膽汁酸核受體FXR在肝膽疾病中的研究進(jìn)展

蔡朦，陳勇

(1.重慶醫(yī)科大學(xué)，重慶 400016；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，重慶 400042)

0 引言

膽汁酸(bile acids, BAs)是在肝臟中合成的重要物質(zhì)，在體內(nèi)發(fā)揮著清除膽固醇，吸收脂肪和脂溶性維生素以及調(diào)節(jié)腸道微生物群等重要的生理功能。在體內(nèi)，膽汁酸可能作為信號分子來調(diào)節(jié)其自身的合成，并參與體內(nèi)不同組織的生理和病理生理過程，如調(diào)節(jié)血糖、脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，肝再生，促凋亡和促炎作用等[1,2]。除此之外，BAs還可以通過激活核受體和膜受體，如法尼醇X受體(FXR, NR1H4)、G蛋白偶聯(lián)受體5(TGR5)和鞘氨醇-1-磷酸受體2(S1PR2)等來控制BAs合成與分泌，促進(jìn)BAs腸肝循環(huán)，進(jìn)而維持體內(nèi)膽汁酸穩(wěn)態(tài)及生理平衡。

在肝膽系統(tǒng)中，BAs穩(wěn)態(tài)的破壞會導(dǎo)致嚴(yán)重的病理后果，如膽汁淤積、肝臟脂肪變性、肝硬化和肝膽腫瘤等疾病發(fā)生。FXR可以調(diào)節(jié)體內(nèi)膽汁酸、碳水化合物和脂質(zhì)的代謝[3,4]，是維持BAs穩(wěn)態(tài)的最重要的核受體。FXR的表達(dá)水平發(fā)生變化可導(dǎo)致多種疾病，如胃腸道疾病、肝臟肥大、肝硬化、膽汁淤積、動脈粥樣硬化、炎癥和腫瘤發(fā)生等[5-7]。近年來，F(xiàn)XR在肝膽系統(tǒng)疾病中的作用和機(jī)制逐漸受到學(xué)者們的重視，本文就膽汁酸核受體FXR在肝膽系統(tǒng)疾病的研究進(jìn)展作一綜述。

1 FXR與膽汁酸代謝

1.1 FXR的基本生理

1.1.1 FXR的基本結(jié)構(gòu)

FXR是核激素 受體超家族的成員，具有典型的核受體結(jié)構(gòu)。主要由N末端配體非依賴性轉(zhuǎn)錄激活功能1(AF1)結(jié)構(gòu)域、DNA結(jié)合域(DBD)、配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(LBD)、羧基末端配體依賴性轉(zhuǎn)錄激活功能2(AF2)結(jié)構(gòu)域和鉸鏈區(qū)組成。其中AF1結(jié)構(gòu)域是一個高度無序的結(jié)構(gòu)域，可以共調(diào)節(jié)蛋白相互作用。DBD區(qū)域高度保守，F(xiàn)XR通過將DNA作為單體或異源二聚體與維甲酸X受體(RXR)結(jié)合來調(diào)節(jié)基因表達(dá)[8,9]，F(xiàn)XR-DBD特異性識別的DNA基因序列被稱為FXR反應(yīng)元件(FXREs)。LBD結(jié)構(gòu)域由12α螺旋組成，折疊成三個平行層形成α螺旋夾心結(jié)構(gòu)，并在受體底部包含一個疏水性配體結(jié)合袋(LBP)以容納其配體[10]，AF2結(jié)構(gòu)域存在于LBD中。鉸鏈區(qū)則是一種序列或大小幾乎不保守的短而靈活的連接區(qū)。

1.1.2 FXR的表達(dá)及其配體

FXR主要在腸道、肝臟、腎臟以及腎上腺組織中高度表達(dá)，在心臟、胸腺、卵巢以及血管平滑肌等組織中低水平表達(dá)。在哺乳動物中，F(xiàn)XR主要以FXRα和FXRβ兩種基因形式存在。FXRα由NR1H4基因編碼，位于染色體12q23上，主要分為FXRα1-α4四種異構(gòu)體，其中FXRα1/2主要在肝臟中表達(dá)，而FXRα3/4則主要在腸道中表達(dá)[6]。FXRβ由NR1H5基因編碼，在嚙齒動物中存在，而在人類和靈長類動物中不表達(dá)，被認(rèn)為是一個假基因[11]。

膽汁酸是FXR的天然強(qiáng)效激動劑，由于不同BAs的結(jié)構(gòu)不同以及與FXR結(jié)合的機(jī)制不同，未結(jié)合膽汁酸激活FXR的能力比結(jié)合膽汁酸更強(qiáng)。天然激動劑中對FXR的作用效力順序為:CDCA(鵝脫氧膽酸 )＞DCA(脫氧膽酸 )＞LCA(石膽酸 )＞CA(膽酸)，GCDCA(甘氨鵝脫氧膽酸)、TCA(牛黃膽酸)和TDCA(牛黃石膽酸)是FXR的弱激活劑[12]；天然的抑制劑主要是T-α-MCA(牛黃-α-鼠李酸)、T-β-MCA(牛黃 -β-鼠李酸 )和UDCA(熊脫氧膽酸)[13,14]等。體內(nèi)產(chǎn)生的不同種類和含量的BAs都可能調(diào)節(jié)FXR的表達(dá)，而FXR也可以通過調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄及酶的活性等方式，從而控制BAs的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和重吸收[15]。

1.2 FXR調(diào)節(jié)膽汁酸代謝

膽汁酸由肝細(xì)胞中的膽固醇合成，隨后在肝臟和腸道之間進(jìn)行腸-肝循環(huán)。在腸肝循環(huán)過程中，機(jī)體根據(jù)體內(nèi)膽汁酸的實際情況選擇增強(qiáng)或者抑制膽汁酸產(chǎn)生，促進(jìn)膽汁酸的重吸收或排泄，從而使膽汁酸濃度受到嚴(yán)格控制。而腸肝循環(huán)中膽汁酸的主要感受器是FXR。FXR的激活后主要通過調(diào)節(jié)膽汁酸相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NTCP和ASBT)、膽汁酸輸出泵 (BSEP、MRP2、OSTα/β)以及膽汁酸合成相關(guān)的酶(CYP7A1和CYP8B1等)的表達(dá)等途徑來維持體內(nèi)膽汁酸平衡[16-18]。

1.2.1 FXR調(diào)節(jié)膽汁酸代謝相關(guān)基因表達(dá)

FXR通過調(diào)控膽汁酸代謝相關(guān)基因表達(dá)，如SHP、NTCP、BSEP、MDR3和 OSTα/β 等的表達(dá)，維持膽汁酸在體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)。研究證實，F(xiàn)XR被膽汁酸激活后，可以與維甲酸X受體(RXR)異源二聚體結(jié)合，誘導(dǎo)SHP基因表達(dá)[19]，而FXR可以通過SHP依賴的機(jī)制抑制?；悄懰徕c共轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(NTCP)表達(dá)，從而抑制肝臟對膽汁酸的攝取[20]。與此同時，F(xiàn)XR上調(diào)膽鹽輸出泵(BSEP)和多藥耐藥蛋白-3(MDR3，ABCB4)的基因表達(dá)，不僅可以刺激膽汁磷脂的分泌，還能增加BA從肝臟到小管腔的外流[21,22]。此外，F(xiàn)XR的激活促進(jìn)有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體 α/β(OSTα/β)的表達(dá)，使肝臟外流到門靜脈的BAs量增加[23]。不僅如此，F(xiàn)XR的激活還可以誘導(dǎo)CYP3A4、SULT2A1和UGT2B4[24]等的表達(dá)以發(fā)揮對膽汁酸的解毒作用。簡而言之，F(xiàn)XR通過調(diào)控BAs轉(zhuǎn)運(yùn)、重吸收、結(jié)合和解毒等關(guān)鍵基因的表達(dá)，發(fā)揮維持膽汁酸池的大小穩(wěn)定，調(diào)節(jié)膽汁酸組成以及減輕膽汁酸的細(xì)胞毒性等作用。

1.2.2 FXR調(diào)節(jié)膽汁酸合成相關(guān)酶的活性

在肝臟中，初級膽汁酸主要在限速酶膽固醇7α-羥化酶 (CYP7A1)和 CYP8B1(“經(jīng)典途徑”)和 CYP27A1(“替代途徑”)的作用下由膽固醇合成。FXR作為膽汁酸激活的最重要的核受體，主要通過FXR/SHP和FXR/成纖維細(xì)胞生長因子19(FGF19)/成纖維細(xì)胞生長因子受體4(FGFR4)這兩條通路，調(diào)控BAs合成、結(jié)合和解毒相關(guān)的關(guān)鍵酶活性[21]，進(jìn)而調(diào)節(jié)膽汁酸平衡。

FXR通過兩條通路對膽汁酸合成進(jìn)行調(diào)控時，主要調(diào)節(jié)CYP7A1和CYP8B1的轉(zhuǎn)錄水平及活性。如前所述，F(xiàn)XR可以誘導(dǎo)SHP基因表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XR不僅通過SHP抑制肝內(nèi)CYP7A1和CYP8B1的轉(zhuǎn)錄活性，也可以通過RNA結(jié)合蛋白ZFP36L1降解轉(zhuǎn)錄后的CYP7A1mRNA[25]，從而抑制膽汁酸的合成以及影響初級膽汁酸CDCA和CA的比例。Inagaki等發(fā)現(xiàn)肝臟SHP的表達(dá)可以通過腸道FGF19抑制CYP7A1活性，減少腸道的膽汁酸合成[26]。除此以外，Thomas等人證實FXR還可以通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制因子MAFG的表達(dá)抑制CYP8B1和其他膽汁酸合成替代途徑的酶減少膽汁酸的合成[27]。由此可見，F(xiàn)XR主要通過調(diào)控膽汁酸合成相關(guān)的酶的數(shù)量及活性，從而調(diào)節(jié)膽汁酸的合成及組成比例。

2 FXR與肝膽系統(tǒng)相關(guān)疾病

2.1 FXR與原發(fā)性膽管炎

原發(fā)性膽管炎(PBC)是一種慢性進(jìn)行性膽汁淤積性肝病，起源于膽酸信號通路失調(diào)，以免疫紊亂和膽汁淤積為特征[28]，如不及時治療可導(dǎo)致終末期肝病以及肝移植。FXR的激活可以減少膽汁酸合成、炎癥和肝纖維化，通過減輕膽汁淤積來改善PBC癥狀及預(yù)后。

CA、DCA和LCA等膽汁酸升高可引起膽管炎[29]，如前所述，F(xiàn)XR可以通過各種途徑控制膽汁酸合成，減輕膽汁淤積癥狀。其次，CA或DCA激活FXR，F(xiàn)XR能直接結(jié)合IL-7啟動子，誘導(dǎo)肝細(xì)胞IL-7的表達(dá)，導(dǎo)致PBC患者血漿及肝臟中IL-7表達(dá)升高[30]。此外，Lan等人發(fā)現(xiàn)PBC患者膽管周圍CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞異常增多[31]，而在FXR激活的膽管炎模型中發(fā)現(xiàn)CD8+T細(xì)胞的活化減少了血清和肝臟中膽酸(CA)、α-MCA、β-MCA和ω-MCA的積聚[32]，表明FXR的激活可以減輕PBC。

熊去氧膽酸(UDCA)一直是PBC的主要治療藥物，最近奧貝膽酸(OCA)作為一種特異的FXR激動劑被批準(zhǔn)用于治療PBC。Nevens等人通過Ⅲ期試驗發(fā)現(xiàn)OCA顯著降低了PBC患者的堿性磷酸酶和總膽紅素水平[33,34]。然而，盡管OCA治療PBC頗有成效，但是會出現(xiàn)瘙癢、低密度脂蛋白(LDL)升高等副作用。因此，仍需要進(jìn)一步研究如何最大限度的減少副作用的發(fā)生。

2.2 FXR與非酒精脂肪性肝病

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指從單純性脂肪變性發(fā)展到以脂肪變性、炎癥和纖維化為特征的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，以糖脂代謝紊亂為主要特征。據(jù)報道，影響肝臟糖脂代謝紊亂發(fā)生和嚴(yán)重程度的因素很多，其中核受體(NRs)通常是相關(guān)信號通路的主要效應(yīng)者，在調(diào)節(jié)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄過程中起著關(guān)鍵作用[35]。而FXR是最主要的膽汁酸核受體，并且有研究發(fā)現(xiàn)NAFLD患者的肝臟FXR蛋白和mRNA水平降低。因此，研究者們認(rèn)為FXR是治療非酒精性脂肪性肝病的重要靶點。

實驗證實，F(xiàn)XR激活可以改善糖尿病小鼠的高血糖和高脂血癥[36]；相反，F(xiàn)XR基因敲除的小鼠容易出現(xiàn)高血糖和血脂異常[37]。與此一致，NAFLD患者或小鼠模型中肝臟的脂質(zhì)累積和FXR的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)[1]，并且FXR-/-小鼠肝臟出現(xiàn)明顯的脂肪變性、肝臟炎癥以及進(jìn)展為NASH和肝細(xì)胞癌(HCC)[38]。相反，使用FXR激動劑，如CA、OCA和GW4064等激活FXR后，肝臟中的脂肪累計顯著減少。目前OCA雖然已經(jīng)被批準(zhǔn)臨床上用于PBC的治療，但仍需要大量實驗驗證其治療NAFLD的有效性及安全性。

近年來，microRNAs成為治療肥胖相關(guān)疾病的有希望的潛在靶點。Fan等人發(fā)現(xiàn)miR-552-3p通過調(diào)控LXRα和FXR基因轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而影響糖脂代謝，并且NAFLD患者肝組織miR-552-3p及FXR水平明顯低于正常對照組[39]。同樣，在NAFLD患者和肥胖小鼠中發(fā)現(xiàn)miR-802表達(dá)升高，而FXR激活后可以通過FXR-SHP-miR-802通路，降低miR-802水平，維持糖脂代謝的穩(wěn)態(tài)[40]?？偠灾?，F(xiàn)XR在NAFLD發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，靶向FXR可能是未來治療糖脂代謝相關(guān)疾病的重要方向。

2.3 FXR與肝癌

肝細(xì)胞性肝癌(HCC)是臨床上最常見的原發(fā)性肝癌，其主要的危險因素包括抽煙、肝炎病毒感染和膽汁淤積性肝病等。膽汁酸可能在肝癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。例如，膽汁酸可以通過誘導(dǎo)YES相關(guān)蛋白(YAP)的表達(dá)可以促進(jìn)肝癌的發(fā)生[41,42]。研究者們猜想，F(xiàn)XR作為膽汁酸重要的核受體可能是參與HCC發(fā)生發(fā)展的腫瘤抑制因子[5,43]，但是確切機(jī)制尚不清楚。

也已證實，肝臟FXR的表達(dá)水平與HCC的腫瘤大小、臨床肝癌分級和癌細(xì)胞分化程度等多種惡性臨床病理特征呈負(fù)相關(guān)。與正常肝臟組織和癌旁組織相比，HCC患者肝臟中FXR表達(dá)水平較低[44,45]。Kim等人曾在FXR-/-小鼠中觀察到肝臟和循環(huán)中BAs水平升高和自發(fā)性肝癌的發(fā)生，首次證實了FXR在肝癌發(fā)生過程中對肝臟的保護(hù)作用[38,46,47]；同時，在發(fā)生肝腫瘤的小鼠肝臟中發(fā)現(xiàn)促炎癥細(xì)胞因子、細(xì)胞周期標(biāo)記物以及骨髓瘤癌基因(MYC)的表達(dá)增加。

然而，研究者們通過對肝臟或腸道中特異性敲除FXR的小鼠與全身FXR敲除的小鼠的比較來研究肝臟FXR在自發(fā)性肝癌發(fā)生中的作用，發(fā)現(xiàn)只有20%的肝臟特異的FXR基因敲除小鼠和5%的腸道特異的FXR基因敲除小鼠出現(xiàn)了自發(fā)的HCC，并不足以說明肝臟或腸道FXR的缺失可能促進(jìn)自發(fā)的肝臟腫瘤發(fā)生[48]。與此一致，Kong等人研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XR-/-小鼠與野生型小鼠相比并沒有表現(xiàn)出更明顯的發(fā)生自發(fā)性肝臟腫瘤的傾向，但在喂食膽汁酸實驗中，F(xiàn)XR-/-小鼠卻更易發(fā)生腫瘤[49]。由此可見，在全身FXR敲除的小鼠中發(fā)現(xiàn)的自發(fā)性肝癌可能是BAs蓄積和FXR缺乏的協(xié)同作用的結(jié)果，但具體的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.4 FXR與膽道系統(tǒng)腫瘤

膽道腫瘤主要包括膽囊癌、膽道癌和膽管癌(CCA)，是發(fā)生在不同部位的膽道樹上皮細(xì)胞惡性腫瘤。雖然大多數(shù)膽道腫瘤的病因并不清楚，但是研究者們發(fā)現(xiàn)當(dāng)肝臟出現(xiàn)膽汁淤積的情況下，如原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)和肝膽管結(jié)石等，更易發(fā)生膽道腫瘤[50]。盡管后續(xù)研究表明在膽汁淤積性肝病中，BAs在肝內(nèi)積聚雖不會直接誘發(fā)癌變，但是卻能促進(jìn)膽管上皮細(xì)胞的炎癥和增殖[51,52]，并與FXR協(xié)同作用[53]，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。

在膽管結(jié)扎的大鼠模型中BAs在肝內(nèi)的蓄積促進(jìn)了協(xié)同致癌效應(yīng)，并伴隨著在CCA進(jìn)展過程中FXR依賴的化學(xué)保護(hù)的下調(diào)[54]。目前有研究者通認(rèn)為膽道腫瘤FXR表達(dá)水平降低的原因可能是組織中miRNA表達(dá)失調(diào)有關(guān)[55]。Erice等人對CCA患者正常肝組織及CCA組織的FXR表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)FXR在CCA中的表達(dá)水平明顯低于正常膽管組織，并且FXR水平降低與淋巴結(jié)浸潤和腫瘤分化程度顯著相關(guān)[53]。不僅如此，F(xiàn)XR正常表達(dá)可能抑制膽囊癌的發(fā)生，在其發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[56]。因此，F(xiàn)XR激動劑被認(rèn)為是治療膽道腫瘤的重要手段。體外研究表明FXR激動劑如奧貝膽酸(OCA)、GW4064等，可以抑制CCA細(xì)胞和異種移植瘤的增殖[53,57]。并且，GW4064/CDDP(順鉑)聯(lián)合治療可以通過上調(diào)SHP表達(dá)、下調(diào)STAT3磷酸化，進(jìn)而抑制體內(nèi)膽囊癌腫瘤生長[58]。這些結(jié)果提示FXR激動劑可能是未來治療膽道腫瘤一種潛在的新策略。

2.5 FXR與其他肝膽系統(tǒng)相關(guān)疾病

FXR不僅在上述幾種常見疾病發(fā)生發(fā)展過程中扮演重要角色，還是膽汁淤積性肝病、急性肝損傷、肝臟應(yīng)激和酒精性肝病(ALD)[59]等其它疾病的保護(hù)因子。靶向缺失FXR會使小鼠對膽酸喂養(yǎng)高度敏感，導(dǎo)致膽汁淤積性肝損傷、體重減輕和死亡率增加。而FXR和SHP的聯(lián)合缺失會自發(fā)引發(fā)小鼠類似于人類進(jìn)行性家族性肝內(nèi)膽汁淤積癥(PFIC)的早發(fā)性肝內(nèi)膽汁淤積癥[60]。在膽管結(jié)扎的原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)小鼠模型中發(fā)現(xiàn)肥大細(xì)胞表達(dá)FXR，還可以通過FXR/FGF15信號來調(diào)節(jié)總膽汁酸(TBA)，減輕膽管反應(yīng)和纖維化，進(jìn)而改善疾病預(yù)后[61]。簡而言之，F(xiàn)XR可能是肝膽系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展過程中的重要保護(hù)因子，但具體機(jī)制仍需要大量研究來闡明。

3 小結(jié)與展望

FXR是一種配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，可以通過調(diào)控腸肝循環(huán)中肝臟和腸道靶基因的表達(dá)，膽汁酸合成相關(guān)的酶的活性以及膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白基因的表達(dá)來調(diào)節(jié)腸肝循環(huán)中BA的合成、解毒、分泌和吸收以維持BAs動態(tài)平衡，保護(hù)機(jī)體免受膽汁淤積及其所介導(dǎo)的相關(guān)損傷作用。這些機(jī)制使FXR及其信號通路成為治療PBC等淤膽性肝病的重要靶點。

FXR除了在膽汁酸信號中發(fā)揮作用外，也是肝臟能量代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，與肥胖、胰島素抵抗和NAFLD等代謝相關(guān)疾病的發(fā)生密不可分。FXR表達(dá)水平變化可能促進(jìn)肝臟與膽道系統(tǒng)發(fā)生膽汁淤積、炎癥、纖維化等病理生理改變以及影響肝臟和膽道系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，提示調(diào)控肝膽系統(tǒng)相關(guān)疾病的FXR表達(dá)及活性可能是治療肝膽系統(tǒng)相關(guān)疾病的有效策略。因此，進(jìn)一步研究FXR參與肝膽相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展的途徑及機(jī)制，并研發(fā)其安全、有效的激動劑和拮抗劑，對于肝膽系統(tǒng)疾病的治療具有潛在的重要價值?？傮w而言，F(xiàn)XR作為最重要的膽汁酸相關(guān)核受體，在肝膽系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，可能是未來肝膽系統(tǒng)疾病診治的重要靶點。