膽汁酸對動物炎性腸病通路的影響及其在畜禽生產中的應用前景

倪 萍，黎力之，廖曉鵬，關瑋琨，黃 曉，張海波*，郭冬生*

（1.宜春學院生命科學與資源環境學院，江西省高等學校硒農業工程技術研究中心，宜春市功能農業與生態環境重點實驗室，宜春學院繼續教育學院，江西宜春 336000；2.青島市畜牧獸醫研究所，山東青島 266000）

炎性腸病（IBD）是累及回腸、直腸、結腸的非特異性慢性腸道炎癥，主要表現為損傷動物腸黏膜，致使動物發生腹瀉、便血，體重下降，嚴重時導致動物死亡，危害極大[1-2]。相關研究表明，IBD 是環境、遺傳易感性和腸道菌群等因素互作的結果[3]。膽汁酸（BA）作為肝臟分泌的產物之一，經腸道菌群代謝后，生成次級膽汁酸，對動物的糖脂代謝和免疫功能均有調控作用[4-5]。目前研究認為，BA 在動物IBD 的發生發展中具有如下作用：其一，BA 在腸道蓄積會破壞腸上皮緊密連接，導致腸黏膜通透性增加，細菌和毒素等經腸黏膜進入體循環，引起腸源性感染和細菌移位，誘導腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素（IL）-6 和IL-17 等炎癥介質釋放，從而引發IBD[6]。其二，BA 與法尼醇X 受體（FXR）和G 蛋白膽汁酸偶聯受體5（TGR5）結合后，促進二者活化減輕IBD 及其對動物產生的不利影響，同時也是防止腸道內出現BA 過量聚積的一種保護機制。近年來，BA 與FXR 和TGR5 結合后在調節體內BA 代謝平衡以緩解IBD 方面發揮了重要作用，引起畜牧工作者的廣泛關注，但目前缺乏關于BA 對動物炎性腸病通路方面的系統綜述。因此，本文重點闡述BA-FXR/TGR5信號通路在IBD 中的作用途徑，展望BA 在畜禽生產上的應用前景，進一步明確BA 與腸道健康之間的關系及其在畜禽生產中的作用，為指導畜禽生產提供參考。

1 BA 概述

1.1 BA 的分類 目前已知BA 多達17 種[7]。動物種類不同，其膽汁中所含BA 種類存在差異，如豬的膽汁中含有鵝脫氧膽酸（CDCA），而鼠的膽汁中不含CDCA[8-9]。按照合成部位和來源的不同，BA 分為初級膽汁酸和次級膽汁酸。初級膽汁酸以膽固醇為原料，在肝臟中直接合成，如膽酸（CA）和CDCA[10]。后經腸道微生物加工修飾轉化為次級膽汁酸，包括脫氧膽酸（DCA）和石膽酸（LCA）等[11]。近年來，亦有學者提出，次級膽汁酸通過肝腸循環重吸收生成代謝產物三級膽汁酸，如熊脫氧膽酸（UDCA）[12]。此外，按照結構不同，BA 還可分為游離型膽汁酸和結合型膽汁酸，前者主要包括CA、DCA 及少量LCA 等[13]；后者由游離型膽汁酸與甘氨酸或?；撬峤Y合形成，包括?；悄懰幔═CA）、甘氨膽酸（GCA）和?；蛆Z脫氧膽酸（TCDCA）等[14]。

1.2 BA 的生物合成 膽固醇是合成BA 不可或缺的前體，其在肝臟中由經典途徑和替代途徑合成初級膽汁酸。經典途徑（或中性途徑）是BA 合成的主要途徑，在肝細胞中通過滑面內質網上的膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）啟動，膽固醇在其作用下轉化為7α-羥固醇，后經甾醇12α-羥化酶（CYP8B1）催化產生CA[15]。若反應缺少CYP8B1 參與，則形成CDCA[16]。在多種組織和巨噬細胞中，替代途徑（或酸性途徑）由位于線粒體中的甾醇27α-羥化酶（CYP27A1）啟動，通過內質網上氧固醇7α-羥化酶（CYP7B1）催化形成CDCA[15]。Schwarz 等[17]研究發現，當肝臟中CYP7A1活性下降，經典途徑發生障礙，動物體促使替代途徑產生CDCA 調節體內代謝平衡。通過上述2 種途徑合成的初級膽汁酸以酰胺鍵與甘氨酸和?；撬峤Y合形成膽汁鹽（如TCA 和GCA）。與初級膽汁酸相比，膽汁鹽的水溶性增大，BA 毒性降低，并保證其從回腸末端重吸收[18]。

1.3 BA 的肝腸循環 約95% 的BA 在回腸末端經小腸絨毛刷狀緣頂端鈉鹽依賴的膽汁酸轉運體（ASBT）主動吸收進入腸上皮細胞，通過結合回腸膽汁酸結合蛋白（IBABP），促使BA 在基底外側膜上的有機溶質轉運體α/β（OSTα/OSTβ）作用下，經門靜脈循環大部分被重吸收至肝臟[19]。有研究表明，FXR 作為回腸中IBABP 的激活因子，促進BA 移動到基底外側膜，加快其重吸收速率[20]。僅約5%的BA 在腸道菌群作用下轉變為DCA 和LCA 被肝臟重吸收，而LCA 因以游離態存在，大部分未被重吸收，隨糞便排出體外[19]。進入肝臟的BA 被重新分泌后，隨膽汁再排入腸道，完成一次BA 肝腸循環?？傊珺A 肝腸循環協調肝臟BA 合成和小腸BA 重吸收，二者共同維護體內膽固醇和BA代謝平衡，影響動物腸道健康。

2 BA 代謝通路對IBD 的影響

BA 作為活化FXR 和TGR5 的信號分子，影響二者所介導的相關信號通路，參與調節炎癥反應。另外，其代謝紊亂導致腸上皮細胞中BA 含量異常升高而產生毒性作用，造成腸上皮細胞增生或凋亡，引起腸道炎癥。而BA 通過激活FXR 和TGR5 信號通路對自身代謝的調控作用，也是保護腸上皮細胞免受BA 異常升高所致毒性作用的一種機制。因此，探究BA 代謝相關信號通路的調節作用有望為動物IBD 防治提供新的研究策略。

2.1 BA-FXR 信號通路對IBD 的調節作用 肝臟、腎臟、心臟、胸腺、脾臟和腸道中表達FXR 可作為BA 激活轉錄因子之一，其在肝臟和腸道中的表達量較高，是BA 代謝調節的核心[21]。據報道，FXR基因敲除小鼠的IL-6 和TNF-α等腸黏膜炎癥因子基因表達水平顯著高于野生型小鼠，其更容易出現免疫系統障礙[22]。硫酸葡聚糖鈉誘導的腸炎小鼠模型中，腸黏膜FXR 靶基因表達下降，而補充外源性TCA 能緩解腸炎小鼠杯狀細胞減少，降低腸黏膜通透性，減輕炎癥程度[23]。由此可知，FXR 具有潛在的免疫調節功能，在調節炎癥反應、維持腸道穩態方面發揮調控作用。

已有研究表明，IBD 的發生與BA 代謝和膽汁酸池組成改變有關[24]。FXR 作為BA 的受體，激活后通過肝臟和腸道2 條途徑抑制BA 合成酶活性，調節BA代謝，維持其在體內的平衡，從而抑制BA 毒性作用，預防IBD 的發生。在肝臟中，BA 激活FXR，增強小異源二聚體伴侶受體（SHP）表達，肝受體同系物1 和肝細胞核因子4α結合位點與CYP7A1和CYP8B1啟動子重疊，前兩者與SHP 互作形成抑制性復合物，阻礙CYP7A1和CYP8B1基因轉錄，從而負反饋調節BA合成[25]。除上述代謝途徑外，BA 激活的FXR 通路還存在SHP 非依賴途徑，但該途徑下BA 的負反饋調節機制尚不清楚[26]。據報道，十二指腸灌注BA 可抑制CYP7A1基因的轉錄，說明腸內環境是BA 負反饋調節的必要條件[27]。在腸道中，BA 激活回腸FXR，上調成纖維細胞生長因子15/19（FGF15/19）表達，FGF 受體4（FGFR4）與β-Klotho 蛋白結合形成FGFR4/β-Klotho復合物，FXR 誘導該復合物與FGF15/19 結合，下調膽汁酸合成限速酶CYP7A1轉錄表達，實現BA 反饋抑制性調節[28]。此外，有研究發現，當體內發生炎癥反應時，FXR 表達降低，FGF19-FGFR4 信號通路受到抑制，導致IBABP和OSTα/OSTβ表達下調，促進ASBT表達[29]。IBABP表達下降使腸細胞中BA 轉移減少，而OSTα/OSTβ表達下降減少了進入門靜脈的BA，共同擾亂肝腸循環，導致BA 大量聚積在腸黏膜，加重炎癥反應[29]。綜上所述，FXR 通過負反饋抑制BA 合成酶的轉錄表達來調節BA 代謝，維護機體內的BA 穩態，緩解BA 損傷腸道（圖1）。機體發生炎癥時，FXR表達下調引起炎癥反應加劇，提示腸道FXR 有望作為IBD 藥物治療的靶點。

圖1 BA-FXR 信號通路對IBD 的調節作用

2.2 BA-TGR5 信號通路對IBD 的調節作用 TGR5 由330 個氨基酸殘基組成，具有7 個跨膜結構域，是G 蛋白偶聯受體家族成員之一[30]。同時，其作為一種新型BA受體，經BA 激活后，發揮免疫調節功能。研究發現，在兔脾臟單核細胞及肺泡巨噬細胞中，TGR5 高度表達[31]。從外周血中分離出單核細胞，發現在其分化成樹突狀細胞過程中，加入適宜濃度的BA 可使由革蘭氏陰性菌誘導的IL-12基因表達水平降低[32]。這提示BA 通過激活TGR5 參與單核細胞分化過程，進而抑制促炎細胞因子分泌，發揮顯著的抗炎作用。巨噬細胞可調節細胞因子分泌，按功能分為經典活化型巨噬細胞（M1 型）和替代性活化型巨噬細胞（M2 型）。M1 型巨噬細胞主要發揮促炎作用，而M2 型巨噬細胞分泌IL-10 活化Treg細胞發揮抗炎功能。有研究發現，次級膽汁酸與TGR5受體結合后活化巨噬細胞，誘導其從M1 向M2 表型轉化，使M2 型巨噬細胞占主要優勢，IL-10/IL-12 比值提高，抑制TNF-α和IL-6 等促炎細胞因子，從而達到抗炎效果[33]。

有研究表明，齊墩果酸作為TGR5 的天然選擇性激動劑，可抑制三硝基苯磺酸誘發的小鼠結腸炎[34]。祁有朝等[35]研究發現，TCDCA 能激活大鼠肺泡巨噬細胞中TGR5 受體，提高第二信使環磷酸腺苷（cAMP）水平，使蛋白激酶A（PKA）和反應元件結合蛋白（CREB）磷酸化，降低LPS 誘導的促炎細胞因子TNF-α和IL-6分泌。相比于野生型小鼠，在TGR5基因敲除小鼠中觀察到cAMP、PKA 和CREB 蛋白表達顯著下降[35]。由此可知，TGR5 受體的活化對腸道炎癥有抑制作用，而BA 通過激活TGR5 介導cAMP-PKA-CREB 信號通路調控炎癥反應。BA 與TGR5 結合后增強TGR5基因表達，使細胞膜受體由失活狀態轉變為激活狀態，進而活化膜上Gs 蛋白，誘導細胞內腺苷酸環化酶催化ATP形成cAMP，PKA 發生磷酸化，上調cAMP 的CREB表達。CREB 一方面使其重要靶基因產物FOS 結合活化NF-κB 的p65 亞基，阻礙其進入細胞核，從而抑制NF-κB 轉錄，減少炎癥因子IL-8 基因表達，減輕腸道炎癥；另一方面促進由其誘導的IL-10 等細胞因子分泌，進而發揮抗炎效應[36]。此外，cAMP 與BA 代謝密切相關，BA 激活TGR5 后，cAMP 含量上升，ASBT 轉運功能增強，促進腸上皮細胞BA 吸收，防止BA 過度累積引起動物腸道受損[37]。綜上，BA 不僅通過調控單核細胞和巨噬細胞，使促炎細胞因子與抗炎細胞因子比例處于有利于腸道穩態的水平，維護機體健康；還能介導TGR5-cAMP 信號通路調節炎癥應答及BA 代謝，發揮調控炎癥的作用（圖2）。從BA-TGR5 抗炎通路對IBD 的作用發現，為BA 維護動物腸道健康提供了強有力證據，同時也為尋找IBD 的治療方案提供了一定的理論依據。

3 BA 在畜禽生產中的應用前景

3.1 BA 對畜禽生產性能的影響 仔豬胃腸道未發育完全，BA 合成分泌不足，大量脂質在腸道中積累，導致仔豬出現營養代謝障礙。補充豬專用外源BA 可將飼料中的脂類轉變為乳糜微粒，促進仔豬的脂質代謝。在飼糧中添加BA 可顯著提高斷奶仔豬的脂肪消化率，同時增加采食量和日增重，改善生長豬的生長性能[38]。與飼糧中未添加BA 相比，飼糧中添加0.3%BA 使斷乳仔豬平均日增重提高9.42%，耗料增重比下降0.08[39]。表明飼料中添加BA 能提高飼料中脂肪轉化率，從而促進仔豬生長發育。

圖2 BA-TGR5 信號通路對IBD 的調節作用

肉雞生長速度快，普通飼料無法滿足其生長所需營養，而不同類型飼糧中可能會出現脂肪轉化不佳、乳化及吸收缺陷。添加BA 能促進脂肪乳化吸收，提高飼料轉化率，促進肉雞生長發育，并降低養殖成本[40-41]。飼糧添加0.02%、0.03%BA 均可提高“817”肉雜雞的平均日增重，降低耗料增重比[40]。每噸飼糧添加800 g 膽汁酸復合乳化劑可使肉雞日增重提高7.63%，耗料增重比下降8.04%[41]。由此可見，添加BA 可加速脂類物質消化吸收，以滿足肉雞的營養需求。

綜上所述，BA 可促進腸道對脂類物質的吸收利用，提高畜禽對飼料中營養物質的消化吸收率。飼糧中添加BA 或能在一定程度上解決飼料中出現的脂類物質乳化和吸收缺陷等問題，從而提高畜禽生長性能，實現畜禽產業可持續發展。

3.2 BA 在疾病控制方面的作用 近年來的研究表明，飼料添加DCA 對NE 誘發的回腸炎癥有劑量依賴性的緩解作用。Bansal 等[13]在1 日齡肉用雛雞飼糧中添加0.8、1.0、1.5 g/kg 的DCA，可抑制亞臨床型NE 誘導的細胞凋亡和IL-17、IL-23、INF-γ等腸道炎癥因子的基因表達。隨后，Bansal 等[13]還對不同劑量下DCA對回腸炎癥的緩解作用進行了比較，發現1.5 g/kg 的DCA 可降低產氣莢膜梭菌（NE 主要致病因子）的腸腔定殖率。值得注意的是，飼糧中添加的DCA 以劑量依賴性方式增加機體總BA 和DCA 水平，但具體機制還需進一步研究。此外，在飼糧中添加BA 可促進免疫球蛋白產生，提高仔豬免疫能力，降低保育仔豬的腹瀉率[42]。以上研究表明，適當添加BA 可下調炎癥因子，增強動物機體免疫應答，對防治動物疾病具有重要作用。在未來或能替代抗生素用于防治動物腸道疾病，減少抗生素對動物生產、人類健康及生態環境造成的負面影響，緩解慢性疾病給畜禽養殖造成的經濟損失，使無抗養殖技術得到進一步推廣應用，加快我國畜禽產業健康發展。

4 小 結

IBD 的發生可嚴重危害動物腸道健康，且目前缺乏有效的防治方法，對動物健康造成極大威脅。近年來，越來越多的研究表明，BA 不僅能調節糖脂代謝，還能通過BA-FXR/TGR5 信號通路有效緩解腸道炎癥。FXR 被BA 激活后，經肝臟和腸道2 條途徑負反饋調節BA 的合成，保持體內BA 代謝平衡，維護腸道健康。TGR5 活化后通過單核細胞和巨噬細胞，使抗炎/促炎細胞因子穩定在有利于動物機體健康的水平，并經TGR5-cAMP 通路調節BA 代謝，減輕腸道炎癥。然而，大多數研究僅報道了BA 代謝的大致作用途徑，尚未完全闡明其作用機制，且對IBD 的調節作用研究主要集中在實驗動物上，在畜禽方面研究較少。此外，外源補充BA 對體內BA 的作用機制尚不清楚，如何控制飼料中BA 用量，在避免造成腸道BA 過多累積的前提下，對患病畜禽進行有效干預防治，促進畜禽生長發育，還有待進一步探討。因此，就有效性和安全性而言，有必要進一步探尋BA 在不同動物上的用量及相應效果。同時利用更為綜合的分析手段深入研究BA 及其受體對動物體作用的分子機制，有望通過調節畜禽日糧結構以影響體內BA 代謝，提高畜禽生長性能，并為靶向防治動物相關疾病提供新思路。