膽汁酸代謝在肝硬化并發(fā)癥中的研究進展

張雪梅，李俊峰*，毛小榮

(蘭州大學(xué) 1.第一臨床醫(yī)學(xué)院；2.第一醫(yī)院 感染科， 甘肅 蘭州 730000)

肝硬化(liver cirrhosis)是由各種因素導(dǎo)致的終末期纖維化疾病，引起門靜脈高壓和肝功能減退，進而出現(xiàn)肝性腦病、腹膜炎、原發(fā)性肝癌、電解質(zhì)紊亂和酸堿失衡等并發(fā)癥。膽汁酸代謝參與肝硬化并發(fā)癥發(fā)生、發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。膽汁酸在腦內(nèi)的積累、膽汁酸與腸道微生物的相互作用及膽汁酸受體法尼類X受體、鞘氨醇-1-磷酸受體2的激活，可引起與肝性腦病(hepatic encephalopaphy,HE)相關(guān)的神經(jīng)功能下降，加重腦組織損傷。

1 膽汁酸代謝與肝性腦病(HE)

膽汁酸作為重要的信號分子，通過3種核受體[法尼類X受體(farnesoid X receptor, FXR)，孕烷X受體，維生素D受體 ]、2種膜受體[(Takeda G-protein-coupled receptor sabtype 5, TGR 5)、鞘氨醇-1-磷酸受體(sphingosine-1-phosphate receptor， S1PR)]調(diào)節(jié)膽汁酸代謝、脂質(zhì)代謝、葡萄糖穩(wěn)態(tài)和炎性反應(yīng)[1-5]，還可激活轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)和信號級聯(lián)， 控制與肝臟代謝、能量消耗有關(guān)基因的表達和活性[6]。

肝性腦病(HE)是由急、慢性肝功能嚴(yán)重障礙或各種門靜脈-體循環(huán)分流異常所致的神經(jīng)精神異常綜合癥。疏水性膽汁酸如鵝去氧膽酸、脫氧膽酸、石膽酸與肝細胞中的活性氧和氧化應(yīng)激有關(guān)，故疏水性膽汁酸及其綴合物如鵝去氧膽酸的甘氨酸結(jié)合物的積累可導(dǎo)致肝細胞損傷，并跨越血腦屏障，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成損害[7]。通過對HE患者腦脊液進行代謝產(chǎn)物分析，發(fā)現(xiàn)谷氨酸、谷氨酰胺、芳香氨基酸、蛋氨酸和膽汁酸通過參與神經(jīng)傳遞、影響血腦屏障、調(diào)節(jié)能量代謝參與了HE的發(fā)生，還發(fā)現(xiàn)HE患者腦脊液中三羧酸循環(huán)的活性降低，引起膽汁酸在腦脊液中蓄積[8]，進一步加重HE的進程。

腸-肝-腦軸是肝性腦病的另一個關(guān)鍵因素，受腸道微生物的調(diào)控，表現(xiàn)為腸道微生物群(gut microbiota)的改變和生物功能的失調(diào)[9-11]。腸道固有菌群即動物處于健康狀態(tài)時，腸道內(nèi)存在的微生物或微生物層，其產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可以減少結(jié)腸炎性反應(yīng)，滋養(yǎng)結(jié)腸肌細胞，與病原體競爭細菌作為營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生抗菌肽，改善腸屏障[12]。隨著肝硬化的進展，腸道內(nèi)固有菌群相對減少[13]，而它們的缺乏可能是由于肝硬化嚴(yán)重程度惡化導(dǎo)致的膽汁酸總量減少所致[12]，同時，腸道菌群也可通過將腸道膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級和非共軛形式來介導(dǎo)膽汁酸代謝[14]。肝硬化失調(diào)率：即固有與非固有菌群(潛在致病性)的比率，是反映腸道失調(diào)的有效指標(biāo)，其比值的降低與腸道通透性的增加有關(guān)[13]。

FXR作為研究最廣泛的調(diào)節(jié)參與膽汁酸穩(wěn)態(tài)的基因，具有維持不同腦區(qū)多個神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)神經(jīng)行為的作用，血清中的膽汁酸可以進入大腦，并通過激活FXR引起與HE相關(guān)的神經(jīng)功能下降[15-16]。

另外，膽汁酸介導(dǎo)的S1PR2信號與HE中神經(jīng)功能減退、小膠質(zhì)細胞活化及隨后發(fā)生的神經(jīng)炎性反應(yīng)有關(guān)。在氧化偶氮甲烷誘導(dǎo)的肝衰竭的模型中，將S1PR2抑制劑JTE-013注入小鼠大腦側(cè)腦室，結(jié)果提示JTE-013通過對大腦的直接保護作用減輕了S1PR2信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)的神經(jīng)功能減退。原代神經(jīng)元通過S1PR2介導(dǎo)的機制增加趨化因子配體2的表達，激活小膠質(zhì)細胞，產(chǎn)生促炎細胞因子和促進氧化應(yīng)激的因子[17]。因此，降低膽汁酸水平或拮抗S1PR2活性可能是治療HE的潛在治療方式。同樣的氧化偶氮甲烷誘導(dǎo)的急性肝衰竭小鼠模型中，對頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運體的表達、膽汁酸譜和氨濃度進行檢測，發(fā)現(xiàn)頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運體的激活可以促進膽汁酸的腸道再吸收，增加血和腦中膽汁酸和氨的濃度，進而導(dǎo)致腦組織損傷[15]。

2 膽汁酸代謝與門靜脈高壓

肝硬化失代償意味著預(yù)期壽命的顯著下降，門脈高壓是肝硬化失代償?shù)闹饕獩Q定因素[18]。門脈高壓由多種分子機制維持，包括竇內(nèi)皮細胞的低反應(yīng)性，肝星狀細胞的激活，血管收縮素(內(nèi)皮素-1)活性增加，內(nèi)臟及全身循環(huán)中肝內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthetase，eNOS)活性降低及NO生成增加[4,19]。膽汁酸代謝通過調(diào)節(jié)eNOS的活性，抑制肝星狀細胞的收縮及對血管內(nèi)皮細胞的直接作用，參與了門靜脈高壓的發(fā)生、發(fā)展的過程(圖1)。

竇內(nèi)皮細胞最顯著的特點是針對肝內(nèi)阻力的變化釋放NO，從而調(diào)節(jié)竇內(nèi)血流和血管張力，在肝硬化中，這種動態(tài)肝臟微循環(huán)受到損害[19]，導(dǎo)致門靜脈高壓。血清中的膽汁酸也可直接作用于血管，松弛平滑肌細胞誘導(dǎo)內(nèi)臟血管擴張，參與門脈高壓的形成[7]。

FXR激動劑在實驗?zāi)Ｐ椭酗@示出強大的抗纖維化活性和降低門脈高壓的作用，在部分門靜脈結(jié)扎誘導(dǎo)的非肝硬化和四氯化碳(carbon tetrachloride，CCL4)誘導(dǎo)的肝硬化門靜脈高壓模型中，采用PX 20606(FXR受體激動劑)灌胃，發(fā)現(xiàn)PX 20606可以抑制病理性血管生成、肝竇和組織重塑，改善肝內(nèi)和肝前門脈高壓，并在CCL4大鼠中發(fā)揮抗纖維化作用[4]。肝竇內(nèi)皮細胞被認為是FXR激動劑的靶點[19]。FXR還通過上調(diào)eNOS的表達、參與炎性反應(yīng)影響血管一氧化氮的信號傳導(dǎo)[4]。不對稱二甲基精氨酸是一種eNOS抑制劑，在肝硬化中升高并與門脈高壓的嚴(yán)重程度相關(guān)，但不會對平均動脈壓產(chǎn)生有害影響，F(xiàn)XR激動劑可以增加二甲基精氨酸代謝關(guān)鍵酶二甲基精氨酸二甲氨基水解酶-1的表達，從而降低門靜脈壓力[20]。FXR的激活還可以抑制肝星狀細胞的活化、減少膠原的沉積，激活的肝星狀細胞主要通過自身收縮和分泌細胞外基質(zhì)促進肝內(nèi)靜脈壓力的增加[21]。進一步證明了FXR在門靜脈高壓中的重要作用。

CSE.胱硫醚裂解酶; CBS.胱硫醚合酶調(diào)解產(chǎn)生硫化氫的酶; DDAH-1.二甲基精氨酸二甲氨基水解酶-1圖1 膽汁酸代謝參與門靜脈高壓的過程Fig 1 Bile acid metabolism involved in the process of portal hypertension

TGR5可以減輕巨噬細胞的促炎反應(yīng)，抑制NLRP3炎性細胞的活化，“膽汁酸-TGR5-cAMP途徑”參與調(diào)節(jié)竇內(nèi)皮細胞中的eNOS活性并控制eNOS介導(dǎo)的NO釋放[13]。進一步鞏固了膽汁酸代謝和竇內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定之間的關(guān)系。

近年來，G蛋白偶聯(lián)的膽汁酸受體1(G protein coupled bile acid receptor 1， GPBAR1)被認為是通過膽汁酸誘導(dǎo)外周血管舒張的中心途徑。GPBAR1是一種次級膽汁酸的G蛋白偶聯(lián)受體，在庫普弗細胞和竇內(nèi)皮細胞中表達并在肝星狀細胞中激活，導(dǎo)致NO的產(chǎn)生增加并減少內(nèi)皮素-1的生成，從而減輕了體內(nèi)血管舒張劑和血管收縮劑之間的不平衡[19]。GPBAR1還參與調(diào)節(jié)產(chǎn)生硫化氫(hydrogen sulfide， H2S)的酶的活性[22]，硫轉(zhuǎn)運途徑的障礙導(dǎo)致同型半胱氨酸的積累，而同型半胱氨酸的積累和H2S的產(chǎn)生缺陷均會引起血管內(nèi)皮功能的損害[19]。另外，GPBAR1激動劑還能防止蛋氨酸喂養(yǎng)小鼠所致肝內(nèi)皮損傷模型中門脈高壓癥的發(fā)展[22]。以上發(fā)現(xiàn)使GPBAR1成為治療門靜脈高壓癥的一個有前途的靶點。

鞘氨醇-1-磷酸受體2(S1PR2)是一種新的調(diào)節(jié)人成纖維細胞收縮性的調(diào)節(jié)因子，通過啟動鈣依賴性和鈣致敏途徑的轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)肝星狀細胞的收縮， S1PR2基因的敲除可保護小鼠免受肝纖維化和相關(guān)門脈高壓的影響[21]。

3 膽汁酸代謝與腹膜炎

自發(fā)性細菌性腹膜炎常見于失代償期肝硬化患者中，可引起肝功能進一步惡化、多器官功能衰竭和膿毒血癥，預(yù)后差[23]。肝硬化患者病理性細菌異位的發(fā)生與小腸細菌過度增值、腸道通透性增加和缺乏宿主防御機制有關(guān)，是腸外細菌感染的原因之一，也是腸道衍生產(chǎn)物促進炎性反應(yīng)增強的原因之一[24]。腸桿菌科是肝硬化患者最常見的易位菌之一，革蘭陰性桿菌比例增高，可引起腹膜炎[25]。膽汁酸對微生物群和腸屏障功能的影響主要通過轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用，F(xiàn)XR活化可影響上皮細胞增殖，并在腸內(nèi)發(fā)揮強大的抗感染作用，穩(wěn)定上皮完整性[24]。TGR5誘導(dǎo)的PKA激酶活化可以使NLRP3(Nod樣受體家族蛋白3)單個殘基Ser 291磷酸化，導(dǎo)致NLRP3炎性小體泛素化，對NLRP3炎性反應(yīng)的激活起著重要的抑制作用。膽汁酸和TGR5信號通路的激活可減輕脂多糖誘導(dǎo)的全身炎性反應(yīng)和明礬誘導(dǎo)的腹腔炎性反應(yīng)。所以，可以將TGR5作為用于NLRP3炎性反應(yīng)相關(guān)疾病治療的潛在靶點[26]。另外膽汁酸成分的變化也有可能導(dǎo)致腸道微生物群的改變，更有利于病原菌增值[25]。

4 問題與展望

膽汁酸通過激活3種核受體和2種膜受體在基因水平調(diào)控自身代謝、膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白的表達、肝臟代謝平衡，參與或影響了肝硬化并發(fā)癥如肝性腦病、門靜脈高壓、腹膜炎發(fā)生、發(fā)展的過程，為肝硬化并發(fā)癥的治療提供了新的臨床思路。但是許多研究成果均來自于動物實驗，缺少可靠的臨床研究，體內(nèi)是否存在其他膽汁酸受體及膽汁酸相關(guān)受體在肝硬化并發(fā)癥發(fā)生、發(fā)展中的作用機制尚不明確，且膽汁酸受體在全身分布廣泛，其靶向治療尚未取得突破性進展，故新藥的研究還面臨重大挑戰(zhàn)，但仍擁有廣泛前景。