健康人群胆汁酸代谢的初级-次级-三级轴定量研究及其生理意义

《Journal of Proteome Research》：Primary-Secondary-Tertiary Axis of Bile Acid Metabolism in Healthy Subjects

本研究针对胆汁酸（BA）代谢中宿主-肠道微生物相互作用的复杂性，首次建立了涵盖初级（肝脏合成）、次级（微生物代谢）和三级（宿主修饰）代谢轴的定量动态框架。研究人员通过定量分析健康成人血浆、尿液和粪便中的43种BA，揭示了各代谢轴在不同样本中的分布特征（如粪便中三级BA仅占1.6%，而尿液中高达27.6%），并发现了此前未被充分报道的微生物12-差向异构化BA代谢物。该研究为理解BA介导的宿主-微生物互作及其在代谢性疾病中的作用提供了关键基线数据。

　　

在人体复杂的代谢网络中，胆汁酸（Bile Acid, BA）扮演着至关重要的角色。它不仅是消化吸收脂质的关键助手，更是一类重要的信号分子，广泛参与调节糖脂代谢、能量平衡和免疫反应。然而，胆汁酸的代谢并非由人体独立完成，而是一场精妙的“共舞”——宿主自身的肝脏与肠道内的微生物群落共同主导。肝脏合成初级胆汁酸（Primary Bile Acids），肠道微生物则将其转化为次级胆汁酸（Secondary Bile Acids），而宿主肠道上皮细胞还可能进行进一步的修饰，形成所谓的三级胆汁酸（Tertiary Bile Acids）。这种由初级、次级和三级代谢构成的完整轴系，其动态平衡与人类的健康息息相关，一旦失调，便可能引发一系列代谢性疾病，如非酒精性脂肪肝病、糖尿病等。

尽管科学家们已经认识到胆汁酸代谢轴的重要性，但在转化医学研究中，仍存在一些关键的知识空白。例如，在健康人体内，这三级代谢轴各自的具体贡献是多少？不同体液（如血液、尿液、粪便）中胆汁酸的组成有何特征？日常饮食的波动，特别是高脂饮食，会对胆汁酸的排泄动态产生怎样的即时影响？更重要的是，由于检测技术的限制，以往的研究可能遗漏了许多含量丰富但未被充分认识的胆汁酸物种，这些“隐藏的玩家”很可能在宿主-微生物相互作用中发挥着未被察觉的作用。为了填补这些空白，迫切需要建立一个能够精确定量描述整个初级-次级-三级代谢轴动态的框架。

为了回答这些问题，由Bin Cheng、YiXuan Wang、YuTong Wang等研究人员组成团队，在《Journal of Proteome Research》上发表了一项开创性的研究。他们首次为健康人体内的胆汁酸动力学建立了一个定量框架，系统地描绘了从合成、微生物转化到宿主修饰的完整代谢路径。这项研究不仅提供了健康的基线数据，其发现也深化了我们对胆汁酸代谢复杂性的理解。

研究人员主要运用了几项关键技术：首先，他们建立并验证了一个包含43种胆汁酸标准品的定量检测面板，为精准分析奠定了基础；其次，他们采用了基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）的高灵敏度靶向代谢组学方法，对来自12名健康成年人的血浆、尿液、粪便样本以及新生儿尿液样本中的胆汁酸谱进行了全面分析；此外，研究还设计了膳食干预实验，观察高脂饮食对健康成人餐后胆汁酸动态变化的影响。

胆汁酸在成年人体液中的定量分布

通过对12名健康成年人多种生物样本的精细定量，研究人员绘制了一幅详细的胆汁酸分布图谱。在成年人的血浆、尿液和粪便中，分别检测到了19种、28种和39种不同的胆汁酸。定量结果显示，健康成年人每日通过粪便排泄的胆汁酸总量为407 ± 88.3 μmol，而通过尿液排泄的量则少得多，为1.41 ± 0.255 μmol。更重要的是，研究人员分析了不同代谢来源的胆汁酸在不同样本中的构成比例。在粪便中，初级、次级和三级胆汁酸的占比分别为21.8%、76.6%和1.6%，这表明肠道微生物的代谢（次级代谢）是粪便胆汁酸的主要来源。与之形成鲜明对比的是，在尿液中，三级胆汁酸的比例显著升高，达到27.6%，而初级和次级胆汁酸分别占22.8%和49.6%。这一发现提示，尿液可能是三级胆汁酸一个重要的排泄途径，其在体内的代谢意义可能比以往认为的更为重要。

发现未被充分报道的胆汁酸物种

本研究的一个突出贡献在于发现并确认了几种含量丰富但此前在人类研究中被严重低估的胆汁酸。特别是在粪便中，研究人员鉴定出了12epi-脱氧胆酸（12epi-DCA）和12epi-胆酸（12epi-CA）。这两种胆汁酸是胆酸（CA）和脱氧胆酸（DCA）的12位差向异构体，它们的发现揭示了肠道微生物群落具有将胆汁酸进行12位差向异构化的能力，这一转化路径在过去的研究中并未受到足够关注。同时，在尿液样本中，研究团队还发现了三种新型的甘氨酸结合型三级胆汁酸：G12epi-DCA、GDCA-1β-ol和GDCA-5β-ol。这些新物种的识别，极大地丰富了人类胆汁酸代谢组数据库，也表明胆汁酸介导的宿主-微生物相互作用网络比我们已知的更为复杂。

高脂饮食对胆汁酸排泄动力学的影响

为了探究饮食这一常见因素对胆汁酸代谢的即时影响，研究人员让受试者接受高脂饮食挑战，并监测其餐后不同时间点胆汁酸水平的变化。有趣的是，尽管高脂饮食并未显著改变24小时粪便中的总胆汁酸排泄量，但它却引起了明显的餐后反应。在进食高脂餐后的0到4小时内，受试者尿液中的胆汁酸水平出现了显著的瞬时升高，并且这种升高与血浆中胆汁酸浓度的上升趋势是平行的。这一结果表明，高脂饮食可能主要影响了胆汁酸的吸收和系统循环，进而增加了其通过肾脏排泄的负荷，而非直接改变肠道微生物的代谢能力或粪便排泄总量。这为理解饮食如何快速调节全身胆汁酸池提供了新的视角。

综上所述，这项研究成功地构建了首个针对健康人群的胆汁酸初级-次级-三级代谢轴的定量基线。研究结论明确指出，三级胆汁酸在人体总胆汁酸处置中扮演了一个补充性的角色，其重要性在尿液排泄途径中尤为凸显。而微生物来源的12-差向异构化胆汁酸代谢物的发现，则揭示了胆汁酸代谢网络中先前未被探索的复杂性，为理解宿主-微生物共代谢开辟了新的方向。这些详实的定量数据和新的发现，有效地解决了转化研究中关于胆汁酸代谢基础知识的几个关键空白。该研究建立的框架和获得的基线指标，对于未来研究胆汁酸在生理状态和各种代谢性疾病（如肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪肝病）中的作用机制，提供了至关重要的参考标准和理论依据。最终，这些知识将有助于开发针对胆汁酸相关代谢紊乱的新颖诊断和治疗策略。