膽汁酸腸肝循環(huán)及膽汁酸性腹瀉的機(jī)制研究進(jìn)展

高潔，楊楠，劉娟，黃蓉，陳洪

(1.東南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 消化科，江蘇 南京 210009)

膽汁酸性腹瀉(bile acid diarrhea，BAD)是由于人體腸肝循環(huán)機(jī)制紊亂發(fā)生的腹瀉。當(dāng)腸肝循環(huán)發(fā)生紊亂時(shí)，人體內(nèi)膽汁酸(bile acids，BA)穩(wěn)態(tài)失衡，到達(dá)結(jié)腸的BA異常增多，刺激結(jié)腸黏膜水分和電解質(zhì)大量滲出，損傷腸黏膜，誘導(dǎo)結(jié)腸收縮，引發(fā)腹瀉。有研究發(fā)現(xiàn)BAD占慢性腹瀉的30%～50%[1-2]，但由于對該病認(rèn)識不足，臨床上大量BAD被漏診?，F(xiàn)就BAD相關(guān)機(jī)制研究作一綜述。

1 BA腸肝循環(huán)的生理機(jī)制

BA在肝臟合成，在膽囊內(nèi)儲存，作為人體必不可少的兩性物質(zhì)，在小腸內(nèi)可以協(xié)助脂質(zhì)的乳化吸收，并可以激活腸道內(nèi)相關(guān)受體，打開腸道信號通路，同時(shí)協(xié)助維持葡萄糖和維生素等物質(zhì)的代謝平衡[3]。腸肝循環(huán)是指BA從肝臟被分泌至腸腔后，約95%在小腸末端被重吸收，通過門靜脈系統(tǒng)重新回到肝臟，剩余5%通過糞便排出。通過這一過程僅少量BA就可以完成人體所需脂質(zhì)的消化吸收。

肝臟中BA的合成方式主要包括經(jīng)典途徑和替代途徑，經(jīng)典途徑主要通過分布于肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的BA合成酶膽固醇7α羥化酶(cholesterol 7-alpha-Hydroxylase，CYP7A1)介導(dǎo)，替代途徑主要由分布于線粒體的CYP7A1介導(dǎo)[4]。在經(jīng)典途徑中，膽固醇在BA合成酶CYP7A1等酶類作用下轉(zhuǎn)化成為7α-羥基-4-膽甾烯-3-酮(7α-hydroxy-4-cholesterene-3-one，C4)，C4作為BA前體物質(zhì)，其羥基化后在肝臟中生成初級BA(鵝去氧膽酸及膽酸)。因此，C4的血清濃度可以反映BA的合成速率[5]。

在肝臟中大部分初級BA可以與甘氨酸、牛黃膽酸等發(fā)生結(jié)合作用，生成具有親水性的結(jié)合型BA。這些新生成的BA通過分布在細(xì)胞膜上的膽鹽輸出泵(bile salt export pump，BSEP)從肝細(xì)胞輸送到肝管中，通過膽道系統(tǒng)，最后被釋放進(jìn)入腸道。經(jīng)過回腸末端時(shí)，在腸腔菌群及相關(guān)酶類共同參與下，BA發(fā)生解離反應(yīng)生成游離型BA，隨后經(jīng)7α-脫氫酶作用進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為包括石膽酸和去氧膽酸在內(nèi)的次級BA。大部分BA主要在回腸上皮細(xì)胞中的頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(apical sodium-dependent bile acid transporter，ASBT)協(xié)助下重吸收進(jìn)入腸上皮細(xì)胞，隨后穿過位于細(xì)胞基底膜上的有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白α/β(organic solute transporter α/β，OSTα/β)離開腸上皮細(xì)胞進(jìn)入門靜脈系統(tǒng)，經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)輸至肝臟，并經(jīng)由肝細(xì)胞表面的Na+/?；悄懰峁厕D(zhuǎn)運(yùn)多肽[Na(+)-taurocholate-cotransporting peptide，NTCP]和有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(organic anion transporters，OATP)進(jìn)入肝細(xì)胞。重吸收的BA再與肝臟新生成的BA匯合，重新分泌進(jìn)入膽道系統(tǒng)，開始新的腸肝循環(huán)。

在BA腸肝循環(huán)過程中，主要的BA感受器核受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)在調(diào)節(jié)BA的轉(zhuǎn)運(yùn)方面發(fā)揮了重要的作用[6]。FXR廣泛存在于肝臟、小腸等器官中，并能夠被內(nèi)源性BA有效激活，其中以鵝去氧膽酸激活能力最強(qiáng)。人工合成的BA奧貝膽酸(obeticholic acid，OCA)對FXR也具有很高的親和力[7]。FXR被激活后，可與類視黃醇X受體(retinoid X receptor，RXR)結(jié)合形成FXR/RXR異二聚體復(fù)合物[8]，通過抑制CYP7A1的表達(dá)發(fā)揮負(fù)反饋調(diào)節(jié)功能，抑制BA合成。此外，在肝臟及小腸細(xì)胞中存在一種細(xì)胞分子小異二聚體伴侶(small heterodimer partner,SHP)，對于FXR主導(dǎo)的負(fù)反饋機(jī)制有不可替代的作用。當(dāng)FXR被BA激活后，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)SHP的表達(dá)，肝細(xì)胞中的SHP可直接作用于CYP7A1，抑制其轉(zhuǎn)錄，減少肝臟內(nèi)BA的生成。在腸上皮細(xì)胞中，BA激活FXR后誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞生長因子19(fibroblast growth factor 19，F(xiàn)GF19)的轉(zhuǎn)錄，F(xiàn)GF19分泌進(jìn)入門靜脈，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白klothoβ間接調(diào)控作用下與肝細(xì)胞膜上的成纖維細(xì)胞生長因子受體4(FGFR4)相互作用，可直接激活FXR-SHP通路，下調(diào)CYP7A1的表達(dá)，減少BA池中BA含量[5]，同時(shí)減少肝細(xì)胞表面NTCP和OATP的分布，使肝細(xì)胞內(nèi)BA的含量進(jìn)一步下降[9]。負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制可通過調(diào)控SHP及FGF19的表達(dá)，控制各細(xì)胞分子上游基因的轉(zhuǎn)錄過程，上調(diào)BSEP的表達(dá)，同時(shí)下調(diào)CYP7A1、NTCP等表達(dá)[7]，進(jìn)而達(dá)到對BA含量的有效控制。

因此，當(dāng)回腸疾病或其它原因?qū)е翨A重吸收障礙或BA合成的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制受損時(shí)，過量BA到達(dá)結(jié)腸，即可導(dǎo)致BAD。

2 BAD的病理機(jī)制

2.1 結(jié)腸BA增多與腹瀉

任何因素引起B(yǎng)A在肝臟中合成增加或回腸中重吸收減少，導(dǎo)致抵達(dá)結(jié)腸的BA過多，都會引起B(yǎng)AD。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)結(jié)腸中BA濃度超過1.5 mmol·L-1就有可能誘發(fā)BAD[10]。

在動物及分子模型中對BA刺激結(jié)腸液體增加、加快結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)的分子及細(xì)胞機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，BA中包含一種特殊分子形態(tài)的二羥基BA，如去氧膽酸和鵝去氧膽酸，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可抑制電解質(zhì)和水分的吸收，誘導(dǎo)液體分泌并增加結(jié)腸黏膜通透性。一項(xiàng)對20名健康受試者進(jìn)行的結(jié)腸灌注試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二羥基BA溶液會導(dǎo)致水鈉的連續(xù)分泌，且BA溶液濃度是影響?zhàn)つに址置诘臎Q定性因素[11-12]，另外有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在兔結(jié)腸中灌注二羥基BA會導(dǎo)致黏膜損傷，并引起高強(qiáng)度的結(jié)腸收縮[11,13]。除此之外，當(dāng)腸道暴露于過量BA環(huán)境時(shí)，可激活上皮隱窩細(xì)胞表面的三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3/Ca2+)信號傳遞途徑，細(xì)胞內(nèi)Ca2+快速集聚，活化上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，加快Cl-分泌，進(jìn)而促進(jìn)腸液分泌；同時(shí)抑制Na+吸收，進(jìn)而抑制腸液吸收。除了對上皮細(xì)胞的直接作用之外，BA還通過神經(jīng)傳導(dǎo)機(jī)制調(diào)節(jié)結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)速度。腸道中散在分布著感覺神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞，在BA到達(dá)腸腔后，這些神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞分泌五羥色胺刺激傳入神經(jīng)，觸發(fā)局部神經(jīng)反射弧，刺激結(jié)腸運(yùn)動，促進(jìn)結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)[14]。

另有研究對分布于腸上皮細(xì)胞內(nèi)BA表面受體G蛋白偶聯(lián)受體GPBAR1(G-protein-coupled bile acid receptor 1，又稱TGR5)進(jìn)行研究[15]，結(jié)果顯示TGR5對于次級BA具有更強(qiáng)的敏感性。Alemi等[16]發(fā)現(xiàn)，TGR5激活可促進(jìn)結(jié)腸蠕動并增加結(jié)腸水分的分泌，而實(shí)驗(yàn)小鼠敲除TGR5基因后，其糞便頻次和含水量與正常小鼠相比顯著減少，這表明TGR5異常激活可促使腹瀉的發(fā)生。

2.2 BAD的分型及機(jī)制

2.2.1 Ⅰ型BAD(回腸疾病相關(guān)性BAD) Ⅰ型BAD包括回腸切除術(shù)、克羅恩病及放射性回腸損傷等回腸疾病所致的BAD[17]。Ⅰ型BAD發(fā)生機(jī)制主要?dú)w結(jié)為回腸BA重吸收減少，其原因與回腸上皮細(xì)胞表面ASBT的表達(dá)與功能顯著相關(guān)。

有研究發(fā)現(xiàn)，克羅恩病患者回腸中ASBT的表達(dá)與正常人相比明顯下降[18]；研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)多數(shù)克羅恩病患者腸道中的BA重吸收減少、糞便中的BA含量較正常人明顯升高，由此推測在炎癥累及回結(jié)腸時(shí)，腸道表面ASBT表達(dá)受到促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)、白細(xì)胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、IL-6等的抑制作用。Nyhlin等[19]研究顯示，未行回腸切除的克羅恩病患者中，28%的患者75Se?；悄懰徜罅魧?shí)驗(yàn)(75Se-homotaurocholic acid retention,75SeHCAT)保留率<5%。德國一項(xiàng)研究曾對304例慢性腹瀉患者進(jìn)行75SeHCAT檢測，發(fā)現(xiàn)其中44例有克羅恩病病史但未行結(jié)腸切除術(shù)患者中，BAD患者占54%[20]。

回腸末端手術(shù)切除后，回腸ASBT分布減少，BA吸收減少，這是回腸切除患者發(fā)生BAD的重要原因。在患有克羅恩病并接受了回腸切除術(shù)的患者中，回腸ASBT減少甚至超過50%[5]。Smith等[20]發(fā)現(xiàn),在有回腸切除術(shù)史的慢性腹瀉患者中BAD發(fā)病率超過90%。類似結(jié)論在多項(xiàng)研究中得到證實(shí)。目前認(rèn)為，若回腸切除術(shù)后出現(xiàn)慢性腹瀉，無需進(jìn)行75SeHCAT檢測即可確診為BAD，并可以直接使用BA螯合劑進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性治療。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)有克羅恩病病史及回腸切除術(shù)手術(shù)史的慢性腹瀉患者，診斷為BAD的概率為100%(26/26)[19]；而僅行回腸切除術(shù)的慢性腹瀉者BAD的確診率為82%(14/17)[21]。對于回腸切除術(shù)后患者，切除長度小于100 cm即可能發(fā)生BAD；若回腸切除長度超過100 cm，BA從糞便中丟失的速度過快，超出肝臟代償?shù)哪芰?，引起B(yǎng)A缺乏，導(dǎo)致脂肪吸收不良和脂肪瀉，此時(shí)引起腹瀉的原因是脂肪酸而非BA[10]。關(guān)于BAD嚴(yán)重程度與回腸切除的長度的關(guān)系，至今仍眾說紛紜。Skouras等[22]調(diào)查了英國97例患有克羅恩病并行回腸切除術(shù)的患者，發(fā)現(xiàn)75SeHCAT檢測結(jié)果與回腸切除長度之間存在適度的相關(guān)性，與切除次數(shù)無明顯相關(guān)性；而Borghede等[23]在丹麥進(jìn)行的研究顯示，75SeHCAT和回腸被切除的長度沒有明確關(guān)系，即使小于10 cm的切除也可能引起重度BAD。

此外，回腸放射損傷導(dǎo)致的回腸BA吸收不良也較為常見，由于發(fā)病機(jī)制主要與回腸損傷相關(guān)，最新的加拿大BAD指南將其歸為Ⅰ型BAD[17]。無論是盆腔放療或腹腔放療，放療照射范圍都會覆蓋回腸所在位置，放療后可出現(xiàn)小腸損傷及腸道轉(zhuǎn)運(yùn)加快，從而導(dǎo)致BA吸收減少引發(fā)BAD，這也是導(dǎo)致一半患者盆腔放療期間急性腹瀉的原因之一。Wang等[24]發(fā)現(xiàn),放療后大鼠的回腸ASBT mRNA和蛋白表達(dá)減少，考慮盆腔放療后BAD潛在機(jī)制與回腸ASBT下調(diào)有關(guān)。目前研究顯示放療后慢性腹瀉患者的發(fā)病率為1%～83%[25]，而放療后BAD的發(fā)病率仍不明確，需要進(jìn)行大樣本BAD的臨床研究。

2.2.2 Ⅱ型BAD(特發(fā)性/原發(fā)性BAD) 在特發(fā)性BAD發(fā)病機(jī)制研究的早期，曾發(fā)現(xiàn)一個有BAD家族史的特發(fā)性BAD患者回腸ASBT的表達(dá)基因(SLC10A2)發(fā)生了突變[26]，但其后發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)特發(fā)性BAD患者中并不存在這種突變[27]。研究顯示特發(fā)性BAD患者與正常人相比，回腸上皮細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)錄物表達(dá)水平及回腸BA重吸收能力無顯著差異[28]。

進(jìn)一步研究證明，Ⅱ型BAD患者血清FGF19濃度降低，提示可能存在另一種BAD發(fā)病機(jī)制，與腸肝循環(huán)的負(fù)反饋機(jī)制障礙、肝臟BA合成增多相關(guān)。FGF19水平降低，對于下游肝細(xì)胞內(nèi)CYP7A1的抑制作用減弱，BA合成的負(fù)反饋機(jī)制受限，使得BA生成增多，一旦超出了回腸的最大吸收能力，過量BA進(jìn)入結(jié)腸，即引發(fā)腹瀉。與野生小鼠相比，F(xiàn)GF15(小鼠FGF19同源物，存在于小鼠腸中)基因敲除小鼠的糞便BA分泌升高，出現(xiàn)腹瀉癥狀[29]。同時(shí)，體內(nèi)存在抗FGF19抗體的猴子會出現(xiàn)劇烈腹瀉，血清和糞便中的BA含量也同時(shí)增加[27]。通過對FGF19上游基因的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)了Diet基因，Diet基因突變有可能導(dǎo)致下游的FGF15/19減少或功能減弱，促進(jìn)BAD的發(fā)生[29]。作為新發(fā)現(xiàn)基因，人們對于Diet基因的認(rèn)識尚不完備，它的分布位置、對FGF的調(diào)控通路及在BAD患者基因庫中分布位置需要進(jìn)一步研究確定。

除FGF19相關(guān)研究外，近年來特發(fā)性BAD的機(jī)制研究找到了更多可供進(jìn)一步探索的新方向。部分研究考慮與腸肝循環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)遺傳變異相關(guān)，尤其是Klothoβ(KLB)基因，KLB基因序列上的SNP rs17618244與結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)有明顯相關(guān)性。一項(xiàng)藥理學(xué)研究調(diào)查了KLB(rs17618244)基因?qū)τ邬Z去氧膽酸與結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)速度的影響，結(jié)果顯示KLB基因變異可能導(dǎo)致結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)速度改變，具體反應(yīng)機(jī)制還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)室觀察[15,30]。另一個研究方向與膜結(jié)合受體TGR5有關(guān)，最新研究發(fā)現(xiàn)，TGR5調(diào)控基因的遺傳變異易導(dǎo)致結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)和BA排泄量發(fā)生變化。這種遺傳變異的位置以及產(chǎn)生的結(jié)果目前尚不清楚，需要進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。

2.2.3 Ⅲ型BAD(其他疾病相關(guān)性BAD) Ⅲ型BAD主要由除回腸疾病以外的其他疾病所導(dǎo)致，包括膽囊切除術(shù)、顯微鏡下結(jié)腸炎、迷走神經(jīng)切斷術(shù)、炎癥性腸病、小腸細(xì)菌過度生長等。

2.2.3.1 膽囊切除術(shù) 膽囊是儲存及濃縮膽汁的重要器官。在膽囊被切除后，持續(xù)產(chǎn)生的BA會直接從肝臟流向小腸，腸道接收的BA可能會超出回腸的最大吸收能力，因此容易發(fā)生BAD。膽囊切除術(shù)相關(guān)性BAD的發(fā)病率在Ⅲ型BAD中最高，多發(fā)生在術(shù)后2～6個月，部分患者經(jīng)過一段時(shí)間適應(yīng)后腹瀉癥狀會逐漸減輕，這可能是由于膽囊切除術(shù)后膽管代償性擴(kuò)張，代替了部分膽囊功能[10]。腹瀉是膽囊切除術(shù)后常見并發(fā)癥之一，一項(xiàng)Meta分析發(fā)現(xiàn)膽囊切除術(shù)后并發(fā)慢性腹瀉患者中有約65.5%確診為BAD[31]。研究顯示膽囊切除術(shù)是BAD的危險(xiǎn)因素[32]，其中，高BMI和高齡是膽囊切除術(shù)后繼發(fā)BAD的高危征象[33]。

2.2.3.2 顯微鏡下結(jié)腸炎(microscopic colitis，MC) MC是一組以慢性水樣腹瀉為主要臨床表現(xiàn)、內(nèi)鏡檢查示結(jié)腸黏膜無明顯異常但顯微鏡下可見腸道黏膜特異性改變?yōu)橹饕±硖攸c(diǎn)的臨床綜合征，包括膠原性結(jié)腸炎(collagenous colitis，CC)和淋巴細(xì)胞性結(jié)腸炎(lymphocytic colitis，LC)2個亞型。當(dāng)以75SeHCAT檢查作為診斷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，44%(12/27)的CC患者同時(shí)合并BAD，且這些患者中78%(21/27)對BA螯合劑治療有反應(yīng)[34]。從結(jié)果看，BA代謝異常可能是CC患者的重要致病因素，但具體機(jī)制目前尚不明確。在LC與BAD的關(guān)系研究中，有人發(fā)現(xiàn)LC患者75SeHCAT保留率中位數(shù)顯示出低于對照組的趨勢，表明LC患者體內(nèi)BA穩(wěn)態(tài)存在失衡可能。也有研究考慮MC可能與BAD同時(shí)發(fā)生[35]，Torres等[36]研究了MC患者腸道上皮FXR的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)MC患者結(jié)腸中FXR表達(dá)減少，考慮可能由于FXR水平下降導(dǎo)致負(fù)反饋調(diào)節(jié)受限，使結(jié)腸上皮受過量BA影響而受損，引發(fā)MC。

2.2.3.3 迷走神經(jīng)切斷術(shù)(vagotomy) 迷走神經(jīng)切斷術(shù)術(shù)后患者繼發(fā)腹瀉的概率為5%～40%，因此，腹瀉被認(rèn)為是迷走神經(jīng)切斷術(shù)的高發(fā)并發(fā)癥之一，其中，迷走神經(jīng)干切斷術(shù)后患者發(fā)生腹瀉概率最高且腹瀉癥狀最嚴(yán)重，而通過保留腹腔和肝臟迷走神經(jīng)分支的方式可以有效降低腹瀉發(fā)生率。早期研究顯示，迷走神經(jīng)切斷術(shù)后可能導(dǎo)致膽囊容積增加和收縮不良，胃排空節(jié)律異常[37]，膽囊收縮與胃排空無法同步，導(dǎo)致多余BA進(jìn)入小腸，形成腹瀉。Ford等[25]研究顯示，36%(4/11)迷走神經(jīng)切除術(shù)后腹瀉患者75SeHCAT檢測結(jié)果為陽性，而Blake等[38]發(fā)現(xiàn)，迷走神經(jīng)切斷術(shù)后患者的48 h糞便BA測量結(jié)果與正常對照組相比并無明顯不同，因此，對于迷走神經(jīng)切斷術(shù)后腹瀉的機(jī)制及其與BA的相關(guān)性還需要更多更確實(shí)的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.2.3.4 腸道菌群紊亂 BA到達(dá)腸道后，在腸道細(xì)菌及各種微生物酶作用下完成各種化學(xué)反應(yīng)，腸道菌群是控制宿主BA平衡的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)各種與BA代謝相關(guān)的微生物酶類，如膽汁鹽水解酶(bile salt hydrolases，BSH)，產(chǎn)生于腸道乳桿菌，可水解甘氨酸與?；撬嶂g的酰胺鍵，釋放去結(jié)合BA，其產(chǎn)物之一?；撬?β-多酚酸(tauro-beta muricholic acid，TbMCA)，是核受體FXR的有效抑制劑[39]。同時(shí)，腸道其余細(xì)菌及微生物酶參與BA的脫羥基化、氧化等化學(xué)反應(yīng)，促成了BA池的多樣性。因此，腸道菌群的紊亂很容易造成BA的穩(wěn)態(tài)失衡。Borghede等[23]發(fā)現(xiàn),在小腸菌群過度生長的患者中，有36%(5/14)的患者?；悄懰釋?shí)驗(yàn)陽性。也有研究顯示BA水平的異常會引發(fā)腸道菌群的紊亂，BA與腸道菌群之間的作用存在相互性。

2.2.3.5 其他 有研究顯示，胃切除術(shù)后患者也有BAD可能，糖尿病也會促進(jìn)BAD發(fā)生[40]，但由于樣本量較少，研究資料有限，尚需進(jìn)一步觀察。