孔祎頔，李 民，王桂芹

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點實驗室，吉林長春 130118）

膽汁酸（Bile Acid，BA）是由動物肝臟中的膽固醇合成的兩性化合物，在腸肝循環(huán)中可促進(jìn)腸道對脂質(zhì)和維生素的消化吸收，提高機(jī)體免疫功能，維持機(jī)體健康[1-2]，最重要的是BA與其相關(guān)受體結(jié)合后調(diào)節(jié)BA代謝，同時可作為關(guān)鍵信號分子調(diào)節(jié)葡萄糖、脂類和能量代謝[3-4]。BA通過激活法呢醇X受體（Farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）、成纖維細(xì)胞生長因子受體4（Fibroblast Growth Factor Receptors 4，F(xiàn)GFR4）和G蛋白偶聯(lián)受體（Cell Membrane Surface Receptor-G Protein Coupled Receptor，TGR5）等多種膽汁酸受體來維持肝腸循環(huán)穩(wěn)態(tài)[5]。

近年來，腸道微生態(tài)已成為各領(lǐng)域的研究熱點之一。腸道菌群變化對宿主的健康狀態(tài)至關(guān)重要，它不僅參與調(diào)節(jié)宿主的營養(yǎng)和代謝，促進(jìn)機(jī)體免疫功能，而且在保護(hù)機(jī)體免受外來物質(zhì)侵襲等方面發(fā)揮巨大的作用[6-7]。BA與腸道菌群之間存在密不可分的雙向調(diào)控關(guān)系。當(dāng)BA通過擴(kuò)膜運(yùn)輸進(jìn)入腸道時，正常菌群會將其進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化；同時，BA也會通過調(diào)控動物機(jī)體的炎癥反應(yīng)，影響腸道菌群組成，進(jìn)而提高機(jī)體免疫功能[8]。反之，腸道菌群數(shù)量及組成的變化會影響B(tài)A的合成、代謝。此外，腸道菌群還可通過FXR、FGFR4和TGR5等膽汁酸受體來調(diào)節(jié)BA代謝[9]。本文綜述了BA代謝與腸道菌群之間的互作關(guān)系，為進(jìn)一步研究動物肝腸循環(huán)BA代謝奠定理論基礎(chǔ)，為防控動物肝腸膽相關(guān)疾病提供理論依據(jù)。

1 BA代謝

1.1 BA的肝腸循環(huán) BA的肝腸循環(huán)對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收以及隨膽汁消化排泄的脂質(zhì)、毒性代謝產(chǎn)物和外源性物質(zhì)都有重要的生理作用。同時，BA的肝腸循環(huán)使肝臟內(nèi)BA的合成和腸道內(nèi)BA的重吸收發(fā)揮協(xié)同作用，共同維持機(jī)體BA的代謝穩(wěn)態(tài)[10]。

1.1.1 BA的合成 BA通過經(jīng)典途徑和替代途徑由膽固醇合成。膽固醇7α-羥化酶（Cholesterol 7α-hydroxylase，CYP7A1）、甾醇12α-羥化酶（Sterol 12α-hydroxylase，CYP8B1）和甾醇-27羥化酶（Sterol 27-hydroxylase，CYP27A1）等至少17種酶在BA合成過程中共同起重要調(diào)節(jié)作用[11-12]。在肝細(xì)胞中，經(jīng)典途徑是BA合成的主要途徑，CYP7A1是BA合成的經(jīng)典途徑中的第一個限速酶，膽固醇在CYP7A1的作用下生成7α-羥固醇，再通過CYP8B1的作用形成膽酸（Cholic Acid，CA），合成了膽汁酸池中的大部分BA；另一方面，在組織或巨噬細(xì)胞中，替代途徑由膽固醇通過CYP27A1和氧固醇7α-羥化酶（Oxysterol 7α-hydroxylase，CYP7B1）限速催化形成鵝脫氧膽酸（Chenodeoxycholic Acid，CDCA），合成了膽汁酸池中的小部分BA[2,13-15]。而后，所形成的初級膽汁酸被膽汁酸輔酶A合成酶（Bile Acid-CoA Synthase，BACS）和氨基酸N-乙酰轉(zhuǎn)移酶（Bile acid-CoA amino acid N-acetyltransferase，BAT）激活并與?；撬幔═aurine）或甘氨酸（Glycine）結(jié)合生成牛磺膽酸（Taurocholic Acid，TCA）或甘氨膽酸（Glycocholic Acid，GCA），增強(qiáng)BA的水溶性，減少對細(xì)胞膜的破壞，同時降低了BA的毒性[2,16-17]。

1.1.2 BA的分泌 肝臟內(nèi)的BA合成后，通過膽鹽輸出泵（Bile Salt Export Pump，BSEP）、多藥耐藥相關(guān)蛋白（Multidrug Resistance-Associated Proteins，MRP2）等將?；撬峄蚋拾彼岱置诘侥懼衃12]。BSEP是BA的主要運(yùn)輸通道，BSEP發(fā)生突變會導(dǎo)致肝臟內(nèi)膽汁淤積。MRP2主要在肝細(xì)胞基底膜上表達(dá)，在腸道也有表達(dá)，能有效保護(hù)肝細(xì)胞，促進(jìn)膽汁分泌[18-19]。合成后的BA貯存在膽囊中，機(jī)體攝食后刺激膽囊收縮，將BA釋放進(jìn)入腸道，以促進(jìn)機(jī)體對脂類和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，維持機(jī)體的正常生理活動。BA進(jìn)入腸道后，通過腸道菌群的化學(xué)修飾產(chǎn)生游離膽汁酸和次級膽汁酸，如脫氧膽酸（Deoxycholic Acid，DCA）、石膽酸（Lithocholic Acid，LCA）、ω-鼠膽酸（ω-muricholic Acid，ω-MCA）、熊脫氧膽酸（Ursodeoxycholic Acid，UDCA）和豬脫氧膽酸（Hyodeoxycholic Acid，HDCA）等[11]。

1.1.3 BA的轉(zhuǎn)運(yùn)、重吸收與外排 進(jìn)入腸道后，頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Apical Sodium-Dependent Bile Acid Transporter Protein，ASBP）將95% 左右的BA吸收到腸上皮細(xì)胞，并在膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Ileal Bile Acid Transporter Protein，IBAT）的促進(jìn)作用下，通過肝細(xì)胞基底外側(cè)膜上的有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Organic solute Transporterα/β，OSTα/OSTβ）將大部分BA經(jīng)門靜脈血液循環(huán)系統(tǒng)被主動重吸收回肝臟[5]。在膽管細(xì)胞和腎小管細(xì)胞的作用下，僅有約5%的BA未被重吸收而隨糞便、尿液等廢物排出體外，最大限度地減少了BA的外排[11]。其中，約5% 的未被重吸收的BA，仍有一部分會在腸道菌群的作用下，被腸道重新吸收進(jìn)入肝臟再次得到有效利用[20]。在返回肝臟時，被重吸收的BA通過?；悄懰徕c共轉(zhuǎn)運(yùn)多肽（Sodium Taurocholate Cotransporting Polypeptide，NTCP）和有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Organic Anion Transporter Protein，OATP）等作用，在下一個消化代謝反應(yīng)過程中重新分泌，從而完成BA的肝腸循環(huán)[21-22]。BA的肝腸循環(huán)途徑見圖1。

1.2 BA相關(guān)受體及信號通路 BA是代謝途徑網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在肝臟和腸道基因表達(dá)中起關(guān)鍵作用，并且直接參與復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)[2]，通過激活在不同細(xì)胞類型中表達(dá)的特異性受體來引發(fā)BA的生理作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)生物的代謝，從而觸發(fā)細(xì)胞信號傳導(dǎo)途徑[24]。BA是FXR、FGFR4和TGR5等受體的有效配體，通過這些受體的作用可以產(chǎn)生非基因組效應(yīng)。

1.2.1 BA介導(dǎo)的FXR信號通路 FXR是參與調(diào)節(jié)BA的腸肝循環(huán)和BA生物合成最重要的受體，其在肝臟、腸道、腎臟等組織中高水平表達(dá)[25-26]。BA是FXR受體最有效的內(nèi)源性配體[27]，而FXR受體也是肝臟合成BA的抑制劑，在肝腸循環(huán)BA代謝過程中起重要的調(diào)節(jié)作用，能有效控制肝臟和腸道中BA含量[25]。在肝臟中，活化后的FXR通過誘導(dǎo)小異二聚體配偶體（Small Heterodimer Partner，SHP）調(diào)節(jié)核孤兒受體肝臟相關(guān)同系物1（Liver Related Homologue-1，LRH-1）基因的表達(dá)，激活FXR-SHP信號通路，間接影響B(tài)A的分泌，進(jìn)而影響B(tài)A的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)等[28]。Murashita等[29]研究發(fā)現(xiàn)，虹鱒（Oncorhynchus mykiss）肝臟中的SHP可通過抑制CYP7A1和CYP8B1基因的表達(dá)來抑制BA合成；Modica等[30]研究也表明，F(xiàn)XR可誘導(dǎo)SHP，抑制LRH-1的轉(zhuǎn)錄和CYP7A1的表達(dá)，進(jìn)而影響B(tài)A合成的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。在腸道中，BA刺激FXR受體，激活FXR-FGF15/19信號通路，介導(dǎo)腸上皮細(xì)胞內(nèi)成纖維細(xì)胞生長因子（Fibroblast Growth Factor，F(xiàn)GF15/19）的表達(dá)進(jìn)而影響細(xì)胞表面FGFR4受體（Fibroblast Growth Factor Receptors 4，F(xiàn)GFR4）的分泌，從而抑制CYP7A1、CYP8B1等的表達(dá)，最終維持機(jī)體內(nèi)BA的代謝穩(wěn)態(tài)[31]。Kong等[32]研究表明，F(xiàn)XR可影響腸道內(nèi)FGF15的表達(dá)水平進(jìn)而抑制CYP7A1的轉(zhuǎn)錄，從而影響B(tài)A的合成量，證明FXR-FGF15/19信號通路可在修復(fù)肝腸膽相關(guān)疾病的過程中發(fā)揮重要作用。綜上，F(xiàn)XR在肝臟與腸道中的2條信號通路協(xié)同，也表明肝和腸中的FXR基因之間存在密不可分的協(xié)作關(guān)系。Song等[4]研究報道，BA可激活FXR并增加SHP和FGF15的mRNA表達(dá)量，并且認(rèn)為CA和DCA比CDCA和LCA作為FXR的激動劑效果更好。同樣，多篇文獻(xiàn)也報道了CDCA是FXR最有效的體外激動劑[27,33]。

1.2.2 BA介導(dǎo)的FGFR4信號通路 FGFR4是一類跨膜高親和力酪氨酸激酶受體，通過與FGF15/19結(jié)合來介導(dǎo)FGF信號傳遞到細(xì)胞質(zhì)中[34]。有研究稱，F(xiàn)GF15/19-FGFR4信號通路的激活，有助于增加多種細(xì)胞的增殖并減少細(xì)胞凋亡[35]。FGF15/19是FGF分泌信號分子家族的成員，是一大類生長因子，涉及多種生物反應(yīng)，尤其在BA生理過程中起著至關(guān)重要的作用[36]。目前，已知鼠FGF15和人類（以及斑馬魚）FGF19在氨基酸水平上的同源性相對較高，因此FGF15與FGF19為具有相似功能的同源基因[34]。有研究表明，F(xiàn)XR經(jīng)BA刺激后介導(dǎo)FGF15/19的表達(dá)，激活其受體FGFR4的分泌后，會觸發(fā)肝細(xì)胞中ERK1/2和JNK信號通路，從而抑制CYP7A1和CYP7B1的表達(dá)，最終影響B(tài)A的生物合成[32,37]。此外，也有研究認(rèn)為，F(xiàn)GFR4的激活會觸發(fā)磷脂酰肌醇-3激酶（Phosphatidylinositol 3-Kinase，PI3K）信號通路，抑制叉頭框蛋白O1（FoxO1）的表達(dá)，進(jìn)而抑制CYP7A1的轉(zhuǎn)錄[38]。

1.2.3 BA介導(dǎo)的TGR5信號通路 TGR5也稱為G蛋白偶聯(lián)的BA受體1（GPBAR1），是BA的G蛋白偶聯(lián)的膜受體，最初鑒定于2002年，在肝臟、脾臟、腎臟、腸道和膽囊等組織及巨噬細(xì)胞中廣泛表達(dá)[2]。BA是TGR5受體最有效的配體，可以直接激活或調(diào)節(jié)幾種G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）的信號傳導(dǎo)，其具有多種生理調(diào)節(jié)功能，主要在促進(jìn)脂肪分解、葡萄糖穩(wěn)態(tài)和能量消耗等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[39]。有研究表明，TGR5的激活會觸發(fā)p38絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinases，p38MAPK）信號通路，活化ERK1/2和JNK，增加NF-κB、IL-6和TNF-α的表達(dá)量，發(fā)揮免疫功能[1,40]。

2 腸道微生態(tài)

腸道微生態(tài)系統(tǒng)在動物機(jī)體中占主要位置，同時也十分復(fù)雜，在維持動物體內(nèi)正常營養(yǎng)代謝、增強(qiáng)機(jī)體免疫功能及免受外來物質(zhì)侵襲等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用，一旦發(fā)生失調(diào)，會直接影響腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育并影響宿主代謝，直接或間接地引發(fā)多種疾病。腸道菌群在整個腸道微生態(tài)系統(tǒng)中占核心位置，通過為宿主提供必需化合物，在參與BA的生物合成、能量及糖脂代謝、促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收、調(diào)節(jié)宿主免疫功能以及保護(hù)宿主免受外界毒害物質(zhì)的侵襲等多方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[41]。腸道菌群的主要功能包括對機(jī)體營養(yǎng)作用、免疫作用及生物屏障作用等[42]。有報道稱，腸道菌群的代謝產(chǎn)物（如氧化三甲胺、短鏈脂肪酸等）均可影響腸道屏障功能、糖脂代謝[43-44]。動物腸道菌群主要由乳桿菌屬（Lactobacillus）、鏈球菌屬（Streptococcus）和葡萄球菌屬（Staphylococcus）等組成，其次為腸桿菌屬（Enterobacteria）、腸球菌屬（Enterococcus）、擬桿菌屬（Bacteroides）和梭菌屬（Clostridium）等[45]。腸道菌群的組成可通過多種方法檢測，目前常用的主要是16S RNA和宏基因組測序，此外還有分離培養(yǎng)、代謝組學(xué)及質(zhì)譜技術(shù)等[46]。近年來，腸道菌群的主要調(diào)節(jié)劑包括益生菌、抗菌肽、中草藥及植物提取物等。無可否認(rèn)，在畜牧產(chǎn)業(yè)中，抗生素對腸道菌群也有一定的調(diào)節(jié)作用，在促進(jìn)動物生長及防治疾病等方面發(fā)揮積極作用[47]，但抗生素的耐藥性和藥物殘留等問題無法得到解決，正逐步退出畜牧業(yè)。在調(diào)節(jié)動物腸道菌群中，常用的益生菌主要仍集中于乳酸菌[48-49]和芽孢桿菌[50]及中草藥（人參[51]、黃岑[52]等）、植物提取物（如人參多糖[53]、猴頭菇多糖[54]等）。此外，抗菌肽是核糖體合成的天然抗生素，細(xì)菌、植物及動物等生物均能產(chǎn)生抗菌肽，其主要功能是調(diào)節(jié)腸道菌群的數(shù)量和組成，且與腸道菌群具有雙向調(diào)控作用[55]。

3 BA代謝與腸道微生態(tài)的互作關(guān)系

BA代謝與腸道菌群之間存在密切相關(guān)的互作關(guān)系（圖2），BA會通過自身的生理作用及其所介導(dǎo)的信號通路來影響腸道菌群的數(shù)量和組成，而腸道菌群數(shù)量及組成的變化也會影響B(tài)A的代謝，還可激活BA相關(guān)信號通路調(diào)控BA代謝，二者之間的互作關(guān)系會造成相同影響，即引發(fā)動物肝腸膽相關(guān)疾病[9,56]。

3.1 BA對腸道菌群的調(diào)節(jié)作用 BA在腸道中主要通過Bacteroides、真桿菌屬（Eubacterium）、Clostridium和Lactobacillus的厭氧作用進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，與?；撬岷透拾彼峤Y(jié)合后通過膽鹽水解酶（Bile Salt Hydrolase，BSH）催化共軛BA的解偶聯(lián)，恢復(fù)成未結(jié)合的游離膽汁酸[57]。BSH是腸道菌群產(chǎn)生的一種酶，可影響B(tài)A發(fā)揮不同的生理功能，不同的BSH可能對不同的BA組成有反應(yīng)，BSH可能具有解毒作用，BA去綴合也由具有BSH活性的腸道微生物進(jìn)行，進(jìn)而改善哺乳動物腸道菌群的定植[58]。Phylum Firmicutes是將初級膽汁酸去共軛和脫羥基成為次級膽汁酸的主要細(xì)菌，糞便中外排的BA減少會引起腸道中的Phylum Firmicutes發(fā)生改變[59]。Kusumotoa等[60]研究表明，添加BA結(jié)合樹脂（Bile Acid Binding Resin，BAR）改變了腸道菌群的組成，增加了Phylum Firmicutes并減少了Bacteroides的數(shù)量，進(jìn)而降低了脂肪沉積。BAR是腸道中能夠降低血清膽固醇的BA，可引起腸道菌群的變化，并增加丙酸的產(chǎn)生量，可有效改善對葡萄糖的耐受性不良并預(yù)防人和動物的肥胖、脂肪肝等疾病。此外，BA可降低腸道菌群代謝物短鏈脂肪酸（SCFA）的產(chǎn)量，且具有抑菌活性，能有效抑制腸道病原菌的生長增殖，并且通過FXR誘導(dǎo)的抗菌肽具有間接作用[61]。Peng等[62]給草魚（Ctenopharyngodon idella）飼喂BA 50 d，發(fā)現(xiàn)Lactobacillus和雙歧桿菌（Bifidobacterium）等有益菌數(shù)量增加，氣單胞菌和大腸桿菌等有害菌數(shù)量減少。BA可作為信號分子調(diào)節(jié)腸道菌群的生理功能，F(xiàn)XR受體與腸道中的免疫調(diào)節(jié)和屏障功能有關(guān)。Stenman等[63]研究表明，BA生成量增加導(dǎo)致腸道中FXR表達(dá)的增加，引起腸道菌群的變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)腸道屏障功能。

3.2 腸道微生態(tài)對BA的調(diào)節(jié)作用 在腸道中，初級膽汁酸的復(fù)雜代謝主要受腸道菌群的調(diào)節(jié)，BA組成發(fā)生改變，使得腸道菌群在調(diào)節(jié)動物機(jī)體代謝方面具有重要作用[56]。BA池的大小和組成與腸道菌群密切相關(guān)，某些特定的腸道菌群組成可能導(dǎo)致BA池發(fā)生明顯變化[8]。BA主要轉(zhuǎn)化方式包括C3、C7和C12上羥基的去共軛、氧化和差向異構(gòu)化、7-脫羥基化、酯化和脫硫等（表1）[58,64]。大量研究表明，動物腸道內(nèi)的正常菌群會通過水解酶和羥基的氧化共同作用，來解離BA中的甘氨酸或?；撬醄45]。腸道菌群的存在增加了膽汁酸池的疏水性，不同的腸道菌群組成產(chǎn)生了不同的BA譜。

3.3 腸道微生態(tài)對BA代謝的調(diào)節(jié)作用 腸道菌群是有效的FXR活化劑。Sayin等[65]研究證實，常規(guī)飼養(yǎng)小鼠中的MCA水平顯著降低，而無菌的FXR缺失型小鼠BA水平升高，腸道菌群通過FXR調(diào)節(jié)腸道中FGF15和肝臟中CYP7A1的表達(dá)，進(jìn)而抑制BA的合成和代謝。已知，益生菌是改善腸道菌群組成、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡的最有效的調(diào)節(jié)劑，不同的益生菌水解特定的BA底物。有研究表明，益生菌代謝產(chǎn)物能夠調(diào)節(jié)腸道中FXR、維生素D受體和過氧化物酶體增殖物激活受體（Peroxisome Proliferators-Activated Receptors，PPARs）的表達(dá)。Degirolamo等[66]研究發(fā)現(xiàn)，VSL#3復(fù)合益生菌（Lactobacillus、Bifidobacterium和Streptococcus thermophilus）能夠有效調(diào)節(jié)小鼠的腸道菌群的組成，Phylum Firmicutes和放線菌屬（Actinomyces）數(shù)量顯著增加，Bacteroides和變形桿菌屬（Proteus）數(shù)量下降，進(jìn)而導(dǎo)致腸道中FXR和FGF15表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)CYP7A1和CYP8B1的表達(dá)，調(diào)節(jié)肝臟中BA的新合成。Liu等[67]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)氯農(nóng)藥使小鼠腸道菌群的相對豐度和組成發(fā)生改變后，Lactobacillus數(shù)量及BSH活性均有所減少，而后導(dǎo)致BA組成發(fā)生變化，疏水性增強(qiáng)，相關(guān)基因的表達(dá)下降，最終影響了肝臟和腸道BA的分布和代謝。這些研究均表明，腸道菌群能夠通過膽汁酸受體及其所介導(dǎo)的信號通路來影響B(tài)A的代謝，腸道菌群一旦失調(diào)隨即會產(chǎn)生BA代謝障礙，引發(fā)腸炎、脂肪肝、膽囊腫大等疾病。

表1 腸道微生物群的細(xì)菌屬參與BA代謝[58,64]

4 小結(jié)與展望

BA作為關(guān)鍵的信號分子與其相關(guān)受體結(jié)合后調(diào)節(jié)BA、葡萄糖、脂類和能量代謝，BA代謝與腸道菌群之間存在密切相關(guān)的互作關(guān)系，且二者與動物機(jī)體之間也呈現(xiàn)“三角動態(tài)平衡”狀態(tài)。BA會通過自身的生理作用機(jī)制及其所激活的FXR-FGF15/19等通路對腸道菌群的數(shù)量及組成進(jìn)行影響，反之腸道菌群也會通過所產(chǎn)生的BSH等酶的作用影響腸道中BA的合成、代謝，同時腸道菌群還可激活BA的FXR-FGF15/19、FXR-SHP等信號通路調(diào)控BA代謝。益生菌能有效改善腸道菌群組成，維持腸道微生態(tài)平衡，今后有望通過益生菌調(diào)節(jié)動物腸道菌群以影響B(tài)A代謝，進(jìn)而維持肝腸循環(huán)穩(wěn)態(tài)，最終實現(xiàn)對動物肝腸膽相關(guān)疾病的防治。與此同時，本課題組將繼續(xù)深入研究BA代謝與腸道微生態(tài)之間的雙向調(diào)控機(jī)制，進(jìn)一步探尋腸道菌群-BA代謝之間的互作關(guān)系及其對動物機(jī)體的影響。