膽汁酸-法尼醇核受體R-腸道微生態(tài)軸在肝衰竭發(fā)生及肝再生中的作用機(jī)制

陳研焰， 藍(lán)艷梅， 王明剛， 毛德文

1 湖南中醫(yī)藥高等專(zhuān)科學(xué)校 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部， 湖南 株洲 412000；

2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.科研部， b.肝病科， 南寧 530023

肝衰竭是由多種因素引起的嚴(yán)重肝臟損害，導(dǎo)致肝臟合成、解毒、代謝和生物轉(zhuǎn)化功能?chē)?yán)重障礙或失代償，出現(xiàn)以黃疸、凝血功能障礙、肝腎綜合征、肝性腦病、腹水等為主要臨床表現(xiàn)的一組臨床癥候群[1]。引起肝衰竭的病因有病毒、酒精、肝損性藥物、自身免疫性疾病及膽汁淤積性肝病等。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，酒精、藥物是導(dǎo)致肝衰竭的主要原因[2]，而我國(guó)以肝炎病毒(特別是HBV)為最主要原因。目前肝衰竭分為四型：急性肝衰竭、亞急性肝衰竭、慢加急性(亞急性)肝衰竭及慢性肝衰竭。

肝衰竭起病急、發(fā)展迅速，病死率高[3]，屬內(nèi)科危重癥。其發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，短時(shí)間內(nèi)肝細(xì)胞大量壞死、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及肝臟缺血性損傷是其發(fā)生過(guò)程中的核心環(huán)節(jié)[2,4]。肝細(xì)胞大量壞死超出肝細(xì)胞再生能力，是導(dǎo)致該病病死率較高的關(guān)鍵因素，其治療仍是困擾全球?qū)W者的難題之一。近年研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸、法尼醇核受體R(farnesoid X receptor, FXR)、腸道微生態(tài)之間存在密切聯(lián)系，且三者相互作用參與了肝衰竭發(fā)生機(jī)制。

1 膽汁酸、FXR、腸道微生態(tài)相互作用

1.1 膽汁酸合成 膽汁酸以膽固醇為原料通過(guò)經(jīng)典途徑和替代途徑合成，是調(diào)節(jié)膽固醇代謝、促進(jìn)食物消化吸收的重要物質(zhì)，同時(shí)還作為信號(hào)分子發(fā)揮廣泛的生物學(xué)作用[5]。約90%的膽汁酸由經(jīng)典途徑產(chǎn)生，膽固醇7α羥化酶(cholesterol 7-hydroxylase,CYP7A1)是該途徑的限速酶，膽固醇經(jīng)CYP7A1依次轉(zhuǎn)化為7α羥基膽固醇、初級(jí)膽汁酸，包括鵝去氧膽酸(chenodeoxycholic acid,CDCA)、膽酸(cholic acid,CA)及其與甘氨酸和牛磺酸的結(jié)合物。替代途徑中，膽固醇先后經(jīng)甾醇27羥化酶、氧化甾醇7α羥化酶的作用，依次轉(zhuǎn)化為27羥基膽固醇、CDCA[6-7]。腸道內(nèi)的7α脫羥基菌和產(chǎn)膽鹽水解酶(bile salt hydrolase,BSH)的細(xì)菌將初級(jí)膽汁酸CDCA、CA分別轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸脫氧膽酸和石膽酸[7]。膽汁酸代謝過(guò)程中，約有95%的膽汁酸在回腸末端被重吸收，經(jīng)門(mén)靜脈再次進(jìn)入肝臟重新結(jié)合并分泌至膽汁中，再隨膽汁排入腸腔，即膽汁酸的腸肝循環(huán)。

1.2 FXR是調(diào)控膽汁酸池穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因子 FXR屬激素核受體超家族，是維持膽汁酸池穩(wěn)態(tài)的重要因素[8]。其在肝臟及腸道中高度表達(dá)，生理濃度的膽汁酸是其內(nèi)源性配體[9]，故又被稱(chēng)為膽汁酸受體。FXR通過(guò)調(diào)節(jié)膽汁酸合成過(guò)程中相關(guān)基因的表達(dá)以維持膽汁酸池穩(wěn)態(tài)，主要經(jīng)兩條途徑負(fù)反饋調(diào)控膽汁酸合成[10-12]：(1)肝內(nèi)FXR激活，誘導(dǎo)其靶向基因短異源二聚體表達(dá)，使短異源二聚體與肝受體同系物1相互作用，繼而抑制肝受體同系物1對(duì)CYP7A1的激活作用。(2)腸道FXR激活，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子15(fibroblast growth factor 15, FGF15，人類(lèi)為FGF19)產(chǎn)生并經(jīng)門(mén)靜脈入肝臟，與肝內(nèi)FGF受體4(intrahepatic FGF receptor 4,FGFR4)結(jié)合，繼而激活c-Jun氨基端激酶/β-Klotho路徑抑制CYP7A1轉(zhuǎn)錄?？傊?，兩條途徑均以下調(diào)CYP7A1為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，最終負(fù)反饋調(diào)節(jié)膽汁酸的合成。而膽汁酸持續(xù)丟失時(shí)，F(xiàn)XR及FGF15表達(dá)下降、CYP7A1上升促進(jìn)膽汁酸合成增加[13]。

1.3 膽汁酸與腸道微生態(tài)以FXR為中介相互影響 腸道微生態(tài)是指腸道正常微生物群與其宿主的統(tǒng)一體[14]。腸道菌群主要包括厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)和放線(xiàn)菌門(mén)四大類(lèi)，菌群維持?jǐn)?shù)量與結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)平衡、腸黏膜屏障功能正常是腸道微生態(tài)穩(wěn)定的基本條件。

膽汁酸通過(guò)直接和間接方式影響腸道菌群。膽汁酸具有較強(qiáng)的抗菌活性，能直接造成細(xì)菌細(xì)胞膜或DNA損傷、改變細(xì)胞膜內(nèi)結(jié)構(gòu)，間接方式依賴(lài)于FXR的參與，兩種的方式最終共同改變腸道菌群的分布和結(jié)構(gòu)[15-17]。Zheng等[18]發(fā)現(xiàn)高脂飲食小鼠膽汁酸明顯升高，隨后出現(xiàn)了腸道菌群的結(jié)構(gòu)改變，因此提出“肝臟-膽汁酸-腸道微生態(tài)代謝軸”概念。FXR激動(dòng)劑奧貝膽酸可升高小腸厚壁桿菌比例，抑制革蘭陽(yáng)性菌生長(zhǎng)[19]。膽汁淤積性肝損傷模型大鼠腸通透性增高、細(xì)菌移位增多現(xiàn)象與FXR功能減弱有關(guān)，F(xiàn)XR激動(dòng)劑能減輕腸道炎癥反應(yīng)、提高claudin-1和occludin蛋白表達(dá)，從而恢復(fù)腸黏膜屏障功能、減少細(xì)菌移位[16]。

腸道菌群調(diào)節(jié)膽汁酸的合成轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)運(yùn)排泄，從而影響膽汁酸的成分及膽汁酸池穩(wěn)態(tài)。腸道BSH活性菌是實(shí)現(xiàn)初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸的必要條件，腸道菌群紊亂導(dǎo)致菌群BSH活性減弱而阻礙初級(jí)膽汁酸向次級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)化。小鼠經(jīng)Tempol(一種能降低乳酸菌BSH活性的抗氧化劑)喂養(yǎng)后，其腸道中厚壁菌與擬桿菌的比率降低，次級(jí)膽汁酸減少[20]。益生菌可通過(guò)FXR/FGF15/FGFR4途徑抑制CYP7A1表達(dá)，最終控制膽汁酸的合成[15]?？股乜山档秃癖诰?擬桿菌群比率，并明顯提高膽汁酸腸肝循環(huán)中的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白含量，有效促進(jìn)膽汁酸的腸肝循環(huán)[21]。無(wú)菌小鼠[22]相比于常規(guī)小鼠的糞便膽汁酸明顯減少，且基本無(wú)次級(jí)膽汁酸生成。益生菌[23]能加強(qiáng)膽汁酸降解、促進(jìn)糞膽汁酸的排泄，從而增加小鼠膽汁酸合成，在FXR-/-和FGF-/-小鼠中，這種調(diào)節(jié)作用明顯被抑制。

2 膽汁酸-FXR-腸道微生態(tài)關(guān)聯(lián)軸與肝衰竭形成

2.1 膽汁酸代謝紊亂與肝衰竭 膽汁酸具有細(xì)胞毒性，疏水性較親水性膽汁酸對(duì)細(xì)胞膜完整性損害更大。一方面，膽汁酸腸肝循環(huán)障礙時(shí)，膽汁淤積于肝膽系統(tǒng)中，高濃度膽汁酸毒性會(huì)引起膽汁淤積性肝損傷，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)展為肝衰竭甚至死亡[24]。因此，有學(xué)者[25]建議將膽汁酸含量作為判斷肝衰竭預(yù)后的重要因素之一。另一方面，肝衰竭時(shí)大量肝細(xì)胞損傷和壞死，肝臟對(duì)膽汁酸的代謝能力嚴(yán)重衰退，引起膽汁酸腸肝循環(huán)障礙，最終導(dǎo)致膽汁淤積而加速肝衰竭進(jìn)程[24]。研究[26]發(fā)現(xiàn)，血清膽汁酸可透過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦從而參與了急性肝衰竭時(shí)肝性腦病的發(fā)生機(jī)制，降低血清膽汁酸濃度有利于減輕肝衰竭時(shí)肝性腦病的嚴(yán)重性。

2.2 FXR與肝衰竭 FXR負(fù)反饋調(diào)節(jié)膽汁酸合成、控制膽汁酸池總量，又介導(dǎo)膽汁酸對(duì)腸道微生態(tài)的影響，故FXR可從降低膽汁酸毒性、腸道微生態(tài)紊亂造成的肝損傷兩方面參與肝衰竭進(jìn)程。腸道FXR持續(xù)被激活的小鼠的總膽汁酸比普通小鼠下降30%，親水性膽汁酸的比例升高[27]。而FXR缺陷小鼠因膽汁酸總量增加、成分變化，其肝損傷程度明顯高于野生型[28]。膽管外膽汁引流術(shù)的大鼠，F(xiàn)XR降低、CYP7A1上升，膽汁酸合成增加并淤積，腸通透性增高，而FXR激動(dòng)劑能減少膽汁分泌、降低腸通透性，從而緩解肝組織損傷[13]。另外，亦有研究發(fā)現(xiàn)FXR還可通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)以拮抗肝衰竭發(fā)生。FXR激活能減輕自身免疫性肝病模型小鼠的肝細(xì)胞凋亡，抑制炎性因子表達(dá)，改善肝損傷[29]。FXR激動(dòng)劑可通過(guò)調(diào)控炎性因子改善急性肝損傷[30]，防止肝細(xì)胞凋亡和壞死，機(jī)制與FXR信號(hào)通路的激活、同時(shí)抑制核因子-κB(NF-κB)通路介導(dǎo)的炎性因子釋放有關(guān)。

2.3 腸道微生態(tài)與肝衰竭 “腸-肝軸”理論揭示腸道與肝臟之間密切聯(lián)系，腸道微生態(tài)是“腸-肝軸”生理、病理發(fā)生機(jī)制關(guān)聯(lián)的重要環(huán)節(jié)，肝損傷發(fā)生時(shí)均伴有腸黏膜屏障功能下降及不同程度的內(nèi)毒素血癥[31-33]，腸道微生態(tài)的紊亂與多種肝臟疾病密切相關(guān)[34-35]。當(dāng)FXR介導(dǎo)的膽汁酸代謝紊亂出現(xiàn)膽汁酸池失衡，可導(dǎo)致腸通透性增高，腸道菌群移位[13,18]，大量?jī)?nèi)毒素經(jīng)門(mén)靜脈進(jìn)入肝臟產(chǎn)生腸源性?xún)?nèi)毒素血癥(intestinal endotoxemia,IETM)是肝衰竭各并發(fā)癥共同的物質(zhì)基礎(chǔ)，IETM是腸道微生態(tài)與肝衰竭發(fā)生機(jī)制相互關(guān)聯(lián)的重要靶點(diǎn)。

一方面，內(nèi)毒素的肝細(xì)胞毒性直接引起肝損傷。早前研究[32]發(fā)現(xiàn)，內(nèi)毒素誘導(dǎo)肝細(xì)胞線(xiàn)粒體內(nèi)源性氧自由基生成增加，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)增強(qiáng)，相關(guān)氧化產(chǎn)物直接攻擊膜脂、膜蛋白、核苷酸等大分子，破壞膜的完整性及酶的功能，最終導(dǎo)致肝細(xì)胞線(xiàn)粒體損傷。另一方面，內(nèi)毒素通過(guò)細(xì)胞信號(hào)通路誘導(dǎo)或釋放大量?jī)?nèi)源性介質(zhì)而發(fā)揮其肝損性作用。內(nèi)毒素可引起Kupffer細(xì)胞(KC)過(guò)度活化，繼而通過(guò)直接和間接方式引起肝細(xì)胞壞死[36]。KC可誘導(dǎo)TNFα、Fas配體表達(dá)增加，二者分別與肝細(xì)胞中TNF受體、Fas結(jié)合直接誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡。間接作用是通過(guò)TNFα誘導(dǎo)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞激活，纖維蛋白酶原抑制劑減少，繼而肝內(nèi)微循環(huán)障礙最終導(dǎo)致肝細(xì)胞壞死。同時(shí)，TNFα還可以通過(guò)誘導(dǎo)趨化因子活化、激活中性粒細(xì)胞，產(chǎn)生氧化應(yīng)激最終導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡。

3 膽汁酸-FXR-腸道微生態(tài)與肝再生機(jī)制

肝細(xì)胞不同程度的壞死與肝細(xì)胞再生是貫穿于肝衰竭的臨床病理過(guò)程的共性特征[37]，肝細(xì)胞的壞死與再生之間的博弈對(duì)肝衰竭預(yù)后有決定性意義。肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞凋亡或肝臟切除術(shù)能觸發(fā)肝細(xì)胞再生，肝細(xì)胞再生潛力十分強(qiáng)大，運(yùn)用肝細(xì)胞再生能力在有效治療肝衰竭中極具潛力。

3.1 FXR介導(dǎo)膽汁酸通路影響肝再生 膽汁酸通路是肝再生過(guò)程中的關(guān)鍵代謝性通路，其對(duì)肝再生的調(diào)節(jié)作用具有雙向性，適量水平的膽汁酸能促進(jìn)肝再生，而高濃度的膽汁酸阻礙正常肝再生，F(xiàn)XR作為膽汁酸合成的重要調(diào)節(jié)因子參與了以上雙向調(diào)節(jié)機(jī)制[38-40]。0.2%膽汁酸能明顯提高大鼠肝切除術(shù)后的肝再生率、增殖細(xì)胞核抗原及FXR含量[41]。而1% CA使部分肝切除術(shù)后小鼠的死亡率達(dá)100%，表明高濃度的膽汁酸不利于肝再生[42]。膽道外引流術(shù)相對(duì)膽道內(nèi)引流術(shù)導(dǎo)致的肝再生差異可能是由于膽汁酸腸肝循環(huán)破壞，F(xiàn)XR表達(dá)下調(diào)引起的[43]。更有實(shí)踐進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XR通過(guò)肝內(nèi)FXR/Fox生長(zhǎng)型轉(zhuǎn)錄因子m1b[44]、腸內(nèi)FXR/FGF[45-47]再經(jīng)血入肝臟后最終促進(jìn)肝再生。因此，越來(lái)越多的研究選擇FXR激動(dòng)劑運(yùn)用于各種慢性肝病的治療相關(guān)的研究，并進(jìn)一步證實(shí)FXR激動(dòng)劑除調(diào)節(jié)膽汁酸合成而影響肝細(xì)胞生長(zhǎng)及再生，還具備有效的抗炎和抗纖維化作用[48]。

3.2 腸道微生態(tài)與肝再生機(jī)制 腸道微生態(tài)已被證實(shí)能夠參與調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞增殖分化和組織修復(fù)，腸道菌群在肝再生的代謝反應(yīng)中發(fā)揮核心作用[49]，而濫用抗生素可通過(guò)破壞腸道共生菌維持的肝臟先天免疫耐受以抑制肝臟再生[50]。肝切除術(shù)觸發(fā)肝再生并引起腸道菌群改變，肝再生過(guò)程中與各類(lèi)菌群密切相關(guān)的信號(hào)通路包括NF-κB、樹(shù)突狀細(xì)胞/自然殺傷細(xì)胞，相關(guān)基因有Toll樣受體4、NK-κB、FGF受體1和4、CD44、CD86，提示腸道菌群可能通過(guò)以上通路調(diào)節(jié)肝再生[51]。迅速出現(xiàn)的KC對(duì)內(nèi)毒素清除能力減弱及腸道微生態(tài)紊亂是肝衰竭或肝切除術(shù)后出現(xiàn)IETM的原因，而內(nèi)毒素又反過(guò)來(lái)影響肝再生，其機(jī)制與內(nèi)毒素引起TNFα、NF-κB、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1、IL-1β等炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子釋放有關(guān)[52-53]。慢加急性(亞急性)肝衰竭模型大鼠存在腸道菌群失調(diào)及腸屏障功能紊亂，益生菌可調(diào)節(jié)模型鼠腸道菌群，恢復(fù)腸道生物、機(jī)械及免疫屏障功能，促進(jìn)肝組織修復(fù)[33]。另外，腸道微生態(tài)影響干細(xì)胞增殖分化。乳桿菌可通過(guò)Nox介導(dǎo)活性氧調(diào)節(jié)腸干細(xì)胞刺激腸上皮細(xì)胞的增殖和分化[54]。當(dāng)前，已有研究[55-56]利用干細(xì)胞移植技術(shù)來(lái)促進(jìn)肝再生治療肝衰竭。人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)化為肝細(xì)胞，經(jīng)門(mén)靜脈注射骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可有效挽救肝衰竭模型豬[55]。但腸道微生態(tài)是否能有針對(duì)性促進(jìn)肝干細(xì)胞增殖分化有待進(jìn)一步證實(shí)。

4 小結(jié)

綜上所述，膽汁酸、FXR及腸道微生態(tài)三者之間以FXR為中介相互影響，該軸在肝衰竭發(fā)生及肝再生機(jī)制中發(fā)揮重要作用。肝衰竭治療仍面臨巨大挑戰(zhàn)，促進(jìn)肝細(xì)胞再生是拮抗肝衰竭的有效手段，人工肝在此方面已取得一定進(jìn)展，但內(nèi)科治療方法仍無(wú)重大突破，多年以來(lái)中醫(yī)藥研究取得了一定成果[57-59]，然而基于此關(guān)聯(lián)軸對(duì)肝再生的研究相對(duì)較少?；谠撦S的現(xiàn)有研究提示膽汁酸抑制劑、FXR激動(dòng)劑、益生菌及抗生素的合理應(yīng)用在緩解肝損傷及促進(jìn)肝細(xì)胞再生中具有較大潛力，進(jìn)一步明確此關(guān)聯(lián)軸在肝衰竭發(fā)生及肝再生機(jī)制中的作用對(duì)肝衰竭的臨床診療具有重大意義。

作者貢獻(xiàn)聲明：陳研焰負(fù)責(zé)資料分析，撰寫(xiě)論文；藍(lán)艷梅、王明剛負(fù)責(zé)課題設(shè)計(jì)，收集數(shù)據(jù)，修改論文；毛德文負(fù)責(zé)擬定寫(xiě)作思路，指導(dǎo)撰寫(xiě)文章并最后定稿。