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膽汁酸是膽汁中存在的具有類固醇結構的有機酸。如膽酸，脫氧膽酸，鵝脫氧膽酸，熊脫氧膽酸等。與甘氨酸和牛磺酸結合則稱為結合膽汁酸。在膽汁中以鈉鹽或鉀鹽形式存在，稱為膽汁酸鹽，簡稱膽鹽。是體內促進脂類物質消化和吸收的重要物質。
膽汁酸按其來源亦可分為初級膽汁酸和次級膽汁酸兩類。在肝細胞以膽固醇為原料直接合成的膽汁酸稱為初級膽汁酸，包括膽酸、鵝脫氧膽酸及其與甘氨酸或牛磺酸的結合產物。次級膽汁酸是初級膽汁酸分泌到腸道中，在腸道細菌作用下，進行 7α 脫羥作用所形成的膽汁酸，主要包括脫氧膽酸和石膽酸及其在肝中分別與甘氨酸或牛磺酸結合生成的結合產物。因此腸道微生物可調節次級膽汁酸的產生，進而影響信號傳遞。
膽汁酸也是腸粘膜的重要組成部分，它將腸道微生物群與肝臟和腸道代謝聯系起來，從而影響胃腸運動、腸道通透性以及癌癥的發生發展。
膽汁酸可以影響腸道微生物的組成，反過來，腸道微生物也可以影響膽汁酸池的總量和組成。
乳動物中最豐富的膽汁酸（BAs）包括初級膽汁酸，膽酸（CA）和鵝去氧膽酸（CDCA）和次級膽汁酸，脫氧膽酸（DCA）和石膽酸（LCA）。在肝細胞中，膽汁酸通過細胞色素 P450(CYP) 介導的膽固醇氧化進行合成，這一般可通過兩種合成途徑發生: “經典”和“替代”途徑(圖1)。“經典”途徑通過 CYP7A1、 CYP8B1和 CYP27A1三種膽固醇羥化酶的酶促作用產生膽酸(CA)和鵝去氧膽酸(CDCA)。“替代”途徑通過CYP27A1對膽固醇側鏈的羥基化，然后再通過CYP7B1對27-羥基膽固醇和其他氧甾醇的7α-羥基化來合成 CDCA。因此，CYP8B1 的表達可通過促進 CA 的生物合成決定 CA:CDCA 的比例。在嚙齒動物肝臟中，大多數 CDCA 被轉化為 α-MCA 和 β-MCA。在豬肝中，CDCA 主要通過 CYP3A4 的 C-6α-羥基化作用而轉化為 HCA。但在人類中，CDCA 不會發生轉換，所以初級膽汁酸是 CA 和 CDCA。在肝細胞中，大多數 BAs 通過 BACS 和 BAAT 的作用與甘氨酸或牛磺酸結合，然后通過 BSEP 分泌到膽汁中。實線和虛線矩形分別列出了人類和嚙齒動物的優勢 BA。
同時，肝臟通過磺基轉移酶（SULTs）和UDP-葡萄糖醛酸糖基轉移酶（UGT）生成結合型膽汁酸，并通過 MRP2 排泄到膽汁中。在腸道中，來自腸道細菌的微生物酶（虛線箭頭）會進一步代謝 BAs；比如可通過 BSH 將結合型的 CA 和 CDCA 進行去結合，然后7α-去羥基化，形成次級膽汁酸（DCA和LCA）。通過BSH 將 T α-MCA 和 T β-MCA 解偶聯以形成 α-MCA 和 β-MCA。β-MCA 被 C-6 差向異構化以形成 ω-MCA，然后 ω-MCA 被7α-去羥基化以形成 HDCA。CDCA 通過 HSDH 轉化為 UDCA。葡糖醛酸和磺基結合的 BAs 主要通過MRP2排入尿液。參與 BA 代謝的腸道菌群主要包括：
?Bacteroides，Clostridium，Lactobacillus，Bifidobacterium 和 Listeria 參與去結合反應；? Bacteroides、Eubacterium、Clostridium、Escherichia、Eggerthella、Eubacterium、Peptostreptococcus 和 Ruminococcus 參與 C3、C7 和 C12 羥基的氧化和異構化；? Clostridium 和 Eubacterium 參與 7-去羥基化；? Bacteroides、Eubacterium 和 Lactobacillus 參與酯化反應；? Clostridium、Fusobacterium、Peptococcus 和 Pseudomonas 參與脫硫反應。
在回腸末端，大多數未結合的BA（包括CA，CDCA，DCA，UDCA，HDCA，α-MCA，β-MCA和ω-MCA）被鈉依賴性 BA 轉運蛋白（ASBT）重吸收進入腸細胞并通過基底外側 BA 轉運蛋白 OSTα，OSTβ，MRP2 和 MRP3 進入門脈循環。然后，BAs 被 NTCP 和 OATP1 吸收到肝細胞中。肝中的 MRP3，MRP4 和 OSTα–OSTβ 復合體也為 BA s進入體循環提供了替代的排泄途徑。
所以根據這些膽汁酸的合成通路，我們可以計算不同膽汁酸的比值來確定 BA 代謝中的哪些酶促過程可能是疾病發生發展的因素，比如：
? CA:CDCA ：檢測肝臟中的膽汁酸合成是否從經典途徑轉變為替代途徑。? 次級與初級膽汁酸的比值（例如 DCA:CA，GLCA:CDCA 和 TLCA:CDCA）：以研究是否因為腸道微生物組酶活性的差異，從而導致次級膽汁酸的產量發生變化。? GDCA:DCA 和 TDCA:DCA 比值可用于檢測觀察到的次級膽汁酸失調是否與其牛磺酸和甘氨酸結合相關的酶促反應差異有關。
1. 促進脂質的消化與吸收
膽汁酸的立體構型具有親水和疏水兩個側面，這種結構特點賦予膽汁酸很強的界面活性，成為較強的乳化劑，能降低油/水兩相的界面張力，使脂質乳化成細小微團，增加脂質與脂肪酶的附著面積，有利于脂肪的消化。
脂質的消化產物又可與膽汁酸鹽結合，并匯入磷脂等形成細小的混合微團，利于通過小腸黏膜的表面水層，促進脂質的吸收。
2. 維持膽汁中膽固醇的溶解狀態以抑制膽固醇析出
人體內約99%的膽固醇隨膽汁經腸道排出體外，其中1/3以膽汁酸形式，2/3以直接形式排出體外。膽汁中的膽固醇難溶于水，與膽汁酸及卵磷脂協同作用，使膽固醇分散形成可溶性的微團，使之不易析出沉淀。
膽固醇是否從膽汁中沉淀析出主要取決于膽汁中膽汁酸鹽和卵磷脂與膽固醇之間的合適比例。如果肝中膽汁酸或卵磷脂過少，或者膽固醇過多等，均易發生膽固醇析出沉淀，形成膽結石。
參考
Jia W , Xie G , Jia W . Bile acid–microbiota crosstalk in gastrointestinal inflammation and carcinogenesis[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2017, 15(2).
Altered bile acid profile associates with cognitive impairment in Alzheimer's disease—An emerging role for gut microbiome[J]. Alzheimer's & Dementia, 2019, 15(1).
生物化學與分子生物學 第十九章 第三節 膽汁與膽汁酸的代謝
信息來源：生信菜鳥