802表达升高，而FXR激活后可以通过FXR-SHP-miR-802通路，降低miR-802水平，维持糖脂代谢的稳态[40]。总而言之，FXR在NAFLD发生发展过程中发挥着重要作用，靶向FXR可能是未来治疗糖脂代谢相关疾病的重要方向。

2.3 FXR与肝癌

肝细胞性肝癌(HCC)是临床上最常见的原发性肝癌，其主要的危险因素包括抽烟、肝炎病毒感染和胆汁淤积性肝病等。胆汁酸可能在肝癌的发生发展过程中发挥着重要作用。例如，胆汁酸可以通过诱导YES相关蛋白(YAP)的表达可以促进肝癌的发生[41,42]。研究者们猜想，FXR作为胆汁酸重要的核受体可能是参与HCC发生发展的肿瘤抑制因子[5,43]，但是确切机制尚不清楚。

也已证实，肝脏FXR的表达水平与HCC的肿瘤大小、临床肝癌分级和癌细胞分化程度等多种恶性临床病理特征呈负相关。与正常肝脏组织和癌旁组织相比，HCC患者肝脏中FXR表达水平较低[44,45]。Kim等人曾在FXR-/-小鼠中观察到肝脏和循环中BAs水平升高和自发性肝癌的发生，首次证实了FXR在肝癌发生过程中对肝脏的保护作用[38,46,47]；同时，在发生肝肿瘤的小鼠肝脏中发现促炎症细胞因子、细胞周期标记物以及骨髓瘤癌基因(MYC)的表达增加。

然而，研究者们通过对肝脏或肠道中特异性敲除FXR的小鼠与全身FXR敲除的小鼠的比较来研究肝脏FXR在自发性肝癌发生中的作用，发现只有20%的肝脏特异的FXR基因敲除小鼠和5%的肠道特异的FXR基因敲除小鼠出现了自发的HCC，并不足以说明肝脏或肠道FXR的缺失可能促进自发的肝脏肿瘤发生[48]。与此一致，Kong等人研究发现，FXR-/-小鼠与野生型小鼠相比并没有表现出更明显的发生自发性肝脏肿瘤的倾向，但在喂食胆汁酸实验中，FXR-/-小鼠却更易发生肿瘤[49]。由此可见，在全身FXR敲除的小鼠中发现的自发性肝癌可能是BAs蓄积和FXR缺乏的协同作用的结果，但具体的机制有待进一步研究。

2.4 FXR与胆道系统肿瘤

胆道肿瘤主要包括胆囊癌、胆道癌和胆管癌(CCA)，是发生在不同部位的胆道树上皮细胞恶性肿瘤。虽然大多数胆道肿瘤的病因并不清楚，但是研究者们发现当肝脏出现胆汁淤积的情况下，如原发性硬化性胆管炎(PSC)和肝胆管结石等，更易发生胆道肿瘤[50]。尽管后续研究表明在胆汁淤积性肝病中，BAs在肝内积聚虽不会直接诱发癌变，但是却能促进胆管上皮细胞的炎症和增殖[51,52]，并与FXR协同作用[53]，导致肿瘤的发生。

在胆管结扎的大鼠模型中BAs在肝内的蓄积促进了协同致癌效应，并伴随着在CCA进展过程中FXR依赖的化学保护的下调[54]。目前有研究者通认为胆道肿瘤FXR表达水平降低的原因可能是组织中miRNA表达失调有关[55]。Erice等人对CCA患者正常肝组织及CCA组织的FXR表达进行分析，发现FXR在CCA中的表达水平明显低于正常胆管组织，并且FXR水平降低与淋巴结浸润和肿瘤分化程度显著相关[53]。不仅如此，FXR正常表达可能抑制胆囊癌的发生，在其发病机制中发挥着关键作用[56]。因此，FXR激动剂被认为是治疗胆道肿瘤的重要手段。体外研究表明FXR激动剂如奥贝胆酸(OCA)、GW4064等，可以抑制CCA细胞和异种移植瘤的增殖[53,57]。并且，GW4064/CDDP(顺铂)联合治疗可以通过上调SHP表达、下调STAT3磷酸化，进而抑制体内胆囊癌肿瘤生长[58]。这些结果提示FXR激动剂可能是未来治疗胆道肿瘤一种潜在的新策略。

2.5 FXR与其他肝胆系统相关疾病

FXR不仅在上述几种常见疾病发生发展过程中扮演重要角色，还是胆汁淤积性肝病、急性肝损伤、肝脏应激和酒精性肝病(ALD)[59]等其它疾病的保护因子。靶向缺失FXR会使小鼠对胆酸喂养高度敏感，导致胆汁淤积性肝损伤、体重减轻和死亡率增加。而FXR和SHP的联合缺失会自发引发小鼠类似于人类进行性家族性肝内胆汁淤积症(PFIC)的早发性肝内胆汁淤积症[60]。在胆管结扎的原发性硬化性胆管炎(PSC)小鼠模型中发现肥大细胞表达FXR，还可以通过FXR/FGF15信号来调节总胆汁酸(TBA)，减轻胆管反应和纤维化，进而改善疾病预后[61]。简而言之，FXR可能是肝胆系统疾病发生发展过程中的重要保护因子，但具体机制仍需要大量研究来阐明。

3 小结与展望

FXR是一种配体激活的转录因子，可以通过调控肠肝循环中肝脏和肠道靶基因的表达，胆汁酸合成相关的酶的活性以及胆汁酸转运相关蛋白基因的表达来调节肠肝循环中BA的合成、解毒、分泌和吸收以维持BAs动态平衡，保护机体免受胆汁淤积及其所介导的相关损伤作用。这些机制使FXR及其信号通路成为治疗PBC等淤胆性肝病的重要靶点。

FXR除了在胆汁酸信号中发挥作用外，也是肝脏能量代谢的关键调节因子，与肥胖、胰岛素抵抗和NAFLD等代谢相关疾病的发生密不可分。FXR表达水平变化可能促进肝脏与胆道系统发生胆汁淤积、炎症、纤维化等病理生理改变以及影响肝脏和胆道系统肿瘤的发生与发展，提示调控肝胆系统相关疾病的FXR表达及活性可能是治疗肝胆系统相关疾病的有效策略。因此，进一步研究FXR参与肝胆相关疾病发生发展的途径及机制，并研发其安全、有效的激动剂和拮抗剂，对于肝胆系统疾病的治疗具有潜在的重要价值。总体而言，FXR作为最重要的胆汁酸相关核受体，在肝胆系统疾病发生发展过程中发挥着重要作用，可能是未来肝胆系统疾病诊治的重要靶点。