腸道菌群與膽汁酸代謝

馮　靜　魏亞聰　宋光耀

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·綜述·

腸道菌群與膽汁酸代謝

馮靜魏亞聰宋光耀

在肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪性肝病等疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中，腸道菌群和膽汁酸代謝均發(fā)揮了關(guān)鍵作用。近年來膽汁酸代謝與腸道菌群的研究逐漸深入，腸道細(xì)菌在膽汁酸的生物轉(zhuǎn)化、肝臟膽汁酸的合成、腸道膽汁酸的重吸收等過程中具有重要作用。

膽汁酸；腸道菌群；法尼醇X受體

腸道是體內(nèi)細(xì)菌定植的主要場(chǎng)所，這些數(shù)量巨大、復(fù)雜多樣的細(xì)菌構(gòu)成了腸道菌群。膽汁酸不僅是食物消化吸收中的重要物質(zhì)，也是體內(nèi)調(diào)控糖脂及能量代謝的信號(hào)分子。腸道菌群與膽汁酸代謝關(guān)系密切，均參與了肥胖、糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。

1　正常人體腸道菌群概述

胃腸道是人體中微生物定植數(shù)量最多的器官，種類可多達(dá)上千種。腸道菌群中以擬桿菌門、厚壁菌門等厭氧菌為主，其余有變形菌門、疣微菌門、放線菌門、梭桿菌門、雙歧桿菌、藍(lán)藻細(xì)菌(數(shù)量較少)等[1]。腸道菌群可以發(fā)揮生物屏障、免疫調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)支持、抗腫瘤等作用[2]。

每個(gè)人體內(nèi)腸道菌群的構(gòu)成都是獨(dú)一無二的。研究發(fā)現(xiàn)，同卵雙胞胎的糞便微生物構(gòu)成中有一半以上種類不同[3]。腸道菌群構(gòu)成會(huì)隨著年齡增長(zhǎng)而不斷改變，在老年人群中，由于長(zhǎng)期慢性低度炎性反應(yīng)的存在，會(huì)造成菌群失調(diào)[4]。高通量測(cè)序分析結(jié)果顯示，與年輕人相比較，老年人腸道菌群以擬桿菌門為主，而雙歧桿菌數(shù)量下降[5]。

2　腸道菌群、膽汁酸代謝受飲食的調(diào)節(jié)

飲食可影響腸道菌群的組成及其功能、膽汁酸的合成與分泌。Devkota等[6]的研究表明，飲食中的脂肪酸能夠通過改變膽汁酸池中的膽汁酸成分，進(jìn)而使腸道菌群發(fā)生改變。給予小鼠富含牛奶源性的飽和脂肪酸飲食，一方面能夠增加肝臟?；悄懰?TCA)的合成，有利于脂肪的消化吸收；另一方面可刺激腸道中沃氏嗜膽菌等亞硫酸鹽還原微生物的生長(zhǎng)。

研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食小鼠腸道菌群失調(diào)，黏膜屏障完整性受損；膽汁酸組分發(fā)生改變，脫氧膽酸(DCA)含量增加，而具有細(xì)胞保護(hù)作用的熊脫氧膽酸(UDCA)水平下降[7]。DCA可以擾亂脂質(zhì)雙分子層；而親水性的UDCA使雙分子層更加穩(wěn)定，對(duì)抗DCA誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生，使線粒體免受損傷。高脂飲食導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，造成黏膜屏障功能受損，DCA含量增加，UDCA水平下降，可進(jìn)一步造成屏障功能失調(diào)。由此可見，腸道菌群、膽汁酸代謝與飲食的關(guān)系非常密切。

3　腸道菌群對(duì)膽汁酸代謝的影響

3.1腸道菌群參與膽汁酸的正常代謝

哺乳動(dòng)物體內(nèi)膽汁酸調(diào)節(jié)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，需要肝臟、腸道、腸道菌群的共同作用[8]。膽酸(CA)、鵝脫氧膽酸(CDCA)是肝臟合成的兩種初級(jí)膽汁酸，膽汁酸在肝臟內(nèi)進(jìn)一步與甘氨酸或?；撬峤Y(jié)合，經(jīng)過小管膜分泌至膽道，在膽囊中儲(chǔ)存。消化吸收的食糜刺激促胰液素、縮膽囊素的分泌。在促胰液素的作用下膽管細(xì)胞分泌碳酸氫鹽、水，增加膽汁的量；縮膽囊素刺激膽囊收縮，使膽汁分泌入十二指腸。初級(jí)膽汁酸激活肝臟法尼醇X受體(FXR)，促進(jìn)小異二聚體伴侶(SHP)基因表達(dá)，從而抑制肝受體同系物-1(LRH-1)的活性，使得膽汁酸合成限速酶——膽固醇7α羥化酶(CYP7A1)活性受抑制[9]。腸道FXR激活后也會(huì)抑制膽汁酸合成，通過促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子19(FGF19)表達(dá)，F(xiàn)GF19與肝臟上成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體4結(jié)合，激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)，從而抑制膽汁酸合成[10]。膽汁酸在回腸末端重吸收，通過門靜脈重新轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟。有限的膽汁酸在肝、腸之間不斷循環(huán)利用的過程稱為膽汁酸的“腸肝循環(huán)”途徑。

1%～2%的膽汁酸未參與腸肝循環(huán)，在結(jié)直腸內(nèi)經(jīng)過腸道細(xì)菌的生物轉(zhuǎn)化作用生成次級(jí)膽汁酸，即脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA)。生物轉(zhuǎn)化作用包括解離、差向異構(gòu)化及氧化、脫羥基作用，其中以解離作用及脫羥基作用為主。

膽鹽水解酶(BSH)是催化結(jié)合型膽汁酸第24位碳原子上的酰胺鍵水解的關(guān)鍵酶[11]。脆弱擬桿菌、普通擬桿菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌、李斯特菌以及某些乳酸菌、雙歧桿菌都可以產(chǎn)生BSH[1]。水解之后游離的氨基酸可以作為體內(nèi)碳原子、氮原子及能量的來源。甘氨酸可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘?、二氧化碳等，?；撬徇€可以生成硫酸鹽等[11]。BSH促使膽固醇或膽汁進(jìn)入微生物膜，增加微生物膜的彈性，增強(qiáng)對(duì)α防御素及其他保護(hù)分子的敏感性[12]。BSH還可以發(fā)揮解毒作用，使胃腸道的某些微生物能夠不被膽汁酸殺死，得以存活[13]。

脫羥基作用是生物轉(zhuǎn)化作用中較為重要的一項(xiàng)。初級(jí)膽汁酸第7位α羥基脫氧生成次級(jí)膽汁酸，人糞便中以次級(jí)膽汁酸為主。厚壁菌門(如梭菌屬)具有7α脫羥基活性。只有游離的膽汁酸鹽才能進(jìn)行7α脫羥基作用，因此在BSH作用下，結(jié)合膽汁酸轉(zhuǎn)變成游離膽汁酸，是進(jìn)行7α脫羥基作用的前提[13]。

3.2調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸合成

腸道菌群不僅參與了次級(jí)膽汁酸代謝，而且可調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸合成。研究發(fā)現(xiàn)，與無菌飼養(yǎng)(GF)小鼠相比較，傳統(tǒng)飼養(yǎng)(CONV-R)小鼠中腸道菌群可抑制膽汁酸合成[14-15]。這可能是由于CONV-R小鼠體內(nèi)CYP7A1活性及基因表達(dá)水平均有所下降，而CYP7A1是合成CDCA所必需的關(guān)鍵酶，這就造成嚙齒類動(dòng)物肝臟微粒體中CDCA經(jīng)羥基化作用生成鼠膽酸(MCA)水平減少[16]。?；撬峤Y(jié)合型MCA如T-αMCA、T-βMCA是FXR的拮抗劑，因此推測(cè)CONV-R小鼠中腸道菌群抑制膽汁酸合成的可能機(jī)制為低水平的MCA激活了回腸FXR，促進(jìn)FGF15分泌，F(xiàn)GF15被轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，與FGFR4結(jié)合，抑制CYP7A1活性[17]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，給予FXR敲除小鼠FGF19可以抑制膽汁酸合成，表明FGF15/19是FXR的下游產(chǎn)物，進(jìn)而抑制CYP7A1活性[18]。另有研究證實(shí)，給予CONV-R小鼠抗生素后能夠改變膽汁酸組分，抑制回腸FGF15基因表達(dá)，上調(diào)肝臟CYP7A1表達(dá)水平[19]。此外FXR也可以通過誘導(dǎo)SHP表達(dá)，進(jìn)而抑制LRH-1，使CYP7A1表達(dá)水平下降，負(fù)向調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸合成[17]。

總之，腸道菌群不僅在腸道發(fā)揮作用，而且可調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸合成。腸道菌群抑制肝臟膽汁酸合成的主要機(jī)制可能是水平下降的T-MCA促進(jìn)了回腸FXR依賴性的FGF15表達(dá)。

3.3影響腸道膽汁酸重吸收

在腸道菌群正常存在的情況下，小鼠體內(nèi)膽汁酸池體積較小。研究表明，CONV-R小鼠體內(nèi)膽汁酸池體積小，這可能與CONV-R小鼠回腸鈉/膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(IBAT)的表達(dá)水平下降有關(guān)，造成遠(yuǎn)端回腸膽汁酸重吸收減少，糞便膽汁酸排泄增加[14]。有研究顯示，從GF大鼠分離出的回腸上皮細(xì)胞對(duì)TCA的攝取水平增加，14C標(biāo)記的TCA半衰期增加了4～5倍[20]，表明GF小鼠中膽汁酸重吸收作用增強(qiáng)，膽汁酸池體積變大。

研究表明，經(jīng)抗生素處理后腸道菌群減少，腸道膽汁酸重吸收增加，糞便中膽汁酸排泄顯著減少[21]。膽汁酸重吸收增加可導(dǎo)致血漿膽汁酸水平、膽道分泌的膽汁酸水平及參與腸肝循環(huán)的膽汁酸水平均增加。這是因?yàn)槟懼嶂匚帐躀BAT(又被稱為頂膜鈉離子依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體，Asbt)調(diào)節(jié)，在腸道菌群被破壞的環(huán)境下，回腸末端Asbt表達(dá)水平顯著增加[22]。與野生型小鼠相比較，Asbt敲除小鼠糞便中膽汁酸排泄增加了10～20倍[23]。Asbt表達(dá)主要受轉(zhuǎn)錄因子Gata4調(diào)控，Gata4可抑制Asbt表達(dá)。在生理狀態(tài)下，腸道菌群激活了腸道(回腸末端除外)Gata4的表達(dá)，使得Asbt表達(dá)水平下降，導(dǎo)致膽汁酸重吸收減少，但是腸道菌群調(diào)節(jié)Gata4的具體機(jī)制仍需要進(jìn)一步的研究。綜上所述，腸道菌群對(duì)膽汁酸代謝平衡具有調(diào)控意義。

4　膽汁酸代謝對(duì)腸道菌群的影響

腸道菌群影響膽汁酸代謝，反過來膽汁酸可以調(diào)控腸道菌群的穩(wěn)態(tài)。膽汁酸在脂代謝中發(fā)揮著清潔劑的功能；還可以通過與FXR、G蛋白偶聯(lián)受體5(TGR5)等核受體結(jié)合，在代謝、免疫調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要作用[24]。FXR、TGR5發(fā)生基因突變后，可以導(dǎo)致炎癥性腸病；給予FXR激動(dòng)劑后可以改善實(shí)驗(yàn)性小鼠結(jié)腸炎[25]。以上研究表明腸道內(nèi)膽汁酸激活FXR后，可以維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)、防止細(xì)菌移位、增強(qiáng)黏膜屏障防御作用。

此外，膽汁酸有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的作用，這種特性能夠阻止細(xì)菌黏附到腸道黏膜的頂端。在膽汁淤積及終末期肝病患者中，腸道中的膽汁酸含量降低，造成細(xì)菌過度生長(zhǎng)[24]。肝硬化患者腸道內(nèi)結(jié)合膽汁酸濃度降低，非結(jié)合膽汁酸被大量吸收，從而使腸道細(xì)菌大量生長(zhǎng)并發(fā)生細(xì)菌移位。給予肝硬化大鼠膽汁酸，提高腸道膽汁酸濃度，可能會(huì)抑制腸道細(xì)菌過度生長(zhǎng)，減少細(xì)菌移位的發(fā)生[26]。

5　總結(jié)

宿主及腸道菌群調(diào)節(jié)著膽汁酸池大小。通過膽汁酸鹽水解作用及7α脫羥基作用，腸道菌群將初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)膽汁酸，進(jìn)而激活FXR和TGR5等一系列核受體，參與肝臟膽汁酸合成、腸道膽汁酸重吸收等過程。飲食、腸道菌群、膽汁酸代謝之間保持著一種動(dòng)態(tài)平衡。今后有望通過調(diào)節(jié)宿主-腸道菌群-膽汁酸軸來實(shí)現(xiàn)治療糖尿病、肥胖等代謝性疾病的目的。

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(本文編輯：周駿)

050017河北石家莊，河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院(馮靜，魏亞聰)，內(nèi)科學(xué)教研室(宋光耀)

宋光耀，Email: sguangyao2@163.com

10.3969/j.issn.1673-534X.2016.04.012

2016-01-30)