腹泻型肠易激综合征中肠道菌群与胆汁酸的相互作用（国人佳作）

编译：微科盟小木，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

肠易激综合征(IBS)是一种常见的功能性胃肠疾病，它会扰乱患者的生理和心理，增加家庭、医疗卫生系统、社会和经济发展的负担，影响着全世界越来越多的人。尽管导致IBS的多种因素尚未完全研究，但新的证据表明肠道微生物群和胆汁酸(BAs)代谢的异常变化与IBS密切相关。此外，微生物群落对BAs有显著的修饰作用，包括解共轭、7α-脱羟基、氧化、异丙基化、脱硫、酯化等，而BAs又直接或间接地影响微生物群落。鉴于肠道微生物群、BAs和IBS之间的复杂联系，迫切需要对该领域的最新研究进展进行综述。本篇综述描述了IBS-D中肠道微生态失调和BAs的概况，并强调了IBS-D中肠道微生物群与BAs之间的相互作用。综上，我们提出靶向IBS-D的微生物群-BAs轴的新治疗策略，其还可以治疗由细菌-胆汁酸失调引起的其他相关疾病。

论文ID

原名：Interplay between gut microbiota and bile acids in diarrhoea-predominant irritable bowel syndrome: a review 

译名：腹泻型肠易激综合征中肠道菌群与胆汁酸的相互作用

期刊：Critical Reviews in Microbiology

IF：7.624

发表时间：2021.12.22

通讯作者：王邦茂＆王玉明

通讯作者单位：天津医科大学总医院消化内科

DOI号：10.1080/1040841x.2021.2018401

综述目录

1 前言

2 IBS-D中肠道微生物群的扰动

2.1 正常肠道微生物群

2.2 IBS-D的肠道微生物群失调

3 胆汁酸在IBS-D中的作用

3.1 胆汁酸肠肝循环

3.2 胆汁酸激活受体的信号调控

3.3 胆汁酸和IBS-D

3.3.1 IBS-D中胆汁酸的变化

3.3.2 胆汁酸引发IBS-D的机制

4 IBS-D中胆汁酸-肠道微生物群轴

4.1 肠道微生物群对胆汁酸的调节

4.1.1 微生物对胆汁酸合成的调节

4.1.2 胆汁酸代谢的微生物修饰

4.1.2.1 解共轭        

4.1.2.2 脱羟基、氧化和异丙基化        

4.1.2.3 酯化和脱硫      

4.1.3 微生物群对胆汁酸信号传导的影响

4.1.3.1 FXR对胆汁酸的微生物调节作用        

4.1.3.2 微生物通过TGR5调节胆汁酸      

4.2 胆汁酸对肠道微生物群的反向影响

4.2.1 胆汁酸对肠道微生物的直接影响

4.2.2 胆汁酸对肠道微生物的间接影响

4.2.3 胆汁酸影响细菌的另一个层面

4.3 IBS-D中肠道微生物与胆汁酸的相互作用

5 IBS-D的微生物-胆汁酸轴靶向治疗

5.1 抗生素

5.2 益生菌

5.3 粪便微生物群移植

5.4 饮食

5.5 细菌基因工程

6 未来前景

7 结论与展望

主要内容

1 前言

肠易激综合征(IBS)是一种常见的功能性胃肠疾病，表现为反复腹痛、腹胀、腹部不适或排便习惯和粪便性质的改变。目前基于症状的IBS诊断标准为Rome IV标准，根据该标准，IBS可分为4个亚型，即腹泻型IBS(IBS-D)、便秘型IBS(IBS-C)、混合型IBS(IBS-M)和未分类IBS(IBS-U)，就成本和生活质量而言，IBS的影响在全球范围内似乎相似。IBS对患者、家庭、医疗保健系统、社会和经济发展有着深远的影响。IBS的病理生理学仍有待阐明，但肠-脑轴、应激、内脏高敏性、结肠运动改变、屏障功能、免疫激活、饮食、肠道微环境(如微生物群、胆汁酸)和遗传学的作用目前被认为是IBS发病的相关机制。

越来越多的研究证据表明，IBS与肠道微生态密切相关。IBS患者的肠道微生物群组成与健康个体不同，表现为厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度增加，拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度降低。肠道微生物群还与IBS亚型和症状严重程度有关。一项系统的研究确定了与IBS患者和健康个体的微生物群相关的特定细菌。此外，IBS患者的肠道微生物群多样性较低，不稳定性高。值得注意的是，大量的微生物在胃肠道中定殖，为多种生化代谢反应提供了平台，其中主要的代谢产物之一是胆汁酸(BAs)，胆汁酸参与消化过程，是多种疾病致病过程的病原或介质。

胃肠道腔内过量的粪便BAs被认为是IBS-D的重要致病因素，可增加黏膜通透性，影响结肠分泌(水和电解质)，并通过刺激结肠高振幅推进性收缩，加速结肠转运。临床和动物研究均显示BAs可加速结肠运动和内脏高敏性。既往研究发现，约12-43%的IBS-D患者出现BAs过度排泄，约25-30%的IBS-D患者出现胆汁酸吸收不良(BAM)。需要指出的是，BAM和IBS-D可以共存，BAM不一定是IBS-D的原因，但其本身可以是一种条件。而螯合剂可通过降低BAs排泄，部分缓解IBS-D患者的症状。虽然BAs对IBS发展的重要性已被证实，但导致BAs过度输送的因素尚不清楚。

肠道微生物群作为不可或缺的参与者，参与了BAs的合成、生物转化和代谢，并与宿主共同控制BAs的合成。更重要的是，BAs的直接或间接抗菌活性使其能够调节微生物群的组成，从而反向调节胆汁酸池的大小和组成。与健康对照(HCs)和其他亚型相比，IBS-D的粪便微生物群和BAs的变化已经被描述。总之，越来越多的证据表明，微生物群以及肠道细菌代谢物胆汁酸在IBS的发病机制中起着至关重要的作用。

近年来，人们对多种疾病中胆汁酸-微生物群相互作用的研究兴趣大增，该领域发展迅速，而且无疑将继续快速发展。在本文中，我们分别讨论了肠道微生物群和胆汁酸在IBS-D中的作用，还强调了胆汁酸和微生物群的相互作用，以及它们在IBS-D发展中的相互作用。最后，介绍了针对IBS-D的微生物群-胆汁酸轴的疗法。

  2 IBS-D中肠道微生物群的扰动 2.1 正常肠道微生物群

数万亿种不同的微生物在胃肠道中形成了一个复杂的肠道微生物群落，这对肠道内环境的稳定是必要的。目前已经发现超过1000种肠道细菌。在健康个体中，门水平上厚壁菌门和拟杆菌门占微生物群的最大比例(约占肠道的70%)。然而，生态失调是心血管疾病、胃肠道癌症、炎症性肠病(IBD)等多种疾病的潜在诱因之一，也是IBS等胃肠道疾病的诱因。

  2.2 IBS-D的肠道微生物群失调

近年来，肠道微生物群失调已成为IBS的关键病理生理学机制。随着对IBS肠道微生物群变化的研究逐年增多，有几项研究发现IBS患者中厚壁菌门增多，拟杆菌门减少，这与HCs不同，证实了微生物群在IBS中发挥的重要作用。在本文中，我们主要关注IBS-D中微生物群的变化。

大量研究通过对IBS-D和HCs粪便样本的分析和比较，证实了IBS-D存在生物失调。既往研究发现IBS-D患者的肠杆菌科(Enterobacteriaceae)水平显著高于HCs(p=0.03)，而粪杆菌属(Fecalibacterium)水平较低(p=0.04)。一项涉及360名IBS患者和268名HCs的系统评估证实，IBS患者中乳杆菌(Lactobacillus)(SMD=0.85，p<0.001，I2=28%)、双歧杆菌(Bifidobacterium)(SMD=1.17，p<0.001，I2=79.3%)和F. prausnitzii(SMD=1.05，p<0.001，I2=0.0%)减少，尤其是IBS-D患者，其乳杆菌(SMD=-1.81，p<0.001)和双歧杆菌(SMD=-1.45，p<0.001)的表达存在显著差异。通过16S rRNA基因测序，Wei等人分析了IBS-D患者中比HCs少的12个属，其中6个属于瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)(p＜0.05)。IBS-D中Fusobacterium定植的显著增加(p＜0.001，Mann-Whitney检验)可能通过引起微生物失调和加重内脏高敏性而参与IBS的发病机制。

Wu等人通过乳果糖呼气试验(LBT)诊断IBS-D患者和HCs的小肠细菌过度生长(SIBO)后，发现SIBO与IBS-D相关(p≤0.001)，这可能与肠道微生物群的改变有关，特别是IBS-D中的优势菌普雷沃氏菌(Prevotella)。IBS-D和其他亚型之间的粪便微生物群差异也得到了证实，这里不再详细介绍。Carco等人总结了IBS亚型之间粪便微生物群组成的主要差异。就IBS亚型中的特定微生物群失调而言，虽然不同研究的结果不一致，这可能是由于IBS患者的表型异质性、IBS病理生理学的差异、特定肠道细菌与IBS亚型之间的关联已被一些研究描述。

总之，肠道微生物群失调与IBS-D之间的相关性不容忽视，这一点已在动物研究中证实。与健康对照组相比，IBS-D组小鼠在血清代谢组学、胃肠道快速转运、肠道屏障功能障碍、先天性免疫激活、焦虑样行为等方面表现出不同的特征，虽然两者在分类学上具有相似的微生物组成。

3 胆汁酸在IBS-D中的作用

BAs是肠道微生物群的主要代谢物，其失衡会导致BAs谱的变化和有毒胆汁酸的积累，被认为是参与各种病理状况的关键成员之一，如胆汁淤积性肝病、胃肠道癌变、坏死性小肠结肠炎NEC、2型糖尿病(T2DM)、炎症性疾病和功能性胃肠道疾病，这些在先前的研究中已得到证实。IBS就是其中之一。

  3.1 胆汁酸肠肝循环

BAs是负责消化和脂质吸收的内源性类固醇分子，由肝脏内的胆固醇通过两种途径合成，即经典途径和替代途径(胆汁酸池的80% vs. 20%)，涉及多种酶。初级BAs称为鹅去氧胆酸(CDCA)和胆酸(CA)，由限速酶胆固醇7α-羟化酶(CYP7A1)、胆固醇12α-羟化酶(CYP8B1)和甾醇27羟化酶(CYP27A1)通过经典途径形成，而它们之间的比率由胆固醇12α-羟化酶(CYP8B1)决定，而CDCA在CYP8B1活性缺失的情况下形成。CYP27A1启动的替代途径主要产生CDCA，随后被氧固醇7α-羟化酶(CYP7B1)进一步羟基化。

血清中7α-羟基-4-胆固醇烯-3-酮(C4)的水平反映了BAs的合成速率，并可作为肝脏中BAs合成速率的生物标志物，是初级BAs合成的常见前体。经过一个复杂的过程后，大多数初级BAs在回肠末端被重新吸收，然后通过门静脉返回肝脏进行再循环，而其余未被吸收的BAs则通过结肠中的肠道微生物群转化为次级BAs，在结肠中它们被被动吸收或通过粪便排泄。整个过程称为肠肝循环。详细过程如图1所示。

图1 胆汁酸合成与肠肝循环概述。(a)初级BAs(CDCA和CA)由限速酶CYP7A1、CYP8B1和CYP27A通过经典途径形成，而由CYP27A1启动的替代途径主要产生CDCA，随后又被CYP7B1羟基化。然后，初级BAs通过BACS和BAAT与牛磺酸或甘氨酸结合，并通过小管BSEP排泄到胆小管中，在胆囊中运输和储存。餐后胆囊收缩素释放导致胆囊收缩，刺激BAs释放到肠腔。脂质在小肠乳化吸收后，大多数共轭BAs基于ASBT、IBABP和OSTα/β从回肠末端重新吸收，然后通过门静脉返回肝脏，而其余未吸收的BAs受到肠道微生物群的一系列作用，在结肠中形成次级BAs(LCA和DCA)，它们要么被被动吸收，要么随粪便排出。共轭和非共轭BAs再循环到肝脏，通过NTCP和OATPs被肝细胞同化循环，非共轭BAs再结合牛磺酸或甘氨酸，然后通过胆管分泌到肠腔。整个过程称为肠肝循环。(b)对(a)的补充，描述了肠肝循环的细节。

  3.2 胆汁酸激活受体的信号调控

除消化和同化作用外，BAs还可以激活多种特异性胆汁酸激活的核和膜结合受体，使其成为信号分子。BAs通过激活一系列信号来调控胆汁酸的合成、运输和肠肝循环，维持BAs的稳态。胆汁酸受体(BARs)包括法尼醇X受体(FXR)、武田G蛋白偶联受体5(TGR5)、维生素D受体(VDR)、孕烷X受体(PXR)等，在多个器官中表达。两种主要的胆汁酸信号通路调节因子是核受体FXR和膜受体TGR5，旨在维持宿主体内稳态，这两种因子都对代谢紊乱的发展产生巨大影响。

3.3 胆汁酸和IBS-D 3.3.1 IBS-D中胆汁酸的变化

前文提到，一些IBS-D患者存在胆汁酸吸收不良。一些研究描述了IBS-D中BAs的概况。对粪便样本进行宏基因组研究和对尿液和粪便进行代谢组学分析后，发现IBS-D患者与HCs的BAs谱存在显著差异，总BAs和UDCA较高，硫化BAs和共轭BAs较低。与其他IBS亚型比较，也可以看到类似的结果，只是不如HCs明显。Peleman等人在一项横断面观察性研究中发现，与HCs相比，IBS-D患者的BAs总排泄和BAs合成增加或正常，其粪便初级BAs(尤其是CDCA)的比例更高。Dior等人指出，尽管三组患者的血清7α-C4和成纤维细胞生长因子19(FGF19)水平没有差异，但IBS-D患者的血清初级BAs(p=0.01)和粪便初级BAs(p=0.005)水平较高，与腹痛呈正相关(R=0.635，p<0.001；R=0.391，p=0.024)。在IBS-D患者粪便中也观察到较低的BAs解共轭活性。Shin等人报道称，与HCs相比，IBS-D患者粪便中初级BAs含量更高(p＜0.01)。根据最近的一份报告，显示与HCs相比，IBS-D患者粪便中CA和CDCA显著增加(均p＜0.01)，而LCA(p=0.002)和UDCA (p=0.01)降低。

根据目前的研究，我们提出了几种可能导致BAs排泄过量的新因素，具体如下：(1) FGF19对胆汁酸合成的无效反馈抑制，(2)绕过肠道BAs转运加速局部肠道转运，(3)TGR5的上调，(4)顶端钠依赖性胆汁酸转运体(ASBT)基因突变，(5) Klothoβ和FGF受体4(FGFR4)的遗传变异。

  3.3.2 胆汁酸引发IBS-D的机制

BAs长期以来被证明具有刺激高振幅收缩、促进体液分泌、增加肠道通透性等作用，这些都涉及IBS-D的发病机制。此前，在兔和人的研究中发现，粪便中BAs的排泄与结肠运动密切相关，因此，将BAs直接注入结肠也会刺激结肠运动。多种研究也证实了IBS-D中过量的粪便BAs(主要是CDCA和DCA)与结肠转运以及分泌(分别反映在排便频率和粪便稠度上)之间正相关。此外，还提出了BAs特征与疾病严重程度之间的潜在联系。Wei等人发现IBS-D患者的第一感觉阈值与CDCA呈负相关(p=0.028)。

除了IBS-D中BAs水平的增加及其在控制结肠运动和分泌方面的作用外，Li,W发现，0.25 mM浓度的CDCA和DCA均增强了内脏对结直肠扩张的运动反应，而在0.5-1 mM时则出现了更明显的促痛效应。而本研究中结肠MPO活性(组织粒细胞浸润的指标)未发生变化，说明CDCA和DCA并未引起明显的结肠炎症，而是引起IBS样的内脏高敏性。

CA和DCA都被证明能引起肠道中色氨酸羟化酶1(TPH1)表达的上调，TPH1是肠道中合成5-羟色胺的限速酶。最近发现，血清素和TPH1水平升高，5-羟色胺重摄取转运体(SERT)表达下降，同时高脂饮食(HFD喂养)刺激胆汁酸分泌增加，导致胃肠道转运速度加快。血清素，又称5-羟色胺(5-HT)，是肠神经系统(ENS)的关键神经递质，负责胃肠道运动、感觉和分泌。这些研究表明，胆汁酸可能参与调节血清素的合成，因此与IBS密切相关。

紧密连接(TJ)蛋白，包括claudin和occludin，是肠上皮的重要组成部分。BARs的表达可调控多种信号通路，从而导致紧密连接蛋白的降解，即肠道通透性增加。详细过程如图2所示。

粪便BAs排泄或合成增加的IBS-D患者通常表现为大便重量增加和结肠转运加快，而BAs状态正常的患者通常大便重量和结肠转运正常。即使没有明显的BAM，BAs也可能促进IBS-D患者粪便重量和结肠转运的加速。在健康对照组和IBS-C患者中，将BAs输送到结肠也可诱导结肠转运加速。

图2 肠道微生物群-胆汁酸轴导致IBS-D的可能机制概述。通常情况下，肠道微生物群与胆汁酸相互作用，维持肠道环境内稳态，对人体健康起着重要作用。一旦出现生态失调或胆汁酸紊乱，平衡就会被打破，导致肠道黏膜通透性增加、结肠转运加快、结肠分泌增加、内脏高敏性等一系列变化，从而导致IBS-D。

  4 IBS-D中胆汁酸-肠道微生物群轴

我们已经认识到肠道微生物群和BAs在IBS-D中的重要作用。肠道微生物与胆汁酸的相互作用是复杂和双向的。BAs似乎是调节微生物群落结构的关键因素，而微生物群落结构又成为BAs池大小和组成的重要调节因子。这种平衡之间的平衡至关重要，它可能决定健康还是疾病。

  4.1 肠道微生物群对胆汁酸的调节

胆汁酸代谢是宿主和肠道微生物共同作用的结果。微生物的贡献不可否认，据估计，人体99%的功能基因都是由微生物产生的。胆汁酸池的大小和组成与肠道微生物的存在和组成有着内在的联系。

  4.1.1 微生物对胆汁酸合成的调节

肠道细菌抑制肝脏中BAs合成的事实证明了胆汁酸库大小与肠道微生物群之间的关系。此外，与常规小鼠相比，无菌(GF)小鼠的总BAs池(~71%)也有所升高。Sayin等人发现肠道细菌对CYP7A1、CYP27A1和CYP7B1的表达有调节作用，但不包括CYP8B1。然而，最近发现肠道微生物群的消耗可导致CYP7B1的表达升高，同时GCA降低和TβMCA水平升高，但CYP7A1、CYP27A1和CYP8B1的表达没有显著波动。BACS的合成也受微生物调控，而BAAT则不受微生物调控。结合微生物群对ASBT的调节作用，肠道微生物群对BAs合成和吸收的调节作用应得到强调，这导致BAs池减小。

  4.1.2 胆汁酸代谢的微生物修饰

人体内初级胆汁酸转化为次级胆汁酸的过程是复杂的代谢过程，主要受肠道细菌的调节，包括解共轭、7α-脱羟基、氧化、异丙基化、脱硫、酯化等，其中解共轭和7α-脱羟基是主要反应。因此，有理由怀疑，能够转化胆汁酸的细菌的缺乏可能会导致胆汁酸代谢紊乱。

4.1.2.1 解共轭

在无细菌的情况下，胆汁酸库主要由初级共轭胆汁酸组成。细菌将胆汁酸与胆盐水解酶(BSH)活性解共轭，为进一步修饰做准备，这标志着微生物在胆汁酸中作用的重要一步。BSH是Ntn-水解酶超家族的蛋白质，作为微生物酶，其主要切断与胆盐类固醇核结合的牛磺酸和甘氨酸部分之间的酰胺键。宏基因组筛选显示功能性BSH代表了三个主要的细菌门：厚壁菌门(30%)、拟杆菌门(14.4%)和放线菌门(8.9%)。最近首次在人体微生物群117属的591株肠道细菌中发现了BSH。除了共生肠道微生物群外，也在病原体和自由生存的细菌中检测到BSHs。据报道，来自乳杆菌(Lactobacillus)、变形菌(Proteobacteria)或拟杆菌(Bacteroidetes)的BSH可以改变体内的BAs池，这对宿主的代谢状态有很大的贡献。IBS患者肠道微生物群BSH活性水平和非共轭胆汁酸水平均较低。尽管另一项研究将BSH活性的增加与结肠转运速度的加快联系在一起，但进一步证实了特定肠道微生物在IBS-D中加速结肠运动的作用。

  4.1.2.2 脱羟基、氧化和异丙基化

由于羟基的不可接近性，只有在解共轭后才会发生脱羟基。肠道微生物还能进行7α-脱羟基，这是人体胆汁酸最重要的定量生理转化，几乎将所有CA(C-3、C-7、C-12处羟基)和CDCA分别转化为DCA和LCA。这些复杂的过程包括具有胆汁酸诱导(bai)基因的细菌所完成的各种反应。令人惊讶的是，只有厚壁菌门被证实参与了7α-脱羟基，这是由bai基因编码的第88位活性。

细菌立体异构特异性羟基类固醇脱氢酶(HSDHs)，对胆汁酸的3-、7-和12-羟基进行可逆氧化，然后最终导致差向异构化。因此，CA可能产生27种不同的氧化和羟基代谢物。α-HSDHs和β-HSDHs都有助于羟基的异丙基化，从而降低BAs的毒性，保护细菌。多种细菌，如Bacteroides、Clostridium、Eubacterium、Bifidobacterium、Lactobacillus、Peptostreptococcus和Escherichia已被证实具有HSDH活性。梭菌(Clostridium)在7α-HSDH和7β-HSDH酶的催化下，通过异丙基化反应将CDCA转化为UDCA。

UDCA也可以由CA合成，需要经异丙基化和12α-HSDH氧化两步反应。Iso-BAs和allo-BAs，分别由3α/β-羟基和5-Hβ/α-差向异构化的进一步的关键异构化产生。无论是Eubacterium lentum、Clostridium perfringens、Eggerthella lenta，还是肠道共生Ruminococcus gnavus都具有产生Iso-BAs的能力。然而，我们对allo-BAs的了解仍然很少。迄今为止，Eggerthella、Clostridium、Bacteroides、Peptostreptococcus、Ruminococcus、Eubacterium和Escherichia已被证实参与C3、C7和C12羟基的异丙基化和氧化。

  4.1.2.3 酯化和脱硫

需要酯化和脱硫的胆汁酸酯或BAs皂化衍生物占人体粪便BAs总含量的10-30%。到目前为止，携带这些过程的肠道微生物群的作用还不清楚。少数与胆汁酸酯化有关的细菌属，如拟杆菌属(Bacteriodetes)、乳杆菌属(Lactobacillus)和真细菌(Eubacteria)；而梭菌属(Clostridium)、消化球菌(Peptococcus)、假单胞菌(Pseudomonas)和梭杆菌(Fusobacterium)则负责胆汁酸的脱硫。然而，这一反应的机理和酶都尚不清楚。胆汁酸的微生物脱硫可阻止胆汁酸在尿液和粪便中的排泄，导致某些疏水性BAs水平的积累，从而对肠道和肝脏产生潜在毒性。

  4.1.3 微生物群对胆汁酸信号传导的影响

微生物群干预肠道中的胆汁酸池和代谢，从而调节FXR和TGR5信号。

  4.1.3.1 FXR对胆汁酸的微生物调节作用

FXR信号通过胆汁酸的产生和代谢受到肠道微生物群的影响。胆汁酸是核受体FXR的激动剂，促进多种靶基因的表达，启动负反馈抑制，严格调控胆汁酸的合成。研究结果表明，肠道微生物群主要通过上调FXR的表达来抑制肝脏胆汁酸的合成，从而提高回肠远端小异质二聚体伴侣(SHP)和成纤维细胞生长因子15(FGF15)的水平。一些研究指出，肠道微生物群通过FXR信号通路改变了胆汁酸的组成，减少了胆汁酸池的大小。本研究将小鼠盲肠内容物和人类粪便移植到GF小鼠体内，分析回肠和肝脏的肠道微生物群、BAs组成及FXR靶基因的表达。该研究得出结论，人类和小鼠的微生物群都降低了总BAs水平。此外，长期定植后，人源化小鼠回肠中TbMCA水平降低，FXR靶基因FGF15和SHP表达增加。虽然人体微生物群产生次级BAs的能力低于小鼠微生物群，但这仍然表明人体微生物群可以改变小鼠的BAs组成并诱导FXR信号通路。在其他研究中也发现了类似的结果。

  4.1.3.2 微生物通过TGR5调节胆汁酸

TGR5是微生物与胆汁酸相互作用的另一个重要靶点。值得注意的是，微生物群产生的次级BAs及其共轭形式对TGR5具有最高亲和力。肠道细菌被认为通过调节胆汁酸的生物转化来调节TGR5信号。另一方面，HFD引起肝脏胆汁酸受体TGR5水平降低，可通过对肠道微生物群进行抗生素修饰来恢复。最近的研究报道称，肠道限制性FXR激动剂FEX调节肠道微生物群(Acetatifactor和Bacteroides)，导致LCA水平升高，进而激活TGR5/GLP-1信号，其揭示了肠道FXR-微生物群-TGR5-GLP-1轴在调节胆汁酸信号通路中的微妙作用。尽管肠道微生物与TGR5相互作用的证据有限，但目前肠道细菌已经接受了通过FXR和TGR5增强胆汁酸信号的作用。

4.2 胆汁酸对肠道微生物群的反向影响 4.2.1 胆汁酸对肠道微生物的直接影响

胆汁酸通过促进胆汁酸代谢菌的生长和抑制其他胆汁酸敏感菌的生长来改变肠道微生物。众所周知，胆汁酸通过多种途径发挥抗菌活性，包括膜损伤、DNA损伤、RNA二级结构干扰、诱导蛋白质错误折叠、引起氧化和pH胁迫，以及螯合细胞重要离子(如钙离子)，以细菌膜为主要靶点。事实上，DCA是最有效的抗菌胆汁之一，由于其在细菌膜上的疏水性和去污性，其抗菌活性是CA的10倍，严重抑制了肠道细菌的生长，如脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、双歧杆菌(Bifidobacteria)、产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)和Lactobacilli。

据报道，CA降低了有益菌Roseburia、Lactobacillus和瘤胃球菌(Ruminococcus)的数量。其他研究发现，CA喂养小鼠肠道微生物群多样性简单，厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)比例较高，Erysipelotrichi和Clostridia中一些微生物的生长增加，其中主要包括Allobaculum和Blautia。我们前期的研究表明，CA增加了Prevotella和脱硫弧菌(Desulfovibrio)等条件致病菌的数量，减少了瘤胃球菌、乳杆菌和Roseburia等有益菌的数量。我们还发现，在小鼠模型中，DCA的升高提高了条件致病菌如Ruminococcus、Escherichia-Shigella、脱硫弧菌和Dorea的丰度，而降低了有益菌Lactobacillus、乳球菌(Lactococcus)和Roseburia的丰度。因此，我们认为胆汁酸诱导的微生物群失调促进了肠道癌症的发生。DCA向isoDCA的转化有利于拟杆菌的生长。最近，在糖尿病小鼠中观察到BAs代谢的改变，有效地促进了糖尿病微生物群向具有高F/B比值的独特组成的转变。

此外，胆汁酸直接抗菌作用的证据可以从胆道梗阻小鼠模型中收集，胆汁酸阻塞胆汁进入肠道，导致小肠微生物群过度生长和易位，而使用胆汁酸可以改善这些影响。

  4.2.2 胆汁酸对肠道微生物的间接影响

除了对肠道微生物的直接抗菌作用，胆汁酸还通过胆汁酸信号和饮食发挥间接抗菌作用。FXR诱导的抗菌肽，以及FXR和TGR5(和VDR)触发的宿主免疫反应的调节，介导了胆汁酸对肠道微生物群的间接影响。关于饮食引起的肥胖的研究也揭示了BAs和肠道微生物群之间的微妙平衡，研究发现HFD引起的BAs和肠道微生物群的变化，特别是与Clostridium、Blautia、Coprococcus、Intestinimonas、Lactococcus、Roseburia和Ruminococcus增加相关的肝脏DCA水平升高。与HFD喂养的小鼠相似，膳食中单独添加BAs可诱导肥胖表型和肥胖相关的肠道微生物组成。Zheng, X还指出，HFD诱导的肠道微生物群改变可以通过抑制肝脏BAs合成来缓解。因此，抑制BAs和相关微生物群可改善肥胖表型。动物性饮食能够快速改变肠道微生物群，增加耐胆汁微生物(Alistipes、Bilophila、B. wadsworthia和Bacteroides)的丰度，并减少厚壁菌门的丰度。然而，通过改变胆汁酸成分，膳食中添加omega-3鱼油被认为可以抑制B. wadsworthia的生长。

  4.2.3 胆汁酸影响细菌的另一个层面

胆汁酸塑造肠道微生态系统的能力已被提到与艰难梭菌感染(CDI)有关。艰难梭菌的致病机制是由孢子在胃肠道上的生长引起的。次级BAs已被证实可直接抑制艰难梭菌孢子萌发和生长。CDI患者胆汁酸代谢异常(主要表现为初级胆汁酸增加，次级胆汁酸减少)，艰难梭菌孢子生长增加。相反，FMT后患者的胆汁酸池恢复，尤其是微生物衍生的次级胆汁酸，抑制孢子的生长，使复发性CDI患者的治愈率达到95%。应用7-去羟基化细菌，如C. scindens，可部分恢复小鼠对CDI的定殖抗性。

  4.3 IBS-D中肠道微生物与胆汁酸的相互作用

虽然IBS-D中肠道微生物群和胆汁酸紊乱的特征已被确立，但IBS-D中微生物群与BAs之间的联系却很少被关注。鉴于此，它们在IBS-D中的相互作用值得思考。表1总结了目前的研究结果。

基于硒牛磺胆酸(SeHCAT)检测IBS-D和IBS-M患者的BAM，结果表明伴有严重BAM的IBS患者在微生物组中存在显著差异(p=0.001)。此外，在某些研究报告中，IBS-D患者中分离的肠道微生物群解共轭活性降低。

既往的文献证实，与HCs相比，IBS-D患者的特征是leptum(p<0.0001)和Bifidobacterium(p=0.007)显著减少，它们在结肠内转化BAs，导致结肠解共轭减少和粪便中初级BAs增多。Dior等人研究了IBS患者肠道微生物群与BAs代谢的关系，以及BAs代谢与IBS患者症状之间的关系。他们发现IBS患者血清和粪便中不同的BAs谱可能归因于生态失调，这可能解释了IBS-C和IBS-D之间不同的粪便模式。该研究未发现大肠杆菌、拟杆菌或双歧杆菌与初级/次级BAs比值之间存在显著关联，这可能是由于单一菌群无法限制BAs代谢的改变。瘤胃球菌科除了在IBS-D患者中显著降低外，其还与次级BAs呈正相关，与初级BAs呈负相关(p＜0.01)。由此得出IBS-D患者BAs肠道代谢改变与腹泻和内脏高敏性有关，可能继发于生态失调，主要是瘤胃球菌科的减少。GA-mapTM Dysbiosis检测发现IBS患者中脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)增多，这被认为是BAs解共轭过程中必不可少的。考虑到肠道中CA升高导致γ变形菌增加，可以明确IBS-D患者γ变形菌增加的可能原因。

Zhao等人指出，在IBS-D队列中，微生物群失调(特别是富含Clostridia的微生物群)与BAs合成或排泄过量明显相关。通过进行与BAs相关的代谢组学和宏基因组学分析，他们发现25% IBS-D患者的BAs合成和排泄增加(分组为BA+IBS-D)，这与具有异常BAs转化活性的富含Clostridia的微生物群密切相关。此外，富含Clostridia的微生物群具有较低的解共轭活性以及C7异构化和氧化的趋势已阐明。最重要的是，在移植了来自BA+IBS-D患者的富含Clostridia的粪便微生物群或Clostridium物种定植的小鼠受体中，由于Clostridia衍生的BAs对肠道FXR反馈信号的抑制作用，出现了类似的变化，包括BAs排泄过多、C4增加和FGF19减少。

表1 IBS-D中肠道微生物群与BAs的相关性。

BAs：胆汁酸；BAD：胆汁酸腹泻；IBS-D：腹泻型肠易激综合征；HCs：健康对照组；BA+IBS-D：IBS-D患者粪便中总BA排泄量超标；BA－IBS-D：IBS-D患者粪便BA排泄正常；C4：7α-羟基-4-胆固醇烯-3-酮；FGF19：成纤维细胞生长因子19。

  5 IBS-D的微生物-胆汁酸轴靶向治疗

如上所述，部分IBS-D患者存在过度排泄BAs或BAM。事实上，在临床实践中，他们的诊断和治疗往往基于对BAs螯合剂的反应。BAs螯合剂通过与BAs螯合从肠道中清除BAs并促进其在粪便中的排泄，可导致BAs的肠肝循环减少，增加BAs合成和BAs排泄，从而改善粪便稠度并减少腹泻。因此，最近有几项研究证明了BAs螯合剂(如消胆胺、考来维仑和考来替泊)对IBS-D患者的疗效，尤其是那些有BAM的患者。考虑到消胆胺的依从性较差，考来维仑耐受性较好，胃肠道副作用少，给药方便。

目前，有几种靶向肠道微生物群的疗法被认为对IBS有效，如抗生素、益生菌、粪便微生物群移植(FMT)和饮食。这种影响在很大程度上还不清楚，还需要更多的证据。胆汁酸螯合剂可以通过直接靶向BAs来治疗IBS-D。靶向肠道微生物群的疗法能否通过间接靶向BAs来治疗IBS-D？

  5.1 抗生素

抗生素已被公认为是IBS的治疗方法之一。抗生素(阿莫西林)处理的仔猪Clostridium的丰度较小，而FGF19在回肠和血清中的含量增加。从次级胆汁酸(如去氧胆酸)到初级胆汁酸(如牛磺胆酸)的转变可以在抗生素处理的小鼠中看到。Zhao等人进一步将C. scindens菌株和万古霉素分别引入常规小鼠，发现在万古霉素治疗的小鼠中，肝脏和回肠腔中粪便总BAs、血清C4和共轭牛磺酸的BAs浓度显著降低，从而降低了Clostridium物种的丰度。值得注意的是，与C. scindens定殖相比，万古霉素处理显著延长了小鼠GI运输时间并降低了粪便水分含量。

  5.2 益生菌

Degirolamo等人发现，由8株革兰氏阳性菌组成的益生菌VSL#3降低了回肠胆汁酸的重吸收，下调了肠-肝FXR-FGF15轴，从而促进了回肠BAs解共轭、粪便BAs排泄和肝脏BAs的再合成。他们认为益生菌可以逆转生态失调和胆汁酸代谢异常。最近的一项研究证实了由VSL#3塑造的肠道微生物群，导致毛螺菌科(Lachnospiraceae)和丁酸产生菌(瘤胃球菌和粪杆菌)增加，拟杆菌科(Bacteroidaceae)、紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)和Helicobacteraceae减少。此外，VSL#3通过抑制BAs合成经典途径，同时激活回肠BAs替代途径和TGR5信号，使BAs稳态失衡正常化。口服BSH活性菌株Bifidobacterium lactis DN-173-010可加快健康女性的结肠转运时间，对IBS-C患者有利。

  5.3 粪便微生物群移植

FMT可用于控制宿主体内的微生物群和胆汁酸组成。我们早期提到CDI患者在FMT治疗后恢复，BAs代谢恢复，尤其是次级BAs。在一项涉及81名溃疡性结肠炎(UC)患者的双盲试验中，观察到FMT治疗后病情缓解与Eubacterium hallii、Roseburia inulivorans和次级胆汁酸(特别是DCA的产生)的增加有关。此外，FMT可降低HFD喂养大鼠DCA和CA的浓度。这表明FMT治疗通过降低HFD喂养大鼠的TPH1表达和肠道5-羟色胺浓度来缓解胃肠道转运，而SERT表达未受影响。虽然FMT治疗IBS的疗效存在争议，但多项研究表明FMT是一种有效的治疗IBS患者的方法，可以改善腹部症状、疲劳和生活质量。

  5.4 饮食

上面提到的HFD导致了肥胖以及BAs和肠道微生物群的变化。研究表明，极低热量饮食(VLCD)可诱导体重减轻，重塑粪便微生物群和粪便胆汁酸组成。VLCD组除保留核心微生物群外，还出现了几种细菌类群的变化，主要是Faecalibacterium prausnitzii和Roseburia的减少。与此同时，几种细菌类群的显著变化伴随着粪便总BAs浓度的显著下降以及解共轭和7-α-二羟基化的减少。

  5.5 细菌基因工程

随着微生物技术的快速发展，满足特定需求的益生菌的生产已成为现实。据报道，在一项I期试验中，表达成熟人白细胞介素-10而非胸苷酸合成酶的转基因Lactococcus lactis成功地改善了临床评分并治疗了克罗恩患者。虽然基因工程菌在IBS中的应用尚未见报道，但我们仍对这项技术的潜力持乐观态度，特别是考虑到肠道微生物-胆汁酸轴。我们之前提到，在IBS患者中，较高的脆弱拟杆菌在BAs解共轭过程中至关重要。据报道，产生多糖A(PSA-)的脆弱拟杆菌可预防2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的小鼠结肠炎。BAs可作为个性化微生物群操作的一种选择，这可能会成为未来IBS的治疗方法。

  6 未来前景

鉴于IBS-D中肠道微生物群与胆汁酸之间的相互作用，我们对IBS-D中肠道微生物群-胆汁酸轴在日常临床实践和研究中的未来发展方向进行了假设。

IBS的诊断主要基于症状，大多数患者的常规临床检查结果与正常人相似。同时，IBS目前尚无治愈方法，治疗主要是通过药物、非药物(运动和饮食)和综合疗法来实现。由于胆汁酸和微生物群的相互作用，胆汁酸和微生物群的检测可能是临床应用的一种选择。一旦在IBS患者中检测到异常的BAs谱或特定的微生物菌株变化，胆汁酸螯合剂或靶向肠道微生物群的疗法可能通过肠道微生物群-BAs轴来缓解甚至治愈IBS患者，如图3所示。这也可以应用于动物研究和临床研究，将大大填补肠易激综合征的空白。此外，肠道微生物群-BAs轴还可以为其他BAs或菌群失衡的疾病的临床实践和研究提供新的视角，并已得到广泛应用。

图3 通过肠道微生物群-BAs轴诊断和治疗肠易激综合征的未来前景。BAs：胆汁酸；CA：胆酸；CDCA：鹅去氧胆酸；DCA：去氧胆酸；LCA：石胆酸；TCA：牛磺胆酸；TCDCA：牛磺鹅去氧胆酸；GCA：甘氨胆酸；GCDCA：甘氨鹅脱氧胆酸；CYP7A1：胆固醇7α-羟化酶；CYP8B1：胆固醇12α-羟化酶；CYP27A1：甾醇-27-羟化酶；CYP7B1：氧固醇7α-羟化酶；ASBT：顶端钠依赖性胆汁酸转运体；BACS：胆汁酸辅酶A合成酶；BAAT：胆汁酸-氨基酸转移酶；BSEP：胆盐输出泵；FGF19：成纤维细胞生长因子19；FXR：法尼醇X受体；FMT：粪便菌群移植；IBABP：回肠胆汁酸结合蛋白；NTCP：钠-牛磺胆酸共转运多肽；OATPs：有机阴离子转运多肽；OSTα/β：有机溶质转运体α和β；SHP：小异质二聚体伴侣；CGRP，降钙素基因相关肽；CNS：中枢神经系统；ENS：肠神经系统；ERK：细胞外信号调节激酶；TGR5：武田G蛋白偶联受体5；JNK：c-Jun N-末端激酶；TJ：紧密连接；TRPV1：瞬时受体电位香草素1；5-HT：5-羟色胺；5-HT3R：5-羟色胺3受体；VH：内脏高敏性；VDR：维生素D受体。

结论与展望

虽然IBS-D的发病机制尚未明确，但近年来大量且越来越多的证据表明，肠道微生物群和BAs在IBS-D的发生发展中起着重要作用。在此，我们描述了肠道微生物群和BAs的基本特征，并重点介绍了它们在IBS-D中的变化。值得注意的是，虽然IBS-D中微生物群和BAs之间的相互作用及其影响被讨论，但微生物群与BAs之间的相互作用仍存在盲点，需要进一步探索。此外，我们对IBS-D的潜在治疗策略提出了深入的见解，但需要未来在临床研究中证实。除了IBS，胆汁酸-微生物群相互作用也在胃肠道炎症和癌变中发挥作用，如炎症性肠病(IBD)、短肠综合征(SBS)、CDI和结直肠癌，以及胃肠道以外的几种疾病，如非酒精性脂肪肝(NFLD)、原发性硬化性胆管炎(PSC)，心血管疾病、哮喘和肥胖。阐明肠道微生物群-胆汁酸轴在人体生理稳态和疾病中的调节作用，还需要在这一领域有更深入的认识。