腸道菌群對(duì)膽固醇和膽汁酸的代謝和轉(zhuǎn)化

陳靜瑩

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)，浙江杭州 310053）

膽固醇和膽汁酸屬于固醇類化合物，是由三個(gè)六碳環(huán)和一個(gè)五碳環(huán)連接組成的有機(jī)化合物。膽固醇結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定[1]，是真核細(xì)胞細(xì)胞膜的重要組成部分，也是合成維生素D、膽汁酸和固醇類激素的前體[2]。在機(jī)體內(nèi)只有1/3左右的膽固醇來自于飲食等“外源性物質(zhì)”，另外2/3屬于內(nèi)源性膽固醇，是在人體細(xì)胞內(nèi)合成的[3]。膽固醇過多會(huì)引發(fā)人的動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病以及其他心腦血管疾病。而只有肝臟細(xì)胞具有將膽固醇轉(zhuǎn)化成膽汁酸的能力，從而降低膽固醇濃度[4]。在機(jī)體內(nèi)，肝臟和腸道一起控制膽固醇和膽汁酸的流入和流出方式，維持機(jī)體膽固醇的穩(wěn)態(tài)[5]。腸道中的菌群可以對(duì)膽固醇和膽汁酸進(jìn)行化學(xué)修飾，進(jìn)而影響其介導(dǎo)的生理機(jī)制。目前，腸道微生物群-膽汁酸軸的變化被認(rèn)為對(duì)人類健康具有決定性影響。

腸道菌群是指定植在機(jī)體腸道內(nèi)包括細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物在內(nèi)的微生物群落。運(yùn)用新一代測(cè)序技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)人類胃腸道中有1 000～1 150種細(xì)菌，數(shù)量約100萬(wàn)億，是人體細(xì)胞數(shù)量的10倍。目前，越來越多的人認(rèn)識(shí)到腸道菌群對(duì)維持機(jī)體正常代謝、保證機(jī)體健康的重要作用。本文就腸道菌群對(duì)膽固醇和膽汁酸代謝的影響進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群對(duì)膽固醇代謝的研究

1.1 腸道菌群將膽固醇轉(zhuǎn)化為糞甾醇

20世紀(jì)30年代，人們首次發(fā)現(xiàn)兩歲兒童腸道內(nèi)的菌群能夠轉(zhuǎn)化膽固醇，其對(duì)膽固醇的作用是通過多種酶促反應(yīng)將膽固醇轉(zhuǎn)化為更不易吸收的糞甾烷酮和糞甾烷醇，并隨糞便排出，這一反應(yīng)有助于降低機(jī)體內(nèi)膽固醇的含量[6]。機(jī)體內(nèi)腸道菌群將膽固醇轉(zhuǎn)化為糞甾烷醇的過程有高效途徑和低效途徑兩種，其中大部分膽固醇通過高效途徑轉(zhuǎn)化，而通過低效途徑轉(zhuǎn)化形成的糞甾烷醇不足糞便中性甾醇的1/3。2006年，壽穎穎等人[7]從人體內(nèi)分離出了降膽固醇的腸球菌（Entercoccus）；2012年，陳夢(mèng)娜等人[8]從東北虎的糞便中分離出了高效降膽固醇的雙歧桿菌（Bifidobacteria）和乳桿菌（lactobacillus），為進(jìn)一步研究腸道細(xì)菌降解膽固醇的途徑打下基礎(chǔ)。同時(shí)有研究表明，鏈霉球菌（Streptococcus）也可以將膽固醇轉(zhuǎn)化為糞前列腺醇，但是這些菌對(duì)膽固醇的降解作用只在體外實(shí)驗(yàn)中得到證明，并未在體內(nèi)得到證實(shí)[9]。

1.2 腸道菌群對(duì)膽固醇的吸附

20世紀(jì)70年代，研究者發(fā)現(xiàn)腸道中膽固醇可以結(jié)合到細(xì)菌細(xì)胞膜上，由此提出了腸道菌群對(duì)膽固醇的吸附以及將膽固醇結(jié)合到自身細(xì)胞膜上的作用機(jī)制。隨后大量研究集中在腸道菌群對(duì)膽固醇的吸附作用上，目前提出兩種腸道菌群作用膽固醇的途徑：（1）膽固醇與腸道菌群的細(xì)胞壁結(jié)合；（2）膽固醇的共沉淀。在體外試驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中的膽固醇大部分吸附于細(xì)菌細(xì)胞膜，并不進(jìn)入細(xì)胞被降解代謝，從而使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)更加完整和堅(jiān)固。在早期研究中，研究人員提出部分細(xì)菌可以分泌一些能夠吸附膽固醇的脂外多糖。，該吸附膽固醇的行為吸附是否能夠?qū)δc道中的細(xì)菌起保護(hù)作用仍然不清楚，因?yàn)闄C(jī)制仍然未知，需要更深入的研究來證明。

2 腸道菌群對(duì)膽汁酸代謝的研究

2.1 膽汁酸的早期解離

膽鹽水解酶（Bile Salt Hydrolases，BSH）普遍存在于哺乳動(dòng)物的胃腸道菌群中，可以催化結(jié)合型膽汁酸分解，釋放甘氨酸和牛磺酸，而腸道細(xì)菌可以利用甘氨酸和?；撬嶙鳛槟芰縼碓春痛x合成底物。目前，已經(jīng)在梭菌屬（Fusobacterium）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）、乳酸菌屬（Lactobacillus）、腸球菌（Enterococcus）等細(xì)菌中檢測(cè)到BSH活性，并且已經(jīng)從脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）、外陰桿菌（Vulvobacillus）、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌（Clostridium Perfringens）、單核細(xì)胞增生李斯特菌（Listeria Monocytogenes）以及多種乳酸桿菌和雙歧桿菌中分離純化得到該酶。有研究認(rèn)為BSH活性是腸道菌群的膽汁酸解毒機(jī)制，細(xì)菌可能在轉(zhuǎn)化結(jié)合型膽汁酸過程中獲得碳、氮甚至硫等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是能夠?qū)⑴；撬嶂械幕撬岵糠诌€原成硫化氫；同時(shí)，這一過程也能改善腸道菌群結(jié)構(gòu)[10]。有研究表明，BSH基因在腸道菌群中缺失能夠顯著降低李斯特菌的感染性[11]。

2.2 3-羥基、7-羥基、12-羥基的氧化和差向異構(gòu)化

腸道細(xì)菌的膽汁酸羥基類固醇脫氫酶（HSDHs）具有催化膽汁酸羥基氧化成氧代基團(tuán)的活性，這一過程是可逆的。這一過程需要兩種立體結(jié)構(gòu)不同的HSDHs的作用，可以由含α-HSDHs和β-HSDHs的單一細(xì)菌或由僅含有其中一種酶的兩個(gè)細(xì)菌來進(jìn)行。在腸道厚壁菌門的幾種細(xì)菌中，檢測(cè)到3α-HSDHs和3-HSDHs，而3-羥基差向異構(gòu)化現(xiàn)象僅在產(chǎn)消化鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌和遲緩埃格氏菌中觀察到。7α-HSDHs在梭菌屬、真細(xì)菌屬、擬桿菌屬或埃希氏菌屬的細(xì)菌中廣泛存在，而7β-HSDHs僅在厚壁菌屬中檢測(cè)到，目前編碼7α-HSDHs的基因已經(jīng)從幾個(gè)種屬中被克隆出來。12-氧化膽汁酸在人體糞便中含量很低，在厚壁菌門的部分菌株中檢測(cè)到了12α-HSDHs和12β-HSDHs活性，但是目前并沒有發(fā)現(xiàn)同時(shí)具有這兩種酶的菌株。雖然差向異構(gòu)化能力已經(jīng)在幾種腸道細(xì)菌中得到證實(shí)，但是這種代謝活動(dòng)的生理意義和功能意義仍需要進(jìn)一步探究。

2.3 7α羥基脫除

與氧化和差向異構(gòu)化不同，7α脫羥基只能在結(jié)合型膽汁酸解偶聯(lián)發(fā)生之后才可以進(jìn)行。機(jī)體內(nèi)主要的膽汁酸（膽酸和鵝去氧膽酸）通過7α脫羥基生成脫氧膽酸和石膽酸，是人類機(jī)體中膽汁酸在生理上最顯著的轉(zhuǎn)化。目前，已知的具有7α-脫羥基活性的細(xì)菌種類是厚壁菌門（梭菌屬、真細(xì)菌屬）中的細(xì)菌，從腸道中分離的閃爍梭狀芽孢桿菌已經(jīng)被廣泛用于研究7α-膽汁酸脫羥基的膽汁酸誘導(dǎo)“bai”酶系統(tǒng)。

2.4 酯化

在人類糞便中檢測(cè)到的大量脫氧膽酸低聚物，是由C24羧基與3α-羥基酯化形成的。糞便中被酯化的膽汁酸可占糞便膽汁酸的25%。而在膽汁中并未發(fā)現(xiàn)這種酯，表明其是由腸道菌群催化產(chǎn)生的，且體外研究發(fā)現(xiàn)混合糞便培養(yǎng)物可以將膽汁酸轉(zhuǎn)化為C-24乙酯[12]。目前，已經(jīng)在梭菌屬（Clostridium）、消化球菌屬（Peptococcus）、梭桿菌屬（Fusobacterium）和假單胞菌屬（Pseudomonas）等腸道分離菌中檢測(cè)到膽汁酸硫酸酯酶活性，并從睪酮假單胞菌中分離純化出該酶[13]。

3 結(jié)語(yǔ)

微生物組學(xué)分析和糞便移植技術(shù)都證明了腸道菌群在膽固醇和膽汁酸轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵性作用。很多實(shí)驗(yàn)證據(jù)從酶的功能和轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面深入探討了腸道細(xì)菌代謝膽固醇和膽汁酸的功能和途徑。然而，由于類固醇化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，代謝途徑較長(zhǎng)，目前這一領(lǐng)域尚有很多空白之處，很多可能的代謝過程還未被證實(shí)。這些研究對(duì)揭示動(dòng)物生長(zhǎng)、發(fā)育的過程意義重大，同時(shí)也是一個(gè)非常巨大的挑戰(zhàn)。