腸道疾病中膽汁酸及其受體對(duì)NLRP3炎癥小體調(diào)控作用的研究進(jìn)展

廖楚瑤，李思奇，張尊建，張培，許風(fēng)國(guó)

（中國(guó)藥科大學(xué)藥物質(zhì)量與安全預(yù)警教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009）

膽汁酸是由肝臟合成的一類(lèi)膽烷酸衍生物，參與代謝、免疫和炎癥等多種生理病理過(guò)程，在腸道生理機(jī)能調(diào)節(jié)與疾病進(jìn)程中具有重要作用[1]。NLRP3炎癥小體作為一種模式識(shí)別受體參與感知機(jī)體內(nèi)外危險(xiǎn)信號(hào)，既是宿主防御的關(guān)鍵介質(zhì)，也是腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，在控制腸上皮的完整性和調(diào)節(jié)腸道微生物群的免疫反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮重要作用[2]。近年來(lái)，膽汁酸對(duì)NLRP3炎癥小體的調(diào)控機(jī)制逐漸被闡明，但膽汁酸對(duì)NLRP3炎癥小體的活化究竟是抑制還是促進(jìn)尚無(wú)定論。本文從膽汁酸與膽汁酸激活受體角度，分別就其對(duì)NLRP3炎癥小體的作用進(jìn)行總結(jié)分析，綜述了腸道疾病中膽汁酸及其受體對(duì)NLRP3炎癥小體的作用。

1 膽汁酸代謝紊亂與腸道疾病

膽汁酸可分為初級(jí)膽汁酸和次級(jí)膽汁酸，初級(jí)膽汁酸[如膽酸（CA）和鵝去氧膽酸（CDCA）]的生物合成在肝臟中進(jìn)行。人體攝入食物后，儲(chǔ)存于膽囊中的膽汁酸被釋放入腸，約95%的膽汁酸在末端回腸被吸收，經(jīng)門(mén)靜脈循環(huán)回到肝臟；剩余膽汁酸可作為微生物代謝的底物，在結(jié)腸中經(jīng)生物轉(zhuǎn)化生成次級(jí)膽汁酸，如去氧膽酸（DCA）和石膽酸（LCA）[3]。作為膽汁的組成成分，膽汁酸介導(dǎo)脂質(zhì)、膽固醇和脂溶性維生素等的消化和吸收，廣泛參與糖脂代謝、能量消耗和免疫反應(yīng)等代謝途徑的調(diào)節(jié)，與腸道疾病、肝臟疾病及各種代謝疾病密切相關(guān)[4]。

越來(lái)越多的研究表明，腸道疾病常伴隨膽汁酸代謝通路紊亂，如在結(jié)直腸癌[5-6]、腸梗阻[7]、腸息肉[8]、炎癥性腸病[9-11]、藥源性腸損傷[12]等腸道疾病中，膽汁酸含量與比例均發(fā)生顯著性改變（見(jiàn)表1）。

表 1 腸道疾病中膽汁酸代謝的變化情況Table 1 Changes in bile acid metabolism in intestinal diseases

研究發(fā)現(xiàn)，膽汁酸的代謝紊亂及其在腸道中的蓄積，可通過(guò)影響腸道炎癥、腸道菌群組成、腸細(xì)胞增殖能力等，引發(fā)壞死性小腸結(jié)腸炎、膽汁酸型腹瀉、結(jié)腸癌[14]等腸道疾病。一方面，膽汁酸通過(guò)影響腸道菌群的組成和豐度，維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[15]，如CA、DCA、CDCA等游離膽汁酸可通過(guò)降低腸道菌群內(nèi)部pH水平，抑制短雙岐桿菌、唾液乳桿菌等的生長(zhǎng)[16]；鵝去氧膽酸鹽、熊去氧膽酸鹽等結(jié)合型膽汁酸可通過(guò)刺激宿主產(chǎn)生抗菌肽（如cathelicidin[17]、血管生成素Ⅰ[18]），作用于腸道菌群，維持腸道內(nèi)環(huán)境平衡。另一方面，過(guò)度蓄積的次級(jí)膽汁酸DCA、LCA等通過(guò)激活核因子κ輕鏈增強(qiáng)子（NF-κB）信號(hào)通路、誘導(dǎo)DNA氧化損傷和有絲分裂活性異常，促進(jìn)結(jié)腸細(xì)胞的過(guò)度增殖與侵襲，誘發(fā)結(jié)腸癌[14]。更重要的是，膽汁酸還可作用于NLRP3炎癥小體，介導(dǎo)腸道炎癥反應(yīng)[19-20]。

2 NLRP3炎癥小體與腸道疾病

NLRP3炎癥小體是核苷酸結(jié)合和寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體（NLR）家族的成員，通過(guò)識(shí)別危險(xiǎn)相關(guān)分子模式（DAMP）或病原體相關(guān)分子模式（PAMP）來(lái)感知外源性微生物或來(lái)自損傷、死亡細(xì)胞的內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)，參與感染、炎癥和自身免疫相關(guān)的固有免疫過(guò)程，對(duì)免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)具有重要作用[21]。NLRP3炎癥小體由傳感器NLRP3、適配器凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（ASC）和效應(yīng)子pro-Caspase-1組成。其活化分為2步：第1步為相關(guān)蛋白的合成，即NF-κB作為轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)控NLRP3和pro-IL-1β等炎癥小體相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄與合成；第2步為NLRP3炎癥小體的組裝激活，其刺激因素包括外源性微生物和內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)，如膽汁酸、尼日利亞菌素、腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）等[22]。激活NLRP3炎癥小體可引發(fā)炎癥因子IL-1β和IL-18的釋放[2]，促進(jìn)炎癥過(guò)程，恢復(fù)PAMP或DAMP誘導(dǎo)的機(jī)體失衡[23]；但是NLRP3炎癥小體的過(guò)度激活，則可能誘導(dǎo)劇烈炎癥反應(yīng)，增加代謝性或自身炎癥性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如糖尿病[24]、慢性腎病和糖尿病腎病[25]以及炎癥性腸病[26]等。

NLRP3炎癥小體，既可作為宿主防御的關(guān)鍵介質(zhì)參與機(jī)體對(duì)內(nèi)外危險(xiǎn)信號(hào)的感知，又是腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器[2]，介導(dǎo)機(jī)體調(diào)節(jié)腸上皮完整性和腸道微生物群免疫反應(yīng)。腸道微生物群在調(diào)節(jié)腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用[27]。研究表明，NLRP3炎癥小體信號(hào)阻滯可能會(huì)導(dǎo)致免疫失調(diào)和腸道致病菌定植增加，引起腸道微生物群失衡，滲入腸黏膜固有層，誘導(dǎo)免疫細(xì)胞招募，進(jìn)而引發(fā)異常固有免疫反應(yīng)，導(dǎo)致腸道炎癥[28]。此外，NLRP3炎癥小體介導(dǎo)了炎癥因子IL-1β的生成與釋放，可通過(guò)觸發(fā)Caspase-1產(chǎn)生gasdermin-D，介導(dǎo)細(xì)胞焦亡。因此，NLRP3炎癥小體的異常激活可加劇機(jī)體炎癥進(jìn)程并誘導(dǎo)炎癥部位內(nèi)效應(yīng)巨噬細(xì)胞/樹(shù)突狀細(xì)胞的死亡[29]。由此可見(jiàn)，NLRP3炎癥小體對(duì)調(diào)節(jié)腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要意義，其信號(hào)阻滯或異常激活均可引起腸道炎癥反應(yīng)，甚至導(dǎo)致炎癥性腸病等慢性自身免疫性疾病的發(fā)生[30]。

3 膽汁酸調(diào)控NLRP3炎癥小體

膽汁酸與膽汁酸激活受體均能介導(dǎo)NLRP3炎癥小體的活化。研究發(fā)現(xiàn)疏水性膽汁酸CDCA通過(guò)促進(jìn)自由氧（ROS）的生成和ATP釋放，誘發(fā)胞內(nèi)K+外流，劑量依賴(lài)性促進(jìn)革蘭陰性菌脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的鼠巨噬細(xì)胞系J774A.1中NLRP3炎癥小體激活，刺激IL-1β的釋放[31]。此外，DCA、CDCA及其?；撬峤Y(jié)合形式可作為DAMP，誘發(fā)胞外Ca2+內(nèi)流，從而誘導(dǎo)腹膜巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體的活化[32]。上述研究表明，膽汁酸可作為內(nèi)源性DAMP（或與外源性PAMP協(xié)同）作用于NLRP3炎癥小體，調(diào)控腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，引起或加重腸道炎癥反應(yīng)。不同腸道疾病模型常伴隨著膽汁酸含量、比例發(fā)生改變，這可能影響NLRP3炎癥小體相關(guān)的炎癥狀態(tài)。

膽汁酸激活受體是一類(lèi)能被膽汁酸特異性激活而激發(fā)其生理活性的受體，包括部分核受體和G蛋白偶聯(lián)受體，在膽汁酸的合成與生理功能的發(fā)揮中起著重要作用[33-34]。核受體是配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，在胚胎發(fā)生、機(jī)體發(fā)育和代謝調(diào)控中具有重要作用。人類(lèi)基因組中有48個(gè)核受體基因，其中法尼醇X受體（FXR）、孕烷X受體（PXR）、維生素D受體（VDR）和組成性雄甾烷受體（CAR）屬于膽汁酸激活受體[34]。G蛋白偶聯(lián)受體是人類(lèi)膜蛋白和藥物靶標(biāo)中最大的一類(lèi)，參與許多細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。其中Takeda G蛋白偶聯(lián)受體5（TGR5）、鞘氨醇-1-磷酸受體2（S1PR2）、毒蕈堿受體（如M2和M3受體）、甲酰肽受體（FPR）可被膽汁酸激活，屬于膽汁酸激活受體[33]。據(jù)報(bào)道，F(xiàn)XR、PXR、VDR、TGR5、S1PR2可調(diào)控NLRP3炎癥小體的激活，其組織分布及與膽汁酸的結(jié)合能力可能影響膽汁酸對(duì)NLRP3炎癥小體的作用效果。

3.1 FXR抑制NLRP3炎癥小體，緩解腸道炎癥

FXR可通過(guò)與維甲酸X受體（RXR）形成復(fù)合物，進(jìn)而與基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，介導(dǎo)靶標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。FXR在人體肝臟、腸道、腎臟、腎上腺、血管平滑肌、白色脂肪組織和免疫細(xì)胞中高度表達(dá)[35]，在調(diào)節(jié)膽汁酸、脂類(lèi)、葡萄糖穩(wěn)態(tài)，調(diào)控炎癥反應(yīng)，維持機(jī)體屏障功能和防止腸道細(xì)菌移位等方面具有重要作用[36]。游離型膽汁酸是FXR的高親和力配體，體外研究顯示，不同游離型膽汁酸對(duì)FXR的激活潛力不同，具體作用順序?yàn)椋篊DCA＞DCA＞LCA ＞CA[37]。

研究表明，F(xiàn)XR可通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和防止腸道菌群移位，減輕炎癥并維持腸上皮屏障的完整性[38]。Hao等[32]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XR基因敲除小鼠對(duì)LPS誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體相關(guān)膿毒血癥更易感，而FXR過(guò)表達(dá)小鼠對(duì)其更具抵抗力，表明膽汁酸激活核受體FXR具有抑制NLRP3炎癥小體作用。還有研究表明，CDCA或激動(dòng)劑GW4064可通過(guò)激活FXR，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的蛋白激酶RNA樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（PERK）的激活，從而抑制CCAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白（CHOP）依賴(lài)性NLRP3炎癥小體的表達(dá)與激活[39]。上述研究表明，F(xiàn)XR可作為NLRP3炎癥小體相關(guān)疾病的潛在治療靶點(diǎn)，緩解相關(guān)腸道疾病。

3.2 PXR作用于NLRP3炎癥小體，緩解腸道炎癥

PXR也被稱(chēng)為類(lèi)固醇受體，其在人體腸道、肝臟以及其他組織和細(xì)胞中均有表達(dá)[40]，是人體防御外源性物質(zhì)如污染物、藥物、膳食化合物及其代謝物等的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。除外源性物質(zhì)外，LCA及其氧化形式3-酮石膽酸（3-keto-LCA）對(duì)PXR有較強(qiáng)激活效應(yīng)，而其余膽汁酸如CDCA、DCA、CA等則對(duì)PXR無(wú)激活作用[41]。與FXR相似，PXR作為核受體超家族成員，可通過(guò)與RXR形成異二聚體，結(jié)合靶基因調(diào)控區(qū)的同源DNA基序，進(jìn)而介導(dǎo)靶基因的表達(dá)[42]，在糖脂代謝、肝臟保護(hù)、骨穩(wěn)態(tài)、炎癥性腸病中具有重要作用[43]。此外，PXR還參與多藥耐藥蛋白1（MDR1）、CYP3A同工酶及其他藥物代謝相關(guān)重要蛋白的表達(dá)調(diào)控，介導(dǎo)藥物代謝和藥物間相互作用[43]。

PXR可通過(guò)抑制NF-κB依賴(lài)性炎癥介質(zhì)的釋放[44]，或調(diào)節(jié)腸上皮內(nèi)固有免疫模式識(shí)別受體的表達(dá)，維持腸黏膜內(nèi)穩(wěn)態(tài)和屏障功能[45]。研究表明，利用他汀類(lèi)藥物激活PXR可抑制氧化低密度脂蛋白或腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體活化[46]。在葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)極性炎癥性腸病小鼠模型中，鼠源PXR特異性激動(dòng)劑PCN處理能顯著緩解DSS所致潰瘍性結(jié)腸炎癥狀[47]。此外，PXR被利福平、SR12813等激動(dòng)劑激動(dòng)后，可激活跨膜通道pannexin-1，加速ATP的釋放，促進(jìn)NLRP3炎癥小體活化[48]；也可與NLRP3基因啟動(dòng)子特異性結(jié)合，介導(dǎo)NLRP3炎癥小體相關(guān)蛋白的表達(dá)與激活[42]。綜上，PXR對(duì)NLRP3炎癥小體活化有調(diào)控作用，但其作用效果尚存在爭(zhēng)議，具體機(jī)制有待深入研究。另外，一些討論膽汁酸是否能夠調(diào)控PXR進(jìn)而調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體活化、緩解腸道炎癥的報(bào)道，也值得關(guān)注。

3.3 VDR抑制NLRP3炎癥小體，緩解腸道炎癥

VDR是一種具有廣泛生理效應(yīng)的核轉(zhuǎn)錄因子[49]，在人體腸道、腎臟、肝臟，以及胰腺β細(xì)胞、骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、單核細(xì)胞和免疫活性細(xì)胞等各組織細(xì)胞中廣泛表達(dá)[50]，參與腸、骨、腎臟、肝臟、皮膚、心臟及其他器官相關(guān)疾病的調(diào)節(jié)[51]。除維生素D及其類(lèi)似物外，VDR作為膽汁酸激活受體可被次級(jí)膽汁酸LCA、LCA膽酸鹽及其氧化形式激活[52]。

VDR被維生素D類(lèi)似物激活后，可通過(guò)抑制IκBα激酶（IKK）蛋白表達(dá)或使其泛素化失活，抑制NF-κB，從而抑制NLRP3炎癥小體[49]和其他炎癥相關(guān)蛋白的表達(dá)而發(fā)揮抗炎作用[53]；或介導(dǎo)yes相關(guān)蛋白1（YAP1）的活化[54]，以抑制NLRP3炎癥小體的激活，緩解腸道炎癥。此外，VDR還可與NLRP3發(fā)生蛋白相互作用，阻止其與BRCC3關(guān)聯(lián)，從而抑制NLRP3去泛素化激活[55]。研究表明，利用維生素D3激活VDR，能夠抑制NLRP3炎癥小體，從而緩解DSS誘導(dǎo)的潰瘍性結(jié)腸炎[56]。盡管目前尚無(wú)膽汁酸-VDR-NLRP3炎癥小體軸完整研究的相關(guān)報(bào)道，但已有研究提示，靶向干預(yù)膽汁酸受體VDR介導(dǎo)的NLRP3炎癥小體活化在治療腸道損傷方面具有一定應(yīng)用前景。

3.4 TGR5抑制NLRP3炎癥小體，緩解腸道炎癥

TGR5是一種位于細(xì)胞膜上的膽汁酸受體，也稱(chēng)為膜膽汁酸受體（M-BAR）或G蛋白偶聯(lián)膽汁酸激活受體（GP-BAR）[57]。人和嚙齒類(lèi)動(dòng)物中TGR5分布廣泛，在肺、肝、膽、脾、脂肪、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和腸道中表達(dá)水平較高[58]。體外實(shí)驗(yàn)表明，不同膽汁酸激活TGR5的強(qiáng)弱順序?yàn)椋篖CA＞DCA＞CDCA＞CA[57]。作為代謝調(diào)節(jié)子，TGR5參與膽汁酸對(duì)胰高血糖素樣肽1的分泌和葡萄糖穩(wěn)態(tài)、膽汁的形成和分泌、胃腸運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)運(yùn)、結(jié)腸電解質(zhì)和液體運(yùn)輸、感覺(jué)傳導(dǎo)和炎癥等的調(diào)節(jié)作用。

TGR5作為一個(gè)七跨膜結(jié)構(gòu)域G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR），可通過(guò)與刺激型G蛋白偶聯(lián)，促進(jìn)腺苷酸環(huán)化酶介導(dǎo)的cAMP形成和分泌[59]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)顯示，TGR5-cAMP-PKA軸可介導(dǎo)NLRP3炎癥小體的磷酸化與泛素化，抑制NLRP3炎癥小體的活化[60]；其次，利用膽汁酸或其他激動(dòng)劑激活TGR5-cAMP信號(hào)通路，還可抑制NF-κB（p65）轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制NLRP3炎癥小體相關(guān)蛋白的表達(dá)[61]。研究表明，激活TGR5-cAMP通路，抑制NLRP3炎癥小體對(duì)炎癥相關(guān)疾病的治療具有重要意義。例如，利用染料木黃酮或INT-777激動(dòng)TGR5可促進(jìn)胞內(nèi)cAMP的表達(dá)，顯著緩解DSS誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體相關(guān)結(jié)腸炎[60]。目前，TGR5激動(dòng)劑已被開(kāi)發(fā)用于代謝、炎癥和消化系統(tǒng)等相關(guān)疾病的治療[62]。

3.5 S1PR2激活NLRP3炎癥小體，加劇腸道炎癥

鞘氨醇及其衍生物是重要的信號(hào)分子，介導(dǎo)細(xì)胞的分化、遷移、生長(zhǎng)和代謝等生理過(guò)程[63]。S1PR2是磷酸化鞘氨醇的受體，在肝臟和腸道中大量表達(dá)。結(jié)合型膽汁酸如牛磺酸、甘氨酸結(jié)合的膽汁酸鹽是S1PR2的高親和力配體。激活后的S1PR2可與抑制型G蛋白偶合，進(jìn)而促進(jìn)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK1/2）和蛋白激酶B（AKT）等的表達(dá)[49,64]，在肺動(dòng)脈高壓、糖尿病、肝病、胃腸道疾病、癌癥等疾病中發(fā)揮重要作用[65]。

研究表明，S1PR2信號(hào)可增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞的增殖能力，對(duì)維持腸上皮屏障功能和完整性具有重要意義[66]。利用siRNA敲低骨髓巨噬細(xì)胞中S1PR2表達(dá)后發(fā)現(xiàn)，NLRP3、pro-IL-1β、pro-IL-18的mRNA表達(dá)降低，表明S1PR2介導(dǎo)NLRP3炎癥小體相關(guān)基因的表達(dá)[67]。機(jī)制研究揭示，利用鞘氨醇-1-磷酸激活S1PR2，可通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路促進(jìn)NLRP3炎癥小體的表達(dá)和活化[68]。此外，DCA介導(dǎo)的S1PR2激活可刺激胞外蛋白激酶，促進(jìn)溶酶體組織蛋白酶B的釋放，從而激活NLRP3炎癥小體，加劇結(jié)腸炎[20]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

膽汁酸代謝與腸道疾病密切關(guān)聯(lián)，腸道疾病往往伴隨著膽汁酸代謝紊亂，而膽汁酸代謝紊亂同時(shí)也是炎癥性腸病、壞死性小腸結(jié)腸炎、膽汁酸型腹瀉等腸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)因素，加速其發(fā)生發(fā)展。NLRP3炎癥小體在膽汁酸對(duì)腸道疾病的調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。不同膽汁酸與膽汁酸激活受體對(duì)NLRP3炎癥小體的作用各異（見(jiàn)圖1），膽汁酸DCA、CDCA與S1PR2能激活NLRP3炎癥小體，而FXR、VDR、TGR5則介導(dǎo)NLRP3炎癥小體的抑制。不同生理病理?xiàng)l件下，膽汁酸成分與比例、膽汁酸與膽汁酸激活受體的結(jié)合能力、膽汁酸激活受體整體分布等可能影響膽汁酸對(duì)NLRP3炎癥小體的綜合作用。靶向干預(yù)膽汁酸合成代謝途徑或膽汁酸激活受體在胃腸道疾病治療方面具有較高的研究?jī)r(jià)值和良好的應(yīng)用前景。

圖 1 巨噬細(xì)胞中膽汁酸與膽汁酸激活受體對(duì)NLRP3炎癥小體的作用示意圖Figure 1 Schematic diagram of the effects of bile acids and bile acid-activated receptors on NLRP3 inflammasome in macrophages