董昌昊，崔立紅，王廣祥，冼 銳

1.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心消化內(nèi)科， 北京 100853； 2.華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一種以反復(fù)發(fā)作的腹痛為主要癥狀，且與排便相關(guān)同時(shí)伴有排便習(xí)慣或糞便性狀改變的一種功能性胃腸病[1]。其全球患病率為1.3%～7.6%，在我國(guó)的患病率約為2.3%[2]。根據(jù)患者大便性狀的改變，可將IBS分為便秘型、腹瀉型、混合型和不定型四種亞型[3]，其中腹瀉型IBS(IBS-diarrhea, IBS-D)最常見，危害最大，現(xiàn)已成為重要的公共衛(wèi)生問題。鑒于目前IBS-D的具體機(jī)制不清、總體治療效果不佳、對(duì)患者的生存質(zhì)量影響較大等特點(diǎn)，闡明IBS-D的發(fā)病機(jī)制對(duì)其預(yù)防、早診及治療有重大意義。近年來腸道菌群-膽汁酸軸在IBS-D中起到的作用逐漸被人們所關(guān)注，本文將從腸道菌群、膽汁酸以及法尼醇X受體(Farnesoid X receptor,FXR)在其發(fā)病中起到的作用等方面對(duì)IBS-D的發(fā)病機(jī)制作一概述。

1 腸道菌群與IBS-D

1.1 正常腸道菌群健康人體中包含了由數(shù)萬(wàn)億微生物(包括細(xì)菌、真菌、原生生物和病毒等)組成的微生態(tài)系統(tǒng)[4]。這些微生物主要存在于皮膚、口腔、胃腸道、呼吸道和泌尿生殖道等，其中腸道微生物群數(shù)目龐大且對(duì)人體健康有著非常重要的影響。人體的腸道內(nèi)含有上千種不同的細(xì)菌，占人體細(xì)菌總量的80%左右[5]，因此，腸道菌群基因組由于其龐大的遺傳信息量，又被稱為“人類第二基因組”[6-7]。腸道菌群是動(dòng)態(tài)變化的，其受到出生方式、年齡、飲食等多方面因素的影響，并且和個(gè)人的健康狀況密切相關(guān)。隨著年齡的增長(zhǎng)，腸道微生物的多樣性和豐富度不斷發(fā)生變化，兒童時(shí)期微生物的多樣性逐漸增加，在青春期或成年期達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。健康成年個(gè)體的腸道菌群大多數(shù)來自兩個(gè)細(xì)菌門，分別是厚壁菌門和擬桿菌門[8]。擬桿菌門包含了大部分的革蘭氏陰性細(xì)菌，其中的大多數(shù)物種屬于擬桿菌屬和普雷沃氏菌屬。厚壁菌門主要包含了各種各樣的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，其門下的細(xì)菌種類如梭菌屬、真桿菌屬和瘤胃球菌屬在腸道中占優(yōu)勢(shì)[9]。厚壁菌門中的大多數(shù)是產(chǎn)丁酸細(xì)菌，丁酸是結(jié)腸細(xì)胞的主要能量來源之一，它在調(diào)節(jié)腸黏膜炎癥、維持腸道屏障功能等方面起到重要作用[10]。其次，放線菌門、變形菌門、梭桿菌門等也是腸道中的常見菌門，雖然與厚壁菌門和擬桿菌門相比豐度較低，但也有相當(dāng)大的潛力影響人體健康。

1.2 IBS-D患者的腸道菌群隨著近年來人們對(duì)腸道菌群的認(rèn)識(shí)不斷加深，越來越多的研究證實(shí)腸道菌群與IBS有潛在的相關(guān)性。IBS患者體內(nèi)普遍存在著腸道菌群失調(diào)，其主要表現(xiàn)為菌群多樣性降低和構(gòu)成比例的改變[1]。IBS-D是IBS中以腹瀉為主要表現(xiàn)的一種類型，診斷標(biāo)準(zhǔn)是糞便中布里斯托分型為6～7型的大便比例≥25%(稀便)，1～2型的大便比例<25%(干便)。關(guān)于特定菌群改變與IBS-D之間的關(guān)聯(lián)尚無(wú)一致的共識(shí)和結(jié)論，多項(xiàng)研究表明IBS-D患者腸道菌群的豐度顯著降低[11-12]，其表現(xiàn)為兩個(gè)主要門的明顯變異，即擬桿菌門的增加和厚壁菌門的減少[13-14]。在屬水平上，表現(xiàn)為擬桿菌屬增加，糞桿菌屬和雙歧桿菌屬減少[15-16]。

也有研究將糞便膽汁酸正常的IBS-D患者與糞便膽汁酸增加的IBS-D患者的腸道菌群進(jìn)行了對(duì)比[17]，結(jié)果顯示在門水平上，放線菌門、變形菌門、梭菌門和厚壁菌門在膽汁酸增加的IBS-D患者中的相對(duì)豐度增加，而擬桿菌門減少。在屬的方面，膽汁酸增加的IBS-D糞便微生物群中瘤胃球菌屬、真桿菌屬、梭菌屬等的豐度顯著增加，雙歧桿菌屬、大腸桿菌屬和Bilophila屬的豐度也有所增加，Alistipes屬和擬桿菌屬豐度顯著降低。

1.3 腸道菌群與腸黏膜炎癥人體中大量菌群粘附在腸壁上形成一道天然的屏障，在抵御外界病原體入侵的同時(shí)，細(xì)菌與腸道免疫系統(tǒng)也相互作用。因此，各種原因?qū)е碌哪c道菌群失衡均有可能破壞這種腸黏膜的免疫平衡狀態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)了腸黏膜炎癥的產(chǎn)生。例如多項(xiàng)研究表明，在IBS尤其是IBS-D患者中Faecalibacterium比例顯著降低[18-19]，該菌屬被認(rèn)為具有抗炎作用且是丁酸鹽的主要產(chǎn)生者，其可以通過抑制IL-17的表達(dá)從而降低腸黏膜炎癥。丁酸鹽是一種主要來源于碳水化合物，經(jīng)細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸，它通過充當(dāng)組蛋白脫乙酰酶抑制劑(histone deacetylase,HDAC)以及與幾種特定的G蛋白耦聯(lián)受體(G protein coupled receptor，GPCR)結(jié)合等方式在抗炎、抗氧化、維持腸道屏障功能等方面發(fā)揮著重要的作用[20-21]。另外也有研究顯示，在IBS患者中腸桿菌科等促炎細(xì)菌增多[15]，這也提示腸道菌群失調(diào)可通過加重腸道炎癥反應(yīng)從而促進(jìn)IBS-D的發(fā)生發(fā)展。

2 膽汁酸代謝與IBS-D發(fā)病

2.1 膽汁酸的合成與代謝肝臟中的膽固醇在各種催化酶的作用下最終變成膽汁酸。初級(jí)膽汁酸包括鵝脫氧膽酸(chenodeoxycholic acid，CDCA)和膽酸(cholic acid，CA)[22]，其合成主要通過經(jīng)典和替代兩種途徑，經(jīng)典途徑主要產(chǎn)生CDCA和CA，在正常條件下產(chǎn)生75%以上的膽汁酸[23-24]，CYP7A1是其限速酶。替代途徑主要產(chǎn)生的是CDCA，CYP27A1和CYP7B1是該過程的關(guān)鍵酶，研究表明以上三種參與膽汁酸合成的酶的表達(dá)和活性均與腸道菌群有關(guān)[25-26]。初級(jí)膽汁酸合成后在肝臟中與?；撬?甘氨酸或硫酸鹽/葡萄糖醛酸結(jié)合形成結(jié)合型膽汁酸[27]，此過程目的是為了增加膽汁酸的親水性，進(jìn)而有利于發(fā)揮其生理作用。結(jié)合膽汁酸分泌進(jìn)入腸道后，由具有膽汁鹽水解酶活性的細(xì)菌進(jìn)行膽汁酸去綴合[28]。去除結(jié)合物的非結(jié)合初級(jí)膽汁酸進(jìn)入結(jié)腸后通過細(xì)菌的7α-脫羥基作用最后轉(zhuǎn)變成次級(jí)膽汁酸[29-30]，分別是來自CDCA的石膽酸(lithocholic acid，LCA)和來自CA的脫氧膽酸(deoxy-cholic acid，DCA)[31]。

約95%的膽汁酸被腸道重吸收回到肝臟，其余5%左右的膽汁酸經(jīng)糞便排出體外[32]。膽汁酸的重吸收主要是以結(jié)合膽汁酸的形式，在回腸末端通過鈉依賴性膽鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體(apical sodium-dependent bile acid transporter，ASBT)主動(dòng)重吸收[33]。然后通過小腸上皮細(xì)胞基底側(cè)的有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白α/β(organic solute transporter alpha/beta，OSTα/β)進(jìn)入門靜脈系統(tǒng)后回流入肝臟，由此完成膽汁酸的腸肝循環(huán)[34]。游離膽汁酸在結(jié)腸通過被動(dòng)擴(kuò)散重吸收回到肝臟或隨糞便排出，其中DCA和LCA占糞便總膽汁酸的80%～90%[35]。

2.2 膽汁酸與IBS-D近年來，有研究表明膽汁酸代謝紊亂存在于IBS-D患者中，約1/3的IBS-D患者存在膽汁酸的合成或排泄增多[36]，這提示膽汁酸循環(huán)異?？赡芘cIBS-D的發(fā)病有一定的關(guān)聯(lián)。膽汁酸相關(guān)性腹瀉是指大量的膽汁酸進(jìn)入結(jié)腸，在結(jié)腸膽汁酸通過影響電解質(zhì)平衡和促進(jìn)結(jié)腸傳輸?shù)纫鸶篂a，另外，較高濃度的膽汁酸對(duì)黏膜有直接損害作用，使腸道通透性降低[16]。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在膽汁酸相關(guān)性腹瀉的患者中，約32%的患者為IBS-D患者，這也提示膽汁酸代謝紊亂可能在IBS-D的發(fā)病過程中起著重要的作用[37]。盡管現(xiàn)在描述IBS-D患者膽汁酸代謝的研究仍然不多，但隨著人們?cè)絹碓蕉嗟牟粩嗌钊氲难芯?，膽汁酸在IBS-D發(fā)病中的作用也逐漸被揭示。

3 腸道菌群與膽汁酸的相互作用

3.1 腸道菌群對(duì)膽汁酸的影響膽汁酸池的組成受腸道內(nèi)細(xì)菌的代謝影響，并與宿主生理學(xué)有著一定的內(nèi)在聯(lián)系。在人體中，腸道微生物群分別通過去綴合、7α-脫羥基、氧化、差向異構(gòu)化、脫硫和酯化等反應(yīng)參與次級(jí)膽汁酸的生成[29，38]。膽汁鹽水解酶在小腸內(nèi)對(duì)結(jié)合膽汁酸進(jìn)行水解的過程稱為去綴合[39]，其在擬桿菌屬、梭菌屬、乳桿菌屬、雙歧桿菌屬、腸球菌屬和李斯特菌屬等細(xì)菌中高度表達(dá)[40-42]。除去結(jié)合外，7α-脫羥基化也是腸道菌群參與膽汁酸生物轉(zhuǎn)化最重要的過程之一，該反應(yīng)將幾乎所有的CDCA和CA轉(zhuǎn)化成LCA和DCA[42]。細(xì)菌通過膽汁酸誘導(dǎo)性(bai)基因操縱子編碼的關(guān)鍵酶利用宿主來源的膽汁酸產(chǎn)生次級(jí)膽汁酸，據(jù)估計(jì)，7α-脫羥基途徑僅存在于約0.0001%的結(jié)腸微生物群中[43]。近年來的16S rRNA序列分析已經(jīng)證實(shí)，梭菌屬和其他密切相關(guān)屬的極少數(shù)物種參與了細(xì)菌的7α-脫羥基化[29，44-45]。此外，埃格特菌屬、梭菌屬、擬桿菌屬、消化鏈球菌屬、瘤胃球菌屬、真桿菌屬和大腸桿菌屬等在催化C3、C7和C12處羥基的差向異構(gòu)化和氧化中起到了重要的作用[40，46]。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)小鼠相比，在無(wú)菌小鼠的糞便樣本中幾乎檢測(cè)不到次級(jí)膽汁酸，但后者的結(jié)合膽汁酸比例更高[47]，這也是腸道微生物群參與膽汁酸去綴合和去羥基化的有力證據(jù)之一。

3.2 膽汁酸對(duì)腸道菌群的作用膽汁酸可作為微生物的生存環(huán)境因素和營(yíng)養(yǎng)素，但它們對(duì)腸道微生物群也有直接的抗菌作用，并可通過調(diào)節(jié)腸道微生物群而導(dǎo)致疾病[48]。大量研究表明，較高濃度的膽汁酸具有細(xì)胞毒性，能夠?qū)е录?xì)胞凋亡壞死，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和DNA損傷，且與功能性胃腸道疾病(functional gastrointestinal diseases，F(xiàn)GID)相關(guān)[49-50]。膽汁酸在腸道中作為抗菌劑的主要機(jī)制是損傷細(xì)胞膜，其中濃度和疏水性在其抗菌作用中起著重要作用[29]。除了膜損傷外，膽汁酸還可以通過干擾RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)、造成DNA損傷、促進(jìn)蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊等方式破壞大分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而對(duì)腸道微生物造成破壞[51]。研究表明，DCA是最有效的抗菌膽汁酸之一，其殺菌活性是CA的10倍，可嚴(yán)重抑制腸道微生物群的生長(zhǎng)[52]。研究發(fā)現(xiàn)，在給大鼠喂食CA之后，提高了其腸道中厚壁菌門與擬桿菌門的比值，使腸道微生物的多樣性降低，并促進(jìn)了丹毒絲菌綱和梭菌綱中某些微生物的生長(zhǎng)[53]?？傊?，腸道微生物群可以調(diào)節(jié)膽汁酸池的構(gòu)成，反過來膽汁酸也可以通過各種機(jī)制改變腸道微生物群的結(jié)構(gòu)。腸道菌群-膽汁酸-宿主軸相互聯(lián)系，其中任何一種成分的功能障礙均會(huì)對(duì)其他成分產(chǎn)生影響，從而促進(jìn)各種疾病的發(fā)生。

4 FXR相關(guān)信號(hào)通路在IBS-D發(fā)病中的作用

4.1 FXR概述FXR屬于核受體超家族，是代謝受體中的一個(gè)亞類，在膽汁酸代謝、糖脂代謝以及炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[54]。其本質(zhì)是一種與稱為法尼樣X響應(yīng)元件(FXR-responsive element, FXREs)的DNA響應(yīng)元件結(jié)合，并啟動(dòng)下游多種靶基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子[55]。FXR在多種組織中表達(dá)，表達(dá)最高的以及研究最多的組織是肝臟和回腸，腎臟也能發(fā)現(xiàn)其較高的表達(dá)，而在心臟、胸腺和脾臟等器官中水平較低。膽汁酸是其天然配體，以往研究證實(shí)，F(xiàn)XR在調(diào)控膽汁酸的合成、分泌、重吸收以及肝臟膽汁酸的再攝取中發(fā)揮著重要的作用[56]。CDCA是FXR最有效的配體，其次是CA、DCA和LCA，另外有研究表明，UDCA不僅不能激活FXR，反而對(duì)FXR的活化有抑制作用[57-58]。此外小鼠體內(nèi)的?；撬狁盥?lián)膽汁酸TαMCA和TβMCA也已被鑒定為天然FXR拮抗劑[59]。

4.2 FXR-FGF19-FGFR4信號(hào)通路在肝臟中，F(xiàn)XR被膽汁酸激活后誘導(dǎo)小異二聚體伴侶(small heterodimer partner，SHP)的表達(dá)，其與肝受體同源蛋白-1(liver receptor homolog-1，LRH-1)結(jié)合，從而抑制CYP7A1基因的表達(dá)[60-61]。除此之外，F(xiàn)XR還可以被回腸中的膽汁酸激活后產(chǎn)生成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子19(fibroblast growth factor 19，F(xiàn)GF19)[62]。FGF19通過門靜脈系統(tǒng)回流入肝臟。肝臟中FGF受體4(FGF receptor 4, FGFR4)與其輔助受體β-Klotho 蛋白結(jié)合形成β-Klotho-FGFR4異二聚體復(fù)合物后，在硫酸乙酰肝素蛋白多糖參與下被FGF19特異性激活[61，63-64]，從而抑制限速酶CYP7A1的表達(dá)，最終負(fù)反饋調(diào)節(jié)膽汁酸自身合成[65]。有研究表明，IBS-D患者血清中的FGF19含量與健康志愿者相比含量較低[66]，這提示在IBS-D患者中，F(xiàn)XR-FGF19-FGFR4通路的激活可能受到了抑制，進(jìn)而導(dǎo)致膽汁酸合成增加，促進(jìn)了IBS-D的發(fā)生與發(fā)展。

4.3 FXR與炎癥反應(yīng)腸黏膜低度炎癥最早被發(fā)現(xiàn)在感染后腸易激綜合征(postinfectious irritable bowel syndrome，PI-IBS)患者中，后來在部分IBS尤其是IBS-D患者中也發(fā)現(xiàn)了腸黏膜中炎癥細(xì)胞以及炎癥因子的增多。FXR除了能調(diào)節(jié)膽汁酸的合成及腸道傳輸，還能通過抑制NF-κB的激活抑制多臟器的炎癥反應(yīng)。在LPS誘導(dǎo)的小鼠肝炎模型中，F(xiàn)XR能通過抑制NF-κB的激活下調(diào)小鼠肝臟炎癥因子的表達(dá)[67]。在神經(jīng)系統(tǒng)中，F(xiàn)XR可通過抑制NF-κB的激活，抑制阿霉素介導(dǎo)的神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)[68]。在TNBS誘導(dǎo)的急、慢性腸炎模型中，F(xiàn)XR可以通過抑制NF-κB的激活進(jìn)而抑制腸道的固有免疫反應(yīng)。在相關(guān)動(dòng)物模型中，F(xiàn)XR 既可通過抑制NF-κB與目的基因的結(jié)合，又可通過抑制TLR4-MyD88通路的激活來抑制腸道炎癥反應(yīng)[69]。FXR在IBS-D患者腸黏膜低度炎癥中起到的作用逐漸被人們所關(guān)注，以FXR作為靶點(diǎn)的治療方式也為IBS-D的治療提供了新的思路。

5 總結(jié)與展望

根據(jù)目前的研究，IBS-D的發(fā)病受到腸黏膜低度炎癥、腸道菌群失調(diào)、腦-腸軸功能紊亂等多種因素的影響[17]。隨著國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)腸道菌群研究的不斷深入，腸道菌群在IBS-D的發(fā)生與發(fā)展中起到的作用逐漸被大家所關(guān)注，然而關(guān)于腸道菌群失調(diào)如何促進(jìn)IBS-D發(fā)生、發(fā)展目前尚不十分清楚。

近年來，在相關(guān)動(dòng)物模型和IBS-D患者中有大量且越來越多的證據(jù)表明腸道菌群和膽汁酸之間的相互作用具有重要意義，但關(guān)于腸道菌群-膽汁酸軸與IBS-D之間仍然有許多盲點(diǎn)需要探索。本文著重闡述了膽汁酸、腸道菌群和IBS-D之間的內(nèi)部聯(lián)系以及膽汁酸相關(guān)受體在IBS-D發(fā)生發(fā)展中可能起到的作用。鑒于腸道菌群與膽汁酸之間相互作用的大量證據(jù)以及臨床研究的最新發(fā)現(xiàn)，開發(fā)膽汁酸信號(hào)傳導(dǎo)和腸道菌群作為IBS-D治療靶點(diǎn)有望成為一種新的治療策略。