腸道微生物群影響糖皮質(zhì)激素體內(nèi)代謝過(guò)程的研究進(jìn)展

季可非，張瑜，張文婷

(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院藥學(xué)部，武漢 430030；2.湖北省仙桃市第一人民醫(yī)院藥劑科，仙桃 433000；3.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院兒科，武漢 430030)

人類(lèi)的腸道微生物群具有高度的多樣性，可涉及3000～5000種細(xì)菌，主要以厭氧菌為主。其中許多細(xì)菌的菌種現(xiàn)在還尚不明確，大部分可分為厚壁菌門(mén)、放線菌及擬桿菌，以上三大類(lèi)細(xì)菌約占微生物群總類(lèi)的90%。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)人類(lèi)腸道微生物群參與人體內(nèi)多種生理過(guò)程，例如對(duì)抗病原體以對(duì)機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)功能；參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)；代謝發(fā)酵不易消化的膳食纖維及影響宿主體內(nèi)的代謝過(guò)程，該過(guò)程涉及多個(gè)器官，包括腸道、肝臟、肌肉和大腦等，共同構(gòu)成宿主-微生物代謝軸[1]。此外，腸道微生物群也可影響藥物在體內(nèi)的代謝過(guò)程，研究表明，至少有30種以上藥物在人體內(nèi)的代謝過(guò)程可受到腸道微生物群的影響，其機(jī)制可能與腸道微生物介導(dǎo)的酶促反應(yīng)有關(guān)，涉及的反應(yīng)，如：前體藥物的活化(如氨基水楊酸)、藥物失活(如地高辛)、藥物的早期解離(如伊立替康腹瀉毒性的產(chǎn)生)及天然糖苷的水解及所釋放苷元的進(jìn)一步代謝等[2]。近期研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)抗菌藥物治療后，隨著乳酸菌和雙歧桿菌的豐度降低，抗菌藥物聯(lián)合瑞伐他汀組降脂效果較瑞伐他汀單藥組明顯降低。而在抗菌藥物治療后4周，隨著腸道菌群豐度的恢復(fù)，抗菌藥物組降脂效果也恢復(fù)到單藥組水平，其作用機(jī)制可能與腸道菌群介導(dǎo)的細(xì)胞運(yùn)轉(zhuǎn)體有關(guān)[3]。

越來(lái)越多的研究報(bào)道腸道微生物參與藥物在人體內(nèi)代謝及免疫調(diào)節(jié)過(guò)程，筆者在本文主要綜述國(guó)外關(guān)于腸道微生物群參與糖皮質(zhì)激素代謝的較新研究進(jìn)展。通過(guò)介紹糖皮質(zhì)激素在體內(nèi)的代謝過(guò)程，腸道微生物群在介導(dǎo)糖皮質(zhì)激素代謝過(guò)程中的作用，及其對(duì)皮質(zhì)醇血漿濃度的影響，解釋了部分臨床癥狀出現(xiàn)的原因。

1 糖皮質(zhì)激素的體內(nèi)代謝過(guò)程

內(nèi)源性糖皮質(zhì)激素有可的松和皮質(zhì)醇(cortisol，即氫化可的松)，外源性糖皮質(zhì)激素包括潑尼松、潑尼松龍、甲潑尼龍及地塞米松等。無(wú)論是內(nèi)源性糖皮質(zhì)激素可的松還是外源性的潑尼松，都需要經(jīng)肝臟代謝活化從而發(fā)揮藥理作用。皮質(zhì)醇和潑尼松龍無(wú)需肝藥酶活化即為活性成分，適用于肝功能障礙患者。皮質(zhì)醇代謝的主要部位在肝臟，經(jīng)3-酮基，δ-4雙鍵結(jié)構(gòu)還原，氧化去除C20，C21側(cè)鏈產(chǎn)生具有17-酮基的C19類(lèi)固醇或6-β羥基化后被代謝為硫酸鹽或葡糖醛酸的結(jié)合物而成為水溶性物質(zhì)，隨后經(jīng)尿液排出體外。其中，四氫皮質(zhì)醇和四氫可的松占尿液糖皮質(zhì)激素代謝物的含量最高，平均約占總量65%，而皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮(corticosterone)約占尿液糖皮質(zhì)激素代謝物30%[4]。該代謝過(guò)程主要涉及5α-還原酶、5β-還原酶、3α-羥基類(lèi)固醇脫氫酶、20α-羥基類(lèi)固醇脫氫酶及20β-羥基類(lèi)固醇脫氫酶等[5]。

11β-羥基類(lèi)固醇脫氫酶1型(11β-HSD1)及其2型同工酶(11β-HSD2)也是皮質(zhì)醇代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，兩者涉及反應(yīng)是逆向的。11β-HSD1具有脫氫酶和還原酶的活性，在肝臟、脂肪組織、骨骼和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中均有表達(dá)，也可在多種其他組織中誘導(dǎo)產(chǎn)生[6]。在肝臟中一般以經(jīng)11β-HSD1將皮質(zhì)酮?dú)浠D(zhuǎn)化為皮質(zhì)醇為主。此外，11β-HSD1也見(jiàn)于很多其他的糖皮質(zhì)激素靶組織，在調(diào)節(jié)靶細(xì)胞的局部皮質(zhì)醇濃度方面發(fā)揮著重要作用。例如脂肪組織中過(guò)度表達(dá)11β-HSD1的轉(zhuǎn)基因小鼠可出現(xiàn)肥胖和代謝綜合征[7]，提示皮質(zhì)酮在脂肪組織中過(guò)度轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)醇可能與該疾病產(chǎn)生有關(guān)。

11β-HSD2是11β-HSD的同工酶，可將皮質(zhì)醇去氫化轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮。而皮質(zhì)酮不與鹽皮質(zhì)激素受體結(jié)合，屬于無(wú)鹽皮質(zhì)激素活性的代謝物[8]。腎臟是肝外皮質(zhì)醇代謝的另一主要部位[9]。在腎臟，皮質(zhì)醇同樣被高親和力的11β-HSD2轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮。由于皮質(zhì)醇與鹽皮質(zhì)激素受體(mineralocorticoid receptor，MR)結(jié)合的親和力與醛甾酮相似，且均高于皮質(zhì)酮，故這種轉(zhuǎn)化限制皮質(zhì)醇更多的與MR結(jié)合[10]，從而降低鹽皮質(zhì)激素的作用。

2 腸道微生物群介導(dǎo)糖皮質(zhì)激素代謝產(chǎn)生甘草次酸樣物質(zhì)(glycyrrhetic acid like factor，GALFs)

甘草類(lèi)化合物中的甘草次酸可抑制11β-HSD2酶的活性，從而抑制皮質(zhì)醇在11β-HSD2的作用下轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮[11]。早在1981年，MURPHY等[12]就首次在胎兒的血清和臍帶中發(fā)現(xiàn)了對(duì)11β-HSD脫氫酶有抑制活性的內(nèi)源性甾體物質(zhì)。這類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)與類(lèi)固醇激素相似，并與甘草次酸一樣，均可雙向抑制11β-HSD1及11β-HSD2的活性，因此被稱(chēng)為GALFs。內(nèi)源性的GALFs可能增加腎臟、血管內(nèi)皮和其他組織的局部皮質(zhì)醇水平。

近年來(lái)的研究表明，除了內(nèi)源性甾體物質(zhì)，外源性糖皮質(zhì)激素也可產(chǎn)生GALFs，如在腸道細(xì)菌的作用下，由皮質(zhì)酮經(jīng)C-21脫羥基產(chǎn)生的衍生物3α，5α-四氫-11β-羥基孕酮[13]。腸道微生物群產(chǎn)生相應(yīng)的酶可參與糖皮質(zhì)激素的代謝，產(chǎn)生具有GALFs活性的物質(zhì)，從而調(diào)節(jié)皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮的局部組織代謝。介導(dǎo)皮質(zhì)酮主要腸道細(xì)菌代謝酶有17β-HSD、Steroid-17，20-desmolase、3α-HSD，3β-HSD、5β-reductase、5α-reductase、21-dehydroxylase；介導(dǎo)皮質(zhì)醇主要腸道細(xì)菌代謝酶17β-HSD、Steroid-17，20-desmolase。

皮質(zhì)醇在肝臟經(jīng)還原、氧化或羥化后，其原型藥物及其代謝產(chǎn)物與硫酸或葡萄糖醛酸結(jié)合后變?yōu)樗苄裕S后經(jīng)尿液排出，此外僅有一小部分(<4%)從膽汁中排出。與皮質(zhì)醇不同的是，人體可通過(guò)膽汁排泄大量皮質(zhì)酮及其5α-還原代謝產(chǎn)物，如3α，5α-四氫皮質(zhì)酮，并經(jīng)膽汁進(jìn)入腸道。BOKKENHEUSER等[14]在1975年就在健康人體大便微生物群混合培養(yǎng)物中觀察到其具有脫羥基作用，皮質(zhì)酮可在腸道被厭氧菌轉(zhuǎn)化為21-脫羥基化產(chǎn)物，11β-羥基孕酮或11β-羥基- 5α-前列腺素。而這兩類(lèi)皮質(zhì)酮衍生物均對(duì)11β-HSD的兩種同工酶具有一定抑制活性，即屬于GALFs。

而皮質(zhì)醇在腸道細(xì)菌合成的酶的作用下發(fā)生側(cè)鏈切割，是GALFs產(chǎn)生的另一重要途徑。皮質(zhì)醇可在厭氧菌作用下，經(jīng)側(cè)鏈裂解產(chǎn)生一系列C21及C19代謝產(chǎn)物。其中C21代謝產(chǎn)物包括21-脫氧皮質(zhì)醇，四氫-21-脫氧皮質(zhì)醇和四氫皮質(zhì)醇等；而C19代謝產(chǎn)物包括11β-羥基雄烯二酮等[15]。雖然11β-羥基雄烯二酮對(duì)11β-HSD兩種同工酶的抑制活性較弱，但其可經(jīng)過(guò)17β-HSD酶轉(zhuǎn)化為11β-羥基睪酮，可明顯增強(qiáng)其對(duì)11β-HSD兩種同工酶的抑制活性。由于該酶促反應(yīng)，11β-羥基雄烯二酮與11β-羥基睪酮在組織中保持動(dòng)態(tài)平衡，以激活GALFs的活性[16]。

3 GALFs對(duì)皮質(zhì)醇濃度的影響

由上可知，皮質(zhì)醇及皮質(zhì)酮均可在腸道細(xì)菌產(chǎn)生酶的作用下產(chǎn)生GALFs，反過(guò)來(lái)參與調(diào)節(jié)皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮的局部組織代謝。11β-HSD2-GALFs通過(guò)抑制11β-HSD2酶的活性，阻礙皮質(zhì)醇轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮，從而引起皮質(zhì)醇的血漿濃度增高，見(jiàn)圖1。其影響程度可能與糖皮質(zhì)激素經(jīng)腸道排泄的比例及產(chǎn)生的GALFs物質(zhì)的量有關(guān)。MORRIS等[17]研究尿液中11β-HSD2-GALFs物質(zhì)的水平與尿游離皮質(zhì)醇(urinary free cortisol，UFC)水平和血漿腎素活性(plasma renin activity，PRA)的關(guān)系。其中，GALFs的水平代表其對(duì)11β-HSD2的抑制活性，而不是絕對(duì)的某一物質(zhì)的具體含量。結(jié)果表明隨著GALFs水平的增加，UFC增加，游離皮質(zhì)醇與可的松比率增加，導(dǎo)致皮質(zhì)醇在靶組織的半衰期(t1/2)延長(zhǎng)。另外，PRA與UFC也呈正相關(guān)。

圖1 皮質(zhì)醇、皮質(zhì)酮及GALFs間的相互關(guān)系

Fig.1 Relationship among cortisol，cortisone and GALFs

BAHR等[18]嘗試通過(guò)測(cè)量皮質(zhì)醇及其代謝產(chǎn)物在尿液中的含量，以預(yù)測(cè)皮質(zhì)醇進(jìn)入腸道的量。給予絨猴、長(zhǎng)尾獼猴和黑猩猩三種靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的成年雄性個(gè)體靜脈輸注放射性(40～100 μCi)的3H-標(biāo)記的皮質(zhì)醇，并在注射后5 d內(nèi)收集排泄物。結(jié)果表明，尿代謝物主要以結(jié)合物的形式排出，其放射性主要在尿液中被檢測(cè)到(61%～87%)，糞便中的共軛代謝物低于50%，而由腸道細(xì)菌產(chǎn)生的皮質(zhì)醇代謝產(chǎn)物的含量則更低，包括11β-羥基雄烯二酮等，為1～3 μg·g-1糞便。因此，腸道微生物群通過(guò)該途徑對(duì)皮質(zhì)醇濃度影響的程度也是今后研究的一個(gè)方向。

4 GALFs與表觀鹽皮質(zhì)激素過(guò)多綜合征(apparent mineralocorticoid excess，AME)

AME是一種癥狀類(lèi)似于原發(fā)性醛甾酮增多的疾病，可表現(xiàn)為青少年患者中高血壓，并伴隨低鉀血癥、代謝性堿中毒和低血漿腎素活性等。根據(jù)其病因可分為原發(fā)性和繼發(fā)性，前者為11β-HSD2基因突變的常染色體隱性遺傳病[19]，后者可因慢性攝入外源性的甘草酸或GALGs而表現(xiàn)出類(lèi)似于原發(fā)性醛甾酮增多的癥狀。皮質(zhì)醇與醛甾酮一樣可與鹽皮質(zhì)激素受體結(jié)合而表現(xiàn)出鹽皮質(zhì)激素的活性。然而，與原發(fā)性醛甾酮增多癥不同的是，AME中血漿醛甾酮水平會(huì)降低。而且血漿皮質(zhì)醇的濃度比血漿醛甾酮濃度高約100倍，皮質(zhì)醇血漿濃度持續(xù)增高，最終表現(xiàn)為鹽皮質(zhì)激素活性明顯升高[20]。由于外源性糖皮質(zhì)激素可在腸道細(xì)菌酶的作用下產(chǎn)生GALFs，通過(guò)抑制11β-HSD2酶的活性，阻礙皮質(zhì)醇轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)酮，從而引起皮質(zhì)醇的血漿濃度增高，因此臨床上長(zhǎng)期口服糖皮質(zhì)激素的患者可能出現(xiàn)AME。

在上述GALFs的作用下，血液中過(guò)量的皮質(zhì)醇可與存在遠(yuǎn)端腎單位的鹽皮質(zhì)激素受體結(jié)合，從而增加Na+重吸收，導(dǎo)致腎臟擴(kuò)張細(xì)胞外(血漿容量)體積和高血壓[21]等，提示腸道細(xì)菌來(lái)源的糖皮質(zhì)激素代謝物可能也會(huì)通過(guò)類(lèi)似的機(jī)制引起一些患者的原發(fā)性高血壓，但仍需要進(jìn)一步的臨床研究予以證實(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在腸道細(xì)菌酶的作用下，皮質(zhì)酮及皮質(zhì)醇均可產(chǎn)生GALFs，抑制11β-HSD2，導(dǎo)致皮質(zhì)醇局部濃度的增加，臨床可出現(xiàn)AME。提示除了肝臟代謝酶的影響外，胃腸功能也可影響糖皮質(zhì)激素體內(nèi)代謝。此外，長(zhǎng)期服用糖皮質(zhì)激素等藥物對(duì)腸道菌群也會(huì)產(chǎn)生影響。如在口服潑尼松龍、他克莫司及嗎替麥考酚酯等免疫抑制藥的患者中常可觀察到腹瀉等不良反應(yīng)，可能與體內(nèi)微生物群結(jié)構(gòu)受到免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)影響有關(guān)。口服潑尼松龍14 d后，小鼠大便及回腸中微生物群落結(jié)構(gòu)與給藥前相比被破壞，擬桿菌的豐度降低，厚壁菌的豐度增加。而聯(lián)用潑尼松龍、他克莫司及嗎替麥考酚酯后，小鼠大便及回腸中致病性大腸桿菌菌株536的定植量明顯增加，這是3種免疫抑制藥共同作用的結(jié)果[22]。腸道微生物對(duì)糖皮質(zhì)激素代謝影響程度的大小與在腸道產(chǎn)生的GALFs的量有關(guān)，不同給藥途徑也可能是導(dǎo)致差異產(chǎn)生的原因，也提示在臨床用藥中結(jié)合糖皮質(zhì)激素類(lèi)別和劑型選擇更適合的藥物，從而減少腸道微生物群對(duì)藥物的影響，如將潑尼松調(diào)整為甲強(qiáng)龍等。但由于GALFs是一類(lèi)物質(zhì)的總稱(chēng)，直接測(cè)定其具體濃度較為復(fù)雜，采用其對(duì)11β-HSD2的抑制活性的大小來(lái)表示的準(zhǔn)確性有待考證，其測(cè)定和分析可能成為今后研究的一個(gè)方向。