膽汁酸膜受體Gpbar1在梗阻性黃疸發(fā)病機制中的意義與研究進展

劉嘉悅,陳海洋,張桂信,大連醫(yī)科大學中西醫(yī)結(jié)合臨床重點學科實驗室 遼寧省大連市 116044

張桂信,大連醫(yī)科學附屬第一醫(yī)院普外三科 遼寧省大連市 116011

0 引言

梗阻性黃疸(obstructive jaundice,OJ)是一種常見的臨床癥狀,常表明可能有一個重要的潛在疾病的過程[1].它可由炎癥、結(jié)石、腫瘤等多種原因引起,在其發(fā)生、發(fā)展的過程中,亦常伴有全身各個系統(tǒng)器官的生理病理改變,如在圍手術(shù)期易發(fā)生感染、敗血癥、多器官功能障礙綜合征等多種并發(fā)癥,嚴重影響患者的預后.尤其是在惡性OJ發(fā)生時,如未進行及時的臨床干預,患者的平均生存期不會超過3 mo[2].近些年,重要的膽汁酸信號機制及其在OJ中作用的發(fā)現(xiàn),增加了人們對膽汁酸(bile acid,BA)及膽汁酸受體研究的興趣.

膽汁酸是膽固醇的最終代謝產(chǎn)物,也是一種信號分子,它可以激活膽汁酸受體,具有調(diào)節(jié)膽汁酸、葡萄糖、脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)和能量消耗的作用.已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩種主要的膽汁酸受體:膽汁酸核受體—法尼酯衍生物X受體和膽汁酸膜受體—Gpbar1[3].Gpbar1是G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor,GPCR)超家族的成員,也被稱為GPCR19或TGR5,于2002年發(fā)現(xiàn)并首次報道.當BA信號與Gpbar1結(jié)合時,他能誘導cAMP的產(chǎn)生,將信號傳至胞內(nèi).已證實,GPCR家族通過激活多種效應途徑將細胞外信號轉(zhuǎn)導至胞內(nèi)并激活下游級聯(lián)反應,因此很多新的藥物均將它作為潛在的治療靶點[4].Gpbar1在機體內(nèi)幾乎無處不在,并已在人類和嚙齒動物肝臟的不同非實質(zhì)細胞中檢測到.Gpbar1的mRNA和蛋白質(zhì)還在多種組織中被檢測到,包括肝臟、膽囊、胰腺、腸道和脂肪組織,以及中樞、外周神經(jīng)系統(tǒng)和腎臟等[5-8].Gpbar1在不同器官細胞的表達不同,引起不同的臨床癥狀.本文就Gpbar1在OJ的發(fā)病機制中的意義及研究進展進行綜述.

1 Gpbar1抑制OJ引起的炎癥反應,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的作用

膽汁酸介導的受體信號轉(zhuǎn)導激活與炎癥的控制密切相關(guān).OJ發(fā)生時,常伴隨著對細菌感染的高度敏感性.報道顯示,單核細胞和巨噬細胞會抑制吞噬活性并抑制炎性細胞因子的產(chǎn)生,這表明BA通過Gpbar1發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[9,10].在膽汁淤積條件下,膽汁酸通過Gpbar1介導巨噬細胞向調(diào)節(jié)性巨噬細胞轉(zhuǎn)化,是機體自我保護反饋回路的一部分,它保護肝臟組織在炎癥反應過程中免受巨噬細胞的過度活化[11].Kupffer細胞是位于肝竇內(nèi)的巨噬細胞,它作為抗原呈遞細胞,產(chǎn)生許多內(nèi)毒素相關(guān)的炎癥介質(zhì),在OJ的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用.當膽道處于梗阻狀態(tài)時,腸粘膜屏障功能受損,腸道細菌移位,Kupffer細胞吞噬和清除能力降低,導致內(nèi)毒素又名脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)大量產(chǎn)生.在關(guān)于膽汁酸對NLRP3炎性小體的相關(guān)研究[12]中表明,與野生型小鼠相比,經(jīng)過LPS處理的Gpbar1+/+和NLRP3+/+的小鼠,使用Gpbar1激動劑INT-777后顯著降低了小鼠血清的IL-1β和IL-18,而對Gpbar1-/-和NLRP3-/-小鼠幾乎無作用,說明BA可通過Gpbar1信號減輕全身炎癥反應并促進NLRP3的磷酸化和泛素化.該實驗證明了膽汁酸通過Gpbar1-cAMP-PKA信號軸抑制NLRP3炎性體的活化,減輕炎癥反應.Kawamata等[13]的研究也發(fā)現(xiàn),膽汁酸可由Gpbar1介導增加cAMP產(chǎn)量,從而抑制巨噬細胞的功能和LPS刺激的細胞因子的產(chǎn)生.此外,Gpbar1還是核因子κB(nuclear factor-kappaB,NF-κB)介導的炎癥的負調(diào)節(jié)劑.Gpbar1的激活可抑制IκBα的磷酸化、p65的易位、NF-κB DNA結(jié)合活性及其轉(zhuǎn)錄活性[14].也有研究顯示,Gpbar1通過JNK依賴性途徑介導了BA誘導的小鼠Kupffer細胞中炎性細胞因子表達改變[15].

Gpbar1可能通過cAMP-PKA、NF-κB與JNK信號轉(zhuǎn)導通路,參與OJ生理病理中的炎癥調(diào)節(jié)反應,抑制細胞因子的過量產(chǎn)生,從而減輕肝損傷[16].

2 Gpbar1調(diào)節(jié)OJ膽管上皮屏障功能,介導膽管細胞的增殖與抗凋亡的作用

Gpbar1在肝臟細胞中表達很低,但是在膽管細胞中高度富集[17].其分別在膽管細胞的纖毛、質(zhì)膜、細胞內(nèi)空間、囊泡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等亞細胞定位中被檢測到,具有控制氯化物分泌、膽管細胞增殖與膽囊充盈的作用.這就決定了膽管細胞對膽汁酸受體Gpbar1介導的信號通路具有功能性反應[18].在膽總管結(jié)扎小鼠模型中,Gpbar1通過調(diào)節(jié)膽管細胞旁通透性,保護肝實質(zhì)免受膽汁對膽管上皮的滲透,以此來減輕膽汁淤積對肝實質(zhì)細胞的損傷[19].Merlen等[20]分別通過體內(nèi)和體外研究表明:BA通過Gpbar1介導的信號途徑影響結(jié)合粘附分子A(junctional adhesion molecule A,JAMA-A)的表達和磷酸化,保護肝臟免受實驗性OJ造成的膽汁的滲漏.這說明JAMA-A是Gpbar1依賴的BA信號通路的下游效應因子,Gpbar1通過靶向調(diào)控膽管細胞的緊密連接的表達,調(diào)節(jié)膽管上皮的屏障功能.

膽管細胞增殖是OJ發(fā)生時的一個重要標志.Reich等[21]的研究顯示:BA喂養(yǎng)對野生型小鼠的膽管細胞增殖有誘導作用,而對Gpbar1-/-小鼠(Gpbar1敲除小鼠)無誘導作用.在結(jié)扎膽總管后,與Gpbar1-/-小鼠相比,野生型小鼠的膽管細胞具有更明顯的增殖反應.這可能與Gpbar1介導cAMP水平升高和蛋白激酶A-Src-MEKERK1/2信號級聯(lián)激活有關(guān)[21].而?；鞘懰岷团；悄懰嶙鳛橛行У腉pbar1激動劑,均可促進膽管細胞的增殖[22].進一步證明了Gpbar1是BA誘導的體內(nèi)和體外膽管細胞增殖的重要介質(zhì).這些機制可以在膽汁淤積條件下保護膽管細胞免受BA毒性的影響.

此外,Gpbar1還具有控制膽囊平滑肌收縮和膽囊充盈的功能.當膽囊平滑肌功能障礙,膽囊擴張,膽汁淤積,導致了膽結(jié)石的形成與發(fā)展,而膽結(jié)石可加重膽道的梗阻狀態(tài),進一步加劇OJ的發(fā)展.疏水性膽鹽可激活膽囊平滑肌上的Gpbar1,從而激活cAMP/PKA通路,打開K(ATP)通道,使膜發(fā)生超極化,從而降低膽囊平滑肌的活性[23].李婷婷等[24]的實驗表明:Gpbar1-/-小鼠與野生型小鼠相比,膽汁流動減少; 而在靜脈、腹腔或口服Gpbar1激動劑INT-777時,膽汁流量明顯增加.這在一定程度上也說明了Gpbar1還發(fā)揮著調(diào)節(jié)膽汁分泌的作用.

3 Gpbar1抑制線粒體氧化應激,減輕OJ腎臟損傷

腎臟損傷是OJ的主要并發(fā)癥,嚴重者可引起腎功能衰竭和慢性腎病.張洋等[25]的實驗結(jié)果證實:大鼠在膽總管結(jié)扎14 d后會導致腎臟損傷的發(fā)生,Gpbar1在腎臟的表達明顯減少.說明膽汁酸受體Gpbar1 在OJ大鼠腎臟中的表達變化與OJ導致的腎臟損傷程度呈負相關(guān)[25].近年來,線粒體的損傷與功能障礙被認為急性腎損傷發(fā)病機制的中心環(huán)節(jié),可引起腎臟細胞的損傷、凋亡甚至壞死.Yang等[26]的研究結(jié)果顯示:Gpbar1可明顯減輕線粒體的氧化應激,減輕腎臟的炎癥和纖維化.當使用中藥茵陳蒿湯與清熱利膽湯進行干預后,促進了Gpbar1在OJ大鼠中的表達,抑制了腎臟線粒體氧化應激,減弱了腎臟的損傷程度[27].總之,從膽汁酸受體Gpbar1角度出發(fā),可為OJ腎損傷的治療和預防提供潛在的治療策略與靶點.

4 Gpbar1減輕OJ腸粘膜屏障損傷,調(diào)節(jié)腸道菌群變化

OJ發(fā)生時,腸腔內(nèi)膽汁減少或消失.腸粘膜屏障受損,腸通透性增強,腸內(nèi)細菌和內(nèi)毒素轉(zhuǎn)位進入血液,引起嚴重的細菌血癥和內(nèi)毒素血癥.這是導致OJ的主要死亡原因.這與腸上皮細胞增殖受損、凋亡增加、氧化應激增強和緊密連接損傷密切相關(guān).體內(nèi)研究表明,與野生型大鼠相比,Gpbar1-/-大鼠在腸內(nèi)皮中緊密連接蛋白封閉蛋白的表達降低,ZO-1的定位發(fā)生改變,從而導致腸道通透性增加,腸屏障功能受損[28].而腸上皮細胞在?；悄懰猁}(Gpbar1激動劑)的生理濃度下生長的腸上皮細胞在體外表現(xiàn)出增加的增殖活性[29].Ji等[30]的研究進一步證實了這一點.通過建立膽管結(jié)扎(bile duct ligation,BDL)大鼠動物模型和LPS誘導的細胞模型,并使用鵝去氧膽酸(chenodeoxycholic acid,CDCA)喂養(yǎng),CDCA可減輕BDL大鼠的腸道損傷,上調(diào)Gpbar1在BDL大鼠的表達,減弱LPS誘導的增殖抑制,而當Gpbar1缺失時則相反.這一發(fā)現(xiàn)說明CDCA可通過上調(diào)OJ中Gpbar1的表達來促進腸上皮細胞增殖并減少粘膜損傷.因此,腸腔中膽汁的存在有利于正常的腸道粘膜屏障功能.Gpbar1作為膽汁酸的膜受體,可促進腸道細胞的增殖,在OJ引起的腸粘膜損傷的恢復中起作用,可將其作為新的治療靶點.

很多研究證實腸道菌群平衡在OJ的重要作用.當膽道處于梗阻狀態(tài),膽汁無法進入腸道,腸道致病菌繁殖,菌群失調(diào),腸粘膜屏障功能受損,繼而引發(fā)多種生理功能障礙.相關(guān)研究已證明,通過腸內(nèi)輸送的膽汁酸對腸道菌群進行外源調(diào)節(jié)后,肝臟和腸道病理學會有所改善.當使用牛黃去氧膽酸治療BDL大鼠發(fā)生的細菌移位,有利于保護腸粘膜的完整性.說明膽汁酸對腸道菌群具有抗菌和調(diào)節(jié)作用[31].Jain等[32]的研究顯示:齊墩果酸(Gpbar1激動劑)可通過調(diào)節(jié)腸道Gpbar1受體并調(diào)節(jié)腸道生物的多樣性.Cipriani等[28]通過的研究也進一步證明了Gpbar1通過調(diào)節(jié)宿主的免疫系統(tǒng),以此來改變腸道菌群的結(jié)構(gòu).總之,通過靶向調(diào)節(jié)Gpbar1信號,調(diào)節(jié)腸道微生物群的穩(wěn)態(tài),為糾正OJ時的腸道病理損傷提供了新的思路.

5 Gpbar1調(diào)節(jié)OJ引起的瘙癢和感覺功能障礙

部分OJ病人還伴有瘙癢和痛覺改變的臨床表現(xiàn),一般認為是膽汁中的膽汁酸的濃度過高進入循環(huán)和組織造成的.研究發(fā)現(xiàn),Gpbar1介導了BA誘導瘙癢和痛覺缺失.Gpbar1由傳遞瘙癢和疼痛的感覺神經(jīng)元表達,它通過增強神經(jīng)元興奮性,刺激背部神經(jīng)節(jié)和脊髓的肽能神經(jīng)元釋放胃泌素釋放肽和亮氨酸腦啡肽,癢和疼痛的調(diào)節(jié)劑.在Gpbar1功能喪失的小鼠中,BA誘導的瘙癢和鎮(zhèn)痛反應減弱或缺失,而在Gpbar1功能恢復的小鼠中,抓癢反應加劇[33,34].因此,BA可激活感覺神經(jīng)上的Gpbar1,從而刺激脊髓中傳遞癢和痛覺缺失的神經(jīng)肽釋放.進一步的研究[35]發(fā)現(xiàn),Gpbar1與瞬間受體電位離子通道蛋白1(transient receptor potential ankyrin 1,TRPA1)在皮膚的初級傳入神經(jīng)元群體中共表達,Gpbar1可通過Gβγ和蛋白激酶C介導的機制激活HEK293細胞中的TRPA1,TRPA1對于BA誘發(fā)脊髓中的致敏神經(jīng)肽釋放,激活脊髓神經(jīng)元和抓撓行為是必需的.該研究[36]還報道了,在膽汁淤積小鼠模型中,當膽汁酸與Gpbar1結(jié)合,其以阿片樣物質(zhì)依賴性的方式引起由Gpbar1受體介導的抓撓行為.這可能是Gpbar1介導的瘙癢行為的又一潛在機制.此外,Robering等[37]的研究還表明,Gpbar1和溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)受體的雙重表達可能允許膽汁鹽調(diào)節(jié)LPA反應.LPA水平及其形成酶自分泌運動蛋白水平升高,與瘙癢嚴重程度和治療反應相關(guān).它可激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞,調(diào)節(jié)神經(jīng)元反應性和瘙癢和疼痛等感覺.為了進一步減輕這種臨床表現(xiàn),Hussain等[38]還通過使用紫外線光療的方法,增加膽鹽的尿排泄水平,改變膽鹽的分布,降低總血清膽鹽水平,減少對Gpbar1的活化,從而減少瘙癢癥狀.這些研究成果均揭示了Gpbar1在介導小鼠BA誘導的瘙癢和感覺功能障礙中的新作用.

6 Gpbar1調(diào)節(jié)OJ時的心血管功能

近年來,BA對心血管功能的調(diào)節(jié)作用已被相關(guān)學者報道.BA可通過調(diào)節(jié)竇房和心室心肌細胞的通道電導和鈣動力學來降低心率,并通過內(nèi)皮依賴性和非依賴性機制調(diào)節(jié)血管緊張度.一般認為,當OJ發(fā)生時,血清BA升高,改變了血管動力學,這是導致心血管疾病發(fā)展的又一原因.在妊娠肝內(nèi)膽汁淤積癥中,BA引起的心律不齊引起了胎兒發(fā)病和子宮內(nèi)猝亡.當使用膽汁酸牛黃膽酸鹽刺激大鼠心肌細胞后,可以急劇改變心肌細胞收縮的速率和節(jié)律并引起異常的單個細胞Ca2+動態(tài)的變化[39].最近的研究[40]顯示,心肌細胞特異性Gpbar1缺失的小鼠在橫斷主動脈縮窄后損害了運動耐力,并增加了死亡率和收縮衰竭.此外,BA對Gpbar1的激活還參與了心肌細胞中從脂肪酸到葡萄糖氧化的新陳代謝轉(zhuǎn)換[41].Ibrahim等[42]的研究結(jié)果顯示:雖然升高的未結(jié)合膽汁酸濃度會導致Gpbar1介導的cAMP在心肌細胞中釋放,但這與收縮速率的改變無關(guān).因此,Gpbar1可能參與膽汁淤積狀態(tài)下在心肌細胞的表達與調(diào)控,但是其確切機制尚待進一步研究.

7 結(jié)論

Gpbar1作為重要的膽汁酸膜受體,廣泛表達于全身各個組織與器官中,具有重要作用與意義.近年來,關(guān)于Gpbar1在OJ中的研究逐漸增多,其在OJ發(fā)病過程中不同組織與器官中的表達,引起相應的生理病理變化.Gpbar1通過對各種初級與次級膽汁酸的應答,介導不同的信號轉(zhuǎn)導通路,從而在OJ的發(fā)病過程中發(fā)揮著不同的生理功能.在肝巨噬細胞中,它具有抗炎作用,導致趨化因子和細胞因子表達減少,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的作用; 在膽道與膽囊中,它通過調(diào)節(jié)膽道上皮的屏障功能,促進膽管細胞的增殖與抗凋亡的作用,并具有調(diào)節(jié)控制膽囊平滑肌的收縮與膽囊的充盈功能; 在腎臟中,它通過抑制線粒體氧化應激,減輕腎臟損傷并發(fā)癥的發(fā)生; 在腸道中,具有調(diào)節(jié)腸粘膜屏障和腸道菌群的功能,減輕腸道病理性損傷; 此外,其還同誘發(fā)瘙癢、調(diào)節(jié)感覺功能障礙等有關(guān).總之,Gpbar1在OJ發(fā)病機制和病理改變中發(fā)揮重要作用,深入研究其調(diào)控機制,有望為疾病的治療提供新靶點.