胆汁酸的肝肠循环及肠道微生态在胆汁淤积性肝病发病和治疗中的作用

 

《临床肝胆病杂志》2019年第2期“胆汁淤积性肝病诊治的基础与临床”重点号专家论坛|贾昊宇, 杨长青...



贾昊宇, 杨长青

同济大学附属同济医院

胆汁淤积是指肝内外各种原因造成胆汁形成、分泌和排泄障碍,胆汁不能正常流入十二指肠进行代谢的病理状态。胆汁淤积性肝病是指因各种原因导致的以胆汁淤积为主要表现的肝胆疾病的统称。胆汁淤积性肝病的成因有很多,包括病毒、细菌、寄生虫、药物、毒物、自身免疫、酒精、结石、肿瘤、遗传代谢等。近年来针对胆汁酸的肝肠循环、肠道微生物群与胆汁淤积性肝病之间关系的研究日渐深入,为胆汁淤积性肝病的发病机制及治疗提供了一些新的研究方向。

关于胆汁淤积性肝病的研究,从病因分类来讲,各种类型均有其原发的基础因素,例如病毒性肝炎、药物性肝损伤、脂肪性肝病等。若要解决这些疾病的胆汁淤积问题,还需从疾病的发病因素考虑,需要研究的内容也十分广泛。本文结合自身免疫性胆汁淤积性肝病[包括原发性胆汁性胆管炎(PBC)和原发性硬化性胆管炎(PSC)],了解胆汁淤积性肝病近年的研究进展。目前的研究表明,PBC和PSC是包含了遗传、免疫和环境等各种病因的复杂性疾病,对于二者病因和发病机制的认识仍然比较模糊,且缺乏有效的治疗手段。从胆汁淤积性肝病的发病来讲,胆汁酸的肝肠循环及肠道微生态环境均起到了重要作用。内源性胆汁酸的分泌障碍或流量阻断导致了慢性胆汁淤积从而影响胆汁酸转运蛋白和核受体的表达,进而导致肝损伤。另一方面,肠道微生物群是存在于人体胃肠道中的100万亿个细菌组成的群体,人类微生物组的一项指数研究将其称为“被遗忘的器官”,对于肠道微生物群的一系列新发现已经逐渐转变了研究者们对人类疾病发病机制中宿主-微生物关系的认识。从肝脏局部的角度看,肠道微生物群可影响肠道信号传导和肝肠循环,且越来越多的证据表明肠道微生物群可能参与肝脏疾病的发生与发展。此外,胆汁酸与肠道微生物群之间的相互作用也是双向的。通过调控宿主的肠道免疫组群,胆汁酸可以影响肠道微生物群的组成。反之,肠道微生物群的改变也能够影响胆汁酸的代谢,并进而影响通过胆汁酸受体的信号传导作用。因此,在开展胆汁淤积性肝病的相关研究时,不能忽视胆汁酸的肝肠循环、肠道微生物群对于疾病的影响,更应关注到从胆汁酸的肝肠循环、肠道微生物群的角度探索胆汁淤积性肝病新的发病机制和治疗靶点。

1  胆汁淤积性肝病中胆汁酸的肝肠循环

胆汁酸是胆汁的主要有机溶质,其可作为洗涤剂,促进膳食脂质和脂溶性维生素的吸收,并维持体内胆固醇的稳态。胆汁酸是肝脏胆固醇代谢的终产物,胆固醇通过细胞色素P450进行的一系列反应,在周围肝细胞中合成初级胆汁酸,包括鹅去氧胆酸(CDCA)和胆酸(CA)。胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)是胆汁酸合成的限速酶。在肝脏中,大多数初级胆汁酸与甘氨酸、牛磺酸结合,通过胆盐输出泵(BSEP)从肝细胞分泌至胆管中,在通过胆管排入肝管后,胆汁酸再由Oddi括约肌调节的交界处释放到十二指肠中。进入小肠后,初级胆汁酸分别转化为次级胆汁酸石胆酸(LCA)和脱氧胆酸(DCA)。在胆汁酸的代谢过程中,约有95%的胆汁酸在末段小肠被重吸收并通过门静脉系统进入肝细胞,重新结合并分泌到胆汁中,从而完成肝肠循环。胆汁酸的肝肠循环对营养物质的吸收以及随胆汁消化排泄的脂质、毒性代谢产物和外源性物质都有重要的生理作用。有研究显示,胆汁酸和(或)其代谢物在肝内的过量积聚被认为在介导胆汁淤积性疾病的肝损伤中起关键作用。

1.1  胆汁酸具有细胞毒性

一些试验表明,疏水性胆汁酸会诱导肝细胞损伤,但这种毒性所涉及的机制尚不完全清楚。严重胆汁淤积性肝病细胞死亡的主要机制是由于较高浓度的胆汁酸引起的细胞坏死。目前的研究发现,疏水性胆汁酸主要通过两种机制引发坏死:氧化应激诱导的脂质过氧化和肝细胞质膜的溶解。当胆汁酸在肝细胞中积累超过其生理浓度范围时,可观察到临床肝毒性。胆汁酸还可通过其对脂质成分的洗涤剂作用破坏细胞膜,并导致线粒体和细胞肿胀、质膜破坏及细胞裂解释放细胞内容物。

1.2  胆汁酸介导炎症介质产生

炎症在胆汁淤积期间导致肝损伤。然而,胆汁淤积在肝脏中引发炎症反应的机制尚未完全清楚。胆汁酸可作为炎症刺激因子来刺激许多炎症介质的产生,包括细胞因子、趋化因子、黏附分子、花生四烯酸代谢中的酶和影响免疫细胞水平的其他蛋白质。胆汁酸可直接激活肝细胞中的信号传导网络,在胆汁淤积期间促进肝脏炎症。近年的一项研究发现,细胞内胆汁酸的积累导致线粒体损伤和内质网应激,并通过激活Toll样受体9引发固有免疫应答,从而引起炎症反应,其中中性粒细胞的趋化作用在肝损伤中起重要作用。且在胆汁淤积期间,胆汁酸浓度增加可激活肝细胞中的ERK1/2,其上调早期反应生长因子1(Erg-1),Erg-1是促炎细胞因子的关键调节因子。

1.3  胆汁酸转运蛋白在肝肠循环中的作用

胆汁酸的肝肠循环在维持胆汁酸池稳态方面发挥了重要的作用。在胆汁酸的肝肠循环过程中,一些胆汁酸转运蛋白,如牛磺胆酸钠协同转运多肽(NTCP)和顶端钠依赖性胆汁酸转运蛋白(ABST),它们确保胆汁酸的有效循环,调节影响胆汁酸定位、动力学和信号传导。回肠胆汁酸转运蛋白介导胆汁酸在回肠末端的钠依赖性共转运,负责重新吸收约95%的肠道内胆汁酸通过门静脉血再循环至肝脏。已经在临床试验中证实多种ABST抑制剂能够抑制肠道胆汁酸的摄取。NCTP是一种基底外侧钠依赖性协同转运蛋白,与ABST具有同源性。NTCP特异性药理学抑制剂myrcludex B可抑制胆汁酸的肝摄取。除此之外,胆汁酸也可以通过多药抗性相关蛋白4(MRP4,一种胆汁酸和谷胱甘肽的协同转运蛋白)从肝细胞转运回肝窦血管内。而胆汁酸进入胆小管是由BSEP所介导,已有研究证实,在使用BSEP抑制剂后可引发获得性胆汁淤积性肝病。这些胆汁酸转运蛋白的表达和功能降低促进了胆汁淤积的发生。

1.4  胆汁酸激活的核受体

核受体是配体激活的转录因子,其广泛地与天然和合成配体结合,并参与几种重要的肝功能调节,包括胆汁酸稳态、胆汁分泌、脂质和葡萄糖代谢,以及药物沉积。胆汁酸主要是通过法尼醇X受体(FXR)和G蛋白偶联胆汁酸受体(TGR)5调节葡萄糖、脂质和能量稳态。FXR在肝细胞和肠道中高度表达,这些组织暴露于高水平的胆汁酸。FXR可以被游离和结合的胆汁酸激活。疏水性胆汁酸CDCA是FXR最有效的配体,其次是LCA、DCA和CA,亲水性胆汁酸鼠胆酸(MCA)和熊去氧胆酸(UDCA)不激活FXR。胆汁酸通过负反馈机制严格调节肝脏的胆汁酸合成,并维持恒定的胆汁酸池大小。在胆汁淤积过程中,肝脏中胆汁酸的累积抑制肝脏胆汁酸的合成,这被认为是减轻胆汁酸对肝脏损害的保护机制。胆汁酸的CYP合成酶(包括CYP7A1、CYP8B1和CYP27A1)活性主要受基因转录速率的控制,而胆汁酸激活的FXR已被证明可引起CYP7A1、CYP8B1和CYP27A1的转录抑制,因此FXR在介导胆汁酸合成的负反馈调节中起着重要作用。除了抑制胆汁酸合成外,FXR活化还可抑制肝脏胆汁酸的摄取并通过调节胆汁酸转运蛋白的表达促进胆汁酸分泌,从而防止胆汁酸在肝细胞中过度积累。在肝细胞的基底外侧膜,FXR活化后通过诱导小异二聚体伴侣(SHP)抑制NTCP的表达来降低胆汁酸的摄取。在与胆汁淤积相关的病症中,通常在肝细胞基底外侧膜上有包括有机溶质转运蛋白(OST)和MRP在内的转运体的补偿性诱导,将胆汁酸外排到全身血液循环中以便于随后的肾脏排泄。OSTα和OSTβ基因可由胆汁酸激活的FXR直接诱导,而MRP1、MRP3和MRP4由胆汁酸激活的孕烷X受体(PXR)在胆汁淤积期间诱导。在肠中,FXR诱导OSTα和OSTβ基因并抑制ASBT基因,因此,类似于FXR在肝细胞中的作用,肠中的FXR活化也抑制胆汁酸摄取并促进胆汁酸分泌,故降低了胆汁酸在肠道内的积累。

TGR5(Gpbar-1)是对胆汁酸有反应的G蛋白偶联受体,其在胆管上皮细胞、肠上皮细胞、肝和肠的巨噬细胞以及外周血的CD14阳性单核细胞中表达。TGR5由多种胆汁酸如LCA、DCA、CDCA和CA激活,并影响胆汁酸稳态。TGR5表达、定位和功能的改变可能与PBC和PSC等胆道疾病的发病机制有关。最近的一项研究表明,TGR5的药理性活化可能对胆道疾病有保护作用,需要进一步的试验来确定TGR5激动剂和拮抗剂在不同胆道疾病中的治疗潜力。

1.5  胆汁酸的肝肠循环

在胆汁淤积性肝病治疗中的作用胆汁酸应用于胆汁淤积性肝病的治疗主要包括4个基本原理:(1)替代疗法,即给予胆汁酸或胆汁酸衍生物以纠正胆汁酸缺乏;(2)置换疗法,其目的是改变胆汁酸的组成,而组织浓度或分泌节律没有明显变化;(3)激活胆汁酸核受体FXR,从而上调其靶基因;(4)使用导管靶向性引导胆汁酸,使其分泌到胆汁中并产生胆汁性分流。但后两种原理的胆汁酸应用性治疗仍处于开发阶段,目前常规使用的依然是胆汁酸的替代及置换疗法。几个世纪以来,UCDA已被广泛用于消化系统疾病的治疗,经美国食品药品监督管理局批准可用于胆结石溶解和PBC。UCDA的作用机制主要为激活PXR并诱导PXR靶基因、CYP3A4、磺酸转移酸、葡萄糖醛酸转移酶、BSEP、多药耐药相关蛋白3用于胆汁酸的解毒。现已知UCDA不会激活FXR,而是FXR的拮抗剂。目前胆汁酸置换治疗主要用于PBC和妊娠胆汁淤积。UCDA的治疗可以改善肝功能、减少瘙痒,并增加肝移植(或死亡)的时间间隔。但也有文献报道,PBC中UDCA的生化反应是长期预后的一个强有力的预测因素,大约40%的患者没有应答。而奥贝胆酸(OCA),一种新的CDCA衍生物,作为FXR激动剂,当给予对UCDA治疗应答不佳的PBC患者OCA时,其显示出生化功效。如前所述,FXR的激活在很多方面缓解了胆汁淤积。基于此,OCA正在成为一种有应用前景的二线治疗药物,用于治疗对UCDA无应答的患者。

此外,一些关于胆汁酸转运蛋白的研究也为胆汁酸治疗开辟了新的治疗靶点。Lopixibat和A4250(ABST阻断剂)在实验中证实可以改善Mdr-/-小鼠胆汁淤积性肝损伤和硬化性胆管炎。另有一些新型的NTCP及ABST抑制剂,也相应地被应用于各种胆汁淤积性肝病的治疗。

2  胆汁淤积性肝病中的肠道微生物群

肝脏是与肠道接触最为密切的器官,并且常暴露于大量的细菌成分和代谢产物。各种肝脏疾病如酒精性肝病、非酒精性肝病、PSC被证实与微生物组群成分的改变有关,也有越来越多的证据支持肠道微生物群在肝脏疾病中起重要作用。更好地了解肠道微生物群及其在肝脏疾病中的作用可能会更全面的了解这些疾病,并为新的治疗方法奠定基础。

2.1  肠道微生物群在胆汁淤积性肝病发病中的作用

PSC通常能在炎症性肠病(IBD)患者中观察到,最近有研究表明不依赖于IBD存在的PSC患者肠道微生物群基因测序结果与健康对照组相比,存在细菌的多样性降低,提示肠道微生物群可能与PSC发病有关。同时,又有文献报道,未治疗的PBC患者与健康对照之间肠道微生物的组成和功能具有显著差异。PBC的肠道微生物组出现了物种丰富度的降低以及整体微生物多样性的显著变化。而在给予UCDA干预后,与未治疗之前6个月肠道微生物群相比,UCDA治疗部分改善了PBC患者的微生物群失调,同时不显著影响微生物的多样性。尽管对于肠道微生物群在胆汁淤积性肝病发病中的作用的研究证据还不完善,但目前的研究结论仍值得进一步的探究。

2.2  胆汁淤积性肝病中的免疫反应及其与肠道微生物群的关系

PBC和PSC是免疫介导的胆道疾病,其表现出与人白细胞抗原(HLA)等位基因的显著遗传关联。在PBC中,抗线粒体抗体是其特异性生物标志物。尽管有明显的HLA关联提示PSC是由自身抗原驱动的免疫性疾病,但与PSC相关的自身抗体仍存在争议。迄今已报道了在患有PSC的患者体内存在大量的自身抗体,但这些都不是PSC特异性表达和定位的自身抗体。在PSC患者体内检测到的自身抗体包括非典型的核周抗中性粒细胞胞浆抗体(p-ANCA)。p-ANCA可与自身抗原β-微管蛋白同种型5(TBB-5)及细菌同源物细丝温度敏感突变体Z(FtsZ)结合,后者在共生微生物群中普遍表达。这些数据表明,在肠道产生的针对细菌蛋白的自身抗体可能是PBC和PSC疾病进展的原因。

2.3  肠道微生物群相关治疗

如上所述,肠道微生物群的失调可能是胆汁淤积性肝病疾病进展的关键因素。肠道微生物群成分的调节可能是治疗PBC和PSC的有效方式之一。在PSC的治疗中,过去应用的米诺环素、甲硝唑或万古霉素等抗生素可以改善PSC患者的肝功能和临床症状。虽然到目前为止应用抗生素治疗的病例数量很少,但总的来说,它们的结果是有利的。抗生素作为PSC中可能安全、有效和方便的治疗方法,关于这种方法治疗的深入研究也在继续。但由于抗生素不是特异性针对PSC的药物,并且长期应用存在多种不良反应,因此在使用抗生素治疗时必须仔细考虑抗生素的类型、剂量和使用时间。除了抗生素的应用外,肠道微生物群的组成还可以通过益生菌进行调节。近年来胆汁淤积性肝病的一种新疗法——粪便微生物群移植也引起了人们的兴趣,目前开展了很多该疗法在PSC治疗中有效性和安全性的临床研究。根据研究结果来看,虽然迄今为止有关肠道微生物群治疗胆汁淤积性肝病的疗效并不令人满意,但其仍是胆汁淤积性肝病潜在的治疗靶点,需要探索更有效和方便的治疗方法。

3  胆汁酸与肠道微生物群之间的相互作用

3.1  胆汁酸可作为肠道微生物群的调节剂

除了起到帮助消化肠中膳食脂质的洗涤剂作用外,一些胆汁酸已显示出具有抗微生物活性的作用。一些实验表明,胆汁酸喂养可调节小鼠盲肠的微生物群结构。在小鼠的饮食中添加含有初级胆汁酸的猪油,小鼠产生了代谢紊乱的迹象,且伴随着特定的肠道微生物群特征。Watanabe等研究发现,含有2个羟基的DCA杀菌活性比含有3个羟基的CA杀菌活性高约10倍。这表明胆汁酸的杀菌活性与它们的疏水性有关,增加了胆汁酸分子对细胞膜磷脂双层的亲和力,使它们发挥对细胞膜的膜损伤作用。然而,其他胆汁酸在人和啮齿动物中的杀菌活性,以及它们与胆汁酸分子疏水性的相关性,在很大程度上仍是未知的。胆汁淤积可导致小肠中的细菌增殖和黏膜损伤,从而导致细菌跨越上皮屏障产生移位和全身感染。而Inagaki等研究表明胆汁酸的这些不良反应可以通过给予胆汁酸来抑制,因为FXR可以诱导参与肠道保护的基因,并抑制由胆管结扎引起的回肠细菌过度生长和黏膜损伤。缺乏FXR的小鼠回肠细菌水平增加且易出现上皮屏障受损。这提示FXR激动剂可以预防胆汁流量改变患者的上皮受损和细菌移位。

3.2  通过肠道微生物群调节胆汁酸谱

胆汁酸由肝脏中的胆固醇合成,并且在肠道中通过肠道微生物群的作用进一步代谢成次级胆汁酸。Sayin等研究表明小鼠中肠道微生物群的存在降低了牛磺酸结合的β-鼠胆酸的合成,并通过FXR激活使得成纤维细胞生长因子(FGF)15的表达增加。肠道微生物群的存在增加了胆汁酸池的疏水性,更是有效的FXR活化剂。证明了肠道微生物群不仅调节次级胆汁酸代谢,还通过活化FXR来抑制肝脏中的胆汁酸合成。鉴于此,Kim等研究证实了在没有细菌的情况下肠道不能产生FXR激活剂的作用,因此得出结论,肠道微生物群通过FXR-FGF15/19反馈机制调节胆汁酸合成。这与FXR通过调节肠和肝之间的相互作用维持胆汁酸稳态的观点一致。

3.3  肠道微生物群与肝肠循环

如上所述,肠道微生物群参与胆汁酸的代谢,同时也在肝肠循环中起作用。一项研究在无菌小鼠中观察到肠道胆汁酸吸收增加,胆汁酸水平、胆汁酸分泌和胆汁酸的肝肠循环增加;在肠道没有微生物群的情况下,肠道ABST在回肠中的表达增加,并且也在小肠的更近端部分表达,起到促进肝肠循环的作用。

总的来说,肠道微生物群与胆汁酸之间的相互作用不是单向的。胆汁酸可以影响肠道微生物群的组成,反过来,肠道微生物群也会影响胆汁酸的合成与代谢。胆汁酸和肠道微生物群之间的相互作用在胆汁淤积性肝病中起着重要作用。胆汁酸和微生物群之间的联系,为治疗这种疾病提供了新视角。

4  展望

胆汁酸的肝肠循环与肠道微生物群之间密切的联系,两者在胆汁淤积性肝病,特别是PBC和PSC的发病机制中发挥着重要的作用。胆汁酸、肠道微生物群和胆汁淤积之间的关系不是单向的,而是高度交织的。但关于PBC和PSC在发病机理中涉及的微生物群和胆汁酸的具体机制仍需要进一步研究。无论起源原因如何,胆汁酸、肠道微生物群和胆汁淤积这3个关键点均是导致胆汁淤积性肝病发生和发展的重要因素。今后关于胆汁淤积性肝病的研究,可聚焦于胆汁酸-肠道微生物群-胆汁淤积,其密切的相互关系将使学者们能够更好地理解与研究胆汁淤积性肝病的发病机制和治疗方向。

引证本文贾昊宇, 杨长青. 胆汁酸的肝肠循环及肠道微生态在胆汁淤积性肝病发病和治疗中的作用[J]. 临床肝胆病杂志, 2019, 35(2): 270-274.

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本文编辑:葛俊

微信编辑:邢翔宇



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