膽汁酸代謝的負反饋調節：對肝臟代謝和疾病的影響

周雙男　劉鴻凌

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膽汁酸代謝的負反饋調節：對肝臟代謝和疾病的影響

周雙男劉鴻凌

100039解放軍第三○二醫院移植內科

最近一項研究顯示，肝臟farnesoid X受體(FXR)介導的轉錄抑制子，即V-Maf鳥類肌筋膜纖維肉瘤癌基因同系G(MAFG),可直接抑制膽汁酸合成相關基因，并且調節膽汁酸的成份，可能對肝臟代謝和疾病存在重大影響[1]。

膽汁酸是脂溶性維生素、脂肪、固醇類在腸道內吸收，以及藥物在肝臟代謝的生理調節劑，同時也是激活FXR和膜G蛋白偶聯受體(TGR5)來調節肝臟代謝的信號分子[2]。FXR和TGR5受體激動劑在腸胃系統中具有抗炎作用，并且對膽汁酸受體具有活化作用，從而可能防止非酒精性脂肪肝、糖尿病等疾病發生。經典膽汁酸合成途徑在人類肝臟中占主導地位，由CYP 7A1發起，合成膽酸(CA)和鵝去氧膽酸(CDCA) 兩種初級膽汁酸，見圖1。CYP 8B1是CA合成必需酶。CYP 27A1催化3碳-類固醇形成C24膽汁酸。旁路途徑由CYP27A1發起，CYP 7B1伴隨，兩者負責膽固醇氧化，肝細胞的氧化膽固醇則轉化為膽汁酸。小鼠肝臟中 CDCA轉化為α-鼠膽酸(MCAs)和β-鼠膽酸以及合成膽汁酸這兩種途徑作用相等。膽汁酸在腸道內被重吸收，腸道菌群會把一些初級膽汁酸改變為次級膽汁酸，后者經腸肝循環再次進入肝臟，抑制CYP 7A1 和 CYP 8B1的基因轉錄和膽汁酸合成。

為了研究肝臟轉錄抑制， 對FXR激動劑引起小鼠肝臟變化的數據進行分析，發現FXR可誘導并直接抑制膽汁酸合成[1]。并對多種FXR誘導的轉錄抑制物進行研究，確定MAFG是抑制膽汁酸合成基因的一個可能因素。喂養FXR激動劑和膽酸的野生型小鼠體內MAFG表達明顯增加，而FXR-/-小鼠卻無其變化，確定了Mafg基因中可能存在FXR結合位點。小鼠肝臟中腺病毒介導的MAFG過度表達、膽酸池中CYP 8B1和膽酸(不包括CYP 7A1)表達減弱，提示MAFG可調節膽汁酸成份(見圖1)。肝臟中mRNA表達路徑分析也證實：CYP8B1、CYP 27A1、CYP 7B1以及膽汁酸合成途徑中的其他基因是MAFG的主要靶點，已在Cyp8B1基因啟動子上確定一個MAFG有效結合位點。此外，Mafg表達RNA沉默的基因敲減可解除膽汁酸合成中的多重基因抑制并能增加膽酸水平。有關雜合子Mafg缺乏小鼠的研究進一步證實MAFG在膽汁酸合成中作用。

目前認為FXR可抑制膽汁酸合成中CYP7A1、CYP8B1、CYP27A1和CYP7B1，并且誘導膽汁酸結合中的膽汁酸/輔酶A合成酶以及膽汁酸轉運中的膽汁酸/氨基酸轉移酶。該研究增加了直接抑制基因(FXR/MAFG 途徑1，見圖1)的FXR依賴機制反饋調節膽汁酸的難度。在肝臟內，FXR誘導小二聚體伴侶(SHP)，SHP可間接抑制CYP7A1和CYP8B1基因轉錄(途徑2，見圖1)。肝臟FXR/SHP途徑可以被高水平膽汁酸激活，從而抑制膽汁酸合成[2]。在腸道內，FXR激動劑誘導成纖維細胞生長因子15(FGF15或 人類為FGF19)，FGF15可激活肝臟FGF受體4/β- Klotho信號通路來抑制CYP7A1和CYP8B1的表達[3](途徑3，見圖1)。曾有相類似的十二指腸灌注膽汁酸抑制CYP7A1基因轉錄的研究，這說明膽汁酸負反饋調節中腸內因素可能為必要條件[4]。膽汁酸和FXR激動劑可誘導人肝細胞FGF19，但不能誘導小鼠肝細胞FGF15。有報道膽汁淤積患者(不包括非膽汁淤積和放置膽汁引流的膽汁淤積患者)肝臟FGF19水平隨著CYP7A1表達水平減少而增加[4,5]。膽汁酸的多重負反饋調節機制可保證膽汁酸動態平衡和控制膽汁酸毒性。應該強調的是，除了膽汁酸池容量，膽汁酸成份和疏水性在其合成和脂類代謝調節中也起重要作用。雖然疏水性比CDCA低，但CA在膳食膽固醇和脂肪吸收以及膽囊內膽固醇和卵磷脂的混合微粒形成較其他膽汁酸更為有效。動物脂肪可增加總膽汁酸和去氧膽酸含量，并且快速增加腸道菌群中的耐受膽汁的微生物數量，從而引發炎癥性腸病[6,7]。另一方面，Cyp8b1-/-小鼠則不易發生結石飲食誘發的高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化。CYP8B1決定了12α-與非12α-羥化膽汁酸的比率和池內膽汁酸的疏水性。與非糖尿病患者相比較，在2型糖尿病患者中的血清膽汁酸濃度和12α-與非12α-羥化膽汁酸的比率有所增加[8]。

總之，該研究明確了FXR介導的負性轉錄因子(MAFG)，可通過抑制CA合成中CYP 8B1，來改變小鼠膽汁酸成份，但不改變其容量。肝臟FXR/SHP、腸內FXR/FGF15以及成纖維細胞生長因子受體-4(FGFR4)等機制可能分別調節膽汁淤積或正常生理狀態下的膽汁酸合成率。新發現的FXR/MAGF途徑可能調節膽汁酸成份。膽汁酸成份和疏水性的改變已被證明與非酒精性脂肪性肝病、膽汁淤積性肝病和炎癥性腸病的發病有關[2]。MAFG抑制靶基因表達的機制尚不明確。MAFG缺陷小鼠的表型還沒有研究。目前預測， Mafg缺陷小鼠可能增加腸內的膽汁酸和膳食膽固醇與脂肪的吸收，從而發生高脂飲食引起的膽石癥、脂肪性肝病、糖尿病以及動脈粥樣硬化。另一方面， FXR激動劑可通過誘導MAFG，來抑制小鼠CYP8B1表達、膽酸合成以及減少高膽固醇血癥和膽石形成。應用FXR激動劑能否減少非酒精性脂肪肝患者膽石癥、糖尿病和動脈粥樣硬化發生的研究值得期待。膽汁酸合成及脂代謝調節中MAFG的生理學作用還不明確，尚需詳細研究。

圖1　膽汁酸合成途徑與膽汁酸負反饋調節機制

經典途徑由CYP7A1發起，合成CA和CDCA， CA合成需CYP 8B1，線粒體CYP27A1催化類固醇側鏈氧化裂解。旁路途徑中CYP27A1側鏈裂解先于CYP7B1，進而合成氧化固醇(羥固醇)。小鼠中CDCA轉換為α-鼠膽酸(MCAs)和 β-MCAs，大多數膽汁酸與牛磺酸(T)是共軛的，分泌至膽道，儲存于膽囊。進餐后膽汁酸分泌至腸道進行營養吸收和轉運。腸道中細菌作用后形成DCA和 LCA。經典途徑中FXR/MAFG信號直接抑制CYP8B1和CYP27A1。FXR誘導SHP抑制CYP7A1/CYP8B1基因的反式激活(途徑2)。腸道中FXR誘導FGF15，激活膜FGFR4/β-Klotho信號抑制CYP7A1/CYP8B1基因轉錄(途徑3)。

縮寫詞：脫氧豬膽酸(HCA)；石膽酸(LCA)；脫氧鼠膽酸(MDCA)；熊去氧膽酸(UDCA)。

(主要信息來源：Hepatology2015年第62卷第4期)

參考文獻

[1]de Aguiar Vallim TQ, Tarling EJ, Ahn H, et al. MAFG is a transcriptional repressor of bile acid synthesis and metabolism. Cell Metab, 2015, 21:298-310.

[2]Li T, Chiang JY. Bile acid signaling in metabolic disease and drug ther-apy. Pharmacol Rev, 2014, 66:948-983.

[3]Inagaki T, Choi M, Moschetta A, et al. Fibroblast growth factor 15 functions as an enterohepatic signal to regulate bile acid homeostasis. Cell Metab, 2005, 2: 217-225.

[4]Pandak WM, Heuman DM, Hylemon PB, et al. Failure of intravenous infusion of taurocholate to down-regulate choles-terol 7 alpha-hydroxylase in rats with biliary fistulas. Gastroenterology, 1995, 108: 533-544.

[5]Schaap FG, van der Gaag NA, Gouma DJ, et al. High expression of the bile salt-homeostatic hormone fibroblast growth factor 19 in the liver of patients with extrahepatic cholestasis. Hepatology, 2009, 49:1228-1235.

[6]David LA, Maurice CF, Carmody RN, et al. Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature, 2014, 505:559-563.

[7]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. Cell Metab, 2013, 17:225-235.

[8]Haeusler RA, Astiarraga B, Camastra S, et al. Human insulin resistance is associated with increased plasma levels of 12alpha-hydroxylated bile acids. Diabetes, 2013, 62: 4184-4191.

(本文編輯：張苗)

基金項目：解放軍第三○二醫院創新項目(YNKT2014008)

通信作者：劉鴻凌,Email: lhl1725@sina.com

(收稿日期：2016-02-19)