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背景及目的近年来,科学家发现胆汁酸(bile acids,BAs)不仅可以作为乳化剂促进脂类营养物质、脂溶性维生素的吸收,还可以作为信号分子通过调节多种受体参与糖、脂、能量代谢并维持自身平衡。胆汁酸的核受体之一法尼酯X受体(farnesoid x receptor,FXR)在胆汁酸的肠肝循环以及维持胆汁酸稳态方面有重要调节作用,然而不同胆汁酸对FXR的作用以及对胆汁酸肠肝循环动力学的影响目前尚未有明确的结论。熊去氧胆酸(ursodeoxycholic acid,UDCA)作为胆汁酸的一种,具有利胆、抗炎、细胞保护的特性,是被美国食品药品监督管理局(food and drug administration,FDA)认可的治疗原发性胆汁性胆管炎(primary biliary cholangitis,PBC)的药物。过去的研究认为UDCA可以通过FXR介导正向调控肝脏毛细胆管侧胆汁酸转运体的表达;然而有研究表明UDCA在人体内起到抑制FXR的作用,这使得UDCA促进肝胆汁酸分泌的作用机制仍有待明确。除了应用于胆汁阻塞性疾病,UDCA及其衍生物在其他肝脏类疾病中也有所应用,针对近年来发病率不断升高的非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH),UDCA表现出的临床疗效并不一致。有研究认为UDCA不仅可以有效改善肝功能指标,还可以减轻肝组织炎症,然而另外的研究认为UDCA并不能改善NASH患者肝组织的气球样变和炎症;针对UDCA的衍生物牛磺酸结合型熊去氧胆酸(taurine-conjugated ursodeoxycholic acid,TUDCA)的研究发现TUDCA可以减轻肝脏炎症并增强小鼠肝脏、肌肉、脂肪组织的胰岛素敏感性。因此,关于UDCA及其衍生物在代谢性疾病中的疗效仍需要进一步深入研究。本文拟通过不同胆汁酸干预下小鼠胆汁酸代谢和转运的变化,研究UDCA对胆汁酸肠肝循环动力学的影响,并深入探讨可能的机制;除此之外还将观察UDCA对高脂(high fat diet,HFD)诱导的肥胖小鼠胆汁酸谱和脂肪酸谱(fatty acids,FAs)的影响并初步讨论可能的作用机制。方法应用靶向代谢组学方法对不同胆汁酸干预后小鼠肠肝循环各组织中的胆汁酸代谢和转运进行数据建模和动态变化的分析。应用分子生物学技术检测UDCA干预后小鼠肠道、肝脏中胆汁酸转运体的改变,使用稳定同位素稀释技术建模分析UDCA干预下小鼠胆汁酸肠肝循环的动力学变化;并在体内外实验中观察UDCA及其衍生物对肠、肝FXR信号通路的影响,研究潜在机制。在HFD肥胖小鼠模型中,检测应用UDCA后小鼠血清、肝脏、白色脂肪、棕色脂肪中胆汁酸谱及脂肪酸谱的改变,并分析不同组织中胆汁酸与脂肪酸的相关性;进一步检测小鼠肝脏及两种脂肪组织中脂肪酸代谢相关基因的表达。结果1.通过观察不同胆汁酸对小鼠肠肝循环胆汁酸谱的影响,我们发现应用UDCA后小鼠胆酸池减小,胆酸池组成以TUDCA为主,非12-OH胆汁酸比例显著增加,胆囊中的胆汁酸分布减少,肠道后段胆汁酸分布增加,粪便胆汁酸排泄量增加。与UDCA组形成鲜明对比的是去氧胆酸(deoxycholic acid,DCA)组,应用DCA后小鼠胆酸池大小不变,形成以牛磺结合型胆酸(taurine-conjugated cholic acid,TCA)为主的胆酸池,12-OH胆汁酸比例显著增加,肠道后段胆汁酸分布有所减少。2.UDCA干预后小鼠回肠末端负责胆汁酸重吸收的钠离子依赖胆汁酸转运体(apical sodium dependent bile acid transporter,ASBT)表达增加,肝脏摄取胆汁酸的钠离子牛磺胆酸盐共转运多肽(Na~+-dependent taurocholic cotransporting polypeptide,NTCP)、有机阴离子转运体(organic anion transport polypeptide 1,OATP1)以及肝脏分泌胆汁酸的转运体多耐药相关蛋白2(multidrug resistance related protein2,MRP2)、胆盐输出泵(bile-salt export pump,BSEP)表达均有所增加,并发现UDCA缩短了胆汁酸肠肝循环的时间;除此之外,UDCA组小鼠肠道FXR信号通路被抑制,但肝脏FXR信号通路变化不大。3.分别模拟体内应用UDCA后小鼠小肠及肝脏的胆汁酸谱来干预肠细胞及肝细胞,结果发现肠细胞FXR信号通路被抑制,与体内结果一致;同时肝细胞FXR信号通路也被抑制,与体内结果不一致,考虑在体内可能有其他因素参与调节胆汁酸的转运。4.应用UDCA后小鼠血清中成纤维细胞生长因子15(fibroblast growth factor 15,FGF15)水平下降,与肠道FXR信号通路被抑制的结果一致。使用FGF19(鼠类FGF15在人体内的同源类似物)在体外干预肝细胞后发现胆汁酸转运体MRP2和BSEP随FGF19的浓度升高而降低;使用FGF19对小鼠进行腹腔注射后观察到NTCP、OATP1、MRP2、BSEP表达均有所降低。同时发现UDCA组小鼠餐后与空腹的血清胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)比值明显升高,UDCA组小鼠胆囊体积较小,使用FGF19的小鼠胆囊体积较大。5.应用UDCA后高脂饮食诱导的肥胖小鼠体重下降、肝脏及脂肪指数下降、口服糖耐量(oral glucose tolerance test,OGTT)及胰岛素耐量(insulin tolerance test,ITT)改善。6.UDCA组形成以TUDCA、UDCA明显升高的胆汁酸谱,同时多种组织中饱和脂肪酸(saurated fatty acid,SFA)水平明显下降,血清中多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA),尤其是n3PUFA水平明显升高。7.胆汁酸与脂肪酸的相关性分析发现UDCA及其代谢产物与n3PUFA呈明显正相关,尤其是TUDCA;石胆酸(lithocholic acid,LCA)类胆汁酸与肝脏组织中的饱和脂肪酸呈负相关。8.应用UDCA后高脂肥胖小鼠肝脏脂肪酸合成、摄取及甘油三酯合成的相关基因表达下调,同时脂肪酸氧化相关基因表达上调。结论本研究通过靶向代谢组学、分子生物学、数据建模分析等系统生物医学手段,阐述了UDCA对胆汁酸肠肝循环的动态影响,证明UDCA抑制肠道FXR信号通路并促进胆汁酸肠肝循环,从而使小鼠胆汁酸排泄增加、胆酸池减小;同时,UDCA还可以抑制高脂饮食诱导的肥胖,改善小鼠的代谢异常和脂肪酸谱。为UDCA的药理学机制研究提供了新思路,为肥胖等代谢性疾病的治疗提供了新方法。