肠道微生物与胆管癌的联系

人类的身体是数以万亿计微生物的宿主，这些微生物在许多生命过程中起着关键作用，包括新陈代谢、维持肠道内稳态和免疫系统的开发等，人肠道中的微生物主要是专性厌氧菌，肠道细菌总数约为1014个，包含15 000～36 000个细菌属。人体肠道中的优势菌群主要有拟杆菌门和厚壁菌门，这两种细菌占总细菌量的70%以上，其他主要的细菌主要有变形菌门、梭菌门、放线菌门、疣微菌门及蓝藻细菌。中国居民肠道中主要菌群是考拉杆菌属。人出生后微生物就开始定植，在婴儿时期肠道微生态系统逐渐建立；在成年时期达到一个稳定状态；老年时期肠道菌群逐渐退化，致病菌增多。微生物的定植最早发生在胎儿时期，有越来越多的证据表明在胎盘、羊水和胎粪就有微生物的存在。随着年龄的增长，肠道菌群也在不断发生改变，当宿主的年龄在2～5岁时，肠道菌群会达到稳定且平衡的状态。每个个体的肠道菌群组成都具有高度动态性和特异性，且随着时间的推移会持续变化。尽管不同个体间肠道菌群组成差异明显且受营养、生活方式、日照变化、性别、生理功能和种族等诸多因素的影响，但在生命的不同时期它都具有特定的组合方式和功能特征。这些特征在一定程度上被认为是宿主一种强有力的生理反应，并对宿主的发育和体内平衡具有重要影响。鉴于肠道菌群在不同宿主的特异性和动态性与人生长周期的一致，现在已有学者认为肠道菌群具有预测一些代谢和疾病的能力，比如结直肠癌、餐后血糖升高、减重后体质量反弹的概率甚至是神经退行性疾病等。人们早就认识到，肠道微生物可以帮助宿主抵御病原体，完善健康的肠道结构和免疫系统，并帮助消化难以消化的膳食纤维。因此完整的肠道菌群是维持健康的重要因素，它们作为人体的共生生物，从人体消化道的食物残渣中获取营养，其代谢产物如短链脂肪酸、胆汁酸等作为信息物质对肠道内环境进行调控。当肠道内微生物群落生态失调时，其代谢紊乱将会引起肠道多种疾病的发生。在肠道中，各种形式的胆汁酸可充分发挥各自的生理功能，并再次决定了自身的命运。这是因为肠道微生物可以将肝脏合成的初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，并激活G蛋白偶联胆汁酸受体-5（TGR-5），该受体位于细胞膜表面，与胆汁酸结合后升高细胞内的cAMP，激活MAPK信号通路，该受体具有参与抑制巨噬细胞功能和胆汁酸调节能量稳态的作用，而共生菌的数量或种类变化对肠道的功能产生影响。肠神经系统（enteric nervous system，ENS）是调节肠道功能的自主神经系统的一部分，主要由肌间神经丛和黏膜下神经丛构成。而次级胆汁酸作为肠道重要的代谢产物，对于ENS有调控作用，胆汁酸变化引起的ENS功能异常与胆管癌的关系可能与以下几方面有关。

（一）胆汁淤积性肝病中胆汁酸的肝肠循环

胆汁酸是胆汁的主要有机溶质，其可作为洗涤剂，促进膳食脂质和脂溶性维生素的吸收，并维持体内胆固醇的稳态。胆汁酸是肝脏胆固醇代谢的终产物，胆固醇通过细胞色素P450进行的一系列反应，在周围肝细胞中合成初级胆汁酸，包括鹅脱氧胆酸（chenodeoxycholic acid，CDCA）和胆酸（cholic acid，CA）。胆固醇7α-羟化酶（cholesterol 7αhydroxylase）是胆汁酸合成的限速酶。在肝脏中，大多数初级胆汁酸与甘氨酸、牛磺酸结合，通过胆盐输出泵（bile salt export pump，BSEP）从肝细胞分泌至胆管中，在通过胆管排入肝管后，胆汁酸再由Oddi括约肌调节的交界处释放到十二指肠中。进入小肠后，初级胆汁酸分别转化为次级胆汁酸石胆酸和脱氧胆酸。在胆汁酸的代谢过程中，约有95%的胆汁酸在末段小肠被重吸收并通过门静脉系统进入肝细胞，重新结合并分泌到胆汁中，从而完成肝肠循环。肝肠循环与肝脏和肠道分布的一系列转运体密切相关，其中最主要的是表达在肝细胞基底膜的Na＋/牛胆盐共转运体多肽（Na/taurocholate cotransporting polypeptide，NTCP）和表达在回肠壁腔侧膜上的顶膜钠依赖性胆盐转运体（apical sodium-dependent bile salt transporter，ASBT）。NTCP负责将门静脉血中的胆盐摄取回肝细胞，而ASBT则负责小肠对胆盐的重吸收。胆汁酸的肝肠循环对营养物质的吸收以及随胆汁消化排泄的脂质、毒性代谢产物和外源性物质都有重要的生理作用。胆汁酸和（或）其代谢物在肝内的过量积聚被认为在介导胆汁淤积性疾病的肝损伤中起关键作用。

（二）肠道微生物通过胆汁酸途径调节肠道功能机制

胆汁酸的肝肠循环这种动态平衡变化对于其发挥信号分子的作用是十分重要的。初级胆汁酸经过肠道细菌代谢成为次级胆汁酸的过程是由多种肠道细菌的胆汁酸盐水解酶（bile salt hydrolase，BSH）催化进行，并且这有助于肠道细菌在人体内胆汁酸的抑菌作用下存活。同时，肠道细菌参与对胆汁酸的酯化和脱硫作用，这可以调节胆汁酸的排出，从而维持胆汁酸池的稳态。除此之外，胆汁酸的解偶联可以促进肠道细菌的定殖，BSH的缺失将导致细菌的感染性降低。BSH催化的结合胆汁酸的解离作用也可能会为类杆菌、长双歧杆菌等肠道微生物提供碳源或氮源。而肠道微生物的减少可以影响其对于抑制肠道胆汁盐转运蛋白ABST表达的转录因子GATA4的刺激，使得ASBT的表达在回肠和小肠的近端中明显增加，导致肠道对于胆汁酸的吸收能力增强。GATA是锌指蛋白转录因子，具有结合酸共同序列的特性，锌指不仅可以结合于DNA，还能与RNA、DNA-RNA杂交体和其他锌指蛋白结合，控制生物体中蛋白质的转录和翻译过程。胆汁酸和肠道微生物之间存在双向的调节作用；另外，肠道微生物通过胆汁酸及其相关受体可以影响肠道正常的生理功能。TGR（transmembrane G Protein-coupled receptor，跨膜G蛋白偶联受体）是一种已知的胆汁酸特异性受体，其广泛存在于肝脏、肠道和脂肪等机体的组织中，尤其在ENS中广泛表达。众所周知，胆汁酸作为消化脂肪所必要的物质，当进食高脂肪食物时，胆分泌出大量的初级胆汁酸进入消化道，这些初级胆汁酸被肠道中的微生物分解成次级胆汁酸，诱导肌间神经丛中TGR5和iNOS上调，继而对胃肠道运动产生影响。在IBS和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）患者中表现为结肠转运时间缩短，敏感性增加，产生腹痛、腹泻的症状。最新研究显示TGR-5参与新陈代谢的调节功能，使用TGR-5激动剂诺米林（nomilin）或齐墩果酸（oleanolic acid）具有显著的抗炎活性，所以靶向TGR-5的药物开发对未来治疗胆汁酸代谢性疾病提供了可能的方向。近年来胆汁酸的另一种主要的核受体法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）引起了科学家的高度关注，它是一种以CDCA（鹅脱氧胆酸）为主要配体的转录调节因子，在肠道中FXR通过抑制胆汁酸合成过程中的关键酶——胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）参与胆汁酸的负反馈调节。另外，肠道FXR的激活诱导肠道中的产醋菌属（Acetatifactor）和拟杆菌产生石胆酸（LCA），LCA的升高激活TGR-5，然后刺激肠L细胞分泌胰高血糖素样肽-1（GLP-1）以改善肝葡萄糖和脂质代谢。然而，也有研究表明，缺乏FXR基因的小鼠表现出明显的血浆胆固醇和TG升高，微生物相关的胆汁酸去共轭可以通过激活肠FXR信号传导和阻断肝FXR-SHP途径影响胆汁酸的肠肝循环，加速脂肪合成，诱导非酒精性脂肪肝病。同时更有实验证明了胆汁酸对糖异生中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、葡萄糖-6-磷酸酶的基因表达的影响，而FXR的激活改善了糖尿病小鼠的高血糖和高血脂，所以FXR是一个新型的代谢综合征调控靶点。

（三）胆汁酸具有细胞毒性

疏水性胆汁酸会诱导肝细胞损伤，但这种毒性所涉及的机制尚不完全清楚。严重胆汁淤性肝病细胞死亡的主要机制是由于较高浓度的胆汁酸引起的细胞坏死。目前的研究发现，疏水性胆汁酸主要通过两种机制引发坏死：氧化应激诱导的脂质过氧化和肝细胞质膜的溶解。当胆汁酸在肝细胞中积累超过其生理浓度范围时，可观察到临床肝毒性。胆汁酸还可通过其对脂质成分的洗涤剂作用破坏细胞膜，并导致线粒体和细胞肿胀、质膜破坏及细胞裂解释放细胞内容物。

（四）胆汁酸介导炎性介质产生(www.xing528.com)

炎症在胆汁淤积期间导致肝损伤。然而，胆汁淤积在肝脏中引发炎症反应的机制尚未完全清楚。胆汁酸可作为炎症刺激因子来刺激许多炎性介质的产生，包括细胞因子、趋化因子、黏附因子、花生四烯酸代谢中的酶和影响免疫细胞水平的其他蛋白质。胆汁酸可直接激活肝细胞中的信号传导网络，在胆汁淤积期间促进肝脏炎症，细胞内胆汁酸的积累导致线粒体损伤和内质网应激，并通过激活Toll样受体引发固有免疫应答，从而引起炎症反应。其中中性粒细胞的趋化作用在肝损伤中起着重要作用。且在胆汁淤积期间，胆汁酸浓度增加可激活肝细胞中的ERK1/2（extracellular regulated protein kinases，1/2，细胞外调节蛋白激酶1/2），其上调早期反应生长因子-1（early reactive growth factor，Erg-1），Erg-1是促炎细胞因子的关键调节因子。

（五）肠道微生物群在胆汁淤积性肝病发病中的作用

原发性硬化性胆管炎通常能在炎症性肠病患者中观察到，最近有研究表明，不依赖于炎症性肠病存在的原发性硬化性胆管炎患者肠道微生物群基因测序结果，与健康对照组相比，存在细菌的多样性降低。提示肠道微生物群可能与原发性硬化性胆管炎发病有关。同时，未治疗的原发性胆汁性胆管炎患者与健康对照之间肠道微生物的组成和功能具有显著差异。原发性胆汁性胆管炎的肠道微生物组出现了物种丰富度的降低以及整体微生物多样性的显著变化。

（六）胆汁淤积性肝病中的免疫反应及其与肠道微生物群的关系

原发性胆汁性胆管炎和原发性硬化性胆管炎是免疫介导的胆道疾病，其表现出与人白细胞抗原（HLA）等位基因显著的遗传关联。在原发性胆汁性胆管炎中，抗线粒体抗体是其特异性生物标志物。尽管有明显的HLA关联提示原发性硬化性胆管炎是由自身抗原驱动的免疫性疾病，但与原发性硬化性胆管炎相关的自身抗体仍存在争议。迄今已报道了在患有原发性硬化性胆管炎的患者体内存在大量的自身抗体，但这些都不是原发性硬化性胆管炎特异性表达和定位的自身抗体。在原发性硬化性胆管炎患者体内检测到的自身抗体包括非典型的核周抗中性粒细胞胞质抗体（p-ANCA）。p-ANCA可与自身抗原β-微管蛋白同种型5（TBB-5）及细菌同源物细丝温度敏感突变体Z（Fts Z）结合，后者在共生微生物群中普遍表达。这些数据表明，在肠道产生的针对细菌蛋白的自身抗体可能是原发性胆汁性胆管炎和原发性硬化性胆管炎疾病进的原因。

（七）胆汁酸与肠道微生物群之间的相互作用

第一，胆汁酸可作为肠道微生物群的调节剂，除了起到帮助消化肠中膳食脂质的洗涤剂作用外，一些胆汁酸已显示出具有抗微生物活性的作用。胆汁酸的杀菌活性与它们的疏水性有关，增加了胆汁酸分子对细胞膜磷脂双层的亲和力，使它们发挥对细胞膜的膜损伤作用。然而，其他胆汁酸在人和啮齿动物中的杀菌活性，以及它们与胆汁酸分子疏水性的相关性，在很大程度上仍是未知的。胆淤积可导致小肠中的细菌增殖和黏膜损伤，从而导致细菌跨越上皮屏障产生移位和全身感染。第二，通过肠道微生物群调节胆汁酸谱，胆汁酸由肝脏中的胆固醇合成，并且在肠道中通过肠道微生物群的作用进一步代谢成次级胆汁酸。肠道微生物群的存在降低了牛磺酸结合的β-鼠胆酸的合成，并使得成纤维细胞生长因子表达增加。肠道微生物群的存在增加了胆汁酸的疏水性。肠道微生物群不仅调节次级胆汁酸代谢，还抑制肝脏中的胆汁酸合成。肠道微生物群参与胆汁酸的代谢，同时也在肝肠循环中起作用。