蔡朦，陳勇

(1.重慶醫(yī)科大學，重慶 400016；2.重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(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，在體內發(fā)揮著清除膽固醇，吸收脂肪和脂溶性維生素以及調節(jié)腸道微生物群等重要的生理功能。在體內，膽汁酸可能作為信號分子來調節(jié)其自身的合成，并參與體內不同組織的生理和病理生理過程，如調節(jié)血糖、脂質穩(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BAs腸肝循環(huán)，進而維持體內膽汁酸穩(wěn)態(tài)及生理平衡。

在肝膽系統(tǒng)中，BAs穩(wěn)態(tài)的破壞會導致嚴重的病理后果，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可以調節(jié)體內膽汁酸、碳水化合物和脂質的代謝[3,4]，是維持BAs穩(wěn)態(tài)的最重要的核受體。FXR的表達水平發(fā)生變化可導致多種疾病，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)疾病中的作用和機制逐漸受到學者們的重視，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的基本結構

FXR是核激素 受體超家族的成員，具有典型的核受體結構。主要由N末端配體非依賴性轉錄激活功能1(AF1)結構域、DNA結合域(DBD)、配體結合結構域(LBD)、羧基末端配體依賴性轉錄激活功能2(AF2)結構域和鉸鏈區(qū)組成。其中AF1結構域是一個高度無序的結構域，可以共調節(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)結合來調節(jié)基因表達[8,9]，F(xiàn)XR-DBD特異性識別的DNA基因序列被稱為FXR反應元件(FXREs)。LBD結構域由12α螺旋組成，折疊成三個平行層形成α螺旋夾心結構，并在受體底部包含一個疏水性配體結合袋(LBP)以容納其配體[10]，AF2結構域存在于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，在心臟、胸腺、卵巢以及血管平滑肌等組織中低水平表達。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-α4四種異構體，其中FXRα1/2主要在肝臟中表達，而FXRα3/4則主要在腸道中表達[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，被認為是一個假基因[11]。

膽汁酸是FXR的天然強效激動劑，由于不同BAs的結構不同以及與FXR結合的機制不同，未結合膽汁酸激活FXR的能力比結合膽汁酸更強。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。體內產生的不同種類和含量的BAs都可能調節(jié)FXR的表達，而FXR也可以通過調節(jié)基因的轉錄及酶的活性等方式，從而控制BAs的合成、轉運和重吸收[15]。

1.2 FXR調節(jié)膽汁酸代謝

膽汁酸由肝細胞中的膽固醇合成，隨后在肝臟和腸道之間進行腸-肝循環(huán)。在腸肝循環(huán)過程中，機體根據(jù)體內膽汁酸的實際情況選擇增強或者抑制膽汁酸產生，促進膽汁酸的重吸收或排泄，從而使膽汁酸濃度受到嚴格控制。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節(jié)膽汁酸相關轉運蛋白(NTCP和ASBT)、膽汁酸輸出泵 (BSEP、MRP2、OSTα/β)以及膽汁酸合成相關的酶(CYP7A1和CYP8B1等)的表達等途徑來維持體內膽汁酸平衡[16-18]。

1.2.1 FXR調節(jié)膽汁酸代謝相關基因表達

FXR通過調控膽汁酸代謝相關基因表達，如SHP、NTCP、BSEP、MDR3和 OSTα/β 等的表達，維持膽汁酸在體內的穩(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)異源二聚體結合，誘導SHP基因表達[19]，而FXR可以通過SHP依賴的機制抑制?；悄懰徕c共轉運多肽(NTCP)表達，從而抑制肝臟對膽汁酸的攝取[20]。與此同時，F(xiàn)XR上調膽鹽輸出泵(BSEP)和多藥耐藥蛋白-3(MDR3，ABCB4)的基因表達，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的激活促進有機溶質轉運體 α/β(OSTα/β)的表達，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CYP3A4、SULT2A1和UGT2B4[24]等的表達以發(fā)揮對膽汁酸的解毒作用。簡而言之，F(xiàn)XR通過調控BAs轉運、重吸收、結合和解毒等關鍵基因的表達，發(fā)揮維持膽汁酸池的大小穩(wěn)定，調節(jié)膽汁酸組成以及減輕膽汁酸的細胞毒性等作用。

1.2.2 FXR調節(jié)膽汁酸合成相關酶的活性

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/成纖維細胞生長因子19(FGF19)/成纖維細胞生長因子受體4(FGFR4)這兩條通路，調控BAs合成、結合和解毒相關的關鍵酶活性[21]，進而調節(jié)膽汁酸平衡。

FXR通過兩條通路對膽汁酸合成進行調控時，主要調節(jié)CYP7A1和CYP8B1的轉錄水平及活性。如前所述，F(xiàn)XR可以誘導SHP基因表達。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XR不僅通過SHP抑制肝內CYP7A1和CYP8B1的轉錄活性，也可以通過RNA結合蛋白ZFP36L1降解轉錄后的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還可以通過誘導轉錄抑制因子MAFG的表達抑制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主要通過調控膽汁酸合成相關的酶的數(shù)量及活性，從而調節(jié)膽汁酸的合成及組成比例。

2 FXR與肝膽系統(tǒng)相關疾病

2.1 FXR與原發(fā)性膽管炎

原發(fā)性膽管炎(PBC)是一種慢性進行性膽汁淤積性肝病，起源于膽酸信號通路失調，以免疫紊亂和膽汁淤積為特征[28]，如不及時治療可導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能直接結合IL-7啟動子，誘導肝細胞IL-7的表達，導致PBC患者血漿及肝臟中IL-7表達升高[30]。此外，Lan等人發(fā)現(xiàn)PBC患者膽管周圍CD4+T細胞和CD8+T細胞異常增多[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)生和嚴重程度的因素很多，其中核受體(NRs)通常是相關信號通路的主要效應者，在調節(jié)相關基因的轉錄過程中起著關鍵作用[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累積和FXR的表達呈負相關[1]，并且FXR-/-小鼠肝臟出現(xiàn)明顯的脂肪變性、肝臟炎癥以及進展為NASH和肝細胞癌(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成為治療肥胖相關疾病的有希望的潛在靶點。Fan等人發(fā)現(xiàn)miR-552-3p通過調控LXRα和FXR基因轉錄活性，進而影響糖脂代謝，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疾病的重要方向。

2.3 FXR與肝癌

肝細胞性肝癌(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YES相關蛋白(YAP)的表達可以促進肝癌的發(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]，但是確切機制尚不清楚。

也已證實，肝臟FXR的表達水平與HCC的腫瘤大小、臨床肝癌分級和癌細胞分化程度等多種惡性臨床病理特征呈負相關。與正常肝臟組織和癌旁組織相比，HCC患者肝臟中FXR表達水平較低[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)促炎癥細胞因子、細胞周期標記物以及骨髓瘤癌基因(MYC)的表達增加。

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)同作用的結果，但具體的機制有待進一步研究。

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在肝內積聚雖不會直接誘發(fā)癌變，但是卻能促進膽管上皮細胞的炎癥和增殖[51,52]，并與FXR協(xié)同作用[53]，導致腫瘤的發(fā)生。

在膽管結扎的大鼠模型中BAs在肝內的蓄積促進了協(xié)同致癌效應，并伴隨著在CCA進展過程中FXR依賴的化學保護的下調[54]。目前有研究者通認為膽道腫瘤FXR表達水平降低的原因可能是組織中miRNA表達失調有關[55]。Erice等人對CCA患者正常肝組織及CCA組織的FXR表達進行分析，發(fā)現(xiàn)FXR在CCA中的表達水平明顯低于正常膽管組織，并且FXR水平降低與淋巴結浸潤和腫瘤分化程度顯著相關[53]。不僅如此，F(xiàn)XR正常表達可能抑制膽囊癌的發(fā)生，在其發(fā)病機制中發(fā)揮著關鍵作用[56]。因此，F(xiàn)XR激動劑被認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SHP表達、下調STAT3磷酸化，進而抑制體內膽囊癌腫瘤生長[58]。這些結果提示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、肝臟應激和酒精性肝病(ALD)[59]等其它疾病的保護因子。靶向缺失FXR會使小鼠對膽酸喂養(yǎng)高度敏感，導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)小鼠類似于人類進行性家族性肝內膽汁淤積癥(PFIC)的早發(fā)性肝內膽汁淤積癥[60]。在膽管結扎的原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)小鼠模型中發(fā)現(xiàn)肥大細胞表達FXR，還可以通過FXR/FGF15信號來調節(jié)總膽汁酸(TBA)，減輕膽管反應和纖維化，進而改善疾病預后[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因子，但具體機制仍需要大量研究來闡明。

3 小結與展望

FXR是一種配體激活的轉錄因子，可以通過調控腸肝循環(huán)中肝臟和腸道靶基因的表達，膽汁酸合成相關的酶的活性以及膽汁酸轉運相關蛋白基因的表達來調節(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，保護機體免受膽汁淤積及其所介導的相關損傷作用。這些機制使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鍵調節(jié)因子，與肥胖、胰島素抵抗和NAFLD等代謝相關疾病的發(fā)生密不可分。FXR表達水平變化可能促進肝臟與膽道系統(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，提示調控肝膽系統(tǒng)相關疾病的FXR表達及活性可能是治療肝膽系統(tǒng)相關疾病的有效策略。因此，進一步研究FXR參與肝膽相關疾病發(fā)生發(fā)展的途徑及機制，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。