膽汁酸-腸道菌群與腹瀉型腸易激綜合征的研究進展

李進鵬，劉真真，申高飛，朱飛，鄭君儀，黃蕊

西安市人民醫院(西安市第四醫院)消化內科，西安 710199

近年來，腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)的發病率逐年上升，其全球發病率為10%～15%[1-2]，我國的發病率為1.40%～11.5%[3]。IBS是最常見的功能性腸病[4]，主要表現為伴隨排便習慣或性狀改變的腹痛，可分為腹瀉型腸易激綜合征(diarrhea-predominant IBS，IBS-D)、便秘型腸易激綜合征(constipation-predominant IBS，IBS-C)、混合型腸易激綜合征(mixed diarrhea and constipation IBS，IBS-M)及未定型腸易激綜合征(unspecified IBS，IBS-U)，其中，IBS-D為我國最常見的IBS分型[5-8]。

IBS的致病原因眾多，大致可分為兩類，即外周因素(飲食、腸道菌群、宿主與腸道微生物間的相互作用、膽汁酸代謝異常、低度慢性腸道炎癥、胃腸道內分泌細胞異常、胃腸道運動及內臟器官超敏性改變等)和中樞因素(心理壓力、認知功能障礙、情緒喚醒系統反應異常及睡眠功能障礙等)[9-15]。遺傳因素被認為可能是外周與中樞因素病理生理機制的基礎[16]。IBS-D患者體內膽汁酸代謝及腸道菌群存在異常，而膽汁酸與宿主腸道菌群關系密切，既相互作用，又互相調節。本文主要對膽汁酸-腸道菌群與IBS-D的關系進行綜述。

1 膽汁酸及其通路

1.1 膽汁酸 膽汁酸是一種具有廣泛生物學功能的信號分子，在葡萄糖及脂質代謝、能量穩態以及免疫應答的調節中起重要作用[17-18]。在肝臟中，膽汁酸是膽固醇分解代謝的最終產物[19]，成年人的肝臟每天合成0.5 g膽汁酸[20]。膽汁酸的合成主要有經典途徑及替代途徑兩種方式[21]。經典途徑為其主要途徑，膽固醇經膽固醇7α羥化酶(cholesterol 7α hydroxylase，CYP7A1)及膽固醇12α羥化酶(cholesterol 12α hydroxylase，CYP8B1)依次氧化后生成膽酸(cholic acid，CA)，其中CYP7A1為膽汁酸合成過程的限速酶[22]。替代途徑主要由膽固醇27α羥化酶(cholesterol 27α hydroxylase，CYP27A1)及膽固醇25α7羥化酶(cholesterol 25α 7 hydroxylase，CYP7B1)參與，膽固醇被轉化為鵝脫氧膽酸(chenodeoxycholic acid，CDCA)，為膽汁酸合成的補充途徑[23]。膽汁酸合成后通過主動轉運方式分泌到小管中形成膽汁。膽汁酸儲存在膽囊中，進餐后通過膽總管將其釋放到腸道中[24]。在回腸中，大多數膽汁酸經腸肝循環途徑被重新吸收，通過門靜脈途徑進入肝臟。膽汁酸的腸肝循環平均每天發生6～8次，以維持約3 g的恒定膽汁酸池大小，對于機體膽汁酸穩態起到重要作用[25]。除此之外，還有少量膽汁酸(5%)隨糞便一起排入體外，流失的糞便膽汁酸可通過肝臟中的從頭合成得到補充[26]。

1.2 膽汁酸合成及轉運通路 法尼醇受體(farnesoid X receptor，FXR)為膽汁酸的天然受體[27]，在肝臟、腸道、腎上腺、脂肪組織及心臟等組織中表達，且在肝臟、腸道內表達量較高，被視為全身能量穩態的關鍵代謝調節劑[28-29]。FXR在調節膽汁酸合成、分泌及轉運中起著至關重要的作用，主要通過肝臟及腸道的FXR通路進行[30]。肝臟中FXR的下游靶點為小分子異源二聚體(short heterodimer partner，SHP)及CYP7A1。在肝臟中，膽汁酸合成主要受FXR-SHP通路調節：肝臟內膽汁酸過多時激活FXR，下游SHP表達增加，進而抑制CYP7A1的表達，減少膽汁酸的合成[31]。膽汁酸合成后，FXR能及時激活肝細胞頂端的膽鹽輸出泵，促進其排至膽囊，加速其轉運。門靜脈的存在是經典膽汁酸腸肝循環的生理基礎。腸道內多余的膽汁酸可激活腸道FXR，上調FXR及其下游成纖維細胞生長因子15/19(fibroblast growth factor 15，FGF15/19)的表達[31]。FGF15/19作為信號分子，經門靜脈進入肝臟，進一步激活FGFR4，下調CYP7A1的表達，從而減少膽汁酸合成。機體通過肝臟及腸道FXR通路調控膽汁酸合成，維持膽汁酸穩態。此外，其他膽汁酸受體如G蛋白偶聯受體5(the g-protein coupled receptor 5，TGR5)在膽汁酸的合成和轉運中也發揮著重要作用。

2 膽汁酸通路與IBS-D的關系

有研究發現，68%的IBS-D患者存在糞便膽汁酸排泄增加或膽汁酸吸收不良[32]。另有研究表明，12%～43%的IBS-D患者存在糞便膽汁酸過度排泄[33]，此類患者被稱為特發性膽汁酸相關性腹瀉[34]。膽汁酸能夠直接誘發結腸運動加速及內臟超敏反應[35-36]，也有研究表明，糞便膽汁酸的增加與患者的腹痛及結腸加速轉運密切相關[37]，這些因素都與IBS-D的發病密切相關。一項臨床研究分析了IBS-D患者(n=16)與健康者(n=5)的血液及糞便標本，發現IBS-D患者血清及糞便中初級膽汁酸明顯升高，而次級膽汁酸明顯降低[37]。一項雙盲、安慰劑對照試驗采用膽汁酸螯合劑鵝脫氧膽酸鈉治療IBS-D，結果顯示患者的糞便膽汁酸排泄減少，部分IBS-D癥狀緩解[38]。綜上所述，膽汁酸代謝紊亂在IBS-D發病機制中起著重要作用，干預膽汁酸代謝有望成為治療IBS-D的靶點。FXR通路在調節機體膽汁酸合成方面起重要作用，其信號傳導異常加劇了IBS-D的疾病進展，而FXR下游信號分子FGFR4異常加速了IBS-D患者結腸的轉運速率[39]。

3 IBS-D患者腸道菌群的變化

關于IBS-D患者腸道菌群變化的研究較多，但結果不盡相同。較早的一項臨床研究獲取IBS-D患者(n=41)與健康者(n=26)的糞便及十二指腸黏膜刷樣本，使用熒光原位雜交(FISH)技術分析糞便標本中菌群的組成，隨后利用PCR分析糞便及十二指腸黏膜刷樣本中雙歧桿菌的組成，結果發現，IBS-D患者糞便中的雙歧桿菌水平降低了50%，且鏈狀雙歧桿菌水平也出現降低[40]。還有研究分別獲取IBS-D患者(n=10)與健康者(n=10)的糞便及結腸黏膜活檢標本，提取DNA后通過實時定量PCR分析特定菌群，結果發現IBS-D患者糞便中需氧細菌的濃度明顯降低，但乳酸桿菌濃度增加了3.6倍[41]。另一項研究分析了IBS-D患者(n=16)與健康者(n=21)糞便及結腸黏膜標本的微生物群落組成，發現IBS-D患者糞便中微生物的生物多樣性比健康者低20%，但在結腸黏膜標本中未發現生物多樣性存在差異[42]。有研究采用16S rRNA基因技術對IBS-D患者(n=23)與健康者(n=23)的糞便進行分析，發現IBS-D患者16S rRNA序列的豐度明顯降低，而腸桿菌科的豐度顯著增加[43]。隨著菌群分析技術的不斷進步，從判定糞便中某一特定菌群的水平變化到對全菌群進行系統分析，關于IBS-D患者腸道菌群的研究也取得了長足的進步。盡管大多數臨床研究結果不盡相同，但在IBS-D患者腸道微生物多樣性降低這一觀點上卻基本一致。

4 腸道菌群-膽汁酸與IBS-D的關系

4.1 IBS-D患者體內腸道菌群穩態及膽汁酸代謝存在差異 腸道菌群在初級膽汁酸到次級膽汁酸的轉化中起著重要作用，腸道菌群紊亂可能會導致膽汁酸代謝異常。Zhao等[44]采用代謝及宏基因組學方法對290例IBS-D患者與89例健康者的膽汁酸及腸道菌群進行分析，結果發現，24.5%的IBS-D患者糞便膽汁酸過量排泄，且其腸道中與膽汁酸代謝相關菌群的豐度發生改變。另一項臨床研究表明，與健康人群相比，伴有膽汁酸排泄及合成增加的IBS-D患者表現出更明顯的病理生理變化，如體重指數、糞便脂肪、CDCA百分比及結腸通透性均明顯增加[32]。一項Meta分析納入了13篇有關腸道菌群與IBS關系的研究，涉及360例IBS患者與268名健康者，結果發現IBS患者尤其是IBS-D患者的乳酸桿菌(Lactobacillus)、雙歧桿菌(Bifidobacterium)及普拉梭菌(F. prausnitzii)豐度均下降[45]。

4.2 膽汁酸-腸道菌群紊亂促進IBS-D的疾病進展膽汁酸通過經典與替代途徑合成得到的CA及CDCA均為初級膽汁酸，其在腸道內某些特定菌群的作用下，通過去結合、7α-去羥基化、氧化、脫硫及酯化反應等，被轉化為脫氧膽酸(deoxycholic acid，DCA)及石膽酸(lithocholic acid，LCA)[46]，其中7α-去羥基化為最關鍵的一環。研究表明，梭菌屬及優桿菌屬在7α-去羥基化過程中發揮重要作用，但具體機制尚未明確[47]。此外，特定的腸道菌群能影響牛磺酸和(或)甘氨酸與游離膽汁酸的結合，從而調控結合膽汁酸。腸道菌群能影響膽汁酸的轉化與結合，反之，膽汁酸對腸道菌群也有直接的抗菌作用，DCA是最有效的抗菌膽汁之一，其殺菌活性是CA的10倍，并且可顯著抑制乳酸桿菌、產氣莢膜梭菌、雙歧桿菌及脆弱擬桿菌等腸道微生物的生長[48-49]。膽汁酸作為代謝調節劑及營養傳感器，其濃度較高時會產生細胞毒性作用，導致細胞膜穩定性下降，引起細胞凋亡，誘導促炎作用及細胞DNA損傷，進而導致某些胃腸道疾病[32,50]。FXR通路在機體內主導膽汁酸代謝，IBS-D患者膽汁酸代謝紊亂與其通路信號異常密不可分。有臨床研究發現，與健康者相比，IBS-D患者腸道FGF19表達降低，腸道膽汁酸合成增加[51]，進一步證實了膽汁酸代謝異常及其通路受損在IBS-D發病機制中的重要地位。在動物實驗中，與野生型(FXR+/+)小鼠相比，FXR基因敲除型(FXR-/-)小鼠表現出明顯的腸道炎癥、腸道菌群紊亂及腸黏膜屏障功能受損[52]。有研究發現，在IBS-D患者中，膽汁酸通過黏膜肥大細胞到痛覺感受器的信號傳導誘導內臟超敏反應，該信號傳導涉及FXR-神經生長因子-瞬時受體電位香草酸亞型1軸[53]。可見，除調節膽汁酸代謝外，FXR在調控腸道炎癥、維護腸道黏膜屏障功能及調節內臟超敏反應等方面也起著重要作用[54-55]。FXR通路除了在膽汁酸合成及運輸的調節中發揮作用外，還是膽汁酸調節的轉錄因子及保護性傳感器，可在胃腸道組織中誘導保護性細胞反應，并調節炎癥水平[56]。綜上可知，膽汁酸與腸道菌群之間存在特殊的關系，既相互作用，又互相調節。當兩者其一或均出現異常時，宿主罹患IBS尤其是IBS-D的概率將會相應增加。

5 總結與展望

目前對腸道菌群的研究多集中在益生菌方面。益生菌被聯合國糧食及農業組織定義為一種活微生物，適量應用可給宿主帶來健康益處[57]。益生菌在治療IBS-D中的作用是多樣的。研究表明，益生菌對IBS-D患者有較好的治療效果[58-59]。筆者前期研究也表明，益生菌可能具有類似FXR激動劑的作用，能激活小鼠FXR通路，調控機體膽汁酸代謝[60]。此外，益生菌在調控宿主腸道菌群、降低內臟超敏反應性等方面也起著重要作用[61-62]。鑒于FXR在IBS-D發病機制中所起的作用，調控FXR通路水平也是IBS-D治療的一種選擇。考來烯胺散為膽汁酸螯合劑的一種，動物實驗證實其能夠調控小鼠FXR下游SHP的表達水平，現已用于IBS-D的治療[63-64]。總之，膽汁酸-腸道菌群有望成為治療IBS-D的新靶點。然而，并非每位IBS-D患者都存在膽汁酸代謝異常，仍需實施個性化的治療方案。