法尼醇X受体天然激动剂的研究进展

明文华，栾志琳，张晓燕，管又飞

(大连医科大学 医学科学研究院，辽宁 大连 116044)

法尼醇X受体(Farnesoid X receptor，FXR)是核受体超家族的一员，具有典型的核受体结构，即包括氨基端配体非依赖的转录活化域、DNA 结合域、铰链区、配体结合域和羧基端配体依赖的转录活化域等5部分[1]。FXR在肝脏、小肠、肾脏和肾上腺高表达，在心脏、肺、卵巢、胸腺、脾脏和睾丸低表达[2]。近年研究发现，FXR在维持胆汁酸和胆固醇的动态平衡中发挥重要作用，并调控外周组织胰岛素敏感性、血糖稳态，改善高甘油三酯血症和脂肪肝等。在肝脏中，FXR通过3条途径参与胆汁酸代谢：一是抑制胆汁酸合成限速酶胆汁酸7α-羟化酶(CYP7A1)的表达而减少胆汁酸的合成；二是促进肝细胞顶端面的胆汁酸外排转运体BSEP、MRP2、hMDR3/mMDR2的表达来增加胆汁酸的外排；三是下调胆汁酸摄取转运体NTCP在肝细胞基底侧膜的表达来减少胆汁酸进入肝细胞[1]。此外，FXR参与糖脂代谢的调控，例如它可以通过抑制肝糖原异生、增加肝糖原储存、增加胰岛素的分泌和敏感性等机制维持血糖稳态，通过调节胆固醇合成、减少肝脏脂质生成等机制调节脂质代谢[3]。

由于FXR 与代谢调节密切相关，其激动剂成为代谢性疾病治疗的药物研发热点。前期研究已证实FXR人工合成激动剂能够有效治疗原发性胆汁性肝硬化和脂肪肝，如GW4064和半合成激动剂奥贝胆酸(OCA，又名6-ECDCA或INT-747)[4]。2014年进行的一项Ⅱ期临床试验发现OCA能改善非酒精性脂肪肝和2型糖尿病的病变[5]。 2016年5月OCA被美国食品药品监督管理局(FDA)正式批准用于临床治疗对熊去氧胆酸(UDCA)无反应或不耐受的原发性胆汁性胆管炎(PBC)，但其副作用，如严重的瘙痒症状却限制了它在临床上的应用[6]。此外，FXR激动剂也有可能成为治疗高脂血症的新型药物。FXR基因敲除小鼠的血浆和肝脏中甘油三酯含量较野生型小鼠均显著增加。WAY-362450K又名XL335，作为人工合成的强效FXR激动剂，是一种阿西平吲哚类药物，能显著降低高脂喂养小鼠的血清甘油三酯和总胆固醇水平[7]。近年来研究发现，FXR在肾脏损伤中也发挥了保护作用。OCA能显著减轻小鼠肾脏缺血再灌注损伤所导致的肾脏结构破坏和功能丢失[8]。 Zhao等[9]发现FXR内源性激动剂鹅脱氧胆酸(CDCA)可以通过抑制Smad3的表达减轻小鼠单侧输尿管结扎(UUO)模型引起的肾脏纤维化。

FXR激动剂按照来源分为天然激动剂和人工合成激动剂。天然激动剂又可分为动物源性激动剂、植物源性激动剂和微生物源性激动剂3大类。动物源性激动剂指动物体内产生的具有激活FXR功能的物质，包括CDCA、胆酸(CA)、脱氧胆酸(DCA)、石胆酸(LCA)和UDCA等内源性胆汁酸，以及雄甾酮；植物源性激动剂包括植物和植物提取物，如泽泻提取物、咖啡醇、香豆雌酚、葡萄内脂和薯蓣皂苷；微生物源性激动剂，如细格菌素(altenusin)。人工合成激动剂主要包括GW4064、WAY-362450、OCA和PX-102等。越来越多的数据显示，目前投入临床使用的一些激动剂会带来不同程度的副作用，例如原发性胆汁性胆管炎患者在使用OCA时，其瘙痒症状会随着OCA剂量的增加而加重，许多患者因为不耐受瘙痒从而被迫中断治疗[10]。GW4064制备困难且生物利用率低。因此寻找具有组织特异性且副作用小的激动剂显得极其重要和迫切。许多植物及植物提取物具有高效低毒的优点，它们可以靶向激活FXR、调节其下游相关的信号通路，是FXR天然激动剂的丰富来源。本文对目前发现的FXR天然激动剂进行归纳和总结。

1 动物源性激动剂

1.1 胆汁酸

胆汁酸(BA)是胆汁的重要成分，由肝脏合成，储存在胆囊中，进食时释放到肠道，参与食物消化，促进脂质和脂溶性维生素的吸收。近些年的研究表明，胆汁酸是FXR的天然激动剂，同时它的合成与转运又受FXR的调控。胆汁酸可以随着血液循环作为激素样的物质在全身组织中通过激活其核受体FXR和膜受体TGR5广泛参与糖脂代谢等调控。

在肝脏中，胆汁酸以胆固醇为原料在胆汁酸合成限速酶催化下形成CA和CDCA。根据胆汁酸合成限速酶的不同，初级胆汁酸的合成通路可以分为经典途径和替代途径。经典途径合成的胆汁酸约占总胆汁酸的90%以上，其合成的限速酶是CYP7A1；替代途径合成的胆汁酸约占总胆汁酸10%以下，其合成的限速酶是甾醇27α-羟化酶(CYP27A1)。有研究发现在小鼠饲料中添加0.2%的CA可以促进肝再生[11]。Kast等[12]发现在因高脂饮食导致的动脉粥样硬化小鼠饲料中添加CA能降低小鼠血浆甘油三酯水平。2015年有研究报道FXR的强效激动剂CDCA能够抑制自发性高血压大鼠(SHR)血管收缩，增加血管舒张程度，从而降低了收缩压[13]，提示FXR激动剂有治疗高血压的潜在作用。

UDCA是初级胆汁酸CDCA的一种异构体，在中国黑熊胆汁中首次发现。原发性胆汁性胆管炎(PBC)是一种罕见的疾病(发病率不到0.5%)，患者主要为女性，如果不进行治疗，该病一般会在10～20年的时间内发展为肝硬化和肝功能衰竭[14]。在20世纪80年代，肝移植是PBC患者唯一的治疗手段。UDCA的发现是PBC治疗研究的里程碑，1997年，UDCA被FDA批准用于治疗胆汁淤积性肝病(如PBC)，现如今仍作为临床一线药物治疗PBC[15]。UDCA是有效且安全的FXR选择性内源性激动剂[16]。2013年有研究发现UDCA有较好的利胆护肝作用，能改善婴儿胆汁淤积性肝炎的肝功能[17]。然而2017年Zhang等[18]在人原代肝细胞和人结肠癌细胞(Caco-2)中发现UDCA不能激活FXR，对FXR下游靶基因SHP、OSTα、OSTβ以及成纤维细胞生长因子19(FGF-19)的表达几乎没有影响。一项体内研究也报道过UDCA在非酒精性脂肪肝患者中通过诱导肝细胞CYP7A1、升高循环中的7α-羟基-4-胆甾醇-3-1(C4)和降低FGF-19的水平，发挥拮抗FXR的作用[19]。综上所述，UDCA是否为FXR激动剂还需更多证据。

结合型胆汁酸中的牛磺鹅去氧胆酸(TCDCA)，是一种CDCA和牛磺酸(TCA)相结合而形成的初级结合型胆汁酸，是动物胆汁酸中的有效成分，主要存在于鸡、鸭、鹅、牛、绵羊、蛇等动物胆汁中，其中以鸡胆汁中含量最多[20]。TCDCA具有来源广泛和毒副作用小等特点，口服后在体内滞留时间长，更有利于它在机体内发挥作用，因此具有良好的应用前景。1997年Uchlida等[21]研究发现，给与大鼠口服UDCA能显著加重由吲哚美辛诱导的小肠炎症反应，而口服TCDCA则有减轻肠道炎症的作用；Arndt 等[22]发现，口服TCDCA可减轻由吲哚美辛诱发的短期(48 h)和长期(10 d)小肠炎症过程中的白细胞黏附和迁移反应。2013年有研究发现TCDCA在博来霉素制备的小鼠肺纤维化模型中具有明显的保护作用，能显著改善小鼠的肺纤维化程度。2018年李欣等[23]给予大鼠不同剂量的TCDCA喂养，发现低剂量TCDCA 显著增加FXR的活性，上调FXR mRNA以及蛋白的表达，高剂量对FXR表达的上调作用和对照组相比无统计学差异。

初级胆汁酸在小肠细菌作用下进行7α脱羟基变成次级胆汁酸如DCA和LCA。近年来，DCA和LCA已经被证实是FXR的弱激动剂。2016年张捷等[24]在Caco-2上发现给予DCA刺激后能通过激活FXR而上调Cdx2的表达，从而抑制结肠癌细胞增殖。

1.2 雄甾酮

雄甾酮(androsterone)由人、大鼠和小鼠等哺乳动物的肝脏和睾丸产生，是一种高效的雄性激素，能增强肌肉的血管密集度和肌肉强度。2006年Wang等[25]发现雄甾酮是FXR的天然配体，能与纯化的人FXR蛋白的配体结合域直接结合。2009年Chao等[26]用FXR激动剂雄甾酮处理人血管内皮细胞系，发现FXR的靶基因SHP表达升高。由此推测雄甾酮可能是FXR天然激动剂。

2 植物源性激动剂

2.1 泽 泻

东方泽泻是一类常年生植物，在中国各地均有分布。泽泻块根是一味中药，被用来治疗水肿、肥胖、腹泻、糖尿病和高脂血症等。程龙艳等[27]研究发现丹蛭降糖胶囊(含泽泻)可改善2型糖尿病患者的气阴两虚血瘀证；李建会等[28]研究发现二黄降糖汤(含泽泻)是治疗2型糖尿病患者气阴两虚证合并血脂代谢紊乱的有效方剂。由此可见泽泻在治疗糖脂代谢紊乱相关的代谢性疾病中具有良好效果。三萜类化合物如alisol A 23-acetate和alisol B 23-acetate是泽泻的主要活性成分，具有降血脂和免疫调节等作用。Huo等[29]的研究显示在α-萘异硫氰酸酯(ANIT)诱导的大鼠肝损伤模型中，泽泻提取物中的三萜化合物能通过激活FXR，调节参与胆汁酸合成、代谢和转运的相关蛋白的表达，从而减轻胆汁酸在肝脏淤积所致的肝损伤。此外，2015年的一项研究发现三萜类化合物中的alisol B 23-acetate能改善四氯化碳诱导的肝损伤，具体机制为通过激活FXR，上调靶基因BSEP、MRP2的表达，抑制NTCP、CYA7A1和CYP8B1的表达，从而增加肝脏胆汁酸的外排、抑制胆汁酸的摄取和合成，最终减轻肝脏胆汁淤积[30]。Meng等[31]发现在高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝模型中，alisol B 23-acetate通过激活FXR减少小鼠肝内甘油三酯蓄积、炎性细胞浸润和肝脏纤维化从而缓解肝损伤，在联合使用FXR拮抗剂guggulsterone后，alisol B 23-acetate的肝保护作用消失。Lin[32]在HEPG2细胞上利用哺乳动物单杂交实验和荧光素酶报告基因实验发现alisol M 23-acetate和alisol A 23-acetate可以激活FXR，且激活效果优于CDCA，同时促进大鼠肝脏FXR靶基因SHP、磷脂转运蛋白(PLTP)等的转录。由此推测泽泻中的三萜类化合物alisol B 23-acetate、alisol M 23-acetate和alisol A 23-acetate可能是FXR的天然激动剂，alisol B 23-acetate则有望成为临床治疗脂肪肝的新型药物。

2.2 咖啡醇

咖啡醇(cafestol)是一种抗氧化二萜，存在于未经过滤的咖啡中，具有潜在的抗癌、抗肿瘤和抗炎活性，能显著升高人血清总胆固醇水平[33]。据报道，咖啡醇可上调凋亡级联反应，同时抑制肿瘤发生[34]。APOE3*Leiden转基因小鼠是高脂血症和动脉粥样硬化的疾病模型[35]，2000年Post等[36]研究发现在APOE3*Leiden转基因小鼠和野生小鼠中，咖啡醇能下调胆汁酸合成的关键酶CYP27A1和CYP7A1的表达，从而抑制胆汁酸合成，最终增加小鼠血清胆固醇(主要是极低密度脂蛋白胆固醇和中密度脂蛋白胆固醇)水平，同等剂量的咖啡醇在APOE3*Leiden转基因小鼠中增加血清胆固醇比野生小鼠明显，且上升幅度与人摄入同等剂量咖啡醇后血清胆固醇增加幅度基本一致[37]。由此提示咖啡醇增加人体血清胆固醇可能与抑制胆汁酸合成通路有着极大关联，而FXR作为胆汁酸合成通路的关键核受体，可能也受咖啡醇调控。Ricketts ML等[38]为了深入研究咖啡醇升高血脂的机制，给予APOE3*Leiden转基因小鼠咖啡醇饲料喂养，肝脏基因芯片结果显示咖啡醇调控FXR下游基因磷脂转运蛋白、CYP7A1和甾醇27α-羟基化酶(CYP8B1)的表达。HEPG2上的反式激活实验、哺乳动物双杂交实验和荧光素酶报告基因实验则进一步证实cafestol能增加FXR转录活性。综上所述，咖啡醇可能是FXR天然激动剂，它能否和FXR其他激动剂一样用于临床疾病治疗仍需进一步研究。

2.3 香豆雌酚

植物雌激素是指植物中含有的非甾体化合物，是一类具有类似动物雌激素生物活性的物质，与动物体内雌激素受体结合后发挥弱的雌激素效应。香豆雌酚(coumestrol)是一种存在于豆芽和紫花苜蓿中的植物雌激素。Kanayama等[39]基于核受体与辅助性因子之间的配体依赖相互作用开发了一种新型的快速配体体外筛选系统，简称为CoA-BAP系统，并用已知的7种核受体，如ERα/ERβ、TRα、RARα/γ、RXRα和VDR等，证实了此方法是有效的。Takahashi等[40]利用CoA-BAP系统发现香豆雌酚能够结合并激活FXR，之后他们在体外共激活物相互作用实验、哺乳动物双杂交实验和荧光素酶报告基因实验中证明香豆雌酚同FXR激动剂CDCA和GW4064一样呈剂量依赖性的激活FXR。同时发现在HEPG2细胞中，香豆雌酚和CDCA一样能上调FXR靶基因SHP和磷脂转运蛋白的表达。以上证据表明香豆雌酚可能是FXR的天然激动剂。

2.4 葡萄内酯(Auraptene, AUR)

AUR是一种从枳壳药材中提取分离得到的无色针状结晶化合物。枳壳主要分布在我国长江流域及南方各省区，自然资源极其丰富，可用于治疗胸膈痞满、胁肋胀痛、痰饮内停、滞阻咳嗽、食积不化、脘腹胀满、泻痢后重、肠风痔疮、胃下垂、脱肛和子宫脱垂等证。作为枳壳的活性成分之一，AUR具有抗氧化[41]、抗炎[42]、保护神经细胞[43]和抑制肿瘤[44]等多种生物活性。2017年Gao XG等[45]使用一种新的计算策略与二维虚拟技术，通过分子对接发现AUR是FXR的天然配体，与FXR具有极高的亲和力。体内实验在C57野生型小鼠中发现AUR通过激活FXR增加靶基因BSEP和MRP2的表达以及抑制下游基因NTCP、CYP7A1和CYP8B1的表达来促进胆汁酸外排、抑制胆汁酸摄取和合成，从而减轻LCA诱导的胆汁淤积引起的肝损伤。体外实验在HEPG2细胞上利用荧光素酶报告基因技术证实AUR能增加FXR的转录活性，且效果与OCA接近。由此推论，AUR可能是FXR的天然激动剂。

2.5 薯蓣皂苷

薯蓣皂苷，又称薯蓣皂甙，是一种天然皂苷，具有杀昆虫和抗须癣毛菌等真菌的作用。主要从日本薯蓣、穿龙薯蓣、山萆解、纤细薯蓣等薯蓣科植物和七叶一枝花以及蒺藜的根茎中提取得到。现代药理研究表明，薯蓣皂苷具有抗血栓[46]、抗肿瘤[47]和抗真菌活性[48]。此外，亦有研究报道薯蓣皂苷能缓解四氯化碳和对乙酰氨基酚引起的急性肝损伤[49]、肝缺血再灌注损伤[50]、脑缺血再灌注损伤[51]、肾缺血再灌注损伤[52]和酒精性肝纤维化[53]等急性和慢性脏器损伤。由前文可知，FXR激动剂OCA能有效缓解缺血性肾脏损伤和肝脏纤维化，那么薯蓣皂苷是否也通过调节FXR活性发挥作用呢？2017年Zhang等[54]在大鼠上建立了阿霉素诱导的肾毒性损伤模型，结果发现薯蓣皂苷能通过激活FXR抑制阿霉素引起的氧化应激和炎症反应，从而减轻阿霉素诱导的肾损伤。在体外实验中，他们通过使用FXR-siRNA和FXR抑制剂NDB沉默和抑制大鼠近端小管细胞的FXR，进一步反向证明薯蓣皂苷是通过激活FXR来减轻阿霉素诱导的细胞损伤。此外，他们还利用分子对接实验证明薯蓣皂苷通过与Helix12 (H12)竞争，通过氢键、疏水效应和静电相互作用直接靶向FXR。总之，他们的结果表明，薯蓣皂苷是一种新型的、有效的FXR天然激动剂。

3 微生物源性激动剂——细格菌素

细格菌素(altenusin,2076A)是一种非甾体真菌代谢产物。1995年，Nakanishi等[55]首次从内生真菌Alternariasp.菌株中分离得到一种肌球蛋白轻链激酶的弱抑制剂，即2076A。2017年Zheng等[56]用GAL4-FXR-LBD 嵌合受体系统筛选发现2076A和CDCA一样能激活FXR。分子对接结果显示2076A是FXR天然配体，荧光素酶报告基因实验证实2076A和CDCA一样能增加FXR转录活性。在野生型小鼠肝原代细胞上发现2706A能上调FXR下游基因SHP、BSEP、清道夫受体B1蛋白和抑制 CYP7A1等的表达，且在FXR基因敲除小鼠的原代肝细胞上这一作用消失。在高脂饮食诱导的小鼠非酒精性脂肪肝(NAFLD)模型中，2706A能显著缓解肝细胞脂肪变性。以上研究提示细格菌素是FXR天然激动剂，并可能用于治疗非酒精性脂肪肝等代谢性疾病。

4 展 望

从20世纪90年代首次发现至今，FXR一直都是研究热点，由于它在缺血再灌注、肿瘤、脂肪肝、胆汁淤积、糖尿病和肠道菌群平衡等生理和病理生理调节过程中发挥重要作用，因此其激动剂的研发备受关注。FXR天然激动剂来源广泛、制备简单且高效低毒，其动物源性激动剂如UCDCA已经在临床治疗中取得了良好的效果，希望在不久的将来有更多的FXR天然激动剂应用于临床，造福广大患者。