肝細(xì)胞癌相關(guān)膽汁酸代謝失衡及調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展

劉哲睿， 賈曉東， 陸蔭英,

1 北京大學(xué)三〇二臨床醫(yī)學(xué)院， 北京 100039;2 解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心 肝臟腫瘤診療與研究中心， 北京 100039

肝細(xì)胞癌(HCC)是全球癌癥相關(guān)死亡的第四大常見原因，也是我國常見的惡性腫瘤之一[1]，各種肝炎病毒感染、酗酒、肥胖、遺傳代謝性疾病、自身免疫性疾病等導(dǎo)致的慢性肝損傷都是其潛在的危險因素[2]。膽汁酸作為膽固醇的下游代謝產(chǎn)物，由肝臟膽固醇7-羥化酶(cholesterol 7-hydroxylase, CYP7A1)啟動的經(jīng)典途徑和甾醇27A羥化酶(sterol 27A-hydroxylase, CYP27A1)啟動的非經(jīng)典途徑分別催化生成，隨后經(jīng)膽囊排入腸道，在腸道內(nèi)定植的多種菌群作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭壞懼岵⒅匚栈氐礁闻K，這一過程稱為膽汁酸的腸肝循環(huán)，研究證實(shí)膽汁酸在維持機(jī)體能量代謝平衡和促進(jìn)腸道脂溶性營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方面起到重要作用。近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸除了發(fā)揮其正常生理功能外，還與HCC的發(fā)生發(fā)展存在密切聯(lián)系[3]，如膽汁酸代謝組分失衡、參與膽汁酸代謝過程的腸道菌群失調(diào)及特異性膽汁酸受體表達(dá)調(diào)控異常等均參與HCC發(fā)展的過程[4-5]。本文將對HCC發(fā)生發(fā)展過程中機(jī)體膽汁酸水平的異常變化及其內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 膽汁酸水平的異常變化與HCC

1.1 肝組織膽汁酸水平異常變化與HCC 研究[6]發(fā)現(xiàn)HCC患者肝內(nèi)膽汁酸代謝組分與健康人相比有顯著差異，一些膽汁酸水平的異常升高被認(rèn)為與HCC的發(fā)生密切相關(guān)。Xie等[7]研究顯示，在高脂飲食誘導(dǎo)的HCC小鼠模型肝臟中?；悄懰?taurocholate, TCA)、甘氨膽酸(glycocholate, GCA)、?；蛆Z去氧膽酸(taurochenodeoxycholate, TCDCA)、脫氧膽酸(deoxycholate, DCA)以及?；鞘懰?taurolithocholate, TLCA)水平與健康對照組相比均顯著升高。上述膽汁酸水平的升高在多項研究中被證實(shí)與HCC的發(fā)生發(fā)展存在關(guān)系：如過量的TCA及DCA被證實(shí)可以誘導(dǎo)癌癥相關(guān)炎性基因的表達(dá)上調(diào)[8]；DCA、TCDCA、GCA也可以在分離出的大鼠原代肝細(xì)胞和人肝細(xì)胞中誘導(dǎo)活性氧生成及細(xì)胞凋亡，從而誘發(fā)HCC[9]；TLCA水平升高可以誘發(fā)膽汁淤積[10]，肝細(xì)胞長期暴露于過量的膽汁酸中，導(dǎo)致肝細(xì)胞持續(xù)的DNA損傷、凋亡以及炎癥等表現(xiàn)，從而增加誘發(fā)HCC的風(fēng)險。此外有研究[6]發(fā)現(xiàn)HCC患者肝組織內(nèi)甘氨鵝去氧膽酸(glycochenodeoxycholate, GCDCA)具有促進(jìn)HCC轉(zhuǎn)移的作用，并提出肝組織內(nèi)總膽汁酸水平與HCC患者預(yù)后相關(guān)。綜上，HCC患者肝組織中膽汁酸水平的異常升高與HCC的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，肝內(nèi)膽汁酸組分的異常變化也被認(rèn)為是導(dǎo)致HCC發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。

1.2 血漿膽汁酸水平異常變化與HCC 與肝組織內(nèi)膽汁酸水平變化相似，HCC患者血漿膽汁酸水平與健康人相比也有顯著差異，同時血漿中膽汁酸水平變化還對HCC的早期鑒別診斷及HCC病程進(jìn)展具有重要作用，如血漿鵝去氧膽酸(chenodeoxycholic acid, CDCA)水平的變化已被證實(shí)可以作為肝硬化和HCC鑒別診斷的生物標(biāo)志物[11]，GCA水平的變化則可以作為HCC早期診斷及病程進(jìn)展預(yù)測的有效生物標(biāo)志物。

首先，HCC患者血漿膽汁酸變化有助于HCC的早期診斷。Luo等[12]對HCC患者血漿樣本進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，多種膽汁酸如GCA、TCA、TCDCA、TDCA等與健康組相比均顯著上升，闡釋了HCC患者血漿膽汁酸組分的特異性改變，同時進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)GCA聯(lián)合苯丙氨酰色氨酸可以作為預(yù)測HCC發(fā)生的有效生物標(biāo)志物，從而提示血漿GCA濃度對HCC預(yù)測及早期診斷具有重要作用。

其次，HCC患者血漿膽汁酸變化與其他肝臟疾病存在差異，具有應(yīng)用于臨床鑒別診斷的意義。Xiao等[13]在肝硬化及HCC患者血漿代謝物的研究中發(fā)現(xiàn)，HCC患者血漿中多種結(jié)合膽汁酸(如GCA、GDCA、GCDCA)水平與肝硬化組相比顯著下降(但仍顯著高于健康基線水平)；此外Han等[11]發(fā)現(xiàn)血漿CDCA水平在肝硬化、HCC患者及健康人中存在明顯差異，并且證實(shí)CDCA具有成為HCC診斷生物標(biāo)志物的潛力，分析認(rèn)為此種變化可能與早期肝硬化所致的肝臟急性損傷有關(guān)，同時提示上述膽汁酸的變化可以用于對肝硬化及HCC的鑒別診斷。研究[12]發(fā)現(xiàn)HCC患者血漿GCA水平與肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌患者相比顯著升高，因此血漿中部分膽汁酸組分與肝硬化、肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌等疾病存在差異，具有應(yīng)用于臨床鑒別診斷的潛力。

最后，HCC患者血漿膽汁酸水平變化還能夠?qū)CC病程進(jìn)展進(jìn)行預(yù)測。Chen等[14]在對不同階段HCC患者血漿膽汁酸組分分析后發(fā)現(xiàn)，GCA、GCDCA與1期HCC存在相關(guān)性，然而隨著疾病的進(jìn)展，上述兩種膽汁酸水平升高程度均逐漸減少，提示HCC患者血漿中GCA及GCDCA水平具有用于HCC病程進(jìn)展預(yù)測的潛力。

綜上， HCC患者血漿膽汁酸水平存在顯著變化，且部分膽汁酸的變化有助于HCC早期鑒別診斷及病程進(jìn)展評估，特別是血漿GCA水平的變化，無論是在HCC早期診斷、病程進(jìn)展預(yù)測還是在與肝硬化及其他某些疾病的鑒別診斷方面，均與HCC的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。除此之外，其他HCC誘發(fā)因素是否影響膽汁酸變化，及HCC病情進(jìn)展中膽汁酸水平變化的內(nèi)在機(jī)制目前尚未明確，仍需進(jìn)一步研究。

1.3 代謝終末產(chǎn)物膽汁酸水平異常變化與HCC HCC膽汁酸水平的異常除了發(fā)生在肝臟組織和血漿外，在人終末代謝產(chǎn)物中也有所變化，如在慢性肝損傷導(dǎo)致HCC的過程中，糞便中的總膽汁酸及初級膽汁酸CA、CDCA水平與健康人群相比，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，而在HCC階段，糞便中石膽酸(lithocholic acid, LCA)、DCA、TDCA、TLCA、GCA、TCA、TCDCA等膽汁酸水平均顯著升高[7]。此外HCC患者尿液中的GCA水平與健康人群相比也顯著升高[14]。盡管HCC患者糞便及尿液中膽汁酸水平存在異常變化，但其內(nèi)在的具體機(jī)制仍不明確，且相關(guān)研究較少，難以證實(shí)上述膽汁酸的變化可以作為預(yù)測HCC的生物標(biāo)志物，但可以肯定的是，糞便和尿液中膽汁酸的變化與HCC的發(fā)生發(fā)展存在一定關(guān)系，亟需進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)及證實(shí)。

總之，HCC患者無論是肝臟、血漿還是糞便等代謝物中，膽汁酸的含量與健康個體及其他疾病間存在差異，膽汁酸與HCC一定存在某些聯(lián)系，膽汁酸也顯示出具有成為HCC早期診斷及療效預(yù)測的特異性分子標(biāo)志物的潛力，同時體內(nèi)膽汁酸代謝異常機(jī)制的研究也對膽汁酸的臨床應(yīng)用具有重要作用，目前認(rèn)為，參與膽汁酸代謝過程中的腸道菌群失調(diào)以及調(diào)控膽汁酸代謝過程的膽汁酸受體的異常活化等，是膽汁酸組分及水平異常變化并誘發(fā)HCC發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)制。

2 HCC患者機(jī)體膽汁酸異常變化的機(jī)制

2.1 參與膽汁酸代謝過程的腸道菌群失調(diào)與HCC

正常人體腸道中定植著數(shù)以億計種類繁多的微生物，其中部分菌群在調(diào)節(jié)膽汁酸腸肝循環(huán)方面起到重要作用，目前認(rèn)為腸道菌群主要參與膽汁酸代謝途徑中的兩種反應(yīng)，即產(chǎn)膽鹽水解酶(bile salt hydrolases, BSH)的細(xì)菌對初級結(jié)合膽汁酸的水解反應(yīng)以及將初級膽汁酸轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭壞懼岬?α脫羥基反應(yīng)[15]。參與上述兩種反應(yīng)途徑的菌群失調(diào)是影響HCC進(jìn)程的重要因素[4]。

2.1.1 產(chǎn)BSH的菌群失調(diào)導(dǎo)致膽汁酸水平異常變化 目前認(rèn)為參與腸道結(jié)合膽汁酸水解的細(xì)菌包括擬桿菌屬、梭狀桿菌屬、乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬以及利斯特菌屬等，上述菌群主要是通過產(chǎn)生BSH將初級結(jié)合膽汁酸水解為各自的游離形式，但病理狀態(tài)下，機(jī)體腸道中上述菌群失調(diào)會導(dǎo)致腸道膽汁酸組分的改變，從而影響疾病進(jìn)展并影響HCC的發(fā)生。如與健康人體腸道微生物菌群相比，HCC患者腸道中產(chǎn)BSH的大腸桿菌、擬桿菌屬豐度升高[16-17]，上述菌屬的異常變化會導(dǎo)致小腸BSH水平升高從而導(dǎo)致游離膽汁酸含量升高，進(jìn)而通過門靜脈循環(huán)進(jìn)入肝細(xì)胞的疏水性膽汁酸含量升高，由于游離膽汁酸較結(jié)合膽汁酸具有更高的疏水性，因此上述游離膽汁酸的升高會造成肝細(xì)胞線粒體功能障礙、細(xì)胞壞死及炎癥的發(fā)生[18]，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)镠CC。

2.1.2 參與7α脫羥基作用的菌群導(dǎo)致膽汁酸水平的異常變化 在回腸末端，約有95%的膽汁酸重吸收回到肝臟，其余膽汁酸進(jìn)入結(jié)腸在其定植細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭壞懼?。目前認(rèn)為，參與次級膽汁酸生物轉(zhuǎn)化的腸道菌群為厚壁菌門中的梭菌屬和真桿菌屬[19]，這些菌屬的失調(diào)同樣可以通過改變膽汁酸組分從而導(dǎo)致HCC的發(fā)生。在對小鼠進(jìn)行高脂飲食飼養(yǎng)后，其腸道內(nèi)參與介導(dǎo)DCA形成的梭狀芽孢桿菌簇Ⅺ及ⅩⅣ豐度增加[20-21]，從而導(dǎo)致腸道中DCA水平異常升高。一方面，增加的DCA通過門靜脈循環(huán)進(jìn)入肝臟后可誘導(dǎo)炎性基因過表達(dá)及活性氧產(chǎn)生，從而增加癌變概率；另一方面，過量的DCA與增加的革蘭陽性細(xì)菌壁的脂膜酸通過門靜脈重吸收共同作用于肝星狀細(xì)胞，表達(dá)衰老相關(guān)分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)，釋放多種促癌因子，從而促進(jìn)HCC的發(fā)展。此外，梭狀芽孢桿菌介導(dǎo)的次級膽汁酸含量的升高還可以通過抑制自然殺傷T淋巴細(xì)胞活性促進(jìn)HCC的發(fā)生。如Ma等[22]通過在無菌小鼠體內(nèi)定植梭狀芽孢桿菌后發(fā)現(xiàn)了明顯的腫瘤增多的趨勢，并發(fā)現(xiàn)膽汁酸-CXCL16-NKT信號軸在HCC發(fā)生過程中的重要作用，揭示初級膽汁酸和次級膽汁酸在誘發(fā)HCC過程中的相反作用，進(jìn)一步印證了參與產(chǎn)生次級膽汁酸菌屬含量的異常升高具有促進(jìn)HCC發(fā)生發(fā)展的作用。

綜上，參與膽汁酸代謝過程的細(xì)菌改變會引起腸道膽汁酸組分的改變，導(dǎo)致總膽汁酸細(xì)胞毒性的增加或免疫功能的抑制，從而誘發(fā)HCC。

2.2 調(diào)控膽汁酸代謝過程的膽汁酸受體異常活化與HCC

研究[23]發(fā)現(xiàn)，在肝臟病理狀態(tài)下機(jī)體總膽汁酸水平出現(xiàn)異常變化，其中部分膽汁酸的變化能夠?qū)δ承┨禺愋阅懼崾荏w的活性產(chǎn)生影響，進(jìn)而反作用于機(jī)體膽汁酸或通過免疫炎癥或細(xì)胞凋亡等途徑影響HCC的發(fā)生發(fā)展，如法尼醇X受體(farnesoid X receptor, FXR)、G蛋白偶聯(lián)受體1(G protein-coupled bile acid receptor, GPBAR1)、孕烷X受體(pregnane X receptor, PXR)、本構(gòu)雄烷受體(constitutive androstane receptor, CAR)和鞘氨醇-1-磷酸受體2(sphingosine-1-phosphate receptor 2, S1PR2)等均被證實(shí)可以通過多種途徑影響HCC的發(fā)生發(fā)展。

2.2.1 FXR與HCC FXR是核受體超家族中重要的膽汁酸受體[24]，表達(dá)于包括肝臟和小腸在內(nèi)的多種細(xì)胞及組織中，機(jī)體內(nèi)多種非結(jié)合膽汁酸(CA、CDCA、DCA、LCA)是FXR的有效配體，研究發(fā)現(xiàn)FXR及其配體膽汁酸間能夠相互作用并影響HCC的發(fā)生發(fā)展。

目前認(rèn)為，F(xiàn)XR主要通過以下幾個方面影響HCC的發(fā)生發(fā)展。第一，F(xiàn)XR可以通過調(diào)節(jié)膽汁酸代謝過程抑制HCC的發(fā)生。Yang等[3]發(fā)現(xiàn)FXR-/-小鼠隨年齡出現(xiàn)自發(fā)性肝臟腫瘤的過程中，膽汁酸代謝相關(guān)基因發(fā)生變化，如CYP7A、NTCP等基因在FXR-/-小鼠中表達(dá)量顯著升高，提示膽汁酸代謝可能參與FXR誘發(fā)HCC的發(fā)生過程。此后研究[25]發(fā)現(xiàn)FXR可以上調(diào)肝內(nèi)小異源二聚體伴侶(small heterodimer partner, SHP)和腸道的FGF19-FGFR4信號軸表達(dá)，抑制膽汁酸合成限速酶CYP7A1的合成，從而減少肝內(nèi)膽汁酸的合成。此外，F(xiàn)XR還可以上調(diào)多種酶及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，促進(jìn)肝內(nèi)膽汁酸向腸道排出，降低肝內(nèi)膽汁酸水平并減少其對肝臟的細(xì)胞毒性[26-27]，起到抑制HCC發(fā)生的作用。第二，F(xiàn)XR可以抑制肝內(nèi)炎癥從而預(yù)防HCC的發(fā)生。肝內(nèi)長期慢性炎癥是誘發(fā)HCC的重要危險因素，研究[3,28]發(fā)現(xiàn)FXR-/-小鼠肝內(nèi)多種促炎因子表達(dá)上調(diào)，目前認(rèn)為FXR主要是通過抑制肝細(xì)胞內(nèi)STAT3及NF-κB炎性通路來抑制肝內(nèi)炎癥發(fā)生，從而抑制HCC[29-30]。第三，F(xiàn)XR可以抑制活性氧產(chǎn)生。過度聚集的活性氧可以通過多種途徑造成細(xì)胞損傷從而導(dǎo)致癌癥發(fā)展[31]，而FXR則可以通過降低肝內(nèi)膽汁酸水平減少活性氧產(chǎn)生[32]，進(jìn)而起到預(yù)防HCC的目的。第四，F(xiàn)XR可以通過促進(jìn)損傷的肝臟再生從而抑制HCC的發(fā)展[33]。第五，F(xiàn)XR還可以調(diào)控多種腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)抑制HCC的發(fā)生。目前認(rèn)為FXR可以直接激活SHP、膽鹽輸出泵及N-myc下游調(diào)控基因2[34]等腫瘤抑制基因的表達(dá)抑制HCC的發(fā)生。

2.2.2 G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體TGR5與HCC TGR5是G蛋白偶聯(lián)受體超家族成員，在2002年作為膽汁酸受體被首次發(fā)現(xiàn)[35]。TGR5是一種廣泛表達(dá)于人和動物組織中的膽汁酸特異G蛋白偶聯(lián)受體，膽汁酸是其最有效的天然激動劑，膽汁酸和TGR5的親和力與膽汁酸種類有關(guān)，其中次級膽汁酸LCA與DCA以及他們的結(jié)合形式是TGR5的最佳激動劑[36]。異常升高的次級膽汁酸導(dǎo)致的TGR5活化與HCC的發(fā)生存在密切關(guān)系。

TGR5可以通過抑制炎性基因表達(dá)抑制HCC的發(fā)生。與FXR相似，TGR5負(fù)調(diào)控NF-κB及STAT3通路從而抑制肝臟炎癥反應(yīng)，活化的TGR5通過激活下游信號通路腺苷酸環(huán)化酶進(jìn)而使環(huán)磷酸腺苷產(chǎn)生增多，進(jìn)一步抑制IκB的磷酸化、核因子P65的核移位，從而導(dǎo)致了NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性降低，進(jìn)而導(dǎo)致編碼促炎細(xì)胞因子基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制[37]。此外，TGR5調(diào)控STAT3的機(jī)制為抑制STAT3的磷酸化、轉(zhuǎn)錄活性和DNA結(jié)合活性，從而對STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路產(chǎn)生顯著的抑制作用[38]。因此，通過對炎性基因表達(dá)的抑制作用，TGR5得以發(fā)揮其抗癌特性。

TGR5還被研究證實(shí)具有促進(jìn)損傷肝臟恢復(fù)及再生的作用，并能夠抑制細(xì)胞因子和具有細(xì)胞毒性的疏水性膽汁酸的產(chǎn)生[39]，從而通過改變膽汁酸組分發(fā)揮抑制HCC的作用。

2.2.3 其他膽汁酸受體與HCC 除FXR和TGR5以外，PXR、CAR以及S1PR2等膽汁酸受體均被發(fā)現(xiàn)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展存在密切關(guān)系。如屬于同一亞家族的核受體超家族成員PXR和CAR僅可被LCA激活，其正常的生理功能是通過硫酸化LCA從而消除其毒性，起到解毒的作用[40]。除此之外，研究[40-41]發(fā)現(xiàn)CAR可能通過Yes相關(guān)蛋白以及Wnt-β-catenin等途徑誘導(dǎo)HCC的發(fā)生，而PXR在腫瘤細(xì)胞中也具有促進(jìn)增殖的作用。S1PR2作為G蛋白偶聯(lián)受體家族一員，可以被某些結(jié)合膽汁酸如TCA、TDCA等激活，GCDCA可以通過S1PR2誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞Huh7細(xì)胞系的凋亡[42]，但同時也有研究[43]發(fā)現(xiàn)S1PR2可以通過激活ERK1/2和AKT信號通路導(dǎo)致膽管癌細(xì)胞生長及侵襲。因此，S1PR2在腫瘤發(fā)生中的作用尚存在爭議，但可以肯定的是，上述膽汁酸受體均與癌癥的發(fā)生發(fā)展存在一定的聯(lián)系。

3 小結(jié)與展望

膽汁酸作為膽固醇的終末產(chǎn)物，除了發(fā)揮其正常生理功能外，還被證實(shí)與HCC的發(fā)生發(fā)展存在一定關(guān)系。HCC的發(fā)生一方面可能是由于腸道菌屬發(fā)生變化，導(dǎo)致膽汁酸水平異常升高從而出現(xiàn)的細(xì)胞毒性作用；另一方面也可能是由于升高的膽汁酸活化某些特定的膽汁酸受體所導(dǎo)致。

目前，多種與膽汁酸代謝因素相關(guān)的治療方法已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，如為提高血漿標(biāo)志物GCA檢測效率，已有研究[44]制備出在ELISA血清檢測中具有高敏感度和精確度的抗GCA單克隆抗體；此外，針對腸道菌群失調(diào)，應(yīng)用抗生素和益生菌的治療方案也在研究當(dāng)中；同時，多種膽汁酸受體激動劑也在進(jìn)行臨床試驗(yàn)[5]，如奧貝膽酸、Px-104、INT777等多種FXR和TGR5激動劑，已投入到HCC等肝臟疾病的研發(fā)當(dāng)中。

人體膽汁酸代謝通路以及腸道菌群處于動態(tài)變化， HCC的發(fā)生發(fā)展絕不可能僅受到單一因素的影響，針對HCC發(fā)生發(fā)展過程中某些因素開發(fā)相關(guān)的檢測及治療手段，如開發(fā)更加靈敏有效的HCC早期診斷及預(yù)后預(yù)測標(biāo)志物、重塑腸道菌群的菌群制劑以及特異性膽汁酸受體激動劑等都具有重要的臨床應(yīng)用價值，亟需深入研究。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：劉哲睿負(fù)責(zé)資料分析，撰寫論文；賈曉東負(fù)責(zé)提出具體修改意見并進(jìn)行修改； 陸蔭英負(fù)責(zé)擬定撰寫思路，指導(dǎo)文章寫作并最終定稿。