膽汁酸受體在胃腸道炎癥和腫瘤發(fā)生中的作用

徐靜嫻 陸倫根 周 慧

上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院消化科(200080)

人體中最常見(jiàn)的膽汁酸包括初級(jí)膽汁酸、膽酸(cholic acid, CA)和鵝脫氧膽酸(chenodeoxycholic acid, CDCA)及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)膽汁酸、脫氧膽酸(deoxycholic acid, DCA)和石膽酸(lithocholic acid, LCA)，除此以外還有少量CDCA的7β差向異構(gòu)體熊脫氧膽酸(ursodeoxycholic acid, UDCA)[1]。膽汁酸由于疏水性會(huì)攻擊細(xì)胞膜，因此常被當(dāng)作損害組織、促進(jìn)炎癥的一類分子。

近來(lái)發(fā)現(xiàn)，膽汁酸可通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)復(fù)雜的生理病理過(guò)程。膽汁酸受體主要包含G蛋白偶聯(lián)受體5(G protein-coupled receptor 5, TGR5)、法尼酯X受體(farnesoid X receptor, FXR)以及孕烷X受體(pregnane X receptor, PXR)、組成型雄甾烷受體(constitutive androstane receptor, CAR)、維生素D受體(vitamin D receptor, VDR)，具有調(diào)節(jié)膽汁酸代謝、葡萄糖利用、脂肪酸的合成和氧化、能量穩(wěn)態(tài)平衡、免疫細(xì)胞功能、神經(jīng)活動(dòng)等功能[2-3]。本文就TGR5和FXR在胃腸道炎癥和腫瘤發(fā)生中的作用作一綜述。

一、TGR5與炎癥和免疫調(diào)控

1. TGR5簡(jiǎn)介：TGR5是包含有7個(gè)跨膜區(qū)域的膜受體[4]。人類和嚙齒動(dòng)物組織中幾乎均存在TGR5 mRNA表達(dá)，尤以膽囊、回腸和結(jié)腸中高表達(dá)。LCA對(duì)TGR5激動(dòng)的效能最強(qiáng)，其余依次為DCA、CDCA、CA[4]。TGR5的激活可觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)的升高或表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal factor growth receptor, EGFR)-肉瘤(sarcoma, SRC)激酶的活化，從而影響細(xì)胞的生理狀態(tài)[5-6]。

2. TGR5對(duì)胃的抗炎作用：Guo等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，TGR5缺失小鼠對(duì)脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導(dǎo)的胃黏膜炎癥更易感，以TGR5配體處理的過(guò)表達(dá)模型可抑制LPS誘導(dǎo)的干擾素誘導(dǎo)蛋白10、TNF-α和趨化蛋白1的表達(dá)，明顯抑制NF-κB通路。Guo等[8]的研究結(jié)果顯示，通過(guò)激活TGR5-cAMP-蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)軸，TGR5可抑制巨噬細(xì)胞中NLRP3炎性小體的活化，從而抑制炎癥反應(yīng)。

3. TGR5對(duì)腸道抗炎與促炎的作用：腸道TGR5對(duì)炎癥的作用以抑制性研究結(jié)果居多。炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是由針對(duì)腸腔抗原的過(guò)度免疫反應(yīng)引起的。Garibay等[9]發(fā)現(xiàn)，TGR5缺失可加劇DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠腸道炎癥。研究顯示，潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)患者結(jié)腸黏膜中TGR5表達(dá)與對(duì)照組之間無(wú)明顯差異[10]。但新近的一項(xiàng)研究[11]顯示，UC兒童患者病變結(jié)腸黏膜中TGR5表達(dá)顯著升高，且集中于固有層吞噬細(xì)胞中。Yoneno等[12]對(duì)克羅恩病(CD)患者腸道分離的巨噬細(xì)胞進(jìn)行TGR5特異性激活，可顯著抑制巨噬細(xì)胞中TNF-α的產(chǎn)生，表明在IBD中TGR5信號(hào)途徑可能發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。

TGR5在單核巨噬細(xì)胞中表達(dá)豐富，腸道巨噬細(xì)胞作為細(xì)胞因子的主要來(lái)源，在免疫穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要的作用。巨噬細(xì)胞的極化通常分為兩種類型，促進(jìn)炎癥的M1型和抑制炎癥的M2型。不同于單一地誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向其中一種表型活化，膽汁酸激活的TGR5可誘導(dǎo)“混合表型”巨噬細(xì)胞，其中IL-10/IL-12比例升高說(shuō)明免疫抑制性M2表型占主導(dǎo)地位[13]。TGR5特異性激活可減少THP1細(xì)胞中IL-6、IL-1β和TNF-α等促炎因子的產(chǎn)生[14]，且TGR5激活對(duì)腸道巨噬細(xì)胞中炎癥細(xì)胞因子分泌的抑制作用呈劑量依賴性[15]。從機(jī)制而言，在膽汁酸作用下，TGR5可激活cAMP和EGFR-SRC激酶這兩條通路[16]。一方面，膽汁酸激活的TGR5介導(dǎo)了cAMP活化，進(jìn)一步激活PKA，使cAMP效應(yīng)結(jié)合元件的表達(dá)和活性上調(diào)，通過(guò)一系列步驟最終抑制NF-κB向細(xì)胞核內(nèi)移位，同時(shí)cAMP效應(yīng)結(jié)合元件活化后抗炎因子IL-10表達(dá)明顯升高[17]；另一方面，在M1型巨噬細(xì)胞中，TGR5依賴的EGFR反式激活SRC激酶活化，通過(guò)下游蛋白激酶C導(dǎo)致NF-κB的激活，促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α表達(dá)增加[13]?？傊?，膽汁酸-TGR5信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可調(diào)控腸道促炎與抗炎細(xì)胞因子之間的復(fù)雜平衡。

4. TGR5與腫瘤：TGR5在胃腸道癌變中的作用仍有待探索。免疫組化染色結(jié)果顯示，TGR5在大多數(shù)腸型胃腺癌中過(guò)表達(dá)，進(jìn)一步在離體胃癌細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)，TGR5介導(dǎo)了膽汁酸誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖活性升高[18]。該作用可能通過(guò)抑制STAT3通路而實(shí)現(xiàn)的[19]。目前認(rèn)為膽管中TGR5有至關(guān)重要的促細(xì)胞增殖作用，通過(guò)與伴侶蛋白mortalin的相互作用促進(jìn)了膽管癌的發(fā)生[20]。

二、FXR與胃腸道免疫

1. FXR概述：1995年Forman等[21]對(duì)大鼠肝臟cDNA的研究首次發(fā)現(xiàn)了一種具有膽汁酸配體活性的核受體超家族成員FXR。FXR主要存在于在腸道、肝臟、腎臟等，尤其以回腸、結(jié)腸和肝臟中的表達(dá)較高，參與人體大量生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)。除調(diào)節(jié)膽汁酸代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)外，F(xiàn)XR在調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖穩(wěn)態(tài)、炎癥反應(yīng)、屏障功能等方面亦起有關(guān)鍵作用。

膽汁酸各成分可根據(jù)與FXR體外結(jié)合的親和力進(jìn)行分類，其中CDCA對(duì)FXR的激動(dòng)效力最高，其次為CA、DCA和LCA[22]。與各自的天然形式相比，CDCA、DCA和LCA的糖基與?；腔Y(jié)合形式是更有效的激動(dòng)劑。在合成的FXR激動(dòng)劑中，GW4064能以高親和力選擇性激動(dòng)FXR，廣泛用于實(shí)驗(yàn)研究中。

2. FXR可促進(jìn)小腸黏膜的防御作用：膽汁酸依賴的FXR激活能通過(guò)誘導(dǎo)多種腸道黏膜防御相關(guān)基因的表達(dá)，來(lái)維持黏膜屏障的完整性[23]。膽汁淤積小鼠腸道中存在膽汁酸缺乏的現(xiàn)象，導(dǎo)致小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，而給予FXR特異性激動(dòng)劑GW4064后，回腸中細(xì)菌尤其是需氧菌顯著減少，回腸組織的閉合蛋白(緊密連接組成部分)明顯升高[24]；在腸上皮細(xì)胞的體外單層培養(yǎng)中，激動(dòng)FXR同樣抑制了腸上皮屏障通透性升高[25]。上述研究結(jié)果均說(shuō)明腸黏膜FXR表達(dá)有助于維持腸道屏障功能和防止腸道細(xì)菌移位。特異性干預(yù)膽汁酸受體FXR可能會(huì)改善感染性疾病、阻塞性膽汁淤積、缺血再灌注損傷后腸道屏障受損伴細(xì)菌移位的臨床病程。

3. FXR與胃上皮腸化生：膽汁反流會(huì)促進(jìn)炎癥并增加胃食管癌的風(fēng)險(xiǎn)，但FXR在上述疾病中的研究目前并不多見(jiàn)。Lian等[26]發(fā)現(xiàn)正常胃組織和胃癌組織中均可見(jiàn)FXR表達(dá)，可增強(qiáng)人類和鼠類胃上皮細(xì)胞對(duì)炎癥介導(dǎo)的損傷抵抗力，F(xiàn)XR缺失小鼠對(duì)吲哚美辛誘導(dǎo)胃潰瘍的易感性高于野生型小鼠，說(shuō)明FXR對(duì)胃上皮細(xì)胞具有抗凋亡作用；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，膽汁酸對(duì)FXR的激動(dòng)促進(jìn)了胃上皮細(xì)胞的腸化生。

4. FXR與結(jié)腸炎和結(jié)直腸癌：IBD患者和嚙齒類動(dòng)物結(jié)腸炎模型中，結(jié)腸組織FXR mRNA表達(dá)均明顯降低[27]。FXR激動(dòng)劑GW4064作用于回結(jié)腸炎小鼠模型后，可使腸壁間巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)明顯減少，促炎因子TNF-α、IL-1α和IL-6表達(dá)降低，同時(shí)小鼠回結(jié)腸炎明顯減輕[28]。離體研究證實(shí)FXR特異性激動(dòng)劑并不改變Caco-2和HT29結(jié)腸癌細(xì)胞株靜態(tài)下的NF-κB活性，而與TNF-α共處理后，F(xiàn)XR可抑制TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB活化，導(dǎo)致IL-1β分泌減少[25]。

富含脂肪的飲食方式與結(jié)腸癌發(fā)病率呈正相關(guān)。研究表明，接受高脂肪的西方化飲食的人群中糞便次級(jí)膽汁酸增多，結(jié)腸癌患者糞便中亦可見(jiàn)次級(jí)膽汁酸富集，兩者均以DCA和LCA水平升高最明顯[29]。升高的次級(jí)膽汁酸可通過(guò)多種機(jī)制，如DNA氧化損傷、NF-κB激活導(dǎo)致炎癥和促進(jìn)細(xì)胞增殖，對(duì)結(jié)腸上皮的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生不良影響。因此，膽汁酸被認(rèn)為是結(jié)直腸癌發(fā)展的促進(jìn)因子。目前證據(jù)表明激活膽汁酸受體FXR在調(diào)節(jié)腸道腫瘤中起有重要作用，F(xiàn)XR可將膽汁酸濃度維持在生理范圍內(nèi)，從而防止其誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用[30]。此外，F(xiàn)XR還通過(guò)控制炎癥和細(xì)胞增殖的途徑來(lái)防止結(jié)直腸癌的發(fā)生[31]。

結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤患者結(jié)腸黏膜中FXR表達(dá)降低[32]，與腫瘤進(jìn)展呈負(fù)相關(guān)[33]。Qiao等[34]的研究證實(shí)，F(xiàn)XR通過(guò)miR-135A1/細(xì)胞周期蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路阻滯結(jié)直腸癌細(xì)胞周期，從而抑制其增殖。FXR可調(diào)控腸癌干細(xì)胞的增殖，選擇性激活腸道FXR可限制Lgr5+細(xì)胞異常生長(zhǎng)并縮短結(jié)直腸癌進(jìn)程[31]。

腸上皮的更替來(lái)自于隱窩處腸干細(xì)胞的自我更新和不斷分化，腸道干細(xì)胞高度分裂伴隨著DNA復(fù)制錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)增加，與結(jié)直腸癌的發(fā)生有關(guān)[35]。研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食導(dǎo)致結(jié)腸隱窩結(jié)構(gòu)破壞，使Lgr5+干細(xì)胞暴露于游離脂肪酸和膽汁酸中，引起DNA損傷并增加其分裂時(shí)惡變的可能，F(xiàn)XR缺失通過(guò)這種“自下而上”的模式促進(jìn)了結(jié)直腸癌的發(fā)展[31]。由此可見(jiàn)，F(xiàn)XR有望成為臨床治療結(jié)直腸癌的新靶點(diǎn)。

三、其他膽汁酸受體與胃腸道免疫

膽汁酸還可通過(guò)PXR、CAR或VDR發(fā)揮作用。FXR、PXR和CAR在維持膽汁酸中發(fā)揮重要作用，三者以互補(bǔ)的方式防止膽汁酸損害[36]，PXR還在一定程度上受到FXR的調(diào)控[37]。CD患者中FXR和PXR的激活均有減弱[27]。類似于FXR的作用，PXR的激活同樣可限制腸道黏膜中NF-κB的活性[38]。VDR通過(guò)上調(diào)沉默信息調(diào)節(jié)因子1的表達(dá)減輕細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)腸屏障功能損傷具有顯著保護(hù)作用[39]。

四、總結(jié)

膽汁酸的兩種主要受體TGR5和FXR除影響單核巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的功能狀態(tài)，還可直接作用于消化道上皮細(xì)胞。兩者的激活顯示了對(duì)胃腸道炎癥調(diào)節(jié)的復(fù)雜作用，以抑炎作用為主。但兩者對(duì)細(xì)胞增殖和腫瘤生長(zhǎng)的作用不一致，相對(duì)于FXR的腫瘤抑制作用，TGR5因促進(jìn)細(xì)胞增殖而具有潛在促腫瘤生長(zhǎng)的可能。明確兩者的作用可為臨床治療胃腸道炎癥和腫瘤提供新的思路。