腸道微生物群影響糖皮質(zhì)激素體內(nèi)代謝過(guò)程的研究進(jìn)展

季可非，張瑜，張文婷

(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院藥學(xué)部，武漢 430030；2.湖北省仙桃市第一人民醫(yī)院藥劑科，仙桃 433000；3.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院兒科，武漢 430030)

人類的腸道微生物群具有高度的多樣性，可涉及3000～5000種細(xì)菌，主要以厭氧菌為主。其中許多細(xì)菌的菌種現(xiàn)在還尚不明確，大部分可分為厚壁菌門、放線菌及擬桿菌，以上三大類細(xì)菌約占微生物群總類的90%。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)人類腸道微生物群參與人體內(nèi)多種生理過(guò)程，例如對(duì)抗病原體以對(duì)機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)功能；參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)；代謝發(fā)酵不易消化的膳食纖維及影響宿主體內(nèi)的代謝過(guò)程，該過(guò)程涉及多個(gè)器官，包括腸道、肝臟、肌肉和大腦等，共同構(gòu)成宿主-微生物代謝軸[1]。此外，腸道微生物群也可影響藥物在體內(nèi)的代謝過(guò)程，研究表明，至少有30種以上藥物在人體內(nèi)的代謝過(guò)程可受到腸道微生物群的影響，其機(jī)制可能與腸道微生物介導(dǎo)的酶促反應(yīng)有關(guān)，涉及的反應(yīng)，如：前體藥物的活化(如氨基水楊酸)、藥物失活(如地高辛)、藥物的早期解離(如伊立替康腹瀉毒性的產(chǎn)生)及天然糖苷的水解及所釋放苷元的進(jìn)一步代謝等[2]。近期研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)抗菌藥物治療后，隨著乳酸菌和雙歧桿菌的豐度降低，抗菌藥物聯(lián)合瑞伐他汀組降脂效果較瑞伐他汀單藥組明顯降低。而在抗菌藥物治療后4周，隨著腸道菌群豐度的恢復(fù)，抗菌藥物組降脂效果也恢復(fù)到單藥組水平，其作用機(jī)制可能與腸道菌群介導(dǎo)的細(xì)胞運(yùn)轉(zhuǎn)體有關(guān)[3]。

越來(lái)越多的研究報(bào)道腸道微生物參與藥物在人體內(nèi)代謝及免疫調(diào)節(jié)過(guò)程，筆者在本文主要綜述國(guó)外關(guān)于腸道微生物群參與糖皮質(zhì)激素代謝的較新研究進(jìn)展。通過(guò)介紹糖皮質(zhì)激素在體內(nèi)的代謝過(guò)程，腸道微生物群在介導(dǎo)糖皮質(zhì)激素代謝過(guò)程中的作用，及其對(duì)皮質(zhì)醇血漿濃度的影響，解釋了部分臨床癥狀出現(xiàn)的原因。

1 糖皮質(zhì)激素的體內(nèi)代謝過(guò)程

內(nèi)源性糖皮質(zhì)激素有可的松和皮質(zhì)醇(cortisol，即氫化可的松)，外源性糖皮質(zhì)激素包括潑尼松、潑尼松龍、甲潑尼龍及地塞米松等。無(wú)論是內(nèi)源性糖皮質(zhì)激素可的松還是外源性的潑尼松，都需要經(jīng)肝臟代謝活化從而發(fā)揮藥理作用。皮質(zhì)醇和潑尼松龍無(wú)需肝藥酶活化即為活性成分，適用于肝功能障礙患者。皮質(zhì)醇代謝的主要部位在肝臟，經(jīng)3-酮基，δ-4雙鍵結(jié)構(gòu)還原，氧化去除C20，C21側(cè)鏈產(chǎn)生具有17-酮基的C19類固醇或6-β羥基化后被代謝為硫酸鹽或葡糖醛酸的結(jié)合物而成為水溶性物質(zhì)，隨后經(jīng)尿液排出體外。其中，四氫皮質(zhì)醇和四氫可的松占尿液糖皮質(zhì)激素代謝物的含量最高，平均約占總量65%，而皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮(corticosterone)約占尿液糖皮質(zhì)激素代謝物30%[4]。該代謝過(guò)程主要涉及5α-還原酶、5β-還原酶、3α-羥基類固醇脫氫酶、20α-羥基類固醇脫氫酶及20β-羥基類固醇脫氫酶等[5]。

11β-羥基類固醇脫氫酶1型(11β-HSD1)及其2型同工酶(11β-HSD2)也是皮質(zhì)醇代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，兩者涉及反應(yīng)是逆向的。11β-HSD1具有脫氫酶和還原酶的活性，在肝臟、脂肪組織、骨骼和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中均有表達(dá)，也可在多種其他組織中誘導(dǎo)產(chǎn)生[6]。在肝臟中一般以經(jīng)11β-HSD1將皮質(zhì)酮?dú)浠D(zhuǎn)化為皮質(zhì)醇為主。此外，11β-HSD1也見(jiàn)于很多其他的糖皮質(zhì)激素靶組織，在調(diào)節(jié)靶細(xì)胞的局部皮質(zhì)醇濃度方面發(fā)揮著重要作用。例如脂肪組織中過(guò)度表達(dá)11β-HSD1的轉(zhuǎn)基因小鼠可出現(xiàn)肥胖和代謝綜合征[7]，提示皮質(zhì)酮在脂肪組織中過(guò)度轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)醇可能與該疾病產(chǎn)生有關(guān)。

11β-HSD2是11β-HSD的同工酶，可將皮質(zhì)醇去氫化轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮。而皮質(zhì)酮不與鹽皮質(zhì)激素受體結(jié)合，屬于無(wú)鹽皮質(zhì)激素活性的代謝物[8]。腎臟是肝外皮質(zhì)醇代謝的另一主要部位[9]。在腎臟，皮質(zhì)醇同樣被高親和力的11β-HSD2轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮。由于皮質(zhì)醇與鹽皮質(zhì)激素受體(mineralocorticoid receptor，MR)結(jié)合的親和力與醛甾酮相似，且均高于皮質(zhì)酮，故這種轉(zhuǎn)化限制皮質(zhì)醇更多的與MR結(jié)合[10]，從而降低鹽皮質(zhì)激素的作用。

2 腸道微生物群介導(dǎo)糖皮質(zhì)激素代謝產(chǎn)生甘草次酸樣物質(zhì)(glycyrrhetic acid like factor，GALFs)

甘草類化合物中的甘草次酸可抑制11β-HSD2酶的活性，從而抑制皮質(zhì)醇在11β-HSD2的作用下轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮[11]。早在1981年，MURPHY等[12]就首次在胎兒的血清和臍帶中發(fā)現(xiàn)了對(duì)11β-HSD脫氫酶有抑制活性的內(nèi)源性甾體物質(zhì)。這類化合物的結(jié)構(gòu)與類固醇激素相似，并與甘草次酸一樣，均可雙向抑制11β-HSD1及11β-HSD2的活性，因此被稱為GALFs。內(nèi)源性的GALFs可能增加腎臟、血管內(nèi)皮和其他組織的局部皮質(zhì)醇水平。

近年來(lái)的研究表明，除了內(nèi)源性甾體物質(zhì)，外源性糖皮質(zhì)激素也可產(chǎn)生GALFs，如在腸道細(xì)菌的作用下，由皮質(zhì)酮經(jīng)C-21脫羥基產(chǎn)生的衍生物3α，5α-四氫-11β-羥基孕酮[13]。腸道微生物群產(chǎn)生相應(yīng)的酶可參與糖皮質(zhì)激素的代謝，產(chǎn)生具有GALFs活性的物質(zhì)，從而調(diào)節(jié)皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮的局部組織代謝。介導(dǎo)皮質(zhì)酮主要腸道細(xì)菌代謝酶有17β-HSD、Steroid-17，20-desmolase、3α-HSD，3β-HSD、5β-reductase、5α-reductase、21-dehydroxylase；介導(dǎo)皮質(zhì)醇主要腸道細(xì)菌代謝酶17β-HSD、Steroid-17，20-desmolase。

皮質(zhì)醇在肝臟經(jīng)還原、氧化或羥化后，其原型藥物及其代謝產(chǎn)物與硫酸或葡萄糖醛酸結(jié)合后變?yōu)樗苄?，隨后經(jīng)尿液排出，此外僅有一小部分(<4%)從膽汁中排出。與皮質(zhì)醇不同的是，人體可通過(guò)膽汁排泄大量皮質(zhì)酮及其5α-還原代謝產(chǎn)物，如3α，5α-四氫皮質(zhì)酮，并經(jīng)膽汁進(jìn)入腸道。BOKKENHEUSER等[14]在1975年就在健康人體大便微生物群混合培養(yǎng)物中觀察到其具有脫羥基作用，皮質(zhì)酮可在腸道被厭氧菌轉(zhuǎn)化為21-脫羥基化產(chǎn)物，11β-羥基孕酮或11β-羥基- 5α-前列腺素。而這兩類皮質(zhì)酮衍生物均對(duì)11β-HSD的兩種同工酶具有一定抑制活性，即屬于GALFs。

而皮質(zhì)醇在腸道細(xì)菌合成的酶的作用下發(fā)生側(cè)鏈切割，是GALFs產(chǎn)生的另一重要途徑。皮質(zhì)醇可在厭氧菌作用下，經(jīng)側(cè)鏈裂解產(chǎn)生一系列C21及C19代謝產(chǎn)物。其中C21代謝產(chǎn)物包括21-脫氧皮質(zhì)醇，四氫-21-脫氧皮質(zhì)醇和四氫皮質(zhì)醇等；而C19代謝產(chǎn)物包括11β-羥基雄烯二酮等[15]。雖然11β-羥基雄烯二酮對(duì)11β-HSD兩種同工酶的抑制活性較弱，但其可經(jīng)過(guò)17β-HSD酶轉(zhuǎn)化為11β-羥基睪酮，可明顯增強(qiáng)其對(duì)11β-HSD兩種同工酶的抑制活性。由于該酶促反應(yīng)，11β-羥基雄烯二酮與11β-羥基睪酮在組織中保持動(dòng)態(tài)平衡，以激活GALFs的活性[16]。

3 GALFs對(duì)皮質(zhì)醇濃度的影響

由上可知，皮質(zhì)醇及皮質(zhì)酮均可在腸道細(xì)菌產(chǎn)生酶的作用下產(chǎn)生GALFs，反過(guò)來(lái)參與調(diào)節(jié)皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮的局部組織代謝。11β-HSD2-GALFs通過(guò)抑制11β-HSD2酶的活性，阻礙皮質(zhì)醇轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮，從而引起皮質(zhì)醇的血漿濃度增高，見(jiàn)圖1。其影響程度可能與糖皮質(zhì)激素經(jīng)腸道排泄的比例及產(chǎn)生的GALFs物質(zhì)的量有關(guān)。MORRIS等[17]研究尿液中11β-HSD2-GALFs物質(zhì)的水平與尿游離皮質(zhì)醇(urinary free cortisol，UFC)水平和血漿腎素活性(plasma renin activity，PRA)的關(guān)系。其中，GALFs的水平代表其對(duì)11β-HSD2的抑制活性，而不是絕對(duì)的某一物質(zhì)的具體含量。結(jié)果表明隨著GALFs水平的增加，UFC增加，游離皮質(zhì)醇與可的松比率增加，導(dǎo)致皮質(zhì)醇在靶組織的半衰期(t1/2)延長(zhǎng)。另外，PRA與UFC也呈正相關(guān)。

圖1 皮質(zhì)醇、皮質(zhì)酮及GALFs間的相互關(guān)系

Fig.1 Relationship among cortisol，cortisone and GALFs

BAHR等[18]嘗試通過(guò)測(cè)量皮質(zhì)醇及其代謝產(chǎn)物在尿液中的含量，以預(yù)測(cè)皮質(zhì)醇進(jìn)入腸道的量。給予絨猴、長(zhǎng)尾獼猴和黑猩猩三種靈長(zhǎng)類動(dòng)物的成年雄性個(gè)體靜脈輸注放射性(40～100 μCi)的3H-標(biāo)記的皮質(zhì)醇，并在注射后5 d內(nèi)收集排泄物。結(jié)果表明，尿代謝物主要以結(jié)合物的形式排出，其放射性主要在尿液中被檢測(cè)到(61%～87%)，糞便中的共軛代謝物低于50%，而由腸道細(xì)菌產(chǎn)生的皮質(zhì)醇代謝產(chǎn)物的含量則更低，包括11β-羥基雄烯二酮等，為1～3 μg·g-1糞便。因此，腸道微生物群通過(guò)該途徑對(duì)皮質(zhì)醇濃度影響的程度也是今后研究的一個(gè)方向。

4 GALFs與表觀鹽皮質(zhì)激素過(guò)多綜合征(apparent mineralocorticoid excess，AME)

AME是一種癥狀類似于原發(fā)性醛甾酮增多的疾病，可表現(xiàn)為青少年患者中高血壓，并伴隨低鉀血癥、代謝性堿中毒和低血漿腎素活性等。根據(jù)其病因可分為原發(fā)性和繼發(fā)性，前者為11β-HSD2基因突變的常染色體隱性遺傳病[19]，后者可因慢性攝入外源性的甘草酸或GALGs而表現(xiàn)出類似于原發(fā)性醛甾酮增多的癥狀。皮質(zhì)醇與醛甾酮一樣可與鹽皮質(zhì)激素受體結(jié)合而表現(xiàn)出鹽皮質(zhì)激素的活性。然而，與原發(fā)性醛甾酮增多癥不同的是，AME中血漿醛甾酮水平會(huì)降低。而且血漿皮質(zhì)醇的濃度比血漿醛甾酮濃度高約100倍，皮質(zhì)醇血漿濃度持續(xù)增高，最終表現(xiàn)為鹽皮質(zhì)激素活性明顯升高[20]。由于外源性糖皮質(zhì)激素可在腸道細(xì)菌酶的作用下產(chǎn)生GALFs，通過(guò)抑制11β-HSD2酶的活性，阻礙皮質(zhì)醇轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮，從而引起皮質(zhì)醇的血漿濃度增高，因此臨床上長(zhǎng)期口服糖皮質(zhì)激素的患者可能出現(xiàn)AME。

在上述GALFs的作用下，血液中過(guò)量的皮質(zhì)醇可與存在遠(yuǎn)端腎單位的鹽皮質(zhì)激素受體結(jié)合，從而增加Na+重吸收，導(dǎo)致腎臟擴(kuò)張細(xì)胞外(血漿容量)體積和高血壓[21]等，提示腸道細(xì)菌來(lái)源的糖皮質(zhì)激素代謝物可能也會(huì)通過(guò)類似的機(jī)制引起一些患者的原發(fā)性高血壓，但仍需要進(jìn)一步的臨床研究予以證實(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在腸道細(xì)菌酶的作用下，皮質(zhì)酮及皮質(zhì)醇均可產(chǎn)生GALFs，抑制11β-HSD2，導(dǎo)致皮質(zhì)醇局部濃度的增加，臨床可出現(xiàn)AME。提示除了肝臟代謝酶的影響外，胃腸功能也可影響糖皮質(zhì)激素體內(nèi)代謝。此外，長(zhǎng)期服用糖皮質(zhì)激素等藥物對(duì)腸道菌群也會(huì)產(chǎn)生影響。如在口服潑尼松龍、他克莫司及嗎替麥考酚酯等免疫抑制藥的患者中?？捎^察到腹瀉等不良反應(yīng)，可能與體內(nèi)微生物群結(jié)構(gòu)受到免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)影響有關(guān)?？诜娔崴升?4 d后，小鼠大便及回腸中微生物群落結(jié)構(gòu)與給藥前相比被破壞，擬桿菌的豐度降低，厚壁菌的豐度增加。而聯(lián)用潑尼松龍、他克莫司及嗎替麥考酚酯后，小鼠大便及回腸中致病性大腸桿菌菌株536的定植量明顯增加，這是3種免疫抑制藥共同作用的結(jié)果[22]。腸道微生物對(duì)糖皮質(zhì)激素代謝影響程度的大小與在腸道產(chǎn)生的GALFs的量有關(guān)，不同給藥途徑也可能是導(dǎo)致差異產(chǎn)生的原因，也提示在臨床用藥中結(jié)合糖皮質(zhì)激素類別和劑型選擇更適合的藥物，從而減少腸道微生物群對(duì)藥物的影響，如將潑尼松調(diào)整為甲強(qiáng)龍等。但由于GALFs是一類物質(zhì)的總稱，直接測(cè)定其具體濃度較為復(fù)雜，采用其對(duì)11β-HSD2的抑制活性的大小來(lái)表示的準(zhǔn)確性有待考證，其測(cè)定和分析可能成為今后研究的一個(gè)方向。