膽汁酸-腸道菌群與腹瀉型腸易激綜合征的研究進展

李進鵬，劉真真，申高飛，朱飛，鄭君儀，黃蕊

西安市人民醫(yī)院(西安市第四醫(yī)院)消化內(nèi)科，西安 710199

近年來，腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)的發(fā)病率逐年上升，其全球發(fā)病率為10%～15%[1-2]，我國的發(fā)病率為1.40%～11.5%[3]。IBS是最常見的功能性腸病[4]，主要表現(xiàn)為伴隨排便習慣或性狀改變的腹痛，可分為腹瀉型腸易激綜合征(diarrhea-predominant IBS，IBS-D)、便秘型腸易激綜合征(constipation-predominant IBS，IBS-C)、混合型腸易激綜合征(mixed diarrhea and constipation IBS，IBS-M)及未定型腸易激綜合征(unspecified IBS，IBS-U)，其中，IBS-D為我國最常見的IBS分型[5-8]。

IBS的致病原因眾多，大致可分為兩類，即外周因素(飲食、腸道菌群、宿主與腸道微生物間的相互作用、膽汁酸代謝異常、低度慢性腸道炎癥、胃腸道內(nèi)分泌細胞異常、胃腸道運動及內(nèi)臟器官超敏性改變等)和中樞因素(心理壓力、認知功能障礙、情緒喚醒系統(tǒng)反應異常及睡眠功能障礙等)[9-15]。遺傳因素被認為可能是外周與中樞因素病理生理機制的基礎[16]。IBS-D患者體內(nèi)膽汁酸代謝及腸道菌群存在異常，而膽汁酸與宿主腸道菌群關系密切，既相互作用，又互相調(diào)節(jié)。本文主要對膽汁酸-腸道菌群與IBS-D的關系進行綜述。

1 膽汁酸及其通路

1.1 膽汁酸 膽汁酸是一種具有廣泛生物學功能的信號分子，在葡萄糖及脂質(zhì)代謝、能量穩(wěn)態(tài)以及免疫應答的調(diào)節(jié)中起重要作用[17-18]。在肝臟中，膽汁酸是膽固醇分解代謝的最終產(chǎn)物[19]，成年人的肝臟每天合成0.5 g膽汁酸[20]。膽汁酸的合成主要有經(jīng)典途徑及替代途徑兩種方式[21]。經(jīng)典途徑為其主要途徑，膽固醇經(jīng)膽固醇7α羥化酶(cholesterol 7α hydroxylase，CYP7A1)及膽固醇12α羥化酶(cholesterol 12α hydroxylase，CYP8B1)依次氧化后生成膽酸(cholic acid，CA)，其中CYP7A1為膽汁酸合成過程的限速酶[22]。替代途徑主要由膽固醇27α羥化酶(cholesterol 27α hydroxylase，CYP27A1)及膽固醇25α7羥化酶(cholesterol 25α 7 hydroxylase，CYP7B1)參與，膽固醇被轉(zhuǎn)化為鵝脫氧膽酸(chenodeoxycholic acid，CDCA)，為膽汁酸合成的補充途徑[23]。膽汁酸合成后通過主動轉(zhuǎn)運方式分泌到小管中形成膽汁。膽汁酸儲存在膽囊中，進餐后通過膽總管將其釋放到腸道中[24]。在回腸中，大多數(shù)膽汁酸經(jīng)腸肝循環(huán)途徑被重新吸收，通過門靜脈途徑進入肝臟。膽汁酸的腸肝循環(huán)平均每天發(fā)生6～8次，以維持約3 g的恒定膽汁酸池大小，對于機體膽汁酸穩(wěn)態(tài)起到重要作用[25]。除此之外，還有少量膽汁酸(5%)隨糞便一起排入體外，流失的糞便膽汁酸可通過肝臟中的從頭合成得到補充[26]。

1.2 膽汁酸合成及轉(zhuǎn)運通路 法尼醇受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)為膽汁酸的天然受體[27]，在肝臟、腸道、腎上腺、脂肪組織及心臟等組織中表達，且在肝臟、腸道內(nèi)表達量較高，被視為全身能量穩(wěn)態(tài)的關鍵代謝調(diào)節(jié)劑[28-29]。FXR在調(diào)節(jié)膽汁酸合成、分泌及轉(zhuǎn)運中起著至關重要的作用，主要通過肝臟及腸道的FXR通路進行[30]。肝臟中FXR的下游靶點為小分子異源二聚體(short heterodimer partner，SHP)及CYP7A1。在肝臟中，膽汁酸合成主要受FXR-SHP通路調(diào)節(jié)：肝臟內(nèi)膽汁酸過多時激活FXR，下游SHP表達增加，進而抑制CYP7A1的表達，減少膽汁酸的合成[31]。膽汁酸合成后，F(xiàn)XR能及時激活肝細胞頂端的膽鹽輸出泵，促進其排至膽囊，加速其轉(zhuǎn)運。門靜脈的存在是經(jīng)典膽汁酸腸肝循環(huán)的生理基礎。腸道內(nèi)多余的膽汁酸可激活腸道FXR，上調(diào)FXR及其下游成纖維細胞生長因子15/19(fibroblast growth factor 15，F(xiàn)GF15/19)的表達[31]。FGF15/19作為信號分子，經(jīng)門靜脈進入肝臟，進一步激活FGFR4，下調(diào)CYP7A1的表達，從而減少膽汁酸合成。機體通過肝臟及腸道FXR通路調(diào)控膽汁酸合成，維持膽汁酸穩(wěn)態(tài)。此外，其他膽汁酸受體如G蛋白偶聯(lián)受體5(the g-protein coupled receptor 5，TGR5)在膽汁酸的合成和轉(zhuǎn)運中也發(fā)揮著重要作用。

2 膽汁酸通路與IBS-D的關系

有研究發(fā)現(xiàn)，68%的IBS-D患者存在糞便膽汁酸排泄增加或膽汁酸吸收不良[32]。另有研究表明，12%～43%的IBS-D患者存在糞便膽汁酸過度排泄[33]，此類患者被稱為特發(fā)性膽汁酸相關性腹瀉[34]。膽汁酸能夠直接誘發(fā)結腸運動加速及內(nèi)臟超敏反應[35-36]，也有研究表明，糞便膽汁酸的增加與患者的腹痛及結腸加速轉(zhuǎn)運密切相關[37]，這些因素都與IBS-D的發(fā)病密切相關。一項臨床研究分析了IBS-D患者(n=16)與健康者(n=5)的血液及糞便標本，發(fā)現(xiàn)IBS-D患者血清及糞便中初級膽汁酸明顯升高，而次級膽汁酸明顯降低[37]。一項雙盲、安慰劑對照試驗采用膽汁酸螯合劑鵝脫氧膽酸鈉治療IBS-D，結果顯示患者的糞便膽汁酸排泄減少，部分IBS-D癥狀緩解[38]。綜上所述，膽汁酸代謝紊亂在IBS-D發(fā)病機制中起著重要作用，干預膽汁酸代謝有望成為治療IBS-D的靶點。FXR通路在調(diào)節(jié)機體膽汁酸合成方面起重要作用，其信號傳導異常加劇了IBS-D的疾病進展，而FXR下游信號分子FGFR4異常加速了IBS-D患者結腸的轉(zhuǎn)運速率[39]。

3 IBS-D患者腸道菌群的變化

關于IBS-D患者腸道菌群變化的研究較多，但結果不盡相同。較早的一項臨床研究獲取IBS-D患者(n=41)與健康者(n=26)的糞便及十二指腸黏膜刷樣本，使用熒光原位雜交(FISH)技術分析糞便標本中菌群的組成，隨后利用PCR分析糞便及十二指腸黏膜刷樣本中雙歧桿菌的組成，結果發(fā)現(xiàn)，IBS-D患者糞便中的雙歧桿菌水平降低了50%，且鏈狀雙歧桿菌水平也出現(xiàn)降低[40]。還有研究分別獲取IBS-D患者(n=10)與健康者(n=10)的糞便及結腸黏膜活檢標本，提取DNA后通過實時定量PCR分析特定菌群，結果發(fā)現(xiàn)IBS-D患者糞便中需氧細菌的濃度明顯降低，但乳酸桿菌濃度增加了3.6倍[41]。另一項研究分析了IBS-D患者(n=16)與健康者(n=21)糞便及結腸黏膜標本的微生物群落組成，發(fā)現(xiàn)IBS-D患者糞便中微生物的生物多樣性比健康者低20%，但在結腸黏膜標本中未發(fā)現(xiàn)生物多樣性存在差異[42]。有研究采用16S rRNA基因技術對IBS-D患者(n=23)與健康者(n=23)的糞便進行分析，發(fā)現(xiàn)IBS-D患者16S rRNA序列的豐度明顯降低，而腸桿菌科的豐度顯著增加[43]。隨著菌群分析技術的不斷進步，從判定糞便中某一特定菌群的水平變化到對全菌群進行系統(tǒng)分析，關于IBS-D患者腸道菌群的研究也取得了長足的進步。盡管大多數(shù)臨床研究結果不盡相同，但在IBS-D患者腸道微生物多樣性降低這一觀點上卻基本一致。

4 腸道菌群-膽汁酸與IBS-D的關系

4.1 IBS-D患者體內(nèi)腸道菌群穩(wěn)態(tài)及膽汁酸代謝存在差異 腸道菌群在初級膽汁酸到次級膽汁酸的轉(zhuǎn)化中起著重要作用，腸道菌群紊亂可能會導致膽汁酸代謝異常。Zhao等[44]采用代謝及宏基因組學方法對290例IBS-D患者與89例健康者的膽汁酸及腸道菌群進行分析，結果發(fā)現(xiàn)，24.5%的IBS-D患者糞便膽汁酸過量排泄，且其腸道中與膽汁酸代謝相關菌群的豐度發(fā)生改變。另一項臨床研究表明，與健康人群相比，伴有膽汁酸排泄及合成增加的IBS-D患者表現(xiàn)出更明顯的病理生理變化，如體重指數(shù)、糞便脂肪、CDCA百分比及結腸通透性均明顯增加[32]。一項Meta分析納入了13篇有關腸道菌群與IBS關系的研究，涉及360例IBS患者與268名健康者，結果發(fā)現(xiàn)IBS患者尤其是IBS-D患者的乳酸桿菌(Lactobacillus)、雙歧桿菌(Bifidobacterium)及普拉梭菌(F. prausnitzii)豐度均下降[45]。

4.2 膽汁酸-腸道菌群紊亂促進IBS-D的疾病進展膽汁酸通過經(jīng)典與替代途徑合成得到的CA及CDCA均為初級膽汁酸，其在腸道內(nèi)某些特定菌群的作用下，通過去結合、7α-去羥基化、氧化、脫硫及酯化反應等，被轉(zhuǎn)化為脫氧膽酸(deoxycholic acid，DCA)及石膽酸(lithocholic acid，LCA)[46]，其中7α-去羥基化為最關鍵的一環(huán)。研究表明，梭菌屬及優(yōu)桿菌屬在7α-去羥基化過程中發(fā)揮重要作用，但具體機制尚未明確[47]。此外，特定的腸道菌群能影響?；撬岷?或)甘氨酸與游離膽汁酸的結合，從而調(diào)控結合膽汁酸。腸道菌群能影響膽汁酸的轉(zhuǎn)化與結合，反之，膽汁酸對腸道菌群也有直接的抗菌作用，DCA是最有效的抗菌膽汁之一，其殺菌活性是CA的10倍，并且可顯著抑制乳酸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、雙歧桿菌及脆弱擬桿菌等腸道微生物的生長[48-49]。膽汁酸作為代謝調(diào)節(jié)劑及營養(yǎng)傳感器，其濃度較高時會產(chǎn)生細胞毒性作用，導致細胞膜穩(wěn)定性下降，引起細胞凋亡，誘導促炎作用及細胞DNA損傷，進而導致某些胃腸道疾病[32,50]。FXR通路在機體內(nèi)主導膽汁酸代謝，IBS-D患者膽汁酸代謝紊亂與其通路信號異常密不可分。有臨床研究發(fā)現(xiàn)，與健康者相比，IBS-D患者腸道FGF19表達降低，腸道膽汁酸合成增加[51]，進一步證實了膽汁酸代謝異常及其通路受損在IBS-D發(fā)病機制中的重要地位。在動物實驗中，與野生型(FXR+/+)小鼠相比，F(xiàn)XR基因敲除型(FXR-/-)小鼠表現(xiàn)出明顯的腸道炎癥、腸道菌群紊亂及腸黏膜屏障功能受損[52]。有研究發(fā)現(xiàn)，在IBS-D患者中，膽汁酸通過黏膜肥大細胞到痛覺感受器的信號傳導誘導內(nèi)臟超敏反應，該信號傳導涉及FXR-神經(jīng)生長因子-瞬時受體電位香草酸亞型1軸[53]?？梢姡{(diào)節(jié)膽汁酸代謝外，F(xiàn)XR在調(diào)控腸道炎癥、維護腸道黏膜屏障功能及調(diào)節(jié)內(nèi)臟超敏反應等方面也起著重要作用[54-55]。FXR通路除了在膽汁酸合成及運輸?shù)恼{(diào)節(jié)中發(fā)揮作用外，還是膽汁酸調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子及保護性傳感器，可在胃腸道組織中誘導保護性細胞反應，并調(diào)節(jié)炎癥水平[56]。綜上可知，膽汁酸與腸道菌群之間存在特殊的關系，既相互作用，又互相調(diào)節(jié)。當兩者其一或均出現(xiàn)異常時，宿主罹患IBS尤其是IBS-D的概率將會相應增加。

5 總結與展望

目前對腸道菌群的研究多集中在益生菌方面。益生菌被聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織定義為一種活微生物，適量應用可給宿主帶來健康益處[57]。益生菌在治療IBS-D中的作用是多樣的。研究表明，益生菌對IBS-D患者有較好的治療效果[58-59]。筆者前期研究也表明，益生菌可能具有類似FXR激動劑的作用，能激活小鼠FXR通路，調(diào)控機體膽汁酸代謝[60]。此外，益生菌在調(diào)控宿主腸道菌群、降低內(nèi)臟超敏反應性等方面也起著重要作用[61-62]。鑒于FXR在IBS-D發(fā)病機制中所起的作用，調(diào)控FXR通路水平也是IBS-D治療的一種選擇?？紒硐┌飞槟懼狎蟿┑囊环N，動物實驗證實其能夠調(diào)控小鼠FXR下游SHP的表達水平，現(xiàn)已用于IBS-D的治療[63-64]?？傊懼?腸道菌群有望成為治療IBS-D的新靶點。然而，并非每位IBS-D患者都存在膽汁酸代謝異常，仍需實施個性化的治療方案。