鄒 步， 唐 瑩， 楊文玲， 屈順林, 2△

(1南華大學(xué)衡陽醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系， 2南華大學(xué)病理生理學(xué)教研室， 心血管病研究所， 動脈硬化學(xué)湖南省重點實驗室， 湖南 衡陽 421001)

腸道菌群是指在腸道定植的包括細(xì)菌、真菌、病毒、古細(xì)菌和原生動物在內(nèi)的微生物群，其種類超過1 000種，數(shù)量接近人體自身細(xì)胞的10倍，編碼基因數(shù)量超過人體自身基因100倍。腸道菌群按系統(tǒng)發(fā)育地位可分為厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門、疣微菌門和梭桿菌門。正常人類腸道菌群主要由厚壁菌門和擬桿菌門組成[1]。近年來科學(xué)界對腸道微生物群產(chǎn)生了濃厚的興趣，腸道菌群與大量疾病如炎癥性腸病、腸易激惹綜合征、過敏性疾病和代謝性疾病有關(guān)。

膽汁酸是法尼醇X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)的內(nèi)源性配體，分為初級膽汁酸和次級膽汁酸2種。膽汁酸在肝臟合成后稱初級膽汁酸，與?；撬峄蚋拾彼峤Y(jié)合后進(jìn)入腸道，在腸道菌群的作用下轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，其不僅在脂質(zhì)消化吸收中起重要作用，還可以調(diào)控FXR信號傳導(dǎo)通路參與機(jī)體代謝的調(diào)節(jié)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，某些藥物通過調(diào)控腸道菌群影響膽汁酸組成，進(jìn)而影響FXR活性及其下游通路達(dá)到治療代謝性疾病的作用。

1 腸道菌群與代謝性疾病

越來越多的證據(jù)表明，腸道菌群參與非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)[2]、胰島素抵抗[3-4]以及2型糖尿病[5]等代謝性疾病的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群可以通過下調(diào)禁食誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞因子(fasting-induced adipocyte factor，F(xiàn)IAF)的表達(dá)和抑制脂肪細(xì)胞中的脂蛋白脂肪酶而促進(jìn)脂肪細(xì)胞內(nèi)甘油三酯的沉積[3]。Dumas等[6]報道腸道菌群通過調(diào)節(jié)膽堿轉(zhuǎn)化為三甲胺來間接影響宿主的脂質(zhì)代謝以及NAFLD、胰島素抵抗等的進(jìn)程。另一項研究表明，腸道菌群可以通過增加小腸絨毛毛細(xì)血管的密度以及影響腸道運動以促進(jìn)小腸上皮細(xì)胞的發(fā)育從而增加食物中熱量的攝取[7]。有研究者發(fā)現(xiàn)腸道菌群還能通過發(fā)酵未消化的碳水化合物產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)以激活G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors，GPCR)如GPR41，從而促進(jìn)能量消耗并預(yù)防肥胖。此外Li等[8]報道腸道菌群可以代謝肝臟產(chǎn)生的膽汁酸，顯著影響膽汁酸的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，而膽汁酸亦可以影響腸道菌群組成、調(diào)控成纖維細(xì)胞生長因子15/19(fibroblast growth factor 15/19，F(xiàn)GF15/19)以及胰島素等的分泌，從而調(diào)控機(jī)體的糖脂代謝。以上不同的研究結(jié)果提示了腸道菌群影響代謝性疾病機(jī)制的多樣性。最近研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群通過調(diào)節(jié)FXR影響膽汁酸循環(huán)和糖脂代謝是導(dǎo)致肥胖等代謝性疾病的機(jī)制之一，腸道菌群-FXR軸成為研究的熱點[9-10]。

2 FXR與代謝性疾病

膽汁酸的合成主要有2條途徑——經(jīng)典途徑與替代途徑。大部分膽汁酸由經(jīng)典途徑合成，甾醇7α-羥化酶(cholesteral 7α-hydroxylase，CYP7A1)被認(rèn)為是該途徑的限速酶，主要產(chǎn)物是膽酸(cholicacid，CA)。替代途徑主要合成鵝去氧膽酸(chenodeoxycholic acid，CDCA)，關(guān)鍵酶為甾醇 27α-羥化酶(cytochrome P450 27A1，CYP27A1)與氧甾醇7α-羥化酶(cytochrome P450 7B1，CYP7B1)[11]。初級膽汁酸在肝臟合成后，大部分與?；撬岷透拾彼峤Y(jié)合形成結(jié)合膽汁酸，增加了膽汁酸的水溶性，隨后經(jīng)毛細(xì)膽管排出，儲存在膽囊中。進(jìn)食后，膽囊中的膽汁酸排出進(jìn)入腸道，在腸道菌群的修飾下形成次級膽汁酸與游離膽汁酸，促進(jìn)脂肪以及脂溶性維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。大部分膽汁酸在回腸末端重吸收入血，經(jīng)門靜脈重新進(jìn)入肝臟，形成膽汁酸的肝腸循環(huán)[12]。

FXR是膽汁酸平衡和肝腸循環(huán)的主要調(diào)節(jié)受體，主要分布在肝臟和小腸等組織，膽汁酸是其天然配體。當(dāng)肝臟中膽汁酸升高，膽汁酸可通過激活膽汁酸/FXR/小異源二聚體伴侶(small heterodimer partner，SHP)信號通路進(jìn)而抑制CYP7A1基因的轉(zhuǎn)錄，減少膽汁酸的合成。當(dāng)腸道處于高水平的膽汁酸環(huán)境中時，腸道FXR被激活。研究表明，腸道FXR可通過上調(diào)FGF15/19反饋抑制肝臟CYP7A1和CYP7B1基因表達(dá)，降低膽汁酸在肝臟中的合成,減弱過多膽汁酸聚集對腸上皮細(xì)胞的毒性作用。此外，膽汁酸的種類不同，對腸道FXR的作用也不同，按激活程度從強到弱排序CDCA>?；悄懰?taurocholic acid，TCA)>脫氧膽酸(deoxycholic acid，DCA)=石膽酸(lithocholic acid，LCA)，而?；撬峤Y(jié)合型β鼠膽酸(tauro-β-muricholic acid，T-β-MCA)和熊去氧膽酸(ursodesoxycholic acid，UDCA)則對腸道 FXR 有抑制作用[13]。

近年來，F(xiàn)XR與代謝性疾病的關(guān)系得到廣泛的關(guān)注。Prawitt等[14]發(fā)現(xiàn)FXR全身敲除肥胖小鼠相比于普通肥胖小鼠，其葡萄糖清除率以及脂肪細(xì)胞胰島素敏感性增強，糖代謝紊亂減輕。然而其肝臟胰島素敏感性并沒有變化，且由于β氧化基因的抑制，肝臟脂肪變性加劇。同時肝臟特異性FXR缺乏不能預(yù)防飲食誘導(dǎo)的肥胖以及胰島素抵抗，提示非肝臟組織FXR的缺乏在減輕肥胖誘導(dǎo)的糖代謝紊亂以及胰島素抵抗等過程中可能起主要作用。Schmitt等[15]發(fā)現(xiàn)肝臟FXR特異性敲除小鼠在1%膽固醇給藥下出現(xiàn)脂質(zhì)積累，而這在腸道FXR特異性敲除小鼠中未發(fā)現(xiàn)，且腸道FXR特異性敲除小鼠擁有維持正常血清膽固醇和膽汁酸的能力,該研究提示肝臟FXR的激活在膽固醇引起的脂肪積聚中起保護(hù)作用，而腸道FXR的激活則沒有此種作用。Jiang等[16]發(fā)現(xiàn)在高脂誘導(dǎo)的NAFLD模型中，腸道特異性FXR敲除小鼠具有較少的肝臟甘油三酯積聚以及脂肪變性，使用低分子量抗氧化劑tempol或抗生素干預(yù)腸道菌群可抑制腸道FXR的表達(dá)，亦得到同樣的結(jié)果，提示腸道FXR的抑制可以減輕肝臟脂肪積聚以及脂肪變性。Xie等[17]利用咖啡酸苯乙酯(caffeic acid phenethyl ester，CAPE)間接抑制腸道FXR，發(fā)現(xiàn)CAPE可以減少肝臟糖異生，減輕高脂飲食(high-fat diet，HFD)喂養(yǎng)小鼠的高糖血癥，這種效應(yīng)并沒有在FXR敲除小鼠中顯示。這些研究提示在不同組織比如肝臟和腸道中，F(xiàn)XR的效應(yīng)可能有所不同，甚至擁有相反的效應(yīng)。肝臟FXR的缺失會導(dǎo)致脂質(zhì)的積聚，腸道FXR的缺失則減輕脂質(zhì)的積聚、變性以及肝糖異生。

3 腸道FXR調(diào)控代謝性疾病的機(jī)制

神經(jīng)酰胺屬于鞘脂家族，由鞘氨醇長鏈堿基與脂肪酸構(gòu)成，是鞘磷脂的重要成分。在人群中，血清和組織神經(jīng)酰胺水平與代謝紊亂程度成正比[18-21]。最近的研究表明，含16個碳飽和脂肪酰基(C16:0)的神經(jīng)酰胺是調(diào)控肥胖癥中胰島素抵抗、脂肪酸β氧化以及能量代謝的關(guān)鍵神經(jīng)酰胺[19, 22]。缺乏神經(jīng)酰胺合成酶S6(ceramide synthase S6，CerS6)表達(dá)的小鼠表現(xiàn)出較低的C16：0神經(jīng)酰胺水平并防止HFD誘導(dǎo)的肥胖及糖耐量降低[23]。

研究發(fā)現(xiàn)，抑制腸道FXR調(diào)節(jié)代謝性疾病的機(jī)制涉及神經(jīng)酰胺的調(diào)節(jié)。HFD喂養(yǎng)的腸特異性FXR敲除小鼠的循環(huán)神經(jīng)酰胺顯著降低，肝臟甘油三酯積累減少，這在tempol、抗生素或甘氨酸-β-鼠膽酸(glycine-β-muricholic acid, Gly-MCA)治療的HFD喂養(yǎng)的小鼠中同樣被觀察到。給予C16：0神經(jīng)酰胺干預(yù)后tempol、抗生素或Gly-MCA治療的HFD喂養(yǎng)的小鼠代謝改善被逆轉(zhuǎn)。進(jìn)一步的研究表明，腸道FXR靶向控制神經(jīng)酰胺合成的基因?；啬c中神經(jīng)酰胺產(chǎn)生的基因——鞘磷脂磷酸二酯酶3(sphingomyelin phosphodiesterase 3，Smpd3)和絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶長鏈堿基亞基2(serine palmitoyltransferase, long chain base subunit 2，Sptlc2)具有上游FXR結(jié)合位點且被鑒定為FXR的直接靶基因。然而腸道FXR調(diào)節(jié)神經(jīng)酰胺的具體機(jī)制仍不清楚。血清中神經(jīng)酰胺水平的降低，一方面抑制甾醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白1c(sterol regulatory element-binding protein 1c，SREBP1c)/誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的DNA片段化因子α樣效應(yīng)子A(cell death-inducing DNA fragmentation factor alpha-like effector A，CIDEA)信號通路從而抑制肝臟脂肪積聚及變性，另一方面可降低白色脂肪細(xì)胞炎癥水平以減輕胰島素抵抗；此外還可能促進(jìn)米色脂肪產(chǎn)熱相關(guān)基因的表達(dá)，增加產(chǎn)熱，減輕脂代謝紊亂[16, 23]。最近的研究亦提示膳食補充劑CAPE通過抑制小鼠腸道菌群膽鹽水解酶(bile salt hydrolase，BSH)的產(chǎn)生，提高腸道T-β-MCA的水平，從而抑制腸道FXR來減少腸神經(jīng)酰胺的生成，降低血清神經(jīng)酰胺水平。神經(jīng)酰胺水平的下降則通過減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，增加檸檬酸合酶(citrate synthase, CS)活性并降低丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase，PC)活性來抑制糖異生，使血糖正?；痆17]。這些研究表明腸道FXR可能通過調(diào)節(jié)神經(jīng)酰胺來減輕代謝紊亂。

4 腸道菌群抑制腸道FXR改善代謝性疾病

早期研究發(fā)現(xiàn)低分子量抗氧化劑tempol可保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激，減輕小鼠肥胖[24]。近年來其機(jī)制得到闡明。Li等[9]發(fā)現(xiàn)，tempol給藥后5 d內(nèi)，小腸遠(yuǎn)端菌群由硬壁菌門轉(zhuǎn)變?yōu)閿M桿菌門，且硬壁菌門中乳酸桿菌水平顯著降低。同時膽汁酸代謝物的檢查發(fā)現(xiàn)，與對照組相比tempol處理組顯示出更高的T-β-MCA[11]。T-β-MCA是內(nèi)源性FXR拮抗劑，由UDCA在小鼠或大鼠肝臟中羥基化為β-MCA再與?；撬峤Y(jié)合，在肝臟中生成T-β-MCA后與其他膽汁酸共同介導(dǎo)回腸上皮細(xì)胞FXR傳導(dǎo)，而腸道菌群可以通過代謝這些膽汁酸調(diào)節(jié)激動劑與拮抗劑的水平[25]。T-β-MCA在BSH的作用下迅速水解為β-MCA，而BSH主要在乳酸桿菌、擬桿菌、梭狀桿菌和雙歧桿菌等菌株中表達(dá)[26]，提示tempol處理后T-β-MCA的顯著增加是由于乳酸桿菌水平降低導(dǎo)致的BSH活性降低。同時高脂飲食誘導(dǎo)的腸道FXR特異性敲除小鼠表現(xiàn)出較低的肥胖，其程度與temple處理組相似，且temple不能減輕HFD誘導(dǎo)腸道特異性敲除小鼠的體重增加。研究者由此提出一種機(jī)制：tempol通過降低乳酸桿菌水平使BSH活性降低以提高T-β-MCA水平，從而抑制腸道FXR的表達(dá)，進(jìn)而減輕小鼠的肥胖[11]。另一項研究發(fā)現(xiàn),ob/ob小鼠腸道微生物組成顯著改變，牛磺酸結(jié)合的膽汁酸明顯減少，腸道FXR的表達(dá)水平明顯增加，且與同窩ob/+小鼠相比，F(xiàn)XR表達(dá)水平更高[27]，與tempol處理組的結(jié)果一致。

此外，關(guān)于抗生素的研究也證明了腸道菌群可通過調(diào)控FXR影響代謝性疾病。有研究報道，桿菌肽、新霉素和鏈霉素聯(lián)合使用可阻止小鼠NAFLD的進(jìn)展，其腸道中乳酸桿菌屬減少，T-β-MCA減少，腸道FXR表達(dá)水平下降[20]，與tempol處理組的結(jié)果相一致。內(nèi)源性膽汁酸T-β-MCA通過抑制腸道FXR的表達(dá)而減輕HFD誘導(dǎo)的肥胖、胰島素抵抗及非酒精性脂肪肝，表明腸道FXR是潛在的藥物靶點。然而T-β-MCA并不是一種可行的候選藥物，這是因為T-β-MCA會被BSH迅速轉(zhuǎn)化為β-MCA。人類腸道菌群亦具有BSH活性，這表明T-β-MCA在人腸中不穩(wěn)定[28]。與T-β-MCA不同，選擇性高親和力FXR抑制劑Gly-MCA不被BSH降解，在腸道中穩(wěn)定且不在肝臟中累積，避免了抑制肝臟FXR表達(dá)帶來的肝臟脂肪變性及毒性[14， 29]，因此Gly-MCA這類藥物可能是治療代謝性疾病新的途徑。需要注意的是，人和小鼠的膽汁酸譜是不同的，其重要區(qū)別在于小鼠初級膽汁酸在腸道菌群7α去羥基化作用下主要生成次級膽汁酸MCA，而人類腸道菌群則主要生成LCA和DCA。牛磺酸結(jié)合在小鼠中占優(yōu)勢，而甘氨酸結(jié)合在人類中占主導(dǎo)地位。此外，UDCA是人類中的一種次級膽汁酸，由CDCA通過細(xì)菌7α/β脫氫產(chǎn)生，而在小鼠中則被認(rèn)為是一種初級膽汁酸[30]。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，初診2型糖尿病人口服二甲雙胍后腸道菌群發(fā)生重塑，脆弱擬桿菌的豐度下降，而甘氨酸結(jié)合熊去氧膽酸(glycoursodeoxycholic acid，GUDCA)含量升高，腸道FXR被顯著抑制。研究表明二甲雙胍通過減少腸內(nèi)脆弱擬桿菌種類及其BSH活性而提高GUDCA的水平。進(jìn)一步的研究確定GUDCA為人FXR的內(nèi)源性拮抗劑，可減輕多種代謝紊亂，提示二甲雙胍誘導(dǎo)的代謝改善是通過腸道脆弱桿菌-GUDCA-腸道FXR軸介導(dǎo)的，GUDCA或腸道FXR可能成為治療肥胖相關(guān)代謝性疾病的新靶點[31]。

5 腸道FXR的激活改善代謝性疾病

與上述研究相反，最近有研究顯示腸道FXR的激活亦可改善代謝性疾病。Fang等[32]發(fā)現(xiàn)，在飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，口服腸道特異性FXR激動劑fexaramine(Fex)的小鼠相比于普通肥胖小鼠，體重增加程度減輕，糖耐量增加，胰島素抵抗減少，白色組織棕色化以及產(chǎn)熱增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Fex顯著升高血清中次級膽汁酸石膽酸的比例，而石膽酸是G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1 (G protein-coupled bile acid receptor 1，Gpbar1/TGR5)的最有效內(nèi)源性配體。在Fex處理的Gpbar1敲除小鼠中未觀察到體重增加及胰島素敏感性的顯著變化，且關(guān)鍵的肝臟脂肪生成基因及甘油三酯含量不受Fex處理的影響，提示Fex產(chǎn)生的效應(yīng)可能是通過間接激活其他膽汁酸受體而產(chǎn)生的。兩項關(guān)于黃連素(berberine，BBR)降脂機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，BBR減少梭狀桿菌并抑制BSH的活性，增加?；撬峤Y(jié)合膽汁酸的水平。有趣的是T-β-MCA的水平?jīng)]有明顯改變，F(xiàn)XR激動劑TCA的水平顯著增高，BBR在HFD喂養(yǎng)的腸道FXR特異性敲除小鼠中未發(fā)現(xiàn)降脂作用，且使用TCA(100 mg/kg)治療小鼠1周后發(fā)現(xiàn)TCA亦能激活腸道FXR并發(fā)揮降脂作用，提示BBR可能通過抑制BSH的活性增加TCA的水平從而激活FXR發(fā)揮其降脂作用。其具體機(jī)制可能是通過激活腸道FXR，上調(diào)FGF19及降低CD36的表達(dá)，使長鏈脂肪酸的肝攝取減少，從而發(fā)揮其降脂作用[33-34]。

6 展望

FXR激動劑OCA治療 NAFLD的Ⅱ期臨床實驗顯示出良好的應(yīng)用前景[35]，然而肝臟與腸道中FXR對代謝性疾病相反的作用為藥物的研發(fā)提供了新的思路，特異性腸道FXR的抑制可能成為治療代謝性疾病理想的藥物靶點。雖然人類與小鼠膽汁酸代謝譜不同，但是二甲雙胍的研究提示了有關(guān)腸道FXR研究成果在小鼠與人類間轉(zhuǎn)化的可行性[31]。最近的研究提示腸道FXR的激活似乎對代謝有改善作用[32-34]。與tempol及抗生素等不同，BBR處理小鼠BSH活性的降低不是因為乳桿菌的減少而是梭狀桿菌的減少，且Fex不僅激活FXR還激活TGR5，TCA在正常腸道菌群易被解離為CA。這些結(jié)果提示我們在研究腸道FXR激活或抑制的效應(yīng)時需要考慮腸道菌群組成不同所造成的影響，并研制出更特異性的腸道FXR激動劑，以探究調(diào)控腸道FXR影響代謝性疾病的具體機(jī)制。需要注意的是，小鼠中FXR的慢性激活可引發(fā)自發(fā)性肝毒性、生長延遲，甚至部分新生小鼠死亡[36]。缺乏FXR表達(dá)的小鼠則增加了自發(fā)性肝癌的風(fēng)險。12個月的雄性和雌性FXR敲除小鼠的肝臟腫瘤發(fā)病率都很高[37]。FXR在FXR敲除小鼠腸道中的重新表達(dá)抑制了自發(fā)性肝癌，可能是由于FGF15產(chǎn)生增加和通過抑制CYP7A1降低肝膽汁酸所致[38]。與這些小鼠的研究一致，腫瘤組織與其相鄰的正常肝組織相比，F(xiàn)XR在人肝細(xì)胞癌中的表達(dá)顯著降低，并且FXR表達(dá)程度與腫瘤大小成反比，與分化程度成正比[39]。另一項研究發(fā)現(xiàn)使用腸致癌物氧化偶氮甲烷干預(yù)后，F(xiàn)XR敲除小鼠的結(jié)腸以及直腸中的腺癌大小和多樣性顯著增加，其機(jī)制主要是由于FXR的缺乏促進(jìn)了腸道中的細(xì)胞增殖、炎癥和腫瘤發(fā)生[40]。我們在考慮將腸道菌群-FXR軸作為代謝性疾病治療的藥物靶點時，仍需要考慮其應(yīng)用的安全性問題。