胆汁的肠肝循环

机体内的某些物质由肝脏处理后,经胆汁排入肠道,又被肠道吸收,通过门脉返回肝脏,并再次出现于胆汁中,这种情况称为肠肝循环(EHC)。除了胆汁酸、卵磷脂、胆固醇、胆红素等胆汁内的脂质外,维生素B12、叶酸、雌二醇以及毛地黄糖苷等也是具有EHC特点的物质。

(一)胆汁酸的肠肝循环

1.胆汁酸在肝细胞内的生成　胆汁酸是胆固醇在肝内的代谢产物,进入肝细胞的胆固醇,其中的80%～90%在微粒体7α-羟化酶的作用下,先变成7α-胆固醇,而后通过两条代谢途径分别变成胆酸及鹅去氧胆酸。整个过程涉及15个代谢步骤,也相应地形成多种中间产物,包括固醇棱的3β羟基异构成3α羟基;固醇末端碳原子上的羟基变成羧酸成为胆汁酸;而后又经乙酰化与甘氨酸或牛黄酸结合成为相应的结合型胆汁酸,在固醇核的3碳、7碳的α位发生羟化者成为鹅去氧胆酸(3,7α-二羟-5β胆固烷24羧酸);在12碳上也有羟化者则为胆酸(3,7,12α-三羟-5β胆固烷24羧酸);在这一过程中,由于7α-羟化反应是由胆固醇演变成胆汁酸的转折性变化,因此被称为主要的限速步骤(rate-Limi ting step);12α羟化是另外一个重要的生物合成步骤;而在24位上发生的胆酰辅酶A反应则是游离型胆汁酸转变为结合型胆汁酸的关键步骤。所有的羟化反应都是在微粒体内相应的酶促作用下完成的,需要有NADPH、细胞色素P450及氧的参与。

2.胆汁酸在肠内的演变及重吸收　由肝细胞生成的原生性胆汁酸——胆酸与鹅去氧胆酸,经胆汁进入肠道后,在回肠下端由于细菌的作用,先后发生水解、脱结合及在7位上发生7α脱羟基反应,分别由结合型胆酸及鹅去氧胆酸转变为游离型去氧胆酸及石胆酸,而后在小肠黏膜上皮细胞的刷状缘,通过钠梯度及胆汁酸梯度,胆汁酸由肠腔转入肠黏膜细胞内。这一过程与胆汁酸从血窦侧膜转入肝细胞内的情况相仿。胆汁酸在肠道内的吸收有2种类型:主动吸收过程只在回肠中进行;被动性吸收则可发生在小肠和大肠的任何部位。主动吸收借助载体蛋白转运;而被动吸收则通过离子或非离子的自由扩散方式,由肠腔进入肠黏膜。各自的吸收情况取决于各种胆汁酸各自的解离常数,管腔内的p H及离子和非离子物质的脂溶性。在生理范围的p H条件下,非离子型胆汁酸的经膜转运要比离子型者快5～6倍;非结合型胆汁酸则比结合型胆汁酸转运快;具有3个羟基,极性最大的胆酸,其主动吸收最快,但被动吸收率却最低;相反,非结合型的二羟基胆汁酸,在回肠的转运很差,而其被动吸收则较好;从而提示各种胆汁酸的主动与被动吸收之间,存在着一种互换关系,正是通过这种方式的相互补充,使胆汁酸得以在肠内几乎完全被重吸收。

3.胆汁酸肠肝循环的动态平衡　成人每日经肝脏由胆固醇合成的原生性胆汁酸约500～800mg。经胆汁排入肠道后,在厌氧菌的作用下,转变为继生性胆汁酸。两种胆汁酸在体内的总量为2.5～4g(称为胆汁酸池或胆汁酸库存量),在消化间期约有1/2以上储存在胆囊中。随着进食引起的排胆活动,胆汁酸由胆道排入肠内。随着消化过程的进行,又迅速地经肠黏膜重新吸收,循门静脉返回肝脏,在每餐中约进行肠肝循环2～3次,每日总计达6～10次,因此经肝脏分泌、排出的胆汁酸达15～35g。除石胆酸外,各种胆汁酸在肠内的重吸收率高达95%以上。胆汁酸的合成、排出与重吸收之间存在着一种极为精细的反馈调节关系。摄入胆汁酸,当胆汁酸经肠吸收,进入肝脏的量增加时,可以抑制7α-羟化酶的作用,并抑制胆固醇合成的限速酶一羟甲基戊二酰辅酶A(HMGCo A)还原酶的活性,从而抑制肝脏由胆固醇合成胆汁酸。一般来说,每日经粪便排出体外的胆汁酸量与肝细胞的生成量相等。胆汁酸排出多,丢失多,重吸收少,即可促进肝细胞对胆汁酸的合成,反之也是(图2-9)。

图2-9　胆汁酸的肠肝循环及其反馈调节

值得进一步指出的是机体内各种胆汁酸的肠肝循环具有一定差异,各种胆汁酸之间的相互影响也不尽相同。例如口服DCA可抑制CDCA的合成,但不影响CA;摄入CDCA可抑制CA的合成,甚至其程度可达50%;但摄入CA对CDCA的合成并无明显影响。其机制不明,但在临床用药时却值得注意。

从肠道重吸收的胆汁酸进入肝脏后,在肝细胞内进行重处理。一部分与甘氨酸或牛黄酸结合作为胆汁成分,再次排入胆道;另一部分转变为硫酸酯或葡萄糖苷酸酯,也可进入体循环,经肾从尿排出体外,后者对于石胆酸的代谢尤为重要。众所周知,石胆酸具有较大的毒害作用,但当其转变为硫酸酯后,一方面降低了它的毒性;同时增加了它的水溶性,得以经尿排出;另外,进入肠道的石胆酸硫酸酯基本上不再被重吸收而经粪排出,从而保持了胆汁酸肠肝循环的安全进行。

胆汁酸的肠肝循环情况,可以从血清胆汁酸得以反映。在生理条件下,肝细胞对胆汁酸的摄取量比较恒定,也远远不会达到饱和程度。正常时的血清胆汁酸水平,首先反映进入肠道的胆汁酸情况。因此,当餐后胆囊收缩、胆汁入肠时,血清胆汁酸的含量即升高;而在肠道对胆汁酸的重吸收不良时,血清胆汁酸即低于正常水平;肝脏对胆汁酸的摄取发生障碍时,血清胆汁酸可以接近门静脉内的含量;肝细胞合成受损时,则表现为原生性胆汁酸的含量降低,胆汁酸池变小;如胆汁入肠受阻,可见血清继生性胆汁酸含量减少,经尿排出增多;胆囊功能障碍或胆囊摘除后,可致胆汁酸池变小,胆汁酸的肠肝循环次数明显增加及转换分数增高,并表现为餐后血清胆汁酸的峰值变小。由上可见,血清胆汁酸的检测,不仅可以了解肠肝循环的情况,而且有助于临床病理的分析和判断。

(二)胆红素的肠肝循环

包括胆红素的生成、转运、经肝处理、由胆入肠、肠内演变、重吸收及循门静脉返回肝脏等多个环节。

1.胆红素的生成与经血转运　体内所有的胆红素均为四吡咯环物质的分解产物,主要来源于血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素以及过氧化物酶等,其中80%～90%来自衰老的红细胞。正常时,胆红素的生成量每日平均约3.75mg/kg,体重为70kg的成年人每日生成量约为260mg。

由网内系细胞生成的胆红素是脂溶性的,当其与白蛋白(载体蛋白)结合后才能经血液转运,在正常情况下,1分子的白蛋白可以结合2分子的胆红素,即1g血浆白蛋白可以运载8mg的游离型胆红素,因此,胆红素在血液内的转运情况,取决于以下几个因素:①胆红素在血液中的浓度;②血浆白蛋白含量及其可利用量;③肝脏的血流量及血液流动情况。

2.胆红素在肝细胞内的处理　循行于血浆中的胆红素,当其抵达肝细胞窦侧膜时,可能先与白蛋白脱结合,而后再与肝细胞膜的载体蛋白结合而转运入肝细胞内。实验表明游离型胆红素进入肝细胞的速度与量比与白蛋白结合者要快而多。实验还显示,在胆红素与白蛋白的结合状态,向肝细胞内转运以及肝细胞内的结合蛋白-Y蛋白之间,存在着一种平衡关系,通过Y蛋白的往返载卸,血浆内的胆红素才得以不断地移除;当Y蛋白的浓度增高,Y蛋白与胆红素的结合量增加时,胆红素的移除情况可提高2～3倍。正常时血浆游离型胆红素的量约6.84μmol/L,肝脏每分钟可摄取其含量的2.3%±0.4%,相当于4.6μg/(min·kg)。当血浆游离型胆红素含量增加时,肝脏的摄取量虽然随之成倍地增多,但其结合能力有一定限度,因为血浆白蛋白和Y蛋白均有一定的浓度值。研究表明,肝细胞膜对胆红素的转运具有双向性,它既与载体的主动转运有关,也受浓度梯度的影响;载体蛋白与胆红素的结合和经膜转运具有饱和性、存在着转换时间限度和竞争性抑制等复杂关系,事实上,即使在正常的情况下,每一次进入肝窦的胆红素也仅有60%被转运入肝,经胆道系统排出,其余者仍以原型留在血内,这种情况在血内游离型胆红素含量过高时尤为显著。

胆红素经肝细胞膜进入细胞内后,在微粒体内经多种酶促作用,成为与糖基结合的胆红素。这一过程也需经过几个步骤。以胆红素的葡萄糖苷酸酯为例,先是在滑面内质网内形成尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖(UDPG),经脱氢酶的作用转变为UDP-葡萄糖醛酸(UDPGA),而后在UDP-GA转移酶的作用下,将GA转移到胆红素的丙酸基上,与其羧基结合成为胆红素葡萄糖苷酸酯,胆红素的2个丙酸基均与葡萄糖醛酸结合即称为胆红素双葡萄糖苷酸酯,只结合一个葡萄糖醛酸者则称为单酯。游离型胆红素的分子虽有亲水基团,但由于其氢键与本身的分子形成了甚为紧密的结合,从而限制了它的水溶性。当发生酯化后,由于分子的外形改变,亲水性明显加强,从而得以较容易地与载体结合和溶解于水相中而分泌入胆汁,正常时胆汁中的胆红素绝大部分为酯型,肝脏排泄酯型胆红素的最大能力为每天55.2mg/kg,该值远远超过胆红素的正常生成量,提示肝脏对胆红素的处理具有很大的储备能力。

3.胆红素在肠内的代谢　肝脏是机体移除血浆胆红素进行酯化的唯一器官,正常时胆红素经胆入肠,是肝脏处理胆红素的单向性路径。酯化后的胆红素在胆道及肠内不被吸收,游离型胆红素在肠道内通过离子转运,可以吸收入血,进入门静脉返回肝脏,但正常时其量很少,酯型胆红素在远端小肠及结肠中,在细菌性β-葡萄糖苷酸酶的作用下,使葡萄糖醛酸基脱落而成为游离型胆红素;而后又还原成一系列复杂的无色的四吡咯物质,总称为尿胆素原,其中一小部分经粪排出,还原成尿胆素,可能与食物色素一起构成了粪便的色泽,经粪排出胆红素的量,在正常时其变异的范围很大,其量为40～280mg/d,男性为(2.16±0.9)mg/(kg·d),女性为(1.46±0.61)mg/(kg·d)。分析血浆胆红素的转换量与经粪便排出的尿胆原量之间的关系,显示排出量占18%～98%,大部分为50%。这可能与无法直接测定胆红素在肠内确切的转换情况有关。

胆红素在肠道内转变为尿胆原后除一小部分经粪排出体外,大部分尿胆原在回肠末端或结肠中被重吸收,循门静脉返回肝脏,再经胆汁排出,构成肠肝循环。正常时,仅有极少量的尿胆素(约5%)由体循环进入肾脏,经尿排出的量仅为1～3mg/d;但在胆红素生成增多,血内、尿内尿胆素原含量增高时,尿内的排泄量也随之增高;而在胆道梗阻时,由于血内酯型胆红素增加,而它又可由肾小球滤过,因此尿内可出现胆红素。

(三)胆固醇的肠肝循环

身体内的胆固醇主要来源于食物,也有一部分是由体内合成的,其量约0.9g/d。肝及肠是其主要的合成场所,也是维持体内胆固醇自稳状态的调节器官。胆固醇在血浆、肝脏及胆汁中的含量保持着动态平衡。内源性胆固醇来源于乙酰辅酶A,其限速步骤为β-羟-β-甲戊二酰辅酶A还原酶(HMG-Co A)还原成甲羟戊酸,3个甲羟戊酸分子通过磷酰化、脱羧合成法尼基焦磷酸(Farnergl:pyrophosphate),再由2个法尼基焦磷酸合成鲨烯,环化为羊毛甾醇,继之以甾核的变化而最后形成胆固醇。

食物中的胆固醇并不完全被吸收,而且有一定的限度,其吸收率约40%,最大吸收量为600mg/d,少数人可达1g/d,随个体及食物中的含量而定。当食物胆固醇含量很高时,其吸收率则相对减少,如摄食胆固醇达29g/d时,吸收率降到12%(约340mg/d),这种吸收的有限性可能是机体的一种保护性机制。

胆汁中的胆固醇与血浆内的不同,几乎全部是未酯化的。进入肠道后与酶化者相混合,后者包括来自食物,小肠分泌及脱落的肠黏膜上皮细胞的胆固醇。肠腔内的胆固醇,被胰液胆固醇脂酶水解,而增大了游离(醇型)胆固醇的量。肠内的胆固醇被吸收后,即与小肠上皮细胞内的胆固醇相混合,大部分再酯化,以微乳糜方式释入肠淋巴而返回肝脏。肠内的胆汁酸量与肝脏合成胆固醇之间存在着某种负反馈机制。当肠内胆汁酸减少时,肝和肠内胆固醇的合成增多;相反则合成减少。肠内胆固醇的吸收增加,可以抑制肝细胞HMG-Co A还原酶的活性,但对肠黏膜合成胆固醇并无明显影响,因此,在摄食高胆固醇饮食时,肠黏膜是胆固醇的主要来源,此时胆汁内的胆固醇含量及经粪便的排出量均相应增多。

(四)磷脂的肠肝循环

胆汁中磷脂的90%以上为亚麻油酰-棕榈油酰型的卵磷脂,主要在肝细胞的滑面内质网内由胆碱脱下二甘油酯生成;经磷酸甘油酯的甲酰化是形成卵磷脂的另一条途径。体内生成卵磷脂的底物是甘油、葡萄糖及脂肪酸,在其生成过程中的限速步骤尚未阐明。机体每日由肝脏生成的卵磷脂量约3～6g,绝大部分排入胆汁,并与肝脏和血浆内的含量保持平衡。

内源性卵磷脂排入肠道后,与食物中的外源性卵磷脂相混合,在胰磷脂酶的作用下水解成溶血性卵磷脂,被肠黏膜吸收,再乙酰化以乳糜卵磷脂的形式经淋巴进入肝脏,构成肠肝循环。

胆汁酸是肝脏合成卵磷脂与向胆汁内分泌的重要调节因素,但卵磷脂的分泌量主要取决于肝脏的合成情况,因而也就可能受食物中胆碱含量的影响。另外,当脂肪酸底物的饱和情况发生改变时,可影响磷酸甘油酯一胆碱(卵磷脂的前身)的合成;摄食三酰甘油时可使胆汁卵磷脂的分泌增加,而饥饿则使之减少,从而提示卵磷脂的生成、分泌、经胆入肠,与脂肪的消化,吸收密切相关。

(五)胆汁中3种主要脂质的关系

胆汁酸、胆固醇、卵磷脂在代谢上密切相关。胆汁酸、胆固醇、三酰甘油及热量的摄取情况是上述3种脂质代谢的重要调节因素。胆汁酸的存在关系到胆固醇在肠道的吸收,如肠道内缺乏胆汁酸,则显著地减弱了内源性和外源性胆固醇的吸收。这种作用主要与三羟基胆汁酸-胆酸有关,双羟基与单羟基胆汁酸并不能增加食物胆固醇的吸收。胆汁酸的这一作用涉及的机制甚为复杂,包括胆固醇酯在肠腔内的水解,经肠黏膜的摄取,在膜内转运,再酯化以及形成乳糜粒等多个环节。肠肝循环内的胆汁酸调节着肠、肝胆固醇的合成,肠内缺乏胆汁或用消胆胺吸附胆汁酸时,可促进肝脏对胆固醇的合成,加入胆汁酸后即可消除这种亢奋现象。胆汁酸对卵磷脂的合成、分泌、吸收也具有类似的影响;但缺乏胆汁酸时,卵磷脂分泌量的降低情况较之胆固醇受到的影响更为严重。例如在饥饿或肠肝循环受阻时,胆汁酸的重吸收减少,此时胆流量也降低,但胆汁中胆固醇的相对含量很高,而胆汁酸与卵磷脂的含量则较低,这就为形成致石性胆汁提供了条件。因此,了解胆汁中上述3种脂质的相互关系,在生理学、生化学或病理学上均有重要意义。