特别关注|肝细胞癌相关胆汁酸代谢失衡及调控机制

肝细胞癌(HCC)是全球癌症相关死亡的第四大常见原因，也是我国常见的恶性肿瘤之一^[1]，各种肝炎病毒感染、酗酒、肥胖、遗传代谢性疾病、自身免疫性疾病等导致的慢性肝损伤都是其潜在的危险因素^[2]。胆汁酸作为胆固醇的下游代谢产物，由肝脏胆固醇7-羟化酶(CYP7A1)启动的经典途径和甾醇27A羟化酶(CYP27A1)启动的非经典途径分别催化生成，随后经胆囊排入肠道，在肠道内定植的多种菌群作用下转变为次级胆汁酸并重吸收回到肝脏，这一过程称为胆汁酸的肠肝循环，研究证实胆汁酸在维持机体能量代谢平衡和促进肠道脂溶性营养物质的吸收方面起到重要作用。近年来，大量研究发现胆汁酸除了发挥其正常生理功能外，还与HCC的发生发展存在密切联系^[3]，如胆汁酸代谢组分失衡、参与胆汁酸代谢过程的肠道菌群失调及特异性胆汁酸受体表达调控异常等均参与HCC发展的过程^[4-5]。本文将对HCC发生发展过程中机体胆汁酸水平的异常变化及其内在机制进行综述。

1胆汁酸水平的异常变化与HCC

1.1   肝组织胆汁酸水平异常变化与HCC

研究^[6]发现HCC患者肝内胆汁酸代谢组分与健康人相比有显著差异，一些胆汁酸水平的异常升高被认为与HCC的发生密切相关。Xie等^[7]研究显示，在高脂饮食诱导的HCC小鼠模型肝脏中牛磺胆酸(TCA)、甘氨胆酸(GCA)、牛磺鹅去氧胆酸(TCDCA)、脱氧胆酸(DCA)以及牛磺石胆酸(TLCA)水平与健康对照组相比均显著升高。上述胆汁酸水平的升高在多项研究中被证实与HCC的发生发展存在关系：如过量的TCA及DCA被证实可以诱导癌症相关炎性基因的表达上调^[8]；DCA、TCDCA、GCA也可以在分离出的大鼠原代肝细胞和人肝细胞中诱导活性氧生成及细胞凋亡，从而诱发HCC^[9]；TLCA水平升高可以诱发胆汁淤积^[10]，肝细胞长期暴露于过量的胆汁酸中，导致肝细胞持续的DNA损伤、凋亡以及炎症等表现，从而增加诱发HCC的风险。此外有研究^[6]发现HCC患者肝组织内甘氨鹅去氧胆酸(GCDCA)具有促进HCC转移的作用，并提出肝组织内总胆汁酸水平与HCC患者预后相关。综上，HCC患者肝组织中胆汁酸水平的异常升高与HCC的发生发展关系密切，肝内胆汁酸组分的异常变化也被认为是导致HCC发生发展的关键因素。

1.2   血浆胆汁酸水平异常变化与HCC

与肝组织内胆汁酸水平变化相似，HCC患者血浆胆汁酸水平与健康人相比也有显著差异，同时血浆中胆汁酸水平变化还对HCC的早期鉴别诊断及HCC病程进展具有重要作用，如血浆鹅去氧胆酸(CDCA)水平的变化已被证实可以作为肝硬化和HCC鉴别诊断的生物标志物^[11]，GCA水平的变化则可以作为HCC早期诊断及病程进展预测的有效生物标志物。

首先，HCC患者血浆胆汁酸变化有助于HCC的早期诊断。Luo等^[12]对HCC患者血浆样本进行分析后发现，多种胆汁酸如GCA、TCA、TCDCA、TDCA等与健康组相比均显著上升，阐释了HCC患者血浆胆汁酸组分的特异性改变，同时进一步发现GCA联合苯丙氨酰色氨酸可以作为预测HCC发生的有效生物标志物，从而提示血浆GCA浓度对HCC预测及早期诊断具有重要作用。

其次，HCC患者血浆胆汁酸变化与其他肝脏疾病存在差异，具有应用于临床鉴别诊断的意义。Xiao等^[13]在肝硬化及HCC患者血浆代谢物的研究中发现，HCC患者血浆中多种结合胆汁酸(如GCA、GDCA、GCDCA)水平与肝硬化组相比显著下降(但仍显著高于健康基线水平)；此外Han等^[11]发现血浆CDCA水平在肝硬化、HCC患者及健康人中存在明显差异，并且证实CDCA具有成为HCC诊断生物标志物的潜力，分析认为此种变化可能与早期肝硬化所致的肝脏急性损伤有关，同时提示上述胆汁酸的变化可以用于对肝硬化及HCC的鉴别诊断。研究^[12]发现HCC患者血浆GCA水平与肝内胆管细胞癌患者相比显著升高，因此血浆中部分胆汁酸组分与肝硬化、肝内胆管细胞癌等疾病存在差异，具有应用于临床鉴别诊断的潜力。

最后，HCC患者血浆胆汁酸水平变化还能够对HCC病程进展进行预测。Chen等^[14]在对不同阶段HCC患者血浆胆汁酸组分分析后发现，GCA、GCDCA与1期HCC存在相关性，然而随着疾病的进展，上述两种胆汁酸水平升高程度均逐渐减少，提示HCC患者血浆中GCA及GCDCA水平具有用于HCC病程进展预测的潜力。

综上，HCC患者血浆胆汁酸水平存在显著变化，且部分胆汁酸的变化有助于HCC早期鉴别诊断及病程进展评估，特别是血浆GCA水平的变化，无论是在HCC早期诊断、病程进展预测还是在与肝硬化及其他某些疾病的鉴别诊断方面，均与HCC的发生发展密切相关。除此之外，其他HCC诱发因素是否影响胆汁酸变化，及HCC病情进展中胆汁酸水平变化的内在机制目前尚未明确，仍需进一步研究。

1.3   代谢终末产物胆汁酸水平异常变化与HCC

HCC胆汁酸水平的异常除了发生在肝脏组织和血浆外，在人终末代谢产物中也有所变化，如在慢性肝损伤导致HCC的过程中，粪便中的总胆汁酸及初级胆汁酸CA、CDCA水平与健康人群相比，呈现先降低后升高的趋势，而在HCC阶段，粪便中石胆酸(LCA)、DCA、TDCA、TLCA、GCA、TCA、TCDCA等胆汁酸水平均显著升高^[7]。此外HCC患者尿液中的GCA水平与健康人群相比也显著升高^[14]。尽管HCC患者粪便及尿液中胆汁酸水平存在异常变化，但其内在的具体机制仍不明确，且相关研究较少，难以证实上述胆汁酸的变化可以作为预测HCC的生物标志物，但可以肯定的是，粪便和尿液中胆汁酸的变化与HCC的发生发展存在一定关系，亟需进一步的研究发现及证实。

总之，HCC患者无论是肝脏、血浆还是粪便等代谢物中，胆汁酸的含量与健康个体及其他疾病间存在差异，胆汁酸与HCC一定存在某些联系，胆汁酸也显示出具有成为HCC早期诊断及疗效预测的特异性分子标志物的潜力，同时体内胆汁酸代谢异常机制的研究也对胆汁酸的临床应用具有重要作用，目前认为，参与胆汁酸代谢过程中的肠道菌群失调以及调控胆汁酸代谢过程的胆汁酸受体的异常活化等，是胆汁酸组分及水平异常变化并诱发HCC发生发展的关键机制。

2HCC患者机体胆汁酸异常变化的机制

2.1   参与胆汁酸代谢过程的肠道菌群失调与HCC

正常人体肠道中定植着数以亿计种类繁多的微生物，其中部分菌群在调节胆汁酸肠肝循环方面起到重要作用，目前认为肠道菌群主要参与胆汁酸代谢途径中的两种反应，即产胆盐水解酶(BSH)的细菌对初级结合胆汁酸的水解反应以及将初级胆汁酸转变为次级胆汁酸的7α脱羟基反应^[15]。参与上述两种反应途径的菌群失调是影响HCC进程的重要因素^[4]。

2.1.1   产BSH的菌群失调导致胆汁酸水平异常变化

目前认为参与肠道结合胆汁酸水解的细菌包括拟杆菌属、梭状杆菌属、乳酸杆菌属、双歧杆菌属以及利斯特菌属等，上述菌群主要是通过产生BSH将初级结合胆汁酸水解为各自的游离形式，但病理状态下，机体肠道中上述菌群失调会导致肠道胆汁酸组分的改变，从而影响疾病进展并影响HCC的发生。如与健康人体肠道微生物菌群相比，HCC患者肠道中产BSH的大肠杆菌、拟杆菌属丰度升高^[16-17]，上述菌属的异常变化会导致小肠BSH水平升高从而导致游离胆汁酸含量升高，进而通过门静脉循环进入肝细胞的疏水性胆汁酸含量升高，由于游离胆汁酸较结合胆汁酸具有更高的疏水性，因此上述游离胆汁酸的升高会造成肝细胞线粒体功能障碍、细胞坏死及炎症的发生^[18]，并最终转变为HCC。

2.1.2   参与7α脱羟基作用的菌群导致胆汁酸水平的异常变化

在回肠末端，约有95%的胆汁酸重吸收回到肝脏，其余胆汁酸进入结肠在其定植细菌的作用下转变为次级胆汁酸。目前认为，参与次级胆汁酸生物转化的肠道菌群为厚壁菌门中的梭菌属和真杆菌属^[19]，这些菌属的失调同样可以通过改变胆汁酸组分从而导致HCC的发生。在对小鼠进行高脂饮食饲养后，其肠道内参与介导DCA形成的梭状芽孢杆菌簇Ⅺ及Ⅹ Ⅳ丰度增加^[20-21]，从而导致肠道中DCA水平异常升高。一方面，增加的DCA通过门静脉循环进入肝脏后可诱导炎性基因过表达及活性氧产生，从而增加癌变概率；另一方面，过量的DCA与增加的革兰阳性细菌壁的脂膜酸通过门静脉重吸收共同作用于肝星状细胞，表达衰老相关分泌表型(SASP)，释放多种促癌因子，从而促进HCC的发展。此外，梭状芽孢杆菌介导的次级胆汁酸含量的升高还可以通过抑制自然杀伤T淋巴细胞活性促进HCC的发生。如Ma等^[22]通过在无菌小鼠体内定植梭状芽孢杆菌后发现了明显的肿瘤增多的趋势，并发现胆汁酸-CXCL16-NKT信号轴在HCC发生过程中的重要作用，揭示初级胆汁酸和次级胆汁酸在诱发HCC过程中的相反作用，进一步印证了参与产生次级胆汁酸菌属含量的异常升高具有促进HCC发生发展的作用。

综上，参与胆汁酸代谢过程的细菌改变会引起肠道胆汁酸组分的改变，导致总胆汁酸细胞毒性的增加或免疫功能的抑制，从而诱发HCC。

2.2   调控胆汁酸代谢过程的胆汁酸受体异常活化与HCC

研究^[23]发现，在肝脏病理状态下机体总胆汁酸水平出现异常变化，其中部分胆汁酸的变化能够对某些特异性胆汁酸受体的活性产生影响，进而反作用于机体胆汁酸或通过免疫炎症或细胞凋亡等途径影响HCC的发生发展，如法尼醇X受体(FXR)、G蛋白偶联受体1(GPBAR1)、孕烷X受体(PXR)、本构雄烷受体(CAR)和鞘氨醇-1-磷酸受体2(S1PR2) 等均被证实可以通过多种途径影响HCC的发生发展。

2.2.1   FXR与HCC

FXR是核受体超家族中重要的胆汁酸受体^[24]，表达于包括肝脏和小肠在内的多种细胞及组织中，机体内多种非结合胆汁酸(CA、CDCA、DCA、LCA)是FXR的有效配体，研究发现FXR及其配体胆汁酸间能够相互作用并影响HCC的发生发展。

目前认为，FXR主要通过以下几个方面影响HCC的发生发展。第一，FXR可以通过调节胆汁酸代谢过程抑制HCC的发生。Yang等^[3]发现FXR^-/-小鼠随年龄出现自发性肝脏肿瘤的过程中，胆汁酸代谢相关基因发生变化，如CYP7A、NTCP等基因在FXR^-/-小鼠中表达量显著升高，提示胆汁酸代谢可能参与FXR诱发HCC的发生过程。此后研究^[25]发现FXR可以上调肝内小异源二聚体伴侣(SHP)和肠道的FGF19-FGFR4信号轴表达，抑制胆汁酸合成限速酶CYP7A1的合成，从而减少肝内胆汁酸的合成。此外，FXR还可以上调多种酶及转运蛋白基因的表达，促进肝内胆汁酸向肠道排出，降低肝内胆汁酸水平并减少其对肝脏的细胞毒性^[26-27]，起到抑制HCC发生的作用。第二，FXR可以抑制肝内炎症从而预防HCC的发生。肝内长期慢性炎症是诱发HCC的重要危险因素，研究^[3, 28]发现FXR^-/-小鼠肝内多种促炎因子表达上调，目前认为FXR主要是通过抑制肝细胞内STAT3及NF-κB炎性通路来抑制肝内炎症发生，从而抑制HCC^[29-30]。第三，FXR可以抑制活性氧产生。过度聚集的活性氧可以通过多种途径造成细胞损伤从而导致癌症发展^[31]，而FXR则可以通过降低肝内胆汁酸水平减少活性氧产生^[32]，进而起到预防HCC的目的。第四，FXR可以通过促进损伤的肝脏再生从而抑制HCC的发展^[33]。第五，FXR还可以调控多种肿瘤相关基因的表达抑制HCC的发生。目前认为FXR可以直接激活SHP、胆盐输出泵及N-myc下游调控基因2^[34]等肿瘤抑制基因的表达抑制HCC的发生。

2.2.2   G蛋白偶联胆汁酸受体TGR5与HCC

TGR5是G蛋白偶联受体超家族成员，在2002年作为胆汁酸受体被首次发现^[35]。TGR5是一种广泛表达于人和动物组织中的胆汁酸特异G蛋白偶联受体，胆汁酸是其最有效的天然激动剂，胆汁酸和TGR5的亲和力与胆汁酸种类有关，其中次级胆汁酸LCA与DCA以及他们的结合形式是TGR5的最佳激动剂^[36]。异常升高的次级胆汁酸导致的TGR5活化与HCC的发生存在密切关系。

TGR5可以通过抑制炎性基因表达抑制HCC的发生。与FXR相似，TGR5负调控NF-κB及STAT3通路从而抑制肝脏炎症反应，活化的TGR5通过激活下游信号通路腺苷酸环化酶进而使环磷酸腺苷产生增多，进一步抑制IκB的磷酸化、核因子P65的核移位，从而导致了NF-κB的转录活性降低，进而导致编码促炎细胞因子基因的转录受到抑制^[37]。此外，TGR5调控STAT3的机制为抑制STAT3的磷酸化、转录活性和DNA结合活性，从而对STAT3信号转导通路产生显著的抑制作用^[38]。因此，通过对炎性基因表达的抑制作用，TGR5得以发挥其抗癌特性。

TGR5还被研究证实具有促进损伤肝脏恢复及再生的作用，并能够抑制细胞因子和具有细胞毒性的疏水性胆汁酸的产生^[39]，从而通过改变胆汁酸组分发挥抑制HCC的作用。

2.2.3   其他胆汁酸受体与HCC

除FXR和TGR5以外，PXR、CAR以及S1PR2等胆汁酸受体均被发现与肿瘤的发生发展存在密切关系。如属于同一亚家族的核受体超家族成员PXR和CAR仅可被LCA激活，其正常的生理功能是通过硫酸化LCA从而消除其毒性，起到解毒的作用^[40]。除此之外，研究^[40-41]发现CAR可能通过Yes相关蛋白以及Wnt-β-catenin等途径诱导HCC的发生，而PXR在肿瘤细胞中也具有促进增殖的作用。S1PR2作为G蛋白偶联受体家族一员，可以被某些结合胆汁酸如TCA、TDCA等激活，GCDCA可以通过S1PR2诱导人肝癌细胞Huh7细胞系的凋亡^[42]，但同时也有研究^[43]发现S1PR2可以通过激活ERK1/2和AKT信号通路导致胆管癌细胞生长及侵袭。因此，S1PR2在肿瘤发生中的作用尚存在争议，但可以肯定的是，上述胆汁酸受体均与癌症的发生发展存在一定的联系。

3小结与展望

胆汁酸作为胆固醇的终末产物，除了发挥其正常生理功能外，还被证实与HCC的发生发展存在一定关系。HCC的发生一方面可能是由于肠道菌属发生变化，导致胆汁酸水平异常升高从而出现的细胞毒性作用；另一方面也可能是由于升高的胆汁酸活化某些特定的胆汁酸受体所导致。

目前，多种与胆汁酸代谢因素相关的治疗方法已进入临床试验阶段，如为提高血浆标志物GCA检测效率，已有研究^[44]制备出在ELISA血清检测中具有高敏感度和精确度的抗GCA单克隆抗体；此外，针对肠道菌群失调，应用抗生素和益生菌的治疗方案也在研究当中；同时，多种胆汁酸受体激动剂也在进行临床试验^[5]，如奥贝胆酸、Px-104、INT777等多种FXR和TGR5激动剂，已投入到HCC等肝脏疾病的研发当中。

人体胆汁酸代谢通路以及肠道菌群处于动态变化，HCC的发生发展绝不可能仅受到单一因素的影响，针对HCC发生发展过程中某些因素开发相关的检测及治疗手段，如开发更加灵敏有效的HCC早期诊断及预后预测标志物、重塑肠道菌群的菌群制剂以及特异性胆汁酸受体激动剂等都具有重要的临床应用价值，亟需深入研究。

参考文献：

[1]YANG JD, HAINAUT P, GORES GJ, et al. A global view of hepatocellular carcinoma: Trends, risk, prevention and management[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2019, 16(10): 589-604. DOI: 10.1038/s41575-019-0186-y

[2]CRAIG AJ, von FELDEN J, GARCIA-LEZANA T, et al. Tumour evolution in hepatocellular carcinoma[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2020, 17(3): 139-152. DOI: 10.1038/s41575-019-0229-4

[3]YANG F, HUANG X, YI T, et al. Spontaneous development of liver tumors in the absence of the bile acid receptor farnesoid X receptor[J]. Cancer Res, 2007, 67(3): 863-867. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-06-1078

[4]JIA W, XIE G, JIA W. Bile acid-microbiota crosstalk in gastrointestinal inflammation and carcinogenesis[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2018, 15(2): 111-128. DOI: 10.1038/nrgastro.2017.119

[5]DAPITO DH, MENCIN A, GWAK GY, et al. Promotion of hepatocellular carcinoma by the intestinal microbiota and TLR4[J]. Cancer Cell, 2012, 21(4): 504-516. DOI: 10.1016/j.ccr.2012.02.007

[6]GAO L, LV G, LI R, et al. Glycochenodeoxycholate promotes hepatocellular carcinoma invasion and migration by AMPK/mTOR dependent autophagy activation[J]. Cancer Lett, 2019, 454: 215-223. DOI: 10.1016/j.canlet.2019.04.009

[7]XIE G, WANG X, HUANG F, et al. Dysregulated hepatic bile acids collaboratively promote liver carcinogenesis[J]. Int J Cancer, 2016, 139(8): 1764-1775. DOI: 10.1002/ijc.30219

[8]ALLEN K, JAESCHKE H, COPPLE BL. Bile acids induce inflammatory genes in hepatocytes: A novel mechanism of inflammation during obstructive cholestasis[J]. Am J Pathol, 2011, 178(1): 175-186. DOI: 10.1016/j.ajpath.2010.11.026

[9]FANG Y, HAN SI, MITCHELL C, et al. Bile acids induce mitochondrial ROS, which promote activation of receptor tyrosine kinases and signaling pathways in rat hepatocytes[J]. Hepatology, 2004, 40(4): 961-971. DOI: 10.1002/hep.1840400427

[10]BEUERS U, BILZER M, CHITTATTU A, et al. Tauroursodeoxycholic acid inserts the apical conjugate export pump, Mrp2, into canalicular membranes and stimulates organic anion secretion by protein kinase C-dependent mechanisms in cholestatic rat liver[J]. Hepatology, 2001, 33(5): 1206-1216. DOI: 10.1053/jhep.2001.24034

[11]HAN J, QIN WX, LI ZL, et al. Tissue and serum metabolite profiling reveals potential biomarkers of human hepatocellular carcinoma[J]. Clin Chim Acta, 2019, 488: 68-75. DOI: 10.1016/j.cca.2018.10.039

[12]LUO P, YIN P, HUA R, et al. A Large-scale, multicenter serum metabolite biomarker identification study for the early detection of hepatocellular carcinoma[J]. Hepatology, 2018, 67(2): 662-675. DOI: 10.1002/hep.29561

[13]XIAO JF, VARGHESE RS, ZHOU B, et al. LC-MS based serum metabolomics for identification of hepatocellular carcinoma biomarkers in Egyptian cohort[J]. J Proteome Res, 2012, 11(12): 5914-5923. DOI: 10.1021/pr300673x

[14]