膽汁酸參與結腸炎癥和結腸癌發生的研究進展

馬天翼 王錫山

結直腸癌是常見的消化道惡性腫瘤之一，據最新統計數據表明，其發病率和死亡率均位于惡性腫瘤的第三位［1］，嚴重威脅著人類的健康。目前，飲食導致的肥胖已被確定為癌癥的一個風險因素，超重和肥胖影響著全世界約23億人［2-4］。高脂肪、低纖維的“西方”飲食會促進結腸炎癥和癌癥的發生［5-6］。在此過程中，膽汁酸的作用逐漸被人們重視。膽汁酸是膽汁的重要成分，在脂肪和膽固醇的消化和吸收中起著重要作用，隨著相關研究的深入，膽汁酸也是重要的信號分子，在調節腸道炎癥反應中起作用［7-8］。飲食、腸道微環境與免疫狀態的失調影響著膽汁酸作用的效能和方向。雖然，人們早就認識到膽汁酸相關代謝與腸道炎癥存在復雜聯系，但膽汁酸在結腸癌發生與發展中的確定機制尚未明確，本文主要對膽汁酸與結腸炎癥和惡性腫瘤發生的相關性進行綜述。

一、膽汁酸與腸道炎癥的相關性

早在20世紀50年代，Hofmann［9］報道了“膽汁性腸病”，即廣泛回腸切除患者出現腹瀉和脂肪瀉癥狀。這就是目前被稱為的Ⅰ型或次級膽汁酸吸收不良（bile acid malabsorption，BAM）的早期描述，其腹瀉是由于回腸切除引起的膽汁酸重吸收減少所致。這與原發性BAM形成對比，成因有所不同，原發性BAM是由于纖維母細胞生長因子19（fibroblast growth factor 19，FGF19）的產生減少所致，而與回腸的結構異常無關［10］。基于動物水平的實驗，學者們觀察到，炎癥狀態下，促炎因子的出現，一方面通過影響FXR-FGF19調節軸來導致膽汁酸代謝的異常；另一方面，通過抑制鈉依賴性膽汁酸轉運體（apical sodiumdependent BA transporter，ASBT）基因的表達，來影響膽汁酸的吸收［11-12］。從臨床及實驗中觀察結果所見，腸道炎癥與膽汁酸代謝有緊密的聯系，但膽汁酸對結腸炎癥的作用方向，尚未有統一結論。

1.膽汁酸對腸道炎癥發生的促進作用

黏膜屏障功能（mucosal barrier function，MBF）破壞的特征是腸通透性（intestinal permeability，IP）增加，使黏膜暴露于腸腔中的“攻擊者”，從而觸發局部炎癥產生。膽汁酸作為腸腔中“攻擊者”作用已經被研究多年，至今沒有疾病被描述為膽汁酸是損傷的主要發起者。但大量文獻依舊認為膽汁酸可通過相關機制，破壞MBF，誘發炎癥的產生。

膽汁酸的細胞毒性最初歸因于對細胞膜的“清潔劑（detergent）”作用。如鵝脫氧膽酸（CDCA）、膽酸（CA）和熊去氧膽酸（UDCA）引起卵磷脂酰膽堿脂質體損傷，導致疏水性喪失和膜裂解［13］。增加腸上皮細胞的凋亡率。這一機制已在肝細胞的體內研究中得到證實［14］。Powell等［15］和Shekels等［16］的研究證實膽汁酸疏水性的增加與結腸上皮細胞的高凋亡率有關，而膽汁酸與牛磺酸或甘氨酸的偶聯作用似乎可以改善這種影響。

同時，消化道穩態的失衡會增強膽汁酸的毒性。Kakiyama等［17］報道晚期肝硬化患者腸道微生物多樣性的減少和促炎類群的擴張與膽汁酸池的減少有關。在克羅恩病和潰瘍型結腸炎的患者中也觀察到了相似的現象，其中糞桿菌屬、氏菌屬、梭菌屬、脆弱擬桿菌明顯減少，而變形菌門的數量有所增加，即大腸桿菌在克羅恩病患者的回腸中富集明顯增加［18-20］。

膽汁酸對腸道MBF的毒性作用及其與腸道微生物群的相互作用的進一步證據見于描述非甾體抗炎藥（NSAID）腸病體內模型的相關文獻［21-22］。吲哚美辛和其他非甾體抗炎藥會引起嚙齒動物的線性潰瘍腸炎，并呈劑量依賴性［23］。目前對這一疾病過程的理解包括非甾體抗炎藥與表面磷脂的相互作用和氧化磷酸化的解偶聯，這將導致腸道黏膜通透性的增加，而通過抑制環氧合酶抑制前列腺素的產生又加重了這一作用［24-26］。腸道黏膜因此暴露于膽汁酸的攻擊下。雖然非甾體抗炎藥腸病模型受到學者廣泛認可，但該模型中討論的膽汁酸攻擊作用，仍未有定論。該模型中腸道炎的病因可能是由于某種特定組成的結合膽酸、再循環的非甾體抗炎藥或是微生物產物的復合物所致［27-28］。

2.膽汁酸對腸道炎癥發生的保護作用

根據臨床觀察，梗阻性黃疸手術患者經常出現膿毒癥和急性腎損傷，添加膽汁酸可減輕膿毒癥和急性腎損傷，于是推測膽汁酸在黏膜防御中起作用［29］。除了“有毒”代謝障礙，膽汁酸與腸道微生物組的相互作用可能對MBF有保護作用。膽汁酸在體內有抗菌作用，同時，一項人體試驗顯示在應用結合膽汁酸治療一周的志愿者，抽取回腸內容物，厭氧菌的增殖數量明顯降低［30-31］。這除了可能的膽汁酸直接抑菌作用外，膽汁酸還可能通過激活法尼醇X受體（farnesoid X receptor，FXR）而減少腸道細菌的增殖，該受體還可誘導保護腸道損傷和炎癥相關的基因的轉錄［32］。

膽汁酸與腸道黏膜相關作用有多種方式。在高濃度膽汁酸狀態時，黏膜的產生增加［33］。牛黃膽酸鹽和脫氧膽酸似乎通過核轉錄因子（NF-κB）和轉錄生長因子（TGF-β）調節通路增加腸黏膜上皮細胞的遷移來促進黏膜的重塑［34］。而在生理濃度下，牛去氧膽酸可通過部分依賴原癌基因c-myc途徑增加小腸和大腸上皮細胞的增殖［35］。在小鼠中，熊去氧膽酸的應用明顯緩解了非甾體抗炎藥性腸病的臨床表現，逆轉了腸道的通透性，使氧自由基的產生明顯減少［36-37］。然而，在另一種模型中，高劑量的熊去氧膽酸被證明具有細胞毒性，這一現象背后的機制仍有待進一步的研究［38］。

G蛋白偶聯膽汁酸受體1（GPBAR-1）是膽汁酸特異性結合受體，它的激活也可能對胃腸道損傷起到保護作用，如非甾體抗炎藥引起的潰瘍［39］。在Tgr5-/-的小鼠中末端回腸絨毛變短，黏蛋白分泌減少，連接蛋白1（zonulin-1）分布異常。相比于野生型小鼠，非甾體抗炎藥對這種小鼠可造成更嚴重的潰瘍［40］。維生素D受體（vitamin D receptor，VDR）作為膽汁酸的非特異性結合受體，它的激活有助于暴露于葡聚糖硫酸鈉（DSS）中的Caco-2細胞保持上皮細胞的完整性和保持上皮細胞的緊密連接狀態［41］。同時，Makishima等［42］也證實了石膽酸（LCA）是VDR受體的強有力的激動劑，VDR受體的激活也會誘導細胞色素P450和CYP3A的表達，這些是石膽酸的解毒的重要物質。除以上作用機制外，膽汁酸還可激活受體途徑，通過對免疫細胞的調節來實現對腸黏膜上皮的保護功能。

二、膽汁酸與結腸癌的相關性

結直腸癌的發病機理被認為是一個多步驟過程，在從腺瘤到癌的發展過程中，通常包括基因的突變、腸內菌群的異常增殖、飲食的西化（高飽和脂肪、紅肉和加工過的碳水化合物）等多種因素。這其中，飲食的西化，表現出糞便中次級膽汁酸水平升高。高濃度的次級膽汁酸會施加不利機體的影響，包括DNA氧化損傷、炎癥、激活NF-κB通路和促進細胞增殖等。因此，異常濃度膽汁酸被認為是結直腸癌發生的促進因子［43］。

相關研究顯示Fxr-/-和Apcmin/+小鼠由于FXR-FGF19軸的負調控降低，導致膽汁酸池失衡，造成易患結直腸癌［44-45］。早在肥胖與結直腸癌的研究中，已經明確了高脂肪飲食可增加結直腸癌的患病風險，這也可能是由于高脂肪飲食導致結腸中次級膽汁酸產生的增加所致。實際上，高脂肪飲食后，超過生理劑量的膽汁酸排入腸內，增加了次級膽汁酸的產生，其充當腫瘤促進劑。次級膽酸的的疏水性會引起膜擾動，從而激活PKC和NADPH氧化酶，進而誘導NF-κB的下游激活。這種膜擾動還促進了花生四烯酸的釋放，從而產生氧自由基并促進DNA損傷［46-47］。此外，次級膽酸還誘導β-catenin信號傳導并增加p53的降解，從而導致結腸癌細胞的增殖和侵襲性增加［48-49］。

在結直腸癌的發生發展過程中，膽汁酸受體也起到一定的作用。相比于腸上皮細胞，結腸息肉中膽汁酸受體-FXR在核酸水平表達量下降，在結腸腺癌中降低的更多［50］。人結腸炎相關腫瘤形成的早期到晚期，FXR核酸水平表達量逐漸下降，并且在四種結直腸癌細胞系中均未檢測到FXR的表達［51］。一項研究針對159例I～IV期的結直腸癌樣本、32例息肉和238例正常樣本的免疫組織化學評估顯示，大多數（94%）結直腸癌樣本中FXR表達缺失。至此，我們判定腸癌的發病與FXR的表達有關，這也可以解釋，回腸通常比遠端結腸具有更高的FXR表達水平，小腸與結腸相比也具有更低的癌癥發生率［52］。

從機制上分析，結直腸癌中FXR表達的缺失是由于FXR啟動子的高甲基化所致。不同的結直腸癌細胞系有不同的甲基化水平，DNA甲基轉移酶拮抗劑處理HCT116和SW480細胞系，會觀察到FXR核酸水平表達量的增加，但在CaCO-2和HT29細胞系中未觀察到相同的變化［53］。同時，在人類微衛星不穩定的結直腸癌中，FXR的沉默現象有兩種機制假設，即微衛星不穩定性（MSI）高腫瘤中，FXR啟動子的甲基化將引起該受體的沉默；在MSI低腫瘤中，K-RAS信號的激活也將引起FXR受體的沉默［51］。

總之，腸內膽汁酸對結直腸癌發生和發展的作用可能與膽汁酸的濃度密切相關。生理劑量的膽汁酸可通過與FXR、TGR5等受體的結合，產生促進凋亡、細胞更新、抑制炎癥等作用。但在飲食、腸道微生物等相關因素改變后，影響了膽汁酸的濃度和膽汁酸池的大小，使其具備了促炎和促癌的作用。同時，在體內穩態失衡后，FXR受體功能的喪失也是導致結直腸癌發生的關鍵因素。單純研究膽汁酸的功能顯然是不準確的，需要結合濃度、環境等相關因素后，再強調膽汁酸的功能，這才是未來研究的方向。