血清胆汁酸水平与2 型糖尿病的相关性研究

陈丽君，林家煜，蔡清颜，杨鑫娜

福建医科大学附属第二医院内分泌科，福建泉州 362000

随着人们的生活饮食结构的改变、世界人口老龄化的加重等影响，糖尿病的患病率逐年上升[1]。作为一种多因素影响的代谢性疾病，常表现为慢性高血糖、胰岛素分泌不足和/或作用障碍等，造成多器官的功能损伤，严重影响患者的身体健康、生活质量。糖尿病作为全球性的疾病，其中又以2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitu, T2DM）为主要表型[2]。T2DM 是遗传和环境因素共同作用而形成的多基因遗传性复杂性疾病，其特征是由于靶组织对胰岛素作用的抵抗引起胰岛素相对的缺乏或胰腺胰岛素分泌的下降。作为一种全身代谢性疾病，T2DM 在人群中的患病率及患病人数日趋严重，同时也加重了糖尿病患者的经济负担和社会压力。胆汁酸作为胆汁的主要成分，又是胆固醇的最终代谢产物，受胆固醇7α-羟化酶（cholesterol 7α-hydroxylase,CYP7A1）限速酶合成影响。大量的研究表明胆汁酸代谢在T2DM 中发挥重要作用，因此，调控胆汁酸的代谢可能成为控制血糖、治疗T2DM 的有效途径之一[3]。

1 T2DM 发病机制情况

T2DM 作为常见代谢性疾病，发病机制相对复杂，在中老年人群中有较高的患病率，同时出院后患者的血糖控制并未达到良好的控制效果。通常T2DM 会因为遗传及环境因素的影响，胰岛β 细胞功能缺陷、胰岛素抵抗，最终导致T2DM 的发生[4]。同时胰岛β 细胞的功能缺陷影响胰岛素的缺乏也是T2DM 发生和治疗的关键。T2DM 一直是慢性病研究中的热点，但目前为止对T2DM 的具体发病机制仍待进一步明确，而越来越多的研究证明胰岛β细胞的功能障碍一直是治疗糖尿病的关键所在[5-6]。对于T2DM 的治疗管理也不单纯限于患者血糖的控制，还需要在控制血糖的基础上保证患者的血压、血脂以及其他机体功能水平，减缓糖尿病的进展，以及其他并发症的发生等。

2 T2DM 治疗进展

随着糖尿病的深入研究，例如循证医学当中对于糖尿病的诊疗依据越来越丰富，包括双胍类药物、格列酮类、α-糖苷酶抑制药（α-glucosidase inhibitor, AGI）、钠- 葡萄糖协同转运蛋白-2（sodium-dependentglucosetransporters2, SGLT-2）抑制药物、胰岛素等。例如临床治疗当中常见的二甲双胍口服降糖药物，在诸多研究中均有报道对血糖控制效果明显，同时具备用药安全性的保障[6]。二甲双胍治疗中能够抑制糖异生反应，加强胰岛素敏感性，从而达到进一步的控制血糖水平。目前二甲双胍治疗中常采取联合治疗的方式，增强治疗持久性，减少患者的治疗周期，提升联合作用的效力，实现降糖目的[7]。而胰岛素治疗作为控制血糖的主要药物，通过快速增加机体胰岛素水平，吸收迅速，从而达到降低血糖的作用。随着药物技术的发展，给药方式的发展也越来越丰富，例如吸入、口服、含剂等，为患者带来极大的便利性，患者配合度、依从性更高，也成为了药物研究的热点。同时胰岛素类似物的使用，比如甘精胰岛素与门冬胰岛素联合治疗，均表现出良好的降血糖、血脂的效果，能有效降低并发症的发生，药物使用的安全性又高[8]。随着今后对T2DM 病理机制认识的加深，不同机制的药物还会推陈出新的出现，满足糖尿病患者的需求。

3 T2DM 糖脂代谢异常

糖尿病是糖脂代谢紊乱性疾病，易引起血脂、脂蛋白的异常，有研究表明在脂代谢异常显著影响糖尿病大血管疾病的发生，增加心血管疾病的发生和死亡风险[9]。在发病机制上，与肥胖、胰岛素抵抗等密切相关。近年来研究报道胆汁酸作为一种信号分子，通过法尼醇X 受体（farnesoid X receptor,FXR）及G 蛋白偶联胆汁酸受体（Takeda G proteincoupled receptor, TGR5）在糖代谢、脂代谢发挥重要调节作用[10]。

4 胆汁酸代谢概述

胆汁酸由一个24 碳类固醇核和一个带羧基的侧链组成，形成一侧疏水一侧亲水的分子，其性质由羟基在类固醇核的位置和数量决定。因此，胆汁酸具有较强的表面活性，能降低水油两相间的表面张力，促进脂肪乳化。同时在高浓度时又具有细胞毒作用。由于胆汁酸的生物活性取决于其化学结构，胆汁酸池的组分可能进一步决定了其激活不同的信号通路[11]。

胆汁酸合成中，胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）催化胆固醇在肝脏合成胆汁酸，是胆汁酸合成经典途径的限速酶，受基因多态性、饮食、激素、细胞因子及药物等多种因素调节。大部分胆汁酸的形成通过经典途径，一小部分（人类中估计约6%）通过替代途径。CYP7A1 催化经典途径第一步并参与由胆汁酸自身介导的负反馈调节。CYP7A1 缺乏的老鼠在出生后3 周内死于肝衰竭,替代途径的关键酶是甾醇27A 羟化酶（sterol 27α-hydroxylase, CYP27A1）和氧化甾醇7α-羟化酶CYP7B1。CYP7B1 缺陷的小鼠能够维持正常的胆汁酸池。人类新生儿CYP7B1 基因突变将导致严重的肝损害。虽然CYP7A1 限制了胆汁酸池的大小，但其组分很大程度通过固醇-12α羟化酶（sterol 12α-hydroxylase,CYP8B1）调控胆酸/鹅脱氧胆酸的比值来实现[12]。胆汁酸是肝脏利用胆固醇为原料合成的最终代谢产物。胆汁酸随胆汁进入肠道，远端小肠的顶端钠依赖胆汁酸转运蛋白（apical sodium-dependent bile acid transporter，ABST）保证了约95%胆汁酸被重吸收回肝脏。在人体内的胆汁酸每天经历约12 次肝肠循环。

5 胆汁酸合成调节

5.1 胆汁酸自身调节

胆汁酸是其自身合成的强效调节剂，通过多个途径限制循环中过多的胆汁酸合成。胆汁酸作为信号分子参与代谢，是FXR 的天然配体，FXR 高表达于肝脏、肠道、肾脏和肾上腺。研究表明FXR 敲除的小鼠胆汁酸合成增加并且CYP7A1 基因表达增强。验证了FXR 在CYP7A1 的抑制中起重要作用[13]。FXR 能直接抑制CYP7A1 的表达，也能通过诱导小异源二聚体（small heterodi mer partner,SHP）、肝细胞核因子（hepatic nuclear factor 4α,HNF4α）和肝受体类似物-1（1iver receptor homolog-1, LRH-1）间接抑制CYP7A1 和CYP8B1 的转录。FXR 增强胆汁酸与肝脏基底膜转运体的接合并上调转运体基因的表达，促进胆汁酸从肝细胞排入胆汁。此外，FXR 还通过调节纤维母细胞生长因子（fibroblast growth factors, FGFs）抑制胆汁酸的合成。胆汁酸激活FXR，促进FGF-19 从肝细胞和肠道分泌，FGF-19 与位于肝细胞上的FGFR4 结合，通过JNK 途径而非SHP 依赖途径来抑制CYP7A1 的表达和胆汁酸的合成。FGFR4 敲除的老鼠能增加CYP7A1 的表达，并增加了胆汁酸合成。不同胆汁酸成分在激活FXR 的强度不同，鹅脱氧胆酸是激活FXR 的最强配体，其次是石胆酸、脱氧胆酸和胆酸，亲水性胆汁酸熊去氧胆酸不激活FXR[14]。

5.2 葡萄糖对胆汁酸合成的调节

研究表明糖尿病患者的脱氧胆酸较正常人高1.6 倍。相似的研究显示T2DM 的12-α羟基化物（胆酸、脱氧胆酸和其共轭形式）显著增加。而且，12-α羟基化胆汁酸与胰岛素抵抗相关联，导致出现高胰岛素、高胰岛素原、高血糖、高三酰甘油（triglyceride, TG）和低的高密度脂蛋白（high-level data link control, HDL-C）水平。有关学者证明了T2DM个体有更高的胆汁酸合成率和更大的脱氧胆酸池[15]。有研究显示在T2DM 患者和糖耐量受损的个体中，总牛磺酸结合胆汁酸的浓度升高[16]。在原代人肝细胞中，胰岛素和葡萄糖促进CYP7A1 的表达，反之，胰高血糖素抑制CYP7A1 的表达。

6 胆汁酸对血糖稳态影响的机制

6.1 直接影响

胆汁酸与葡萄糖代谢调控相关，增加肝脏胆汁酸的合成能抑制糖异生和刺激糖酵解而降低血糖水平。由于胆汁酸作用于糖原代谢的机制较为复杂，有研究表明，胆汁酸刺激糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase, GP），使糖原分解为1-磷酸-葡萄糖。而其他数据表明胆汁酸还能激活糖原合成（glycogen synthase，GS）[17]。胆汁酸减轻胰岛素抵抗可能是通过减少内质网应激实现的，因为部分胆汁酸可以充当分子伴侣，帮助蛋白质正确折叠，从而减轻非蛋白折叠反应。

6.2 通过活化FXR

胆汁酸对葡萄糖代谢的效应还可以通过FXR介导。FXR 是葡萄糖代谢的重要调节剂，在体内，用药理激活肥胖小鼠模型和T2DM 模型的FXR 导致抑制糖异生，低血糖，并增加胰岛素敏感性。在FXR 无效的大鼠，其血糖和肝糖原水平的减少[18]。然而，与这一结论不一致的是，在细胞水平大鼠原代肝细胞的FXR 活化磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase, PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶，这些酶主要参与肝葡萄糖的输出。因此，FXR 可能在抑制糖尿病的糖异生起了主导作用。作用机制可能是通过SHP 依赖性抑制HNF4a 和Fox01 来抑制磷酸烯醇式丙酮酸。活化的FXR 也能促进胰岛素/AKT 途径，促进肝糖原的合成、胰岛β细胞中葡萄糖转运蛋白2（glucose transporter-2,GLUT2）的活化、改善肥胖的ob/ob 大鼠的胰岛素抵抗[19]。因此，抑制糖异生、改善胰岛素作用和刺激糖原合成可能协同改善血糖、胰岛素分泌、胰岛素敏感性和葡萄糖耐受。

6.3 通过膜结合G 蛋白偶联胆汁酸受体（TGR5）介导

TGR5 在很多器官和组织表达，在巨噬细胞/单核细胞、胎盘、胆囊、肝和肠中高表达。有报道提示，胆汁酸促进胰高血糖素样肽-1（glucogon like pep tide-1, GLP-1）分泌是通过TGR5 介导的。GLP-1 是肠道L 细胞分泌的，通过抑制食欲、减缓胃排空，促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌来降低血糖水平，用于治疗T2DM。有关研究发现，在体外，石胆酸和脱氧胆酸通过TGR5 依赖促进细胞内cAMP 浓度升高，促进肠道L 细胞分泌GLP-1。在高脂饮食的小鼠，TGR5 过表达，可促进GLP-1 依赖的胰岛素分泌，改善糖耐量。反之，敲除TGR5 则出现高血糖或葡萄糖耐量降低。此外，在肥胖小鼠中，TGR5 半合成激动剂INT777 也能激活TGR5，促进GLP-1 分泌，增加胰岛素敏感性。TGR5 促进GLP-1 分泌，主要通过增加细胞内ATP/ADP 比率和促进钙离子内流这一机制。在外周组织，TGR5 失活还可能抑制了2 型脱碘酶的活性，减弱了活性的甲状腺激素和线粒体氧化能力，促进能量消耗，参与肥胖的发病过程[20]。一项人类基因研究说明TGR5 单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）轨迹与体质指数（body mass index, BMI）、腰围、肌细胞内脂质和空腹GLP-1 水平有关[21]。TGR5 缺失的大鼠胆汁酸库大小下降25%，雌性TGR5 缺失大鼠显示在高脂饮食后体质量增加并且脂肪堆积。

另有证据表明在遗传性的肥胖小鼠中，牛磺酸结合的熊去氧胆酸能通过降低内质网应激来增加胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗。上述作用主要发生在肝脏和肌肉中，在脂肪组织中尚未得到证实。

6.4 胆汁酸螯合剂的应用

胆汁酸螯合剂（考来烯胺、考来维纶、考来替兰、考来替泊）是结合肠道中带负电荷胆盐的不可吸收树脂，已用于治疗高胆固醇血症。胆汁酸螯合剂中断肠腔的胆汁酸的肝肠循环使胆汁酸的排泄率提高10 倍之多，增加肠道胆汁酸浓度，而血中胆汁酸降低，反馈地促进胆固醇合成胆汁酸，提高血清胆汁酸水平。已有研究证实，胆汁酸螯合剂可改善T2DM 患者血糖代谢。在美国，胆汁酸螯合剂已被FDA 批准用于T2DM 的治疗。一个多中心、随机、平行、双盲、安慰剂对照的研究表明T2DM 患者中用考来维纶（3.75 g/d）治疗12 周后，GLP-1 浓度增加并且改善空腹和餐后血糖。作用机制很可能是通过胆汁酸激活TGR5 来促进GLP-1 的分泌实现的[22]。

6.5 减肥手术后胆汁酸增加

胃旁路手术越来越被认为是一种可靠的减肥手术，不仅减轻体质量，还能降血糖和减少药物需求。这研究显示，在减肥手术的早期，体质量尚未减轻时胆汁酸已显著增加。胆汁酸与餐后血糖、三酰甘油呈负相关，和脂联素和GLP-1 峰值水平呈正相关。提示手术增加血清胆汁酸可以改善胰岛素敏感性、增加肠促胰素分泌，更好地控制餐后血糖[23]。胃小肠解剖位置的改变直接调节胆汁酸的水平和成分。中间到远端小肠切除，保留回肠末端，胆汁酸水平增加。节段性小肠的解剖位置的改变，或肠道菌群的变化使血清胆汁酸水平发生变化可能是改善糖代谢的主要原因之一。

综上所述，胆汁酸主要通过FXR 活化和TGR5促进GLP-1 的分泌，改善血糖代谢，调节机体消化、代谢和能量平衡。解开胃肠激素的相互作用可能是阐明人类最大内分泌器官—肠道复杂性的关键。针对TGR5 信号通路可能是肠促胰素治疗T2DM 的机制之一。然而，胆汁酸信号传导通路及效应的研究成果主要来自细胞、小鼠、大鼠研究，其在人体生理代谢、调节功能仍需要进一步研究。