胆汁酸受体在胃肠道炎症和肿瘤发生中的作用

徐静娴 陆伦根 周 慧

上海交通大学附属第一人民医院消化科(200080)

人体中最常见的胆汁酸包括初级胆汁酸、胆酸(cholic acid, CA)和鹅脱氧胆酸(chenodeoxycholic acid, CDCA)及其对应的次级胆汁酸、脱氧胆酸(deoxycholic acid, DCA)和石胆酸(lithocholic acid, LCA)，除此以外还有少量CDCA的7β差向异构体熊脱氧胆酸(ursodeoxycholic acid, UDCA)[1]。胆汁酸由于疏水性会攻击细胞膜，因此常被当作损害组织、促进炎症的一类分子。

近来发现，胆汁酸可通过信号转导途径调节复杂的生理病理过程。胆汁酸受体主要包含G蛋白偶联受体5(G protein-coupled receptor 5, TGR5)、法尼酯X受体(farnesoid X receptor, FXR)以及孕烷X受体(pregnane X receptor, PXR)、组成型雄甾烷受体(constitutive androstane receptor, CAR)、维生素D受体(vitamin D receptor, VDR)，具有调节胆汁酸代谢、葡萄糖利用、脂肪酸的合成和氧化、能量稳态平衡、免疫细胞功能、神经活动等功能[2-3]。本文就TGR5和FXR在胃肠道炎症和肿瘤发生中的作用作一综述。

一、TGR5与炎症和免疫调控

1. TGR5简介：TGR5是包含有7个跨膜区域的膜受体[4]。人类和啮齿动物组织中几乎均存在TGR5 mRNA表达，尤以胆囊、回肠和结肠中高表达。LCA对TGR5激动的效能最强，其余依次为DCA、CDCA、CA[4]。TGR5的激活可触发细胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)的升高或表皮生长因子受体(epidermal factor growth receptor, EGFR)-肉瘤(sarcoma, SRC)激酶的活化，从而影响细胞的生理状态[5-6]。

2. TGR5对胃的抗炎作用：Guo等[7]的研究发现，与野生型小鼠相比，TGR5缺失小鼠对脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)诱导的胃黏膜炎症更易感，以TGR5配体处理的过表达模型可抑制LPS诱导的干扰素诱导蛋白10、TNF-α和趋化蛋白1的表达，明显抑制NF-κB通路。Guo等[8]的研究结果显示，通过激活TGR5-cAMP-蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)轴，TGR5可抑制巨噬细胞中NLRP3炎性小体的活化，从而抑制炎症反应。

3. TGR5对肠道抗炎与促炎的作用：肠道TGR5对炎症的作用以抑制性研究结果居多。炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)是由针对肠腔抗原的过度免疫反应引起的。Garibay等[9]发现，TGR5缺失可加剧DSS诱导的结肠炎小鼠肠道炎症。研究显示，溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)患者结肠黏膜中TGR5表达与对照组之间无明显差异[10]。但新近的一项研究[11]显示，UC儿童患者病变结肠黏膜中TGR5表达显著升高，且集中于固有层吞噬细胞中。Yoneno等[12]对克罗恩病(CD)患者肠道分离的巨噬细胞进行TGR5特异性激活，可显著抑制巨噬细胞中TNF-α的产生，表明在IBD中TGR5信号途径可能发挥免疫调节作用。

TGR5在单核巨噬细胞中表达丰富，肠道巨噬细胞作为细胞因子的主要来源，在免疫稳态中发挥重要的作用。巨噬细胞的极化通常分为两种类型，促进炎症的M1型和抑制炎症的M2型。不同于单一地诱导巨噬细胞向其中一种表型活化，胆汁酸激活的TGR5可诱导“混合表型”巨噬细胞，其中IL-10/IL-12比例升高说明免疫抑制性M2表型占主导地位[13]。TGR5特异性激活可减少THP1细胞中IL-6、IL-1β和TNF-α等促炎因子的产生[14]，且TGR5激活对肠道巨噬细胞中炎症细胞因子分泌的抑制作用呈剂量依赖性[15]。从机制而言，在胆汁酸作用下，TGR5可激活cAMP和EGFR-SRC激酶这两条通路[16]。一方面，胆汁酸激活的TGR5介导了cAMP活化，进一步激活PKA，使cAMP效应结合元件的表达和活性上调，通过一系列步骤最终抑制NF-κB向细胞核内移位，同时cAMP效应结合元件活化后抗炎因子IL-10表达明显升高[17]；另一方面，在M1型巨噬细胞中，TGR5依赖的EGFR反式激活SRC激酶活化，通过下游蛋白激酶C导致NF-κB的激活，促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α表达增加[13]。总之，胆汁酸-TGR5信号转导可调控肠道促炎与抗炎细胞因子之间的复杂平衡。

4. TGR5与肿瘤：TGR5在胃肠道癌变中的作用仍有待探索。免疫组化染色结果显示，TGR5在大多数肠型胃腺癌中过表达，进一步在离体胃癌细胞株中发现，TGR5介导了胆汁酸诱导的细胞增殖活性升高[18]。该作用可能通过抑制STAT3通路而实现的[19]。目前认为胆管中TGR5有至关重要的促细胞增殖作用，通过与伴侣蛋白mortalin的相互作用促进了胆管癌的发生[20]。

二、FXR与胃肠道免疫

1. FXR概述：1995年Forman等[21]对大鼠肝脏cDNA的研究首次发现了一种具有胆汁酸配体活性的核受体超家族成员FXR。FXR主要存在于在肠道、肝脏、肾脏等，尤其以回肠、结肠和肝脏中的表达较高，参与人体大量生理活动的调节。除调节胆汁酸代谢和转运外，FXR在调节脂质和葡萄糖稳态、炎症反应、屏障功能等方面亦起有关键作用。

胆汁酸各成分可根据与FXR体外结合的亲和力进行分类，其中CDCA对FXR的激动效力最高，其次为CA、DCA和LCA[22]。与各自的天然形式相比，CDCA、DCA和LCA的糖基与牛磺基结合形式是更有效的激动剂。在合成的FXR激动剂中，GW4064能以高亲和力选择性激动FXR，广泛用于实验研究中。

2. FXR可促进小肠黏膜的防御作用：胆汁酸依赖的FXR激活能通过诱导多种肠道黏膜防御相关基因的表达，来维持黏膜屏障的完整性[23]。胆汁淤积小鼠肠道中存在胆汁酸缺乏的现象，导致小肠细菌过度生长，而给予FXR特异性激动剂GW4064后，回肠中细菌尤其是需氧菌显著减少，回肠组织的闭合蛋白(紧密连接组成部分)明显升高[24]；在肠上皮细胞的体外单层培养中，激动FXR同样抑制了肠上皮屏障通透性升高[25]。上述研究结果均说明肠黏膜FXR表达有助于维持肠道屏障功能和防止肠道细菌移位。特异性干预胆汁酸受体FXR可能会改善感染性疾病、阻塞性胆汁淤积、缺血再灌注损伤后肠道屏障受损伴细菌移位的临床病程。

3. FXR与胃上皮肠化生：胆汁反流会促进炎症并增加胃食管癌的风险，但FXR在上述疾病中的研究目前并不多见。Lian等[26]发现正常胃组织和胃癌组织中均可见FXR表达，可增强人类和鼠类胃上皮细胞对炎症介导的损伤抵抗力，FXR缺失小鼠对吲哚美辛诱导胃溃疡的易感性高于野生型小鼠，说明FXR对胃上皮细胞具有抗凋亡作用；进一步发现，胆汁酸对FXR的激动促进了胃上皮细胞的肠化生。

4. FXR与结肠炎和结直肠癌：IBD患者和啮齿类动物结肠炎模型中，结肠组织FXR mRNA表达均明显降低[27]。FXR激动剂GW4064作用于回结肠炎小鼠模型后，可使肠壁间巨噬细胞浸润明显减少，促炎因子TNF-α、IL-1α和IL-6表达降低，同时小鼠回结肠炎明显减轻[28]。离体研究证实FXR特异性激动剂并不改变Caco-2和HT29结肠癌细胞株静态下的NF-κB活性，而与TNF-α共处理后，FXR可抑制TNF-α诱导的NF-κB活化，导致IL-1β分泌减少[25]。

富含脂肪的饮食方式与结肠癌发病率呈正相关。研究表明，接受高脂肪的西方化饮食的人群中粪便次级胆汁酸增多，结肠癌患者粪便中亦可见次级胆汁酸富集，两者均以DCA和LCA水平升高最明显[29]。升高的次级胆汁酸可通过多种机制，如DNA氧化损伤、NF-κB激活导致炎症和促进细胞增殖，对结肠上皮的结构和功能产生不良影响。因此，胆汁酸被认为是结直肠癌发展的促进因子。目前证据表明激活胆汁酸受体FXR在调节肠道肿瘤中起有重要作用，FXR可将胆汁酸浓度维持在生理范围内，从而防止其诱导的细胞毒性作用[30]。此外，FXR还通过控制炎症和细胞增殖的途径来防止结直肠癌的发生[31]。

结肠炎相关肿瘤患者结肠黏膜中FXR表达降低[32]，与肿瘤进展呈负相关[33]。Qiao等[34]的研究证实，FXR通过miR-135A1/细胞周期蛋白信号转导通路阻滞结直肠癌细胞周期，从而抑制其增殖。FXR可调控肠癌干细胞的增殖，选择性激活肠道FXR可限制Lgr5+细胞异常生长并缩短结直肠癌进程[31]。

肠上皮的更替来自于隐窝处肠干细胞的自我更新和不断分化，肠道干细胞高度分裂伴随着DNA复制错误的风险增加，与结直肠癌的发生有关[35]。研究发现高脂饮食导致结肠隐窝结构破坏，使Lgr5+干细胞暴露于游离脂肪酸和胆汁酸中，引起DNA损伤并增加其分裂时恶变的可能，FXR缺失通过这种“自下而上”的模式促进了结直肠癌的发展[31]。由此可见，FXR有望成为临床治疗结直肠癌的新靶点。

三、其他胆汁酸受体与胃肠道免疫

胆汁酸还可通过PXR、CAR或VDR发挥作用。FXR、PXR和CAR在维持胆汁酸中发挥重要作用，三者以互补的方式防止胆汁酸损害[36]，PXR还在一定程度上受到FXR的调控[37]。CD患者中FXR和PXR的激活均有减弱[27]。类似于FXR的作用，PXR的激活同样可限制肠道黏膜中NF-κB的活性[38]。VDR通过上调沉默信息调节因子1的表达减轻细胞内氧化应激反应，对肠屏障功能损伤具有显著保护作用[39]。

四、总结

胆汁酸的两种主要受体TGR5和FXR除影响单核巨噬细胞等免疫细胞的功能状态，还可直接作用于消化道上皮细胞。两者的激活显示了对胃肠道炎症调节的复杂作用，以抑炎作用为主。但两者对细胞增殖和肿瘤生长的作用不一致，相对于FXR的肿瘤抑制作用，TGR5因促进细胞增殖而具有潜在促肿瘤生长的可能。明确两者的作用可为临床治疗胃肠道炎症和肿瘤提供新的思路。