胆汁酸及其受体在非酒精性脂肪性肝病发病机制中的作用及药物治疗的研究进展

邵慧娟,郑晓凤,黄 俊,马学锋,于晓辉,张久聪

(1.中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院 消化内科,甘肃 兰州,730050;2.甘肃中医药大学第一临床医学院,甘肃 兰州,730000;3.兰州大学第二医院 消化内科,甘肃 兰州,730030)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)已成为全球慢性肝病的主要病因[1],非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是NAFLD的一种亚型[2],其特点是伴有细胞死亡、炎症反应和纤维化。NAFLD的进展与性别、年龄和代谢状态密切相关,肝内胆汁酸(BA)动态平衡的破坏、先天免疫反应的异常激活及胰岛素抵抗是导致非酒精性脂肪肝(NAFL)发展到NASH、肝硬化和肝细胞癌(HCC)的重要原因[3]。目前NASH的治疗靶点主要集中于与脂肪变性、炎症或纤维化有关的核受体激动剂,如法尼醇X受体(FXR)、甲状腺激素受体-β(TRβ)和过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα),以及肠肝激素类似物,包括胰高血糖素样肽1(GLP-1)和成纤维细胞生长因子19(FGF19)和成纤维细胞生长因子21(FGF21)。研究[4]表明,天然胆汁酸及其衍生物促进NASH的发展,将胆汁酸或其受体的小分子用于治疗NASH的临床试验仍在进行[4-5]。本文就胆汁酸的生物学和胆汁酸受体功能的研究进展予以综述,并介绍胆汁酸或胆汁酸受体及其药物用于NASH治疗的进展。

1 胆汁酸的生理

胆汁酸是胆汁的重要成分,胆固醇在肝脏中通过经典和代替途径被转化为两种主要的初级胆汁酸,胆酸(CA)和鹅去氧胆酸(CDCA),进一步与甘氨酸或牛磺酸形成结合胆汁酸,降低毒性的同时增加水溶性。分泌入肠道的初级胆汁酸在细菌酶的作用下脱氧生成次级胆汁酸,即脱氧胆酸(DCA)和石胆酸(LCA)及其结合胆汁酸[6]。值得注意的是,在小鼠肝脏中DCA和LCA在细胞色素P450 2A12(CYPA2A12)羟化生成CA和CDCA[7]。另外,胆汁酸的转运需要蛋白的参与,包括胆盐输出泵(BSEP)、多药耐药蛋白、肠细胞顶端钠依赖性转运蛋白(ASBT)、回肠胆汁酸结合蛋白(IBAT)、有机溶质转运蛋白α/β(OSTα/β)等,约95%的胆汁酸在回肠远端被肠细胞主动重吸收,并通过门静脉输送到肝脏,其余5%的胆汁酸通过肠道微生物分解排泄[8]。

2 胆汁酸代谢与NAFLD

NAFLD是指从脂肪变性到脂肪性肝炎的一系列异常肝病。非酒精性脂肪肝(NAFL)是由肝细胞内脂肪蓄积增加而导致的良性脂肪肝,20%～30%的NAFL患者可进展为NASH,特征是明显的小叶炎症反应和肝细胞膨胀[9]。研究[10]表明,胆汁酸代谢紊乱参与NAFLD的进展,并且NASH患者存在特殊的胆汁酸代谢模式,与健康组相比,NASH患者血浆CDCA、DCA和熊脱氧胆酸(UDCA)浓度升高[11]。此外,NASH患者血浆甘胆酸(GCA)、甘氨酸脱氧胆酸(GDCA)、牛磺胆酸(TCA)、牛磺酸脱氧胆酸(TDCA)和UDCA水平较高[12]。NAFL进展到NASH的特征是初级和次级以及结合和非结合胆汁酸的比率增加[13]。最近研究[14]发现,胆汁酸升高仅见于有显著胰岛素抵抗的NASH患者,因此限制了其作为生物标记物的使用。

3 胆汁酸受体及其在代谢紊乱和NAFLD中的作用

胆汁酸与核受体如FXR、PPARα、维生素D受体以及G蛋白偶联受体(TGR5)相互作用来调节代谢和炎症反应,这些胆汁酸激活的受体参与NAFLD的发展过程。

3.1 FXR调节胆汁酸的动态平衡

FXR是首次被报道的胆汁酸激活的核受体,也是胆汁酸稳态的主要调节因子,CDCA是最有效的FXR激动剂[15],而GDCA、TDCA和牛磺酸-β-MCA被认为是FXR拮抗剂[16]。FXR在肝脏和肠道均有表达,其作为胆汁酸的主要感受器,可介导胆汁酸合成的负反馈抑制作用,并维持较低水平的肝内胆汁酸,以防止胆汁淤积性肝损伤。此外,FXR还具有调节胆汁酸肠-肝循环的重要作用。在肝脏中,FXR抑制肝窦细胞膜上胆汁酸转运体NTCP和OATPs的表达,并诱导胆盐输出泵将胆汁酸输送到胆汁中,维持肝细胞内胆汁酸的低水平。在肠道中,FXR抑制介导胆汁酸重吸收的ASBT,诱导IBAT、OSTα和OSTβ的表达,控制胆汁酸重吸收,可防止胆汁酸在肠道内积聚,维持肠道屏障功能。位于肝脏和肠道的FXR共同作用,减少胆汁酸的合成和重吸收,以避免胆汁淤积[17]。

3.2 FXR与NAFLD

3.2.1 FXR与肝脏中糖和脂质代谢：FXR信号通路主要参与脂肪代谢、血糖稳态及NAFLD的进展[18]。FXR缺失的小鼠出现肝脂肪变性、肝细胞内脂滴蓄积、糖代谢紊乱和血脂水平升高,DENG W Y等[19]证实在FXR敲除细胞中丙酮酸脱氢酶激酶4(PDK4)的表达增加,抑制PDK4的表达可减轻FXR缺乏引起的肝细胞脂质蓄积,因此,FXR可通过PDK4来调节糖脂代谢平衡。另外,FXR和小异源二聚体(SHP)参与调节肝脏糖脂代谢,部分是通过抑制微小RNA(microRNA)-802的表达,FXR诱导的SHP对miR-802的抑制在NAFLD中失调,导致miR-802的水平升高,从而发生脂肪肝[20],FXR-SHP-miR-802可能为治疗NAFLD潜在的新靶点。

3.2.2 FXR与肝脏炎症、纤维化：FXR在肝脏炎症和纤维化中发挥重要作用[21],FXR的激活可通过泛素化[22]、增加NF-κB来抑制蛋白IκBα的水平、抑制p65核转位的伴侣蛋白[23]、增加抗炎的二十碳三烯酸或减少炎性介质白三烯的产生[24]来拮抗肝脏中NF-κB通路诱导的炎症反应。除了典型的配体结合激活外,FXR与NLRP3、caspase 1相互作用,抑制胆汁淤积相关的炎性小体激活[25]。肝脏炎症促使肝星状细胞(HSC)活化,肝星状细胞中FXR的激活通过不同的机制减轻肝纤维化。FXR激活可诱导HSC表达SHP,并降低HSC对转化生长因子β的反应性,还可降低转化生长因子β及其受体(TGFR βR2)的表达[26]。

3.2.3 FXR与细胞凋亡、自噬：细胞凋亡是慢性肝损伤的标志,并与肝纤维化和炎症的发生直接相关。为了维持机体平衡,肝脏主要通过死亡受体(DRS)介导细胞凋亡来清除受损的肝细胞。研究[27]表明肝细胞过度凋亡会放大炎症损伤,并促进纤维化的发展。FXR与细胞质中的caspase 8相互作用,抑制死亡受体(DRS)参与的细胞凋亡,来减轻小鼠的急性肝损伤和慢性肝纤维化[28]。FXR-CyP4f轴还可降低细胞内1-脱氧神经鞘糖脂水平,保护肝细胞免受其诱导凋亡[29]。自噬可以清除多余的脂滴,调节脂质的动态平衡,抑制自噬可减少甘油三酯(TG)的降解,导致脂质的过度蓄积[30]。研究[31]发现,脂肪酸(FA)抑制自噬,自噬又通过减少TG的分解来降低细胞内游离FA水平,FXR-CREB轴是调节FA诱导自噬的关键点。FXR的药物激活降低了禁食小鼠的自噬能力,敲除FXR减弱了进食状态的自噬抑制,其机制为激活的FXR通过抑制CREBP(可上调自噬基因)的转录活性来阻止自噬,在进食或药物激活时,FXR通过破坏CREBP及其共激活蛋白CREBP调节的转录共激活因子2(CRTC2)之间的相互作用来介导自噬的抑制[32]。研究已经证明,FXR直接与调控自噬基因的启动子区域结合,导致其转录抑制,PPARα也可与这些位点结合并通过禁食被激活。PPARα也可诱导自噬基因的表达,该作用被可FXR抑制。因此,这两个因子通过竞争性结合自噬基因启动子上的共同位点并相反地调节自噬活性[33]。

3.3 过氧化物酶体增殖物激活受体PPARα

PPAR是核受体超家族中的配体激活的转录因子,PPAR有3种亚型,PPARα、PPARβ/δ和PPARγ,其中PPARα表达最广泛,参与调节脂肪酸转运、β氧化和酮的生成及肝脏脂质代谢[34]。更重要的是,PPARα在人体肝脏中起抗炎作用。研究[35]表明,PPARα通过上调长的非编码β基因Gm15441来被激活,进而抑制炎性小体NLRP3的激活、促炎因子IL1β的成熟。在高脂诱导的肥胖中,肝脏PPARα的缺失会促进炎症反应和高脂血症[36]。以PPARα为靶点治疗NAFLD可减少肝细胞脂质蓄积、促进TG氧化、抑制肝脏炎症,并抑制肝纤维化发展[37]。PPARα选择性激动剂培马贝特被证明显著改善了NASH模型小鼠的肝细胞气球样变、NAFLD炎症和纤维化的标志物,但未减少肝细胞中TG的蓄积,其机制是通过与肝窦内皮细胞的相互作用来减少HSC的募集[38]。

3.4 维生素D受体(VDR)

VDR是肠道胆汁酸感受器的一种,也是次级胆汁酸LCA的受体。VDR激活会抑制Th1、促进Th2细胞因子产生[39],减弱对效应T淋巴细胞的应答,抑制炎症反应发生。研究[40]发现补充VitD可通过激活VDR对高脂饮食(HFD)诱导的NAFLD起到保护作用,肝脏特异性VDR敲除加重了HFD诱导的肝细胞脂肪变性,HFD导致VDR表达代偿性增加,并与HNF4相互作用,保护肝脏免受脂肪蓄积的损害。VDR基因的广泛敲除减少了HFD相关小鼠的肝脂肪变性[41],由于VDR在各种组织中广泛表达,VDR的敲除可引起机体系统变化,因此,VDR的整体敲除可能不是探讨肝脏VDR对NAFLD影响的最佳模型。值得注意的是,除了VitD外,VDR还可以与其他配体如胆汁酸相互作用,其表达可被脂肪酸和胰岛素诱导,此外,肝巨噬细胞和星状细胞中VDR的激活可减轻肝脏炎症和纤维化,肝实质细胞中VDR的激活可加速脂质蓄积[42]。因此,在评估VDR作为NASH治疗潜在药物靶点的有效性时,必须考虑VDR配体的多样性以及VDR激活的细胞类型特异性。

3.5 G蛋白偶联胆汁酸受体1(TGR5)

TGR5是一种细胞表面受体,参与多种代谢途径。研究[43]发现TGR5在NASH的人体内和小鼠的肝组织中表达均减少,TGR5可减轻NASH中肝脂肪变性和炎症,并抑制炎性小体NLRP3介导的M1巨噬细胞极化。激活TGR5可以保护肝脏免受胆汁酸超载的影响[44],抑制肝纤维化和炎症反应[45]。XIE G X等[46]研究发现,给予小鼠12α-OH胆汁酸如TDCA和GDCA,可通过TGR5介导的p38丝裂原活化蛋白激酶和ERK1/2信号通路显著诱导HSC的增殖和纤维化。

4 胆汁酸或受体的NASH治疗药物

4.1 FXR激动剂

乙酰胆酸(OCA)是一种选择性的FXR激动剂,是CDCA的衍生物,在临床中已被证明可改善NASH患者的肝功能,在第2阶段研究中,OCA改善了NASH患者的纤维化[47]。Regenerate的第3阶段试验显示,在OCA治疗18个月,患者的肝纤维化改善程度超过了1级(OCA 10 mg和25 mg组分别为18%和23%,安慰剂组为12%),与安慰剂组相比,OCA治疗组中症状未加重的NASH患者占比更高,减轻了肝小叶的炎症反应和肝细胞肿胀,并促进转氨酶下降[48-49]。然而,OCA也有严重的副作用,如剂量依赖性瘙痒和低密度脂蛋白升高[47],这可能是由于其选择性较低从而限制了OCA的临床应用。

ITG是一种非固醇类FXR选择性激动剂,体外实验表明其对NAFLD小鼠具有治疗作用。ITG可改善不含胆碱饮食喂养的小鼠和四氯化碳处理小鼠的肝脂肪变性、炎症和纤维化,与OCA不同的是,ITG可通过FXR的部分激活减轻胆管结扎诱导小鼠的胆汁淤积性肝损伤和纤维化[50]。另外,Cilofexor 在不改变血脂的情况下可显著改善肝脂肪变性、血清胆汁酸水平和肝脏生化指标,在Ⅱ期随机对照试验中,服用Cilofexor 100 mg的NASH患者在24周后与安慰剂相比,39%的患者肝脂肪含量可降低30%[51]。

4.2 FXR拮抗剂

人体内的GUDCA和小鼠体内的T-βMCA是天然的FXR拮抗剂,但会被BSHs(胆盐水解酶)迅速水解,降低其抑制作用。Gly MCA是T-βMCA的衍生物,选择性作用于肠道对抗BSH的水解作用,改善NAFL小鼠的脂肪蓄积[52]。另外,研究[53]发现Tempol、二甲双胍和茶碱可降低肠道细菌丰度,咖啡酸苯乙酯可直接抑制BSH的活性,减少胆汁酸的水解,并提升内源性FXR拮抗剂的水平。然而,这种拮抗剂只能作用于肠道,否则会抑制肝脏FXR,导致胆汁淤积和HCC[54]。

4.3 FXR和TGR5的双激动剂

INT-767为FXR-TGR5的双激动剂,在一项治疗高脂饮食诱导的NASH大鼠肝损伤模型中,INT-767通过上调FXR水平并恢复肝脏代谢中其靶基因的失调,可阻止高脂饮食诱导的肝脂肪变性、炎症和纤维化的进展,INT-767也通过抑制TNF-α和NF-κB信号通路来减弱促炎反应,此外,在FXR缺失小鼠中,INT-767在抑制NASH进展方面几乎不起作用,但在TGR5缺失小鼠中仍然存在,这表明双激动剂INT-767在抑制高脂饮食诱导NASH的进展,是以FXR依赖性、TGR5非依赖性机制介导的[55-56]。

4.4 其他治疗

NGM282是成纤维细胞生长因子19(FGF19)的类似物,HARRISON S A等[57]研究发现NGM282治疗NASH患者12周后,可显著降低肝脂肪含量,在为期24周的Ⅱ期临床试验中,NGM282 显著改善NASH患者的纤维化进展[58]。目前一些中草药被证明对治疗NAFLD有效[59],LZG通过PPARα信号通路改善NAFLD小鼠或细胞模型的脂代谢,抑制炎症反应[60]。RSV是一种多酚化合物,HUANG Y J等[61]研究发现RSV通过PKA/AMPK/PPARα途径改善脂代谢和氧化还原的动态平衡,从而对高脂诱导的NAFLD产生保护作用。LNT对肝损伤和HCC患者具有保护作用,DU T Y等[62]研究发现,LNT可能通过激活PPARα减轻肝脂肪变性,减少氧化应激和细胞凋亡的发生。水飞蓟宾通过激活PPARα,抑制脂肪酸合成酶和乙酰辅酶A羧基酶α的表达,减少脂质的蓄积,而GW6471(PPARα拮抗剂)可抑制水飞蓟宾作用,与PPARα发挥对NAFLD的保肝作用。值得注意的是,水飞蓟宾作为PPARα的部分激动剂,与非诺贝特(PPARα激动剂)联合应用可减弱非诺贝特的降脂作用[63]。

5 小结及展望

综上所述,NAFLD是一种具有复杂全身代谢异常的异质性疾病,胆汁酸代谢变化参与NAFLD疾病发生、发展的始终,促炎细胞、肝星状细胞的激活和肝纤维化尚不完全清楚。目前临床研究表明胆汁酸受体激动剂如OCA是治疗NAFLD的有效药物,但仍有许多挑战需要克服,如FXR/TGR5的组织选择性及其代谢的副作用,需要更大样本量的临床数据来证实有效性和安全性。由于NAFLD发病机制的特殊性,建议多靶点治疗,特别是FXR激动剂与血脂调节剂、胰岛素增敏剂联合应用来调节糖脂代谢。