Физиологические эффекты желчных кислот | Гриневич В.Б., Сас Е.И.

Статья посвящена физиологическим эффектам желчных кислот. Описаны эффекты воздействия на фарнезоидный X-рецептор, механизмы влияния желчных кислот на энтерогепатическую циркуляцию, функциональную активность гепатоцитов и на углеводный и липидный обмен.

    Введение

    Желчные кислоты (ЖК) представляют собой амфипатические молекулы со стероидным скелетом, которые синтезируются из холестерина исключительно в паренхиматозных клетках (гепатоцитах) печени [1]. 
Печень человека синтезирует около 200–600 мг ЖК в день и выделяет такое же количество в фекалиях. Чистый дневной оборот ЖК составляет около 5% от общего количества ЖК (около 3–6 г) [2]. Преобразование холестерина в ЖК включает 17 отдельных ферментов, расположенных в цитозоле, эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях и пероксисомах (рис. 1) [3]. Несмотря на детальное описание биохимического процесса синтеза ЖК, необходимость вовлечения в этот процесс значительного количества ферментов, расположенных на разных компартментах клетки, оставляет вопросы о возможности участия специфических переносчиков, регуляции этого процесса и физиологического значения такого усложнения процесса синтеза ЖК. Закономерно, что этот механизм ввиду своей сложности может быть поврежден при множестве патологических состояний. Эти ферменты катализируют модификации стероидного кольца и окислительного расщепления трех атомов углерода из боковой цепи холестерина с образованием ЖК C24. Существуют два основных пути биосинтеза ЖК [2]. В основном (нейтральном) пути синтеза ЖК (или в классическом пути) модификация стероидного кольца предшествует расщеплению боковой цепи, тогда как в расщеплении боковой цепи кислого (альтеративного) пути предшествуют модификации стероидных колец. Это осуществляют пять гидроксилаз, участвующих в синтезе ЖК, остальные ферменты полностью совпадают. Классический путь инициируется холестерином-7α-гидроксилазой (CYP7A1) – единственным ферментом, ограничивающим скорость (ключевой фермент) синтеза ЖК,  таким образом синтезируются две первичные ЖК:  холевая кислота (CA) и хенодезоксихолевая кислота (CDCA) в печени человека [3]. Для синтеза СА требуется микросомальная 12α-гидроксилаза стерола (CYP8B1), без 12α-гидроксилазы продукт представляет собой CDCA. «Кислый» путь (или альтернативный путь) инициируется стерол-27-гидроксилазой (CYP27A1) – ферментом цитохрома P450 митохондрий, который широко распространен в большинстве тканей и макрофагах [3]. «Кислый» путь может быть количественно важным в синтезе ЖК у пациентов с заболеваниями печени и у новорожденных. Однако до сих остается множество вопросов о значении альтернативного пути (или о значении, при каких состояниях: патологических или физиологических).

    У людей большинство ЖК являются аминоконъюгированными в карбоксильной группе (амидирование) с отношением глициновых к тауриновым конъ-югатам 3:1. Конъюгирование ЖК увеличивает ионизацию и растворимость при физиологическом рН, предотвращает Са²⁺ осаждение, минимизирует пассивную абсорбцию и устойчиво к расщеплению карбоксипептидазами поджелудочной железы [4]. Таким образом, нарушение процесса конъюгации будет немедленно отражаться на реологических свойствах желчи. В дистальном кишечнике конъюгированные СА и CDCA сначала деконъюгируются, а затем бактериальная 7α-дегидроксилаза превращает CA и CDCA в дезоксихолевую (DCA) и литохолевую кислоты (LCA) (соответственно DCA и LCA – вторичные (модифицированные) ЖК). Большинство LCA выводится с фекалиями, и небольшое количество LCA попадает в печень и быстро конъ-югируется путем сульфатации и выводится в желчь. Сульфатирование является основным путем детоксикации гидрофобных ЖК у людей [5]. 7α-гидроксильные группы в CDCA также могут быть эпимеризованы в 7β-положении с образованием урсодезоксихолевой кислоты (UDCA). Гидроксилирование в положении 6α/β или 7β увеличивает растворимость ЖК и снижает их токсичность, что определяет более выраженные гепатопротективные свойства UDCA.

    Энтерогепатическая циркуляция желчных кислот

    ЖК, синтезированные в печени, секретируются в желчь, реабсорбируются в кишечнике и транспортируются обратно в печень. Энтерогепатическая циркуляция ЖК очень эффективна у людей. Небольшое количество ЖК может возвращаться в системную циркуляцию, реабсорбируясь при прохождении через почечные канальцы в почках и затем попадая обратно в печень через системную циркуляцию. Некоторые ЖК, выделяемые в желчном протоке, повторно абсорбируются в холангиоцитах (эпителиальные клетки желчных протоков) и возвращаются обратно в гепатоциты (холангиогепатический шунт) [6]. Значение этого процесса тоже составляет предмет отдельной группы наблюдений. В гепатоциты попадают первичные и вторичные (после реабсорбции в кишечнике) ЖК, которые оказывают регуляторные воздействия на основные метаболические пути (в т. ч. и на синтез ЖК, синтез холестерина и т. д.), однако до сих пор не установлено их соотношение. Естественно, развитие внутрипеченочного холестаза сопровождается нарушением функционирования холангиогепатического шунта, ростом доли первичных ЖК в гепатоците и стимулирующим воздействием на процесс апоптоза.
    В дальнейшем ЖК депонируются в желчном пузыре. После каждого приема пищи холецистокинин, секретируемый I-клетками кишечника, стимулирует сокращение желчного пузыря и попадание ЖК в кишечный тракт. Многоступенчатая ферментативная конверсия холестерина в ЖК придает им мощные детергентные свойства, которые имеют решающее значение для их физиологических функций при образовании желчи в печени и абсорбции диетических липидов и жирорастворимых витаминов из тонкой кишки.
    При прохождении через кишечный тракт небольшое количество неконъюгированных ЖК повторно абсорбируется в верхнем отделе кишечника пассивной диффузией. Большинство ЖК (95%) реабсорбируются через пограничную мембрану концевого отдела подвздошной кишки методом трансдиффузии через энтероцит к базолатеральной мембране и секретируются в портальный кровоток, а в синусоидах печени переносятся в гепатоциты. DCA реабсорбируется в толстой кишке и рециркулируется с CA и CDCA в печень (рис. 2). 

    Эффективная реабсорбция ЖК в концевой подвздошной кишке приводит к накоплению определенной массы ЖК в организме, называемой пулом ЖК, который совершает постоянный кругооборот между кишечником и печенью –  энтерогепатическую циркуляцию. Наличие этого циркулирующего пула обеспечивает наличие адекватных концентраций ЖК в просвете кишечника для пищеварения, хотя до сих пор нет точного ответа на вопрос, какова продолжительность жизни отдельной ЖК. Закономерно, что многие заболевания печени и билиарной системы будут отражаться на этом показателе, однако интерес представляет изучение максимальной и минимальной «длительности жизни» ЖК. Пул ЖК ~3 г, состоит из ~40% СА, 40% CDCA, 20% DCA и следового количества LCA [7]. 
    Фекальная потеря ЖК компенсируется биосинтезом de novo ЖК в печени для поддержания размера пула и представляет собой один из путей метаболизма холестерина у людей и большинства других млекопитающих. Относительно неизведанная область – функциональная гетерогенность печеночного метаболизма ЖК. Очевидно, что не все гепатоциты вносят одинаковый вклад в различные аспекты метаболизма ЖК. Учитывая распределение ключевых синтетических ферментов в гепатоцитах, а также их концентрацию и функциональную активность, можно сделать вывод, что клетки, окружающие центральную печеночную вену, отвечают в большей степени за синтез первичных ЖК. Напротив, ЖК, которые возвращаются из кишечника в печень во время их энтерогепатической циркуляции, улавливаются и транспортируются в основном перицентральными гепатоцитами, которые окружают портальные триады, где портальная кровь поступает в ацинус печени [8]. Физиологическая значимость этой метаболической зональности, если таковая имеется, пока не установлена.
    Физические характеристики ЖК как мощных детергентов, которые позволяют им образовывать мицеллы, также предопределяют определенный риск для клеток – возможность повреждения клеточных мембран, в значительной степени состоящих из липидов. Таким образом, в высоких концентрациях ЖК, находясь внутри гепатоцита,  могут оказывать цитотоксическое действие. В частности, гепатоциты и холангиоциты находятся под угрозой в условиях нарушенного образования желчи или застоя желчи в протоковой системе (внутрипеченочный холестаз), следствием чего является повышение внутриклеточной концентрации ЖК. Очевидно, что требуется контроль за поддержанием физиологического уровня энтерогепатической циркуляции, а также скоростью синтеза ЖК в гепатоцитах. 
    В 1999 г. была начата новая эра исследований ЖК – они были идентифицированы как естественные лиганды фарнезоидного X-рецептора / ядерного рецептора ЖК (FXR/BAR или NR1H4). Многие недавние исследования предоставили убедительные доказательства того, что активирование ЖК FXR играет важную роль в поддержании метаболического гомеостаза [9–11]. По-видимому, активированный ЖК мембранный G-белковый рецепторный комплекс (GPCR) и TGR5 (также известный как Gpbar-1, G-белковый рецептор ЖК) играют роль в стимулировании энергетического метаболизма, защите клеток печени и кишечника от воспаления и стеатоза, повышении чувствительности к инсулину [12]. Другой недавно идентифицированный GPCR – сфингозин-1-фосфатный рецептор 2 (S1P2) также может играть значительную роль в регуляции метаболизма липидов [13].

    Регулирование синтеза желчных кислот через обратную связь 

    Исследования метаболизма ЖК показали, что как сами ЖК, так и холестерин, гормоны щитовидной железы, глюкокортикоиды, инсулин, циркадные ритмы влияют на активность CYP7A1 и скорость синтеза ЖК [2, 14]. Прерывание энтерогепатической циркуляции ЖК с помощью связывающих ЖК смол, таких как холестирамин, обладают выраженным стимулирующим воздействием на ферментативную активность CYP7A1 и синтез ЖК. Предполагается, что синтез ЖК регулируется механизмом отрицательной обратной связи, а ЖК, возвращающиеся в печень посредством энтерогепатической циркуляции, могут прямо или косвенно ингибировать синтез первичных ЖК путем подавления активности CYP7A1. В последующем было доказано, что ЖК ингибируют (тогда как холестерин стимулирует синтез мРНК CYP7A1) активность фермента и, соответственно, синтез ЖК. Был сделан вывод о том, что активность CYP7A1 в основном регулируется транскрипционным механизмом.
    Было отмечено, что множественные транскрипты CYP7A1 существуют в гепатоцитах, а их регуляторные (3′-нетранслируемые) области (3′-UTR) мРНК CYP7A1 необычайно длинны [15]. По оценкам, период полувыведения мРНК CYP7A1 очень короткий – около 30 мин [16]. Было высказано предположение, которое получило свое подтверждение, что ЖК могут снижать стабильность мРНК CYP7A1 (и за счет этого снизить скорость выведения) через воздействие ЖК на регуляторные участки, расположенные в 3′-UTR [15]. Однако данное предположение о посттранскрипционной регуляции CYP7A1 требует своего более тщательного изучения. 

    Влияние питания и голодания на синтез желчных кислот

    Поскольку метаболизм печени очень активен в течение постпрандиального периода, существует физиологическая связь между индукцией синтеза ЖК и регуляцией метаболизма питательных веществ после приема пищи. Питательные вещества могут играть ключевую роль в регулировании синтеза ЖК, что, в свою очередь, регулирует ассимиляцию питательных веществ и метаболический гомеостаз.
    CYP7a1 является высокоспецифичной гидроксилазой, которая использует только холестерин в качестве субстрата и образует гидроксильную группу в положении 7α. Этот фермент расположен в эндоплазматическом ретикулуме с низким уровнем холестерина. Таким образом, доступность холестерина в качестве субстрата (эффект Km – регуляции концентрацией) регулирует специфическую активность CYP7A1 [17]. Было высказано предположение, что новый синтезированный холестерин является предпочтительным субстратом для синтеза первичных ЖК.  Таким образом, существует прямая связь синтеза de novo холестерина с биосинтезом ЖК в гепатоцитах. Стимуляция синтеза ЖК снижает уровни холестерина/оксистерола в печени и приводит к стимуляции синтеза de novo холестерина для получения субстрата для CYP7A1 [18].
    Когда уровни внутриклеточного холестерина уменьшаются, происходит индукция его синтеза через стерол-регуляторный элемент-связывающий белок 2 (SREBP-2) и инсулин-индуцируемые гены-1 и -2  (Insig-1 и -2) в эндоплазматической ретикулярной мембране, а также инициирующего влияния SREBP-активатора на две оксистерол-чувствительные протеазы S1P и S2P в ядре, воздействующие на промоцию генов, кодирующих все ферменты синтеза холестерина (в т. ч. и ключевого фермента – HMG-CoA-редуктаза) и рецептора LDL [17, 19]. Когда уровни внутриклеточного холестерина остаются высокими, SREBP-2 сохраняется в связанном состоянии в эндоплазматическом ретикулуме, а синтез холестерина ингибируется.
    У пациентов с диабетом после воздействия стрептозоцином активность CYP7A1 повышается, указывая на то, что инсулин подавляет CYP7A1, а отсутствие инсулина индуцирует CYP7A1 [20]. Сообщалось, что глюкагон/цАМФ и голодание индуцируют экспрессию CYP7A1, которая параллельна индукции рецептора активации пролиферации пероксисом 1α (PGC-1α) и фосфоенолпируваткарбоксикиназы (PEPCK) – одного из ключевых ферментов  глюконеогенеза [21], что указывает на то, что экспрессия CYP7A1 и синтез ЖК используются во время голодания в качестве сигнала прямого воздействия на абсорбцию питательных веществ в кишечнике. С другой стороны, у пациентов с исходно высоким уровнем в сыворотке 7α-гидрокси-4-холестен-3-она (C4), отражающим высокую скорость синтеза ЖК, голодание способствовало снижению активности CYP7A1, в то время как прием пищи – повышению его активности. Закономерно, что активность CYP7A1, а соответственно, и синтеза ЖК является интегрирующим показателем, отражающим сумму, выраженность, а также длительность воздействия всех регуляторных влияний. Так, при длительном голодании активность CYP7A1 постепенно падала [22]. Исследования in vivo также показывают, что глюкоза и инсулин быстро индуцируют экспрессию гена CYP7A1 и синтез ЖК, приводя к увеличению пула ЖК [23]. Однако инсулин оказывает двойственное воздействие: стимулируя CYP7A1 в физиологических концентрациях, но ингибируя при высоких концентрациях, обнаруженных при развитии толерантности к инсулину [24]. 
    Таким образом, мы имеем весьма сложный механизм взаимопотенцирующего либо взаимоантагонистического влияния процесса переваривания и всасывания пищи, а также голодания на активность синтеза ЖК. Перечисленные выше механизмы указывают на тот факт, что и состав пищи, и общий гормональный фон будут в разной степени (а иногда и противоположно) оказывать влияние на скорость синтеза ЖК.
    Известно и обратное влияние ЖК на модуляцию углеводного и липидного обмена. Так, конъюгированные ЖК активируют как адренокортикотропный гормон (АКТ), так и путь MAPK/ERK 1/2. Таурохолевая кислота активирует тирозинфосфорилирование рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR) [25]. AKT фосфорилирует FoxO1 и ингибирует PEPCK и глюкозо-6-фосфатазу (G-6-Pase) в глюконеогенезе. Также AKT фосфорилирует и ингибирует активность гликогенсинтазы киназы 3β (GSK3β), что сопровождается активацией синтеза гликогена в первичных гепатоцитах крысы [26]. Это означает, что ЖК могут имитировать действие инсулина при регулировании метаболизма глюкозы, стимулируя синтез гликогена и ингибируя глюконеогенез. Известно, что гидрофобные ЖК индуцируют апоптоз в гепатоцитах, а гидрофильные ЖК увеличивают внутриклеточный цАМФ и активируют пути MAPK и PI3K для защиты гепатоцитов от апоптоза [27].
    Также установлена прямая положительная корреляция между уровнем ЖК в сыворотке и индукцией синтеза глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1) [28]. Так, у пациентов с ожирением и нарушением толерантности к глюкозе после желудочного шунтирования синтез ЖК увеличивается за счет снижения отрицательной обратной реакции на ЖК, что приводит к увеличению синтеза ЖК и повышению толерантности к глюкозе. Это согласуется с недавним исследованием, согласно которому снижение циркулирующих ЖК ухудшало контроль над глюкозой у пациентов с ожирением и сахарным диабетом 2-го типа, в то время как увеличение объема пула ЖК улучшало гомеостаз глюкозы [29]. Следует уточнить, что уменьшение пула ЖК является не одной из причин диабета, а следствием дисрегуляции метаболизма ЖК и измененного метаболического гомео-стаза. Уровни ЖК в сыворотке могут стать биомаркерами для диагностики заболеваний печени, диабета и ожирения.

    Воздействие желчных кислот на ядерные рецепторы

    ЖК непосредственно активируют три ядерных рецептора: FXR [30], рецептор прегнана X (PXR) [31] и рецептор витамина D (VDR) [32]. FXR активируется свободными и конъюгированными ЖК; гидрофобная ЖК CDCA является наиболее эффективным лигандом ЖК FXR (EC 50 = ~ 10 мкмоль/л), затем LCA, DCA и CA, тогда как гидрофильные ЖК UDCA и MCA практически не активируют FXR. LCA и его метаболит 3-кето-LCA являются наиболее эффективными лигандами ЖК как для VDR, так и для PXR (EC 50= ~ 100 нмоль/л). PXR высоко экспрессируется в печени и кишечнике и играет более важную роль в детоксикации ЖК, лекарств и токсичных соединений, активируя ферменты P450, метаболизирующие фазу I, ферменты конъюгации II фазы и транспортеры соединений  III фазы [33]. 
    В терминальной подвздошной области конъюгированные ЖК реабсорбируются апикальным натрийзависимым транспортером ЖК (ASBT), расположенным на апикальной мембране энтероцитов. Внутри энтероцитов ЖК связываются с белком, связывающим ЖК, который индуцируется FXR [34]. ЖК выводятся в портальную циркуляцию димером органического растворимого транспортера α и β (OSTα/β), расположенным в базолатеральной мембране энтероцитов [35]. OSTα/β, по-видимому, является основным транспортером поступления ЖК из кишечника. OSTα/β также действует как вторичный транспортер поступления ЖК в синусоидальной мембране. FXR индуцирует транскрипцию OSTα/β-гена. ЖК поступают через портальную кровь в гепатоциты, где синусоидальный Na+ зависимый таурохолат котранспортер пептид (NTCP) захватывает ЖК в гепатоцитах. FXR ингибирует транскрипцию гена NTCP [36]. Таким образом, FXR играет решающую роль в энтерогепатической циркуляции ЖК путем регулирования синтеза ЖК, секреции ЖК, реабсорбции и секреции ЖК в кишечнике и поступлении ЖК в гепатоциты. Дефектная регуляция этих генов-мишеней FXR ухудшает энтерогепатическую циркуляцию ЖК и способствует холестатическим заболеваниям печени [37]. FXR, PXR и конститутивный андростан-рецептор (CAR) могут играть дополнительную роль в детоксикации ЖК и защите от холестаза [38].

    Заключение

    Открытие ядерных и мембранных рецепторов ЖК позволило сделать шаг вперед в изучении механизмов регуляции синтеза, секреции и реабсорбции ЖК, их влияния на основные метаболические пути. С другой стороны, это уточняет основные патогенетические механизмы возникновения холестатических заболеваний печени, а также особенности регуляции энтерогепатической циркуляции ЖК при сахарном диабете, ожирении, голодании. Дальнейшее изучение физиологических эффектов ЖК, равно как и их влияния на обмен холестерина, триглицеридов, глюкозы, позволит адаптировать подходы к терапии согласно ведущим патогенетическим механизмам. 

Поделитесь статьей в социальных сетях