胆汁酸肠肝循环及胆汁酸性腹泻的机制研究进展

高洁，杨楠，刘娟，黄蓉，陈洪

(1.东南大学 医学院，江苏 南京 210009；2.东南大学附属中大医院 消化科，江苏 南京 210009)

胆汁酸性腹泻(bile acid diarrhea，BAD)是由于人体肠肝循环机制紊乱发生的腹泻。当肠肝循环发生紊乱时，人体内胆汁酸(bile acids，BA)稳态失衡，到达结肠的BA异常增多，刺激结肠黏膜水分和电解质大量渗出，损伤肠黏膜，诱导结肠收缩，引发腹泻。有研究发现BAD占慢性腹泻的30%～50%[1-2]，但由于对该病认识不足，临床上大量BAD被漏诊。现就BAD相关机制研究作一综述。

1 BA肠肝循环的生理机制

BA在肝脏合成，在胆囊内储存，作为人体必不可少的两性物质，在小肠内可以协助脂质的乳化吸收，并可以激活肠道内相关受体，打开肠道信号通路，同时协助维持葡萄糖和维生素等物质的代谢平衡[3]。肠肝循环是指BA从肝脏被分泌至肠腔后，约95%在小肠末端被重吸收，通过门静脉系统重新回到肝脏，剩余5%通过粪便排出。通过这一过程仅少量BA就可以完成人体所需脂质的消化吸收。

肝脏中BA的合成方式主要包括经典途径和替代途径，经典途径主要通过分布于肝细胞内质网的BA合成酶胆固醇7α羟化酶(cholesterol 7-alpha-Hydroxylase，CYP7A1)介导，替代途径主要由分布于线粒体的CYP7A1介导[4]。在经典途径中，胆固醇在BA合成酶CYP7A1等酶类作用下转化成为7α-羟基-4-胆甾烯-3-酮(7α-hydroxy-4-cholesterene-3-one，C4)，C4作为BA前体物质，其羟基化后在肝脏中生成初级BA(鹅去氧胆酸及胆酸)。因此，C4的血清浓度可以反映BA的合成速率[5]。

在肝脏中大部分初级BA可以与甘氨酸、牛黄胆酸等发生结合作用，生成具有亲水性的结合型BA。这些新生成的BA通过分布在细胞膜上的胆盐输出泵(bile salt export pump，BSEP)从肝细胞输送到肝管中，通过胆道系统，最后被释放进入肠道。经过回肠末端时，在肠腔菌群及相关酶类共同参与下，BA发生解离反应生成游离型BA，随后经7α-脱氢酶作用进一步转化为包括石胆酸和去氧胆酸在内的次级BA。大部分BA主要在回肠上皮细胞中的顶端钠依赖性胆汁酸转运蛋白(apical sodium-dependent bile acid transporter，ASBT)协助下重吸收进入肠上皮细胞，随后穿过位于细胞基底膜上的有机溶质转运蛋白α/β(organic solute transporter α/β，OSTα/β)离开肠上皮细胞进入门静脉系统，经血液循环运输至肝脏，并经由肝细胞表面的Na+/牛磺胆酸共转运多肽[Na(+)-taurocholate-cotransporting peptide，NTCP]和有机阴离子转运多肽(organic anion transporters，OATP)进入肝细胞。重吸收的BA再与肝脏新生成的BA汇合，重新分泌进入胆道系统，开始新的肠肝循环。

在BA肠肝循环过程中，主要的BA感受器核受体(farnesoid X receptor，FXR)在调节BA的转运方面发挥了重要的作用[6]。FXR广泛存在于肝脏、小肠等器官中，并能够被内源性BA有效激活，其中以鹅去氧胆酸激活能力最强。人工合成的BA奥贝胆酸(obeticholic acid，OCA)对FXR也具有很高的亲和力[7]。FXR被激活后，可与类视黄醇X受体(retinoid X receptor，RXR)结合形成FXR/RXR异二聚体复合物[8]，通过抑制CYP7A1的表达发挥负反馈调节功能，抑制BA合成。此外，在肝脏及小肠细胞中存在一种细胞分子小异二聚体伴侣(small heterodimer partner,SHP)，对于FXR主导的负反馈机制有不可替代的作用。当FXR被BA激活后，诱导细胞内SHP的表达，肝细胞中的SHP可直接作用于CYP7A1，抑制其转录，减少肝脏内BA的生成。在肠上皮细胞中，BA激活FXR后诱导成纤维细胞生长因子19(fibroblast growth factor 19，FGF19)的转录，FGF19分泌进入门静脉，在内质网驻留蛋白klothoβ间接调控作用下与肝细胞膜上的成纤维细胞生长因子受体4(FGFR4)相互作用，可直接激活FXR-SHP通路，下调CYP7A1的表达，减少BA池中BA含量[5]，同时减少肝细胞表面NTCP和OATP的分布，使肝细胞内BA的含量进一步下降[9]。负反馈调节机制可通过调控SHP及FGF19的表达，控制各细胞分子上游基因的转录过程，上调BSEP的表达，同时下调CYP7A1、NTCP等表达[7]，进而达到对BA含量的有效控制。

因此，当回肠疾病或其它原因导致BA重吸收障碍或BA合成的负反馈调节机制受损时，过量BA到达结肠，即可导致BAD。

2 BAD的病理机制

2.1 结肠BA增多与腹泻

任何因素引起BA在肝脏中合成增加或回肠中重吸收减少，导致抵达结肠的BA过多，都会引起BAD。研究发现，当结肠中BA浓度超过1.5 mmol·L-1就有可能诱发BAD[10]。

在动物及分子模型中对BA刺激结肠液体增加、加快结肠转运的分子及细胞机制研究发现，BA中包含一种特殊分子形态的二羟基BA，如去氧胆酸和鹅去氧胆酸，其独特的结构可抑制电解质和水分的吸收，诱导液体分泌并增加结肠黏膜通透性。一项对20名健康受试者进行的结肠灌注试验发现，二羟基BA溶液会导致水钠的连续分泌，且BA溶液浓度是影响黏膜水分分泌的决定性因素[11-12]，另外有实验发现在兔结肠中灌注二羟基BA会导致黏膜损伤，并引起高强度的结肠收缩[11,13]。除此之外，当肠道暴露于过量BA环境时，可激活上皮隐窝细胞表面的三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3/Ca2+)信号传递途径，细胞内Ca2+快速集聚，活化上皮细胞转运蛋白，加快Cl-分泌，进而促进肠液分泌；同时抑制Na+吸收，进而抑制肠液吸收。除了对上皮细胞的直接作用之外，BA还通过神经传导机制调节结肠转运速度。肠道中散在分布着感觉神经内分泌细胞，在BA到达肠腔后，这些神经内分泌细胞分泌五羟色胺刺激传入神经，触发局部神经反射弧，刺激结肠运动，促进结肠转运[14]。

另有研究对分布于肠上皮细胞内BA表面受体G蛋白偶联受体GPBAR1(G-protein-coupled bile acid receptor 1，又称TGR5)进行研究[15]，结果显示TGR5对于次级BA具有更强的敏感性。Alemi等[16]发现，TGR5激活可促进结肠蠕动并增加结肠水分的分泌，而实验小鼠敲除TGR5基因后，其粪便频次和含水量与正常小鼠相比显著减少，这表明TGR5异常激活可促使腹泻的发生。

2.2 BAD的分型及机制

2.2.1 Ⅰ型BAD(回肠疾病相关性BAD) Ⅰ型BAD包括回肠切除术、克罗恩病及放射性回肠损伤等回肠疾病所致的BAD[17]。Ⅰ型BAD发生机制主要归结为回肠BA重吸收减少，其原因与回肠上皮细胞表面ASBT的表达与功能显著相关。

有研究发现，克罗恩病患者回肠中ASBT的表达与正常人相比明显下降[18]；研究同时发现多数克罗恩病患者肠道中的BA重吸收减少、粪便中的BA含量较正常人明显升高，由此推测在炎症累及回结肠时，肠道表面ASBT表达受到促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)、白细胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、IL-6等的抑制作用。Nyhlin等[19]研究显示，未行回肠切除的克罗恩病患者中，28%的患者75Se牛磺胆酸潴留实验(75Se-homotaurocholic acid retention,75SeHCAT)保留率<5%。德国一项研究曾对304例慢性腹泻患者进行75SeHCAT检测，发现其中44例有克罗恩病病史但未行结肠切除术患者中，BAD患者占54%[20]。

回肠末端手术切除后，回肠ASBT分布减少，BA吸收减少，这是回肠切除患者发生BAD的重要原因。在患有克罗恩病并接受了回肠切除术的患者中，回肠ASBT减少甚至超过50%[5]。Smith等[20]发现,在有回肠切除术史的慢性腹泻患者中BAD发病率超过90%。类似结论在多项研究中得到证实。目前认为，若回肠切除术后出现慢性腹泻，无需进行75SeHCAT检测即可确诊为BAD，并可以直接使用BA螯合剂进行经验性治疗。一项研究发现有克罗恩病病史及回肠切除术手术史的慢性腹泻患者，诊断为BAD的概率为100%(26/26)[19]；而仅行回肠切除术的慢性腹泻者BAD的确诊率为82%(14/17)[21]。对于回肠切除术后患者，切除长度小于100 cm即可能发生BAD；若回肠切除长度超过100 cm，BA从粪便中丢失的速度过快，超出肝脏代偿的能力，引起BA缺乏，导致脂肪吸收不良和脂肪泻，此时引起腹泻的原因是脂肪酸而非BA[10]。关于BAD严重程度与回肠切除的长度的关系，至今仍众说纷纭。Skouras等[22]调查了英国97例患有克罗恩病并行回肠切除术的患者，发现75SeHCAT检测结果与回肠切除长度之间存在适度的相关性，与切除次数无明显相关性；而Borghede等[23]在丹麦进行的研究显示，75SeHCAT和回肠被切除的长度没有明确关系，即使小于10 cm的切除也可能引起重度BAD。

此外，回肠放射损伤导致的回肠BA吸收不良也较为常见，由于发病机制主要与回肠损伤相关，最新的加拿大BAD指南将其归为Ⅰ型BAD[17]。无论是盆腔放疗或腹腔放疗，放疗照射范围都会覆盖回肠所在位置，放疗后可出现小肠损伤及肠道转运加快，从而导致BA吸收减少引发BAD，这也是导致一半患者盆腔放疗期间急性腹泻的原因之一。Wang等[24]发现,放疗后大鼠的回肠ASBT mRNA和蛋白表达减少，考虑盆腔放疗后BAD潜在机制与回肠ASBT下调有关。目前研究显示放疗后慢性腹泻患者的发病率为1%～83%[25]，而放疗后BAD的发病率仍不明确，需要进行大样本BAD的临床研究。

2.2.2 Ⅱ型BAD(特发性/原发性BAD) 在特发性BAD发病机制研究的早期，曾发现一个有BAD家族史的特发性BAD患者回肠ASBT的表达基因(SLC10A2)发生了突变[26]，但其后发现在大多数特发性BAD患者中并不存在这种突变[27]。研究显示特发性BAD患者与正常人相比，回肠上皮细胞内转运蛋白的转录物表达水平及回肠BA重吸收能力无显著差异[28]。

进一步研究证明，Ⅱ型BAD患者血清FGF19浓度降低，提示可能存在另一种BAD发病机制，与肠肝循环的负反馈机制障碍、肝脏BA合成增多相关。FGF19水平降低，对于下游肝细胞内CYP7A1的抑制作用减弱，BA合成的负反馈机制受限，使得BA生成增多，一旦超出了回肠的最大吸收能力，过量BA进入结肠，即引发腹泻。与野生小鼠相比，FGF15(小鼠FGF19同源物，存在于小鼠肠中)基因敲除小鼠的粪便BA分泌升高，出现腹泻症状[29]。同时，体内存在抗FGF19抗体的猴子会出现剧烈腹泻，血清和粪便中的BA含量也同时增加[27]。通过对FGF19上游基因的进一步研究，发现了Diet基因，Diet基因突变有可能导致下游的FGF15/19减少或功能减弱，促进BAD的发生[29]。作为新发现基因，人们对于Diet基因的认识尚不完备，它的分布位置、对FGF的调控通路及在BAD患者基因库中分布位置需要进一步研究确定。

除FGF19相关研究外，近年来特发性BAD的机制研究找到了更多可供进一步探索的新方向。部分研究考虑与肠肝循环负反馈调节的蛋白质遗传变异相关，尤其是Klothoβ(KLB)基因，KLB基因序列上的SNP rs17618244与结肠转运有明显相关性。一项药理学研究调查了KLB(rs17618244)基因对于鹅去氧胆酸与结肠转运速度的影响，结果显示KLB基因变异可能导致结肠转运速度改变，具体反应机制还需要进一步实验室观察[15,30]。另一个研究方向与膜结合受体TGR5有关，最新研究发现，TGR5调控基因的遗传变异易导致结肠转运和BA排泄量发生变化。这种遗传变异的位置以及产生的结果目前尚不清楚，需要进一步的研究验证。

2.2.3 Ⅲ型BAD(其他疾病相关性BAD) Ⅲ型BAD主要由除回肠疾病以外的其他疾病所导致，包括胆囊切除术、显微镜下结肠炎、迷走神经切断术、炎症性肠病、小肠细菌过度生长等。

2.2.3.1 胆囊切除术 胆囊是储存及浓缩胆汁的重要器官。在胆囊被切除后，持续产生的BA会直接从肝脏流向小肠，肠道接收的BA可能会超出回肠的最大吸收能力，因此容易发生BAD。胆囊切除术相关性BAD的发病率在Ⅲ型BAD中最高，多发生在术后2～6个月，部分患者经过一段时间适应后腹泻症状会逐渐减轻，这可能是由于胆囊切除术后胆管代偿性扩张，代替了部分胆囊功能[10]。腹泻是胆囊切除术后常见并发症之一，一项Meta分析发现胆囊切除术后并发慢性腹泻患者中有约65.5%确诊为BAD[31]。研究显示胆囊切除术是BAD的危险因素[32]，其中，高BMI和高龄是胆囊切除术后继发BAD的高危征象[33]。

2.2.3.2 显微镜下结肠炎(microscopic colitis，MC) MC是一组以慢性水样腹泻为主要临床表现、内镜检查示结肠黏膜无明显异常但显微镜下可见肠道黏膜特异性改变为主要病理特点的临床综合征，包括胶原性结肠炎(collagenous colitis，CC)和淋巴细胞性结肠炎(lymphocytic colitis，LC)2个亚型。当以75SeHCAT检查作为诊断标准时，44%(12/27)的CC患者同时合并BAD，且这些患者中78%(21/27)对BA螯合剂治疗有反应[34]。从结果看，BA代谢异常可能是CC患者的重要致病因素，但具体机制目前尚不明确。在LC与BAD的关系研究中，有人发现LC患者75SeHCAT保留率中位数显示出低于对照组的趋势，表明LC患者体内BA稳态存在失衡可能。也有研究考虑MC可能与BAD同时发生[35]，Torres等[36]研究了MC患者肠道上皮FXR的表达，发现MC患者结肠中FXR表达减少，考虑可能由于FXR水平下降导致负反馈调节受限，使结肠上皮受过量BA影响而受损，引发MC。

2.2.3.3 迷走神经切断术(vagotomy) 迷走神经切断术术后患者继发腹泻的概率为5%～40%，因此，腹泻被认为是迷走神经切断术的高发并发症之一，其中，迷走神经干切断术后患者发生腹泻概率最高且腹泻症状最严重，而通过保留腹腔和肝脏迷走神经分支的方式可以有效降低腹泻发生率。早期研究显示，迷走神经切断术后可能导致胆囊容积增加和收缩不良，胃排空节律异常[37]，胆囊收缩与胃排空无法同步，导致多余BA进入小肠，形成腹泻。Ford等[25]研究显示，36%(4/11)迷走神经切除术后腹泻患者75SeHCAT检测结果为阳性，而Blake等[38]发现，迷走神经切断术后患者的48 h粪便BA测量结果与正常对照组相比并无明显不同，因此，对于迷走神经切断术后腹泻的机制及其与BA的相关性还需要更多更确实的理论和实验依据。

2.2.3.4 肠道菌群紊乱 BA到达肠道后，在肠道细菌及各种微生物酶作用下完成各种化学反应，肠道菌群是控制宿主BA平衡的重要因素。研究发现各种与BA代谢相关的微生物酶类，如胆汁盐水解酶(bile salt hydrolases，BSH)，产生于肠道乳杆菌，可水解甘氨酸与牛磺酸之间的酰胺键，释放去结合BA，其产物之一牛磺酸-β-多酚酸(tauro-beta muricholic acid，TbMCA)，是核受体FXR的有效抑制剂[39]。同时，肠道其余细菌及微生物酶参与BA的脱羟基化、氧化等化学反应，促成了BA池的多样性。因此，肠道菌群的紊乱很容易造成BA的稳态失衡。Borghede等[23]发现,在小肠菌群过度生长的患者中，有36%(5/14)的患者牛磺胆酸实验阳性。也有研究显示BA水平的异常会引发肠道菌群的紊乱，BA与肠道菌群之间的作用存在相互性。

2.2.3.5 其他 有研究显示，胃切除术后患者也有BAD可能，糖尿病也会促进BAD发生[40]，但由于样本量较少，研究资料有限，尚需进一步观察。