馮　靜　魏亞聰　宋光耀

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·綜述·

腸道菌群與膽汁酸代謝

馮靜魏亞聰宋光耀

在肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪性肝病等疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中，腸道菌群和膽汁酸代謝均發(fā)揮了關鍵作用。近年來膽汁酸代謝與腸道菌群的研究逐漸深入，腸道細菌在膽汁酸的生物轉化、肝臟膽汁酸的合成、腸道膽汁酸的重吸收等過程中具有重要作用。

膽汁酸；腸道菌群；法尼醇X受體

腸道是體內細菌定植的主要場所，這些數量巨大、復雜多樣的細菌構成了腸道菌群。膽汁酸不僅是食物消化吸收中的重要物質，也是體內調控糖脂及能量代謝的信號分子。腸道菌群與膽汁酸代謝關系密切，均參與了肥胖、糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。

1　正常人體腸道菌群概述

胃腸道是人體中微生物定植數量最多的器官，種類可多達上千種。腸道菌群中以擬桿菌門、厚壁菌門等厭氧菌為主，其余有變形菌門、疣微菌門、放線菌門、梭桿菌門、雙歧桿菌、藍藻細菌(數量較少)等[1]。腸道菌群可以發(fā)揮生物屏障、免疫調節(jié)、營養(yǎng)支持、抗腫瘤等作用[2]。

每個人體內腸道菌群的構成都是獨一無二的。研究發(fā)現(xiàn)，同卵雙胞胎的糞便微生物構成中有一半以上種類不同[3]。腸道菌群構成會隨著年齡增長而不斷改變，在老年人群中，由于長期慢性低度炎性反應的存在，會造成菌群失調[4]。高通量測序分析結果顯示，與年輕人相比較，老年人腸道菌群以擬桿菌門為主，而雙歧桿菌數量下降[5]。

2　腸道菌群、膽汁酸代謝受飲食的調節(jié)

飲食可影響腸道菌群的組成及其功能、膽汁酸的合成與分泌。Devkota等[6]的研究表明，飲食中的脂肪酸能夠通過改變膽汁酸池中的膽汁酸成分，進而使腸道菌群發(fā)生改變。給予小鼠富含牛奶源性的飽和脂肪酸飲食，一方面能夠增加肝臟?；悄懰?TCA)的合成，有利于脂肪的消化吸收；另一方面可刺激腸道中沃氏嗜膽菌等亞硫酸鹽還原微生物的生長。

研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食小鼠腸道菌群失調，黏膜屏障完整性受損；膽汁酸組分發(fā)生改變，脫氧膽酸(DCA)含量增加，而具有細胞保護作用的熊脫氧膽酸(UDCA)水平下降[7]。DCA可以擾亂脂質雙分子層；而親水性的UDCA使雙分子層更加穩(wěn)定，對抗DCA誘導的活性氧產生，使線粒體免受損傷。高脂飲食導致腸道菌群失調，造成黏膜屏障功能受損，DCA含量增加，UDCA水平下降，可進一步造成屏障功能失調。由此可見，腸道菌群、膽汁酸代謝與飲食的關系非常密切。

3　腸道菌群對膽汁酸代謝的影響

3.1腸道菌群參與膽汁酸的正常代謝

哺乳動物體內膽汁酸調節(jié)是一個非常復雜的過程，需要肝臟、腸道、腸道菌群的共同作用[8]。膽酸(CA)、鵝脫氧膽酸(CDCA)是肝臟合成的兩種初級膽汁酸，膽汁酸在肝臟內進一步與甘氨酸或?；撬峤Y合，經過小管膜分泌至膽道，在膽囊中儲存。消化吸收的食糜刺激促胰液素、縮膽囊素的分泌。在促胰液素的作用下膽管細胞分泌碳酸氫鹽、水，增加膽汁的量；縮膽囊素刺激膽囊收縮，使膽汁分泌入十二指腸。初級膽汁酸激活肝臟法尼醇X受體(FXR)，促進小異二聚體伴侶(SHP)基因表達，從而抑制肝受體同系物-1(LRH-1)的活性，使得膽汁酸合成限速酶——膽固醇7α羥化酶(CYP7A1)活性受抑制[9]。腸道FXR激活后也會抑制膽汁酸合成，通過促進成纖維細胞生長因子19(FGF19)表達，F(xiàn)GF19與肝臟上成纖維細胞生長因子受體4結合，激活細胞外信號調節(jié)激酶1/2(ERK1/2)，從而抑制膽汁酸合成[10]。膽汁酸在回腸末端重吸收，通過門靜脈重新轉運至肝臟。有限的膽汁酸在肝、腸之間不斷循環(huán)利用的過程稱為膽汁酸的“腸肝循環(huán)”途徑。

1%～2%的膽汁酸未參與腸肝循環(huán)，在結直腸內經過腸道細菌的生物轉化作用生成次級膽汁酸，即脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA)。生物轉化作用包括解離、差向異構化及氧化、脫羥基作用，其中以解離作用及脫羥基作用為主。

膽鹽水解酶(BSH)是催化結合型膽汁酸第24位碳原子上的酰胺鍵水解的關鍵酶[11]。脆弱擬桿菌、普通擬桿菌、產氣莢膜桿菌、李斯特菌以及某些乳酸菌、雙歧桿菌都可以產生BSH[1]。水解之后游離的氨基酸可以作為體內碳原子、氮原子及能量的來源。甘氨酸可以轉變?yōu)榘?、二氧化碳等，?；撬徇€可以生成硫酸鹽等[11]。BSH促使膽固醇或膽汁進入微生物膜，增加微生物膜的彈性，增強對α防御素及其他保護分子的敏感性[12]。BSH還可以發(fā)揮解毒作用，使胃腸道的某些微生物能夠不被膽汁酸殺死，得以存活[13]。

脫羥基作用是生物轉化作用中較為重要的一項。初級膽汁酸第7位α羥基脫氧生成次級膽汁酸，人糞便中以次級膽汁酸為主。厚壁菌門(如梭菌屬)具有7α脫羥基活性。只有游離的膽汁酸鹽才能進行7α脫羥基作用，因此在BSH作用下，結合膽汁酸轉變成游離膽汁酸，是進行7α脫羥基作用的前提[13]。

3.2調節(jié)肝臟膽汁酸合成

腸道菌群不僅參與了次級膽汁酸代謝，而且可調節(jié)肝臟膽汁酸合成。研究發(fā)現(xiàn)，與無菌飼養(yǎng)(GF)小鼠相比較，傳統(tǒng)飼養(yǎng)(CONV-R)小鼠中腸道菌群可抑制膽汁酸合成[14-15]。這可能是由于CONV-R小鼠體內CYP7A1活性及基因表達水平均有所下降，而CYP7A1是合成CDCA所必需的關鍵酶，這就造成嚙齒類動物肝臟微粒體中CDCA經羥基化作用生成鼠膽酸(MCA)水平減少[16]。?；撬峤Y合型MCA如T-αMCA、T-βMCA是FXR的拮抗劑，因此推測CONV-R小鼠中腸道菌群抑制膽汁酸合成的可能機制為低水平的MCA激活了回腸FXR，促進FGF15分泌，F(xiàn)GF15被轉運至肝臟，與FGFR4結合，抑制CYP7A1活性[17]。動物實驗表明，給予FXR敲除小鼠FGF19可以抑制膽汁酸合成，表明FGF15/19是FXR的下游產物，進而抑制CYP7A1活性[18]。另有研究證實，給予CONV-R小鼠抗生素后能夠改變膽汁酸組分，抑制回腸FGF15基因表達，上調肝臟CYP7A1表達水平[19]。此外FXR也可以通過誘導SHP表達，進而抑制LRH-1，使CYP7A1表達水平下降，負向調節(jié)肝臟膽汁酸合成[17]。

總之，腸道菌群不僅在腸道發(fā)揮作用，而且可調節(jié)肝臟膽汁酸合成。腸道菌群抑制肝臟膽汁酸合成的主要機制可能是水平下降的T-MCA促進了回腸FXR依賴性的FGF15表達。

3.3影響腸道膽汁酸重吸收

在腸道菌群正常存在的情況下，小鼠體內膽汁酸池體積較小。研究表明，CONV-R小鼠體內膽汁酸池體積小，這可能與CONV-R小鼠回腸鈉/膽汁酸轉運體(IBAT)的表達水平下降有關，造成遠端回腸膽汁酸重吸收減少，糞便膽汁酸排泄增加[14]。有研究顯示，從GF大鼠分離出的回腸上皮細胞對TCA的攝取水平增加，14C標記的TCA半衰期增加了4～5倍[20]，表明GF小鼠中膽汁酸重吸收作用增強，膽汁酸池體積變大。

研究表明，經抗生素處理后腸道菌群減少，腸道膽汁酸重吸收增加，糞便中膽汁酸排泄顯著減少[21]。膽汁酸重吸收增加可導致血漿膽汁酸水平、膽道分泌的膽汁酸水平及參與腸肝循環(huán)的膽汁酸水平均增加。這是因為膽汁酸重吸收受IBAT(又被稱為頂膜鈉離子依賴性膽汁酸轉運體，Asbt)調節(jié)，在腸道菌群被破壞的環(huán)境下，回腸末端Asbt表達水平顯著增加[22]。與野生型小鼠相比較，Asbt敲除小鼠糞便中膽汁酸排泄增加了10～20倍[23]。Asbt表達主要受轉錄因子Gata4調控，Gata4可抑制Asbt表達。在生理狀態(tài)下，腸道菌群激活了腸道(回腸末端除外)Gata4的表達，使得Asbt表達水平下降，導致膽汁酸重吸收減少，但是腸道菌群調節(jié)Gata4的具體機制仍需要進一步的研究。綜上所述，腸道菌群對膽汁酸代謝平衡具有調控意義。

4　膽汁酸代謝對腸道菌群的影響

腸道菌群影響膽汁酸代謝，反過來膽汁酸可以調控腸道菌群的穩(wěn)態(tài)。膽汁酸在脂代謝中發(fā)揮著清潔劑的功能；還可以通過與FXR、G蛋白偶聯(lián)受體5(TGR5)等核受體結合，在代謝、免疫調節(jié)方面發(fā)揮重要作用[24]。FXR、TGR5發(fā)生基因突變后，可以導致炎癥性腸??；給予FXR激動劑后可以改善實驗性小鼠結腸炎[25]。以上研究表明腸道內膽汁酸激活FXR后，可以維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)、防止細菌移位、增強黏膜屏障防御作用。

此外，膽汁酸有抑制細菌生長的作用，這種特性能夠阻止細菌黏附到腸道黏膜的頂端。在膽汁淤積及終末期肝病患者中，腸道中的膽汁酸含量降低，造成細菌過度生長[24]。肝硬化患者腸道內結合膽汁酸濃度降低，非結合膽汁酸被大量吸收，從而使腸道細菌大量生長并發(fā)生細菌移位。給予肝硬化大鼠膽汁酸，提高腸道膽汁酸濃度，可能會抑制腸道細菌過度生長，減少細菌移位的發(fā)生[26]。

5　總結

宿主及腸道菌群調節(jié)著膽汁酸池大小。通過膽汁酸鹽水解作用及7α脫羥基作用，腸道菌群將初級膽汁酸轉變?yōu)榇渭壞懼?，進而激活FXR和TGR5等一系列核受體，參與肝臟膽汁酸合成、腸道膽汁酸重吸收等過程。飲食、腸道菌群、膽汁酸代謝之間保持著一種動態(tài)平衡。今后有望通過調節(jié)宿主-腸道菌群-膽汁酸軸來實現(xiàn)治療糖尿病、肥胖等代謝性疾病的目的。

1 Gerard P. Metabolism of cholesterol and bile acids by the gut microbiota[J]. Pathogens, 2013, 3: 14-24.

2 Gill SR, Pop M, Deboy RT, et al. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome[J]. Science, 2006, 312: 1355-1359.

3 Turnbaugh PJ, Quince C, Faith JJ, et al. Organismal, genetic, and transcriptional variation in the deeply sequenced gut microbiomes of identical twins[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107: 7503-7508.

4 Biagi E, Nylund L, Candela M, et al. Through ageing, and beyond: gut microbiota and inflammatory status in seniors and centenarians[J]. PLoS One, 2010, 5: e10667.

5 Claesson MJ, Cusack S, O′Sullivan O, et al. Composition, variability, and temporal stability of the intestinal microbiota of the elderly[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011, 108(Suppl 1): 4586-4591.

6 Devkota S, Wang Y, Musch MW, et al. Dietary-fat-induced taurocholic acid promotes pathobiont expansion and colitis in II10-/-mice[J]. Nature, 2012, 487: 104-108.

7 Stenman LK, Holma R, Eggert A, et al. A novel mechanism for gut barrier dysfunction by dietary fat: epithelial disruption by hydrophobic bile acids[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2013, 304: G227-G234.

8 王會敏, 王正平, 董旻岳. 膽汁酸代謝與調控研究進展[J]. 國際消化病雜志, 2010, 30: 79-82.

9 Hoeke MO, Heegsma J, Hoekstra M, et al. Human FXR regulates SHP expression through direct binding to an LRH-1 binding site, independent of an IR-1 and LRH-1[J]. PLoS One, 2014, 9: e88011.

10 Fang S, Suh JM, Reilly SM, et al. Intestinal FXR agonism promotes adipose tissue browning and reduces obesity and insulin resistance[J]. Nat Med, 2015, 21: 159-165.

11 Martoni CJ, Labbe A, Ganopolsky JG, et al. Changes in bile acids, FGF-19 and sterol absorption in response to bile salt hydrolase active L. reuteri NCIMB 30242[J]. Gut Microbes, 2015, 6: 57-65.

12 Taranto MP, Fernandez MM, Lorca G, et al. Bile salts and cholesterol induce changes in the lipid cell membrane of Lactobacillus reuteri[J]. J Appl Microbiol, 2003, 95: 86-91.

13 Begley M, Gahan CG, Hill C. The interaction between bacteria and bile[J]. FEMS Microbiol Rev, 2005, 29: 625-651.

14 Sayin SI, Wahlstrom A, Felin J, et al. Gut microbiota regulates bile acid metabolism by reducing the levels of tauro-beta-muricholic acid, a naturally occurring FXR antagonist[J]. Cell Metab, 2013, 17: 225-235.

15 Li-Hawkins J, Gafvels M, Olin M, et al. Cholic acid mediates negative feedback regulation of bile acid synthesis in mice[J]. J Clin Invest, 2002, 110: 1191-1200.

16 Swann JR, Want EJ, Geier FM, et al. Systemic gut microbial modulation of bile acid metabolism in host tissue compartments[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011, 108(Suppl 1): 4523-4530.

17 Thomas AM, Hart SN, Kong B, et al. Genome-wide tissue-specific farnesoid X receptor binding in mouse liver and intestine[J]. Hepatology, 2010, 51: 1410-1419.

18 Miyata M, Sakaida Y, Matsuzawa H, et al. Fibroblast growth factor 19 treatment ameliorates disruption of hepatic lipid metabolism in farnesoid X receptor (Fxr)-null mice[J]. Biol Pharm Bull, 2011, 34: 1885-1889.

19 Backhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, et al. Host-bacterial mutualism in the human intestine[J]. Science, 2005, 307: 1915-1920.

20 Riottot M, Sacquet E. Increase in the ileal absorption rate of sodium taurocholate in germ-free or conventional rats given an amylomaize-starch diet[J]. Br J Nutr, 1985, 53: 307-310.

21 Out C, Patankar JV, Doktorova M, et al. Gut microbiota inhibit Asbt-dependent intestinal bile acid reabsorption via Gata4[J]. J Hepatol, 2015, 63: 697-704.

22 Miyata M, Yamakawa H, Hamatsu M, et al. Enterobacteria modulate intestinal bile acid transport and homeostasis through apical sodium-dependent bile acid transporter (SLC10A2) expression[J]. J Pharmacol Exp Ther, 2011, 336: 188-196.

23 Beuling E, Kerkhof IM, Nicksa GA, et al. Conditional Gata4 deletion in mice induces bile acid absorption in the proximal small intestine[J]. Gut, 2010, 59: 888-895.

24 Trauner M, Fickert P, Tilg H. Bile acids as modulators of gut microbiota linking dietary habits and inflammatory bowel disease: a potentially dangerous liaison[J]. Gastroenterology, 2013, 144: 844-846.

25 Gadaleta RM, van Erpecum KJ, Oldenburg B, et al. Farnesoid X receptor activation inhibits inflammation and preserves the intestinal barrier in inflammatory bowel disease[J]. Gut, 2011, 60: 463-472.

26 Stanimirov B, Stankov K, Mikov M. Bile acid signaling through farnesoid X and TGR5 receptors in hepatobiliary and intestinal diseases[J]. Hepatobiliary Pancreat Dis Int, 2015, 14: 18-33.

(本文編輯：周駿)

050017河北石家莊，河北醫(yī)科大學研究生學院(馮靜，魏亞聰)，內科學教研室(宋光耀)

宋光耀，Email: sguangyao2@163.com

10.3969/j.issn.1673-534X.2016.04.012

2016-01-30)