圖1、論文圖文摘要

不同生物物種體內(nèi)膽汁酸譜有著很大的差異，調(diào)控糖代謝能力也因此不同。我們首先比較了人、小鼠和豬三個物種的空腹血糖水平，以及膽汁酸譜的構(gòu)成。結(jié)果顯示，豬的血糖水平顯著低于人和小鼠，而且三個物種間的膽汁酸譜有顯著的差異。豬膽汁酸中有一類6α-羥基的膽汁酸占豬血清總膽汁酸的76%，我們統(tǒng)稱為豬膽酸類（HCAs），這些膽汁酸包括了豬膽酸（HCA）、豬去氧膽酸（HDCA）、以及這兩者的甘氨結(jié)合型和?；墙Y(jié)合型（GHCA、GHDCA、THCA、THDCA），而這類膽汁酸在人和小鼠中只占2-4%（圖2）。

圖2、人、小鼠、豬空腹血糖，膽汁酸譜

如果我們假設(shè)豬膽酸HCAs是調(diào)控血糖平衡的關(guān)鍵因素，那么我們使它在豬體內(nèi)的水平降低的話，豬的血糖水平是否就會跟著改變呢？我們采用了FXR受體激動劑GW4064抑制豬的膽汁酸合成，將HCA水平降下了約30%。結(jié)果顯示，豬的血糖出現(xiàn)顯著升高，血液中GLP-1水平顯著降低。給GW4064干預(yù)模型豬重新灌服HCA或HDCA，豬的血糖和GLP-1水平又恢復(fù)了正常水平（圖3）。GLP-1是一種由腸道內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的腦腸肽，具有刺激胰島素分泌、抑制胰高血糖素分泌、延緩胃腸道排空、抑制食欲等作用。GLP-1受體激動劑是目前治療糖尿病最受矚目的一類藥物。我們對豬模型的研究結(jié)果提示HCAs能有效調(diào)控血糖，而這種調(diào)控作用可能是通過促進(jìn)GLP-1分泌達(dá)到的。

圖3、豬模型GW4064、HCA、HDCA干預(yù)后的HCAs、血糖、GLP-1水平

為了探究HCAs是否對豬以外的其他哺乳動物的血糖和GLP-1有調(diào)控作用，我們進(jìn)一步采用了兩種糖尿病小鼠模型。一種是db/db小鼠模型，該模型是瘦素受體缺陷型，其特征為肥胖、瘦素抵抗、高血糖；另一種是高脂飲食合并低劑量鏈脲佐菌素誘導(dǎo)小鼠模型，具有肥胖、高血糖、胰島素輕微受損等特征。兩者都為典型的研究2型糖尿病的小鼠模型。我們分別對這兩種模型飼喂兩種豬膽酸，HCA和HDCA，共 4周。結(jié)果顯示（圖4），HCA或者HDCA干預(yù)后，糖尿病小鼠模型的糖耐量和胰島素耐量都顯著提高，GLP-1水平相較于對照組也顯著升高。同時，我們還選用文獻(xiàn)中報道較多的能夠調(diào)控血糖的膽汁酸?；墙Y(jié)合型熊去氧膽酸（TUDCA）作對比。結(jié)果顯示，TUDCA同樣表現(xiàn)出對糖耐量和胰島素耐量的改善，該作用與HCAs相類似；而HCA和HDCA在調(diào)控空腹血糖及GLP-1水平的作用要顯著優(yōu)于TUDCA。

圖4、兩種糖尿病小鼠模型HCAs干預(yù)后相關(guān)指標(biāo)

在豬模型和糖尿病小鼠模型中，我們都觀察到HCAs能夠調(diào)控血糖和GLP-1。我們比較了6種HCAs對STC-1和NCI-H716兩種腸細(xì)胞系分泌GLP-1的影響，25uM的HCAs培養(yǎng)1小時能夠顯著促進(jìn)GLP-1分泌，培養(yǎng)24小時能夠促進(jìn)proglucagon的轉(zhuǎn)錄和GLP-1的生成，且這一效應(yīng)具有劑量依賴性。當(dāng)HCAs濃度達(dá)到50uM，proglucagon的轉(zhuǎn)錄和GLP-1的分泌進(jìn)一步提高。

為了探究HCAs誘導(dǎo)腸道內(nèi)分泌細(xì)胞GLP-1生成和分泌的機(jī)制，我們針對HCAs對膽汁酸受體TGR5和FXR以及GLP-1受體的效應(yīng)進(jìn)行了考察。我們發(fā)現(xiàn)HCAs對于膽汁酸受體有獨(dú)特的效果，它能同時激動膜受體TGR5，拮抗核受體FXR，達(dá)到升高GLP-1水平的作用。在研究中我們發(fā)現(xiàn)，普通膽汁酸其實(shí)也能在中低濃度（25uM以下）具有一定的促進(jìn)GLP-1分泌的效果。而HCAs特殊性在于它具有劑量依賴性的促GLP-1生成和分泌作用，即當(dāng)濃度達(dá)到50uM時，普通膽汁酸的促GLP-1功能下降，而HCAs隨劑量上升其效果持續(xù)增加，直至達(dá)到藥理作用水平。

這一差異的原因就在于HCAs能夠同時激動TGR5和拮抗FXR。其他膽汁酸往往只對單個受體有作用，或同時激動了TGR5和FXR，當(dāng)它們濃度較高時，GLP-1的分泌反而會被抑制。由于濃度窗口太窄，絕大部分膽汁酸的成藥價值不高，而HCAs正是在這方面體現(xiàn)出了優(yōu)勢。

最后，為了挖掘HCAs在臨床糖尿病治療中的應(yīng)用價值，我們對臨床糖尿病樣本中的HCAs水平及相關(guān)指標(biāo)作了進(jìn)一步分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從正常人、糖尿病前期、新發(fā)糖尿病患者的血清中，HCAs水平呈現(xiàn)逐步下降的趨勢。且HCAs水平與餐后60min、120min的GLP-1水平及0-120min GLP-1分泌的曲線下面積具有顯著的正相關(guān)性，與空腹、餐后120min血糖、糖化血紅蛋白水平顯著的負(fù)相關(guān)。

圖5、臨床樣本HCAs水平及與臨床指標(biāo)相關(guān)性

本研究對一類關(guān)注較少的膽汁酸HCAs在血糖調(diào)控方面的作用進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)這類物質(zhì)能同時激動腸道內(nèi)分泌細(xì)胞膜受體TGR5和拮抗核受體FXR，促進(jìn)GLP-1的生成和分泌。該類膽汁酸類似于GLP-1的促泌劑，有望成為糖尿病的潛在治療藥物，也可以和其他降糖藥物聯(lián)用，提高臨床療效。HCAs這類6α羥基膽汁酸也可作為后續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾的藥物研發(fā)基礎(chǔ)。同時，由于HCAs代謝受到腸道菌群調(diào)控，如何通過腸道菌提高糖尿病患者HCAs的水平，也將成為我們未來研究和藥物開發(fā)的重點(diǎn)。我們科研團(tuán)隊與產(chǎn)業(yè)界合作，已經(jīng)申請了專利并開始系統(tǒng)開發(fā)基于這一類膽酸結(jié)構(gòu)的治療代謝性疾病的新藥產(chǎn)品。

小結(jié)