膽汁酸對(duì)動(dòng)物炎性腸病通路的影響及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

倪 萍，黎力之，廖曉鵬，關(guān)瑋琨，黃 曉，張海波*，郭冬生*

（1.宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西省高等學(xué)校硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，宜春市功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，宜春學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，江西宜春 336000；2.青島市畜牧獸醫(yī)研究所，山東青島 266000）

炎性腸?。↖BD）是累及回腸、直腸、結(jié)腸的非特異性慢性腸道炎癥，主要表現(xiàn)為損傷動(dòng)物腸黏膜，致使動(dòng)物發(fā)生腹瀉、便血，體重下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致動(dòng)物死亡，危害極大[1-2]。相關(guān)研究表明，IBD 是環(huán)境、遺傳易感性和腸道菌群等因素互作的結(jié)果[3]。膽汁酸（BA）作為肝臟分泌的產(chǎn)物之一，經(jīng)腸道菌群代謝后，生成次級(jí)膽汁酸，對(duì)動(dòng)物的糖脂代謝和免疫功能均有調(diào)控作用[4-5]。目前研究認(rèn)為，BA 在動(dòng)物IBD 的發(fā)生發(fā)展中具有如下作用：其一，BA 在腸道蓄積會(huì)破壞腸上皮緊密連接，導(dǎo)致腸黏膜通透性增加，細(xì)菌和毒素等經(jīng)腸黏膜進(jìn)入體循環(huán)，引起腸源性感染和細(xì)菌移位，誘導(dǎo)腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素（IL）-6 和IL-17 等炎癥介質(zhì)釋放，從而引發(fā)IBD[6]。其二，BA 與法尼醇X 受體（FXR）和G 蛋白膽汁酸偶聯(lián)受體5（TGR5）結(jié)合后，促進(jìn)二者活化減輕IBD 及其對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生的不利影響，同時(shí)也是防止腸道內(nèi)出現(xiàn)BA 過(guò)量聚積的一種保護(hù)機(jī)制。近年來(lái)，BA 與FXR 和TGR5 結(jié)合后在調(diào)節(jié)體內(nèi)BA 代謝平衡以緩解IBD 方面發(fā)揮了重要作用，引起畜牧工作者的廣泛關(guān)注，但目前缺乏關(guān)于BA 對(duì)動(dòng)物炎性腸病通路方面的系統(tǒng)綜述。因此，本文重點(diǎn)闡述BA-FXR/TGR5信號(hào)通路在IBD 中的作用途徑，展望BA 在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用前景，進(jìn)一步明確BA 與腸道健康之間的關(guān)系及其在畜禽生產(chǎn)中的作用，為指導(dǎo)畜禽生產(chǎn)提供參考。

1 BA 概述

1.1 BA 的分類(lèi) 目前已知BA 多達(dá)17 種[7]。動(dòng)物種類(lèi)不同，其膽汁中所含BA 種類(lèi)存在差異，如豬的膽汁中含有鵝脫氧膽酸（CDCA），而鼠的膽汁中不含CDCA[8-9]。按照合成部位和來(lái)源的不同，BA 分為初級(jí)膽汁酸和次級(jí)膽汁酸。初級(jí)膽汁酸以膽固醇為原料，在肝臟中直接合成，如膽酸（CA）和CDCA[10]。后經(jīng)腸道微生物加工修飾轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸，包括脫氧膽酸（DCA）和石膽酸（LCA）等[11]。近年來(lái)，亦有學(xué)者提出，次級(jí)膽汁酸通過(guò)肝腸循環(huán)重吸收生成代謝產(chǎn)物三級(jí)膽汁酸，如熊脫氧膽酸（UDCA）[12]。此外，按照結(jié)構(gòu)不同，BA 還可分為游離型膽汁酸和結(jié)合型膽汁酸，前者主要包括CA、DCA 及少量LCA 等[13]；后者由游離型膽汁酸與甘氨酸或?；撬峤Y(jié)合形成，包括?；悄懰幔═CA）、甘氨膽酸（GCA）和?；蛆Z脫氧膽酸（TCDCA）等[14]。

1.2 BA 的生物合成 膽固醇是合成BA 不可或缺的前體，其在肝臟中由經(jīng)典途徑和替代途徑合成初級(jí)膽汁酸。經(jīng)典途徑（或中性途徑）是BA 合成的主要途徑，在肝細(xì)胞中通過(guò)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）啟動(dòng)，膽固醇在其作用下轉(zhuǎn)化為7α-羥固醇，后經(jīng)甾醇12α-羥化酶（CYP8B1）催化產(chǎn)生CA[15]。若反應(yīng)缺少CYP8B1 參與，則形成CDCA[16]。在多種組織和巨噬細(xì)胞中，替代途徑（或酸性途徑）由位于線(xiàn)粒體中的甾醇27α-羥化酶（CYP27A1）啟動(dòng)，通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上氧固醇7α-羥化酶（CYP7B1）催化形成CDCA[15]。Schwarz 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肝臟中CYP7A1活性下降，經(jīng)典途徑發(fā)生障礙，動(dòng)物體促使替代途徑產(chǎn)生CDCA 調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝平衡。通過(guò)上述2 種途徑合成的初級(jí)膽汁酸以酰胺鍵與甘氨酸和?；撬峤Y(jié)合形成膽汁鹽（如TCA 和GCA）。與初級(jí)膽汁酸相比，膽汁鹽的水溶性增大，BA 毒性降低，并保證其從回腸末端重吸收[18]。

1.3 BA 的肝腸循環(huán) 約95% 的BA 在回腸末端經(jīng)小腸絨毛刷狀緣頂端鈉鹽依賴(lài)的膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（ASBT）主動(dòng)吸收進(jìn)入腸上皮細(xì)胞，通過(guò)結(jié)合回腸膽汁酸結(jié)合蛋白（IBABP），促使BA 在基底外側(cè)膜上的有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體α/β（OSTα/OSTβ）作用下，經(jīng)門(mén)靜脈循環(huán)大部分被重吸收至肝臟[19]。有研究表明，F(xiàn)XR 作為回腸中IBABP 的激活因子，促進(jìn)BA 移動(dòng)到基底外側(cè)膜，加快其重吸收速率[20]。僅約5%的BA 在腸道菌群作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镈CA 和LCA 被肝臟重吸收，而LCA 因以游離態(tài)存在，大部分未被重吸收，隨糞便排出體外[19]。進(jìn)入肝臟的BA 被重新分泌后，隨膽汁再排入腸道，完成一次BA 肝腸循環(huán)?？傊?，BA 肝腸循環(huán)協(xié)調(diào)肝臟BA 合成和小腸BA 重吸收，二者共同維護(hù)體內(nèi)膽固醇和BA代謝平衡，影響動(dòng)物腸道健康。

2 BA 代謝通路對(duì)IBD 的影響

BA 作為活化FXR 和TGR5 的信號(hào)分子，影響二者所介導(dǎo)的相關(guān)信號(hào)通路，參與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。另外，其代謝紊亂導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞中BA 含量異常升高而產(chǎn)生毒性作用，造成腸上皮細(xì)胞增生或凋亡，引起腸道炎癥。而B(niǎo)A 通過(guò)激活FXR 和TGR5 信號(hào)通路對(duì)自身代謝的調(diào)控作用，也是保護(hù)腸上皮細(xì)胞免受BA 異常升高所致毒性作用的一種機(jī)制。因此，探究BA 代謝相關(guān)信號(hào)通路的調(diào)節(jié)作用有望為動(dòng)物IBD 防治提供新的研究策略。

2.1 BA-FXR 信號(hào)通路對(duì)IBD 的調(diào)節(jié)作用 肝臟、腎臟、心臟、胸腺、脾臟和腸道中表達(dá)FXR 可作為BA 激活轉(zhuǎn)錄因子之一，其在肝臟和腸道中的表達(dá)量較高，是BA 代謝調(diào)節(jié)的核心[21]。據(jù)報(bào)道，F(xiàn)XR基因敲除小鼠的IL-6 和TNF-α等腸黏膜炎癥因子基因表達(dá)水平顯著高于野生型小鼠，其更容易出現(xiàn)免疫系統(tǒng)障礙[22]。硫酸葡聚糖鈉誘導(dǎo)的腸炎小鼠模型中，腸黏膜FXR 靶基因表達(dá)下降，而補(bǔ)充外源性TCA 能緩解腸炎小鼠杯狀細(xì)胞減少，降低腸黏膜通透性，減輕炎癥程度[23]。由此可知，F(xiàn)XR 具有潛在的免疫調(diào)節(jié)功能，在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、維持腸道穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮調(diào)控作用。

已有研究表明，IBD 的發(fā)生與BA 代謝和膽汁酸池組成改變有關(guān)[24]。FXR 作為BA 的受體，激活后通過(guò)肝臟和腸道2 條途徑抑制BA 合成酶活性，調(diào)節(jié)BA代謝，維持其在體內(nèi)的平衡，從而抑制BA 毒性作用，預(yù)防IBD 的發(fā)生。在肝臟中，BA 激活FXR，增強(qiáng)小異源二聚體伴侶受體（SHP）表達(dá)，肝受體同系物1 和肝細(xì)胞核因子4α結(jié)合位點(diǎn)與CYP7A1和CYP8B1啟動(dòng)子重疊，前兩者與SHP 互作形成抑制性復(fù)合物，阻礙CYP7A1和CYP8B1基因轉(zhuǎn)錄，從而負(fù)反饋調(diào)節(jié)BA合成[25]。除上述代謝途徑外，BA 激活的FXR 通路還存在SHP 非依賴(lài)途徑，但該途徑下BA 的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚[26]。據(jù)報(bào)道，十二指腸灌注BA 可抑制CYP7A1基因的轉(zhuǎn)錄，說(shuō)明腸內(nèi)環(huán)境是BA 負(fù)反饋調(diào)節(jié)的必要條件[27]。在腸道中，BA 激活回腸FXR，上調(diào)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子15/19（FGF15/19）表達(dá)，F(xiàn)GF 受體4（FGFR4）與β-Klotho 蛋白結(jié)合形成FGFR4/β-Klotho復(fù)合物，F(xiàn)XR 誘導(dǎo)該復(fù)合物與FGF15/19 結(jié)合，下調(diào)膽汁酸合成限速酶CYP7A1轉(zhuǎn)錄表達(dá)，實(shí)現(xiàn)BA 反饋抑制性調(diào)節(jié)[28]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體內(nèi)發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，F(xiàn)XR 表達(dá)降低，F(xiàn)GF19-FGFR4 信號(hào)通路受到抑制，導(dǎo)致IBABP和OSTα/OSTβ表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)ASBT表達(dá)[29]。IBABP表達(dá)下降使腸細(xì)胞中BA 轉(zhuǎn)移減少，而OSTα/OSTβ表達(dá)下降減少了進(jìn)入門(mén)靜脈的BA，共同擾亂肝腸循環(huán)，導(dǎo)致BA 大量聚積在腸黏膜，加重炎癥反應(yīng)[29]。綜上所述，F(xiàn)XR 通過(guò)負(fù)反饋抑制BA 合成酶的轉(zhuǎn)錄表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)BA 代謝，維護(hù)機(jī)體內(nèi)的BA 穩(wěn)態(tài)，緩解BA 損傷腸道（圖1）。機(jī)體發(fā)生炎癥時(shí)，F(xiàn)XR表達(dá)下調(diào)引起炎癥反應(yīng)加劇，提示腸道FXR 有望作為IBD 藥物治療的靶點(diǎn)。

圖1 BA-FXR 信號(hào)通路對(duì)IBD 的調(diào)節(jié)作用

2.2 BA-TGR5 信號(hào)通路對(duì)IBD 的調(diào)節(jié)作用 TGR5 由330 個(gè)氨基酸殘基組成，具有7 個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，是G 蛋白偶聯(lián)受體家族成員之一[30]。同時(shí)，其作為一種新型BA受體，經(jīng)BA 激活后，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能。研究發(fā)現(xiàn)，在兔脾臟單核細(xì)胞及肺泡巨噬細(xì)胞中，TGR5 高度表達(dá)[31]。從外周血中分離出單核細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在其分化成樹(shù)突狀細(xì)胞過(guò)程中，加入適宜濃度的BA 可使由革蘭氏陰性菌誘導(dǎo)的IL-12基因表達(dá)水平降低[32]。這提示BA 通過(guò)激活TGR5 參與單核細(xì)胞分化過(guò)程，進(jìn)而抑制促炎細(xì)胞因子分泌，發(fā)揮顯著的抗炎作用。巨噬細(xì)胞可調(diào)節(jié)細(xì)胞因子分泌，按功能分為經(jīng)典活化型巨噬細(xì)胞（M1 型）和替代性活化型巨噬細(xì)胞（M2 型）。M1 型巨噬細(xì)胞主要發(fā)揮促炎作用，而M2 型巨噬細(xì)胞分泌IL-10 活化Treg細(xì)胞發(fā)揮抗炎功能。有研究發(fā)現(xiàn)，次級(jí)膽汁酸與TGR5受體結(jié)合后活化巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)其從M1 向M2 表型轉(zhuǎn)化，使M2 型巨噬細(xì)胞占主要優(yōu)勢(shì)，IL-10/IL-12 比值提高，抑制TNF-α和IL-6 等促炎細(xì)胞因子，從而達(dá)到抗炎效果[33]。

有研究表明，齊墩果酸作為T(mén)GR5 的天然選擇性激動(dòng)劑，可抑制三硝基苯磺酸誘發(fā)的小鼠結(jié)腸炎[34]。祁有朝等[35]研究發(fā)現(xiàn)，TCDCA 能激活大鼠肺泡巨噬細(xì)胞中TGR5 受體，提高第二信使環(huán)磷酸腺苷（cAMP）水平，使蛋白激酶A（PKA）和反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）磷酸化，降低LPS 誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-6分泌。相比于野生型小鼠，在TGR5基因敲除小鼠中觀察到cAMP、PKA 和CREB 蛋白表達(dá)顯著下降[35]。由此可知，TGR5 受體的活化對(duì)腸道炎癥有抑制作用，而B(niǎo)A 通過(guò)激活TGR5 介導(dǎo)cAMP-PKA-CREB 信號(hào)通路調(diào)控炎癥反應(yīng)。BA 與TGR5 結(jié)合后增強(qiáng)TGR5基因表達(dá)，使細(xì)胞膜受體由失活狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)，進(jìn)而活化膜上Gs 蛋白，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶催化ATP形成cAMP，PKA 發(fā)生磷酸化，上調(diào)cAMP 的CREB表達(dá)。CREB 一方面使其重要靶基因產(chǎn)物FOS 結(jié)合活化NF-κB 的p65 亞基，阻礙其進(jìn)入細(xì)胞核，從而抑制NF-κB 轉(zhuǎn)錄，減少炎癥因子IL-8 基因表達(dá)，減輕腸道炎癥；另一方面促進(jìn)由其誘導(dǎo)的IL-10 等細(xì)胞因子分泌，進(jìn)而發(fā)揮抗炎效應(yīng)[36]。此外，cAMP 與BA 代謝密切相關(guān)，BA 激活TGR5 后，cAMP 含量上升，ASBT 轉(zhuǎn)運(yùn)功能增強(qiáng)，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞BA 吸收，防止BA 過(guò)度累積引起動(dòng)物腸道受損[37]。綜上，BA 不僅通過(guò)調(diào)控單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，使促炎細(xì)胞因子與抗炎細(xì)胞因子比例處于有利于腸道穩(wěn)態(tài)的水平，維護(hù)機(jī)體健康；還能介導(dǎo)TGR5-cAMP 信號(hào)通路調(diào)節(jié)炎癥應(yīng)答及BA 代謝，發(fā)揮調(diào)控炎癥的作用（圖2）。從BA-TGR5 抗炎通路對(duì)IBD 的作用發(fā)現(xiàn)，為BA 維護(hù)動(dòng)物腸道健康提供了強(qiáng)有力證據(jù)，同時(shí)也為尋找IBD 的治療方案提供了一定的理論依據(jù)。

3 BA 在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

3.1 BA 對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的影響 仔豬胃腸道未發(fā)育完全，BA 合成分泌不足，大量脂質(zhì)在腸道中積累，導(dǎo)致仔豬出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)代謝障礙。補(bǔ)充豬專(zhuān)用外源BA 可將飼料中的脂類(lèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿槊游⒘?，促進(jìn)仔豬的脂質(zhì)代謝。在飼糧中添加BA 可顯著提高斷奶仔豬的脂肪消化率，同時(shí)增加采食量和日增重，改善生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)性能[38]。與飼糧中未添加BA 相比，飼糧中添加0.3%BA 使斷乳仔豬平均日增重提高9.42%，耗料增重比下降0.08[39]。表明飼料中添加BA 能提高飼料中脂肪轉(zhuǎn)化率，從而促進(jìn)仔豬生長(zhǎng)發(fā)育。

圖2 BA-TGR5 信號(hào)通路對(duì)IBD 的調(diào)節(jié)作用

肉雞生長(zhǎng)速度快，普通飼料無(wú)法滿(mǎn)足其生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，而不同類(lèi)型飼糧中可能會(huì)出現(xiàn)脂肪轉(zhuǎn)化不佳、乳化及吸收缺陷。添加BA 能促進(jìn)脂肪乳化吸收，提高飼料轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)肉雞生長(zhǎng)發(fā)育，并降低養(yǎng)殖成本[40-41]。飼糧添加0.02%、0.03%BA 均可提高“817”肉雜雞的平均日增重，降低耗料增重比[40]。每噸飼糧添加800 g 膽汁酸復(fù)合乳化劑可使肉雞日增重提高7.63%，耗料增重比下降8.04%[41]。由此可見(jiàn)，添加BA 可加速脂類(lèi)物質(zhì)消化吸收，以滿(mǎn)足肉雞的營(yíng)養(yǎng)需求。

綜上所述，BA 可促進(jìn)腸道對(duì)脂類(lèi)物質(zhì)的吸收利用，提高畜禽對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率。飼糧中添加BA 或能在一定程度上解決飼料中出現(xiàn)的脂類(lèi)物質(zhì)乳化和吸收缺陷等問(wèn)題，從而提高畜禽生長(zhǎng)性能，實(shí)現(xiàn)畜禽產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 BA 在疾病控制方面的作用 近年來(lái)的研究表明，飼料添加DCA 對(duì)NE 誘發(fā)的回腸炎癥有劑量依賴(lài)性的緩解作用。Bansal 等[13]在1 日齡肉用雛雞飼糧中添加0.8、1.0、1.5 g/kg 的DCA，可抑制亞臨床型NE 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和IL-17、IL-23、INF-γ等腸道炎癥因子的基因表達(dá)。隨后，Bansal 等[13]還對(duì)不同劑量下DCA對(duì)回腸炎癥的緩解作用進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)1.5 g/kg 的DCA 可降低產(chǎn)氣莢膜梭菌（NE 主要致病因子）的腸腔定殖率。值得注意的是，飼糧中添加的DCA 以劑量依賴(lài)性方式增加機(jī)體總BA 和DCA 水平，但具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。此外，在飼糧中添加BA 可促進(jìn)免疫球蛋白產(chǎn)生，提高仔豬免疫能力，降低保育仔豬的腹瀉率[42]。以上研究表明，適當(dāng)添加BA 可下調(diào)炎癥因子，增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫應(yīng)答，對(duì)防治動(dòng)物疾病具有重要作用。在未來(lái)或能替代抗生素用于防治動(dòng)物腸道疾病，減少抗生素對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)、人類(lèi)健康及生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響，緩解慢性疾病給畜禽養(yǎng)殖造成的經(jīng)濟(jì)損失，使無(wú)抗養(yǎng)殖技術(shù)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用，加快我國(guó)畜禽產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

4 小 結(jié)

IBD 的發(fā)生可嚴(yán)重危害動(dòng)物腸道健康，且目前缺乏有效的防治方法，對(duì)動(dòng)物健康造成極大威脅。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明，BA 不僅能調(diào)節(jié)糖脂代謝，還能通過(guò)BA-FXR/TGR5 信號(hào)通路有效緩解腸道炎癥。FXR 被BA 激活后，經(jīng)肝臟和腸道2 條途徑負(fù)反饋調(diào)節(jié)BA 的合成，保持體內(nèi)BA 代謝平衡，維護(hù)腸道健康。TGR5 活化后通過(guò)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，使抗炎/促炎細(xì)胞因子穩(wěn)定在有利于動(dòng)物機(jī)體健康的水平，并經(jīng)TGR5-cAMP 通路調(diào)節(jié)BA 代謝，減輕腸道炎癥。然而，大多數(shù)研究?jī)H報(bào)道了BA 代謝的大致作用途徑，尚未完全闡明其作用機(jī)制，且對(duì)IBD 的調(diào)節(jié)作用研究主要集中在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物上，在畜禽方面研究較少。此外，外源補(bǔ)充BA 對(duì)體內(nèi)BA 的作用機(jī)制尚不清楚，如何控制飼料中BA 用量，在避免造成腸道BA 過(guò)多累積的前提下，對(duì)患病畜禽進(jìn)行有效干預(yù)防治，促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)發(fā)育，還有待進(jìn)一步探討。因此，就有效性和安全性而言，有必要進(jìn)一步探尋BA 在不同動(dòng)物上的用量及相應(yīng)效果。同時(shí)利用更為綜合的分析手段深入研究BA 及其受體對(duì)動(dòng)物體作用的分子機(jī)制，有望通過(guò)調(diào)節(jié)畜禽日糧結(jié)構(gòu)以影響體內(nèi)BA 代謝，提高畜禽生長(zhǎng)性能，并為靶向防治動(dòng)物相關(guān)疾病提供新思路。