《Natural Product Reports》：Expanding bile acid diversity via host and microbial conjugation pathwaysOpen Access
胆汁酸（bile acids, BAs）最初被鉴定为消化乳化剂，如今已被公认为处于代谢与免疫交汇点的信号分子。代谢组学的最新进展揭示了BAs出乎意料的化学多样性，这些多样性源于此前未被识别的、涉及肠道微生物和宿主的共轭修饰通路。这包括微生物对胆汁酸羧基末端与多种氨基酸及其他生物胺的共轭修饰，以及宿主来源的与半胱胺衍生物的共轭结合。此外，微生物对类固醇核心的酰化作用已被证明可引入琥珀酰基、乙酰基及其他化学修饰，甚至扩展典型的胆汁酸碳骨架。本综述整合了2019至2026年间胆汁酸共轭化学领域的最新发现，并重点阐述了扩展的胆汁酸多样性如何通过激活不同的核受体和G蛋白偶联受体来调节宿主生理功能，包括对代谢性和免疫性疾病（如非酒精性脂肪性肝炎、炎症性肠病和心血管代谢疾病）的治疗意义。新出现的图景表明，胆汁酸池源于宿主-微生物代谢通路的复杂网络，因此，同时考虑宿主与微生物的贡献对于理解胆汁酸在健康和疾病中的生物学功能至关重要。
1. 引言
胆汁酸（bile acids, BAs）的研究已跨越超过175年，始于1848年Strecker分离胆酸。在大部分历史时期，BAs主要被视为生物去垢剂，其两亲性有助于小肠中脂质和脂溶性维生素的吸收。20世纪60至70年代，Sj?vall、Hofmann等人的开创性工作开始表征不同物种间BAs的结构多样性，并阐明其复杂的肠肝循环。1999年，法尼醇X受体（farnesoid X receptor, FXR）被鉴定为内源性BA受体，标志着范式转变，确立了BAs作为激素样信号分子的地位。此后二十年间，BAs逐渐被认识到可通过核受体（如FXR）以及G蛋白偶联受体（如TGR5/GPBAR1）调节代谢与免疫的多个方面。
尽管取得了这些进展，BAs的完整化学多样性直到最近才得到充分认识。过去八年涌现的大量发现表明，BA代谢组远比之前认为的复杂，涵盖了通过多种共轭通路产生的数百种结构多样的分子。这一扩展化学空间的发现对理解代谢调节、宿主-微生物共生以及代谢疾病治疗干预具有深远意义。BA结构多样性源于一个复杂的生化网络，起始于肝脏中由胆固醇合成的少量初级BAs。这些初级BAs在肝脏中与牛磺酸或甘氨酸共轭后经胆管分泌至肠道，其中大部分在回肠末端被重吸收并返回肝脏。在肠道沿线（小鼠中包括小肠，人类程度较低），一部分BAs经历微生物介导的去共轭及相关转化。在结肠中，BAs被进一步去共轭并广泛代谢，包括涉及微生物和宿主的多样再共轭、还原、氧化和硫酸化步骤，随后被被动重吸收或随粪便排出。
本综述旨在强调BA共轭与修饰领域的最新进展，涵盖宿主介导和微生物通路。研究人员探讨了所涉及的酶促机制、各种共轭过程的生理意义及其在健康和代谢调节中的重要性。以下各节首先简要总结BA代谢的既有原理，包括其在肝脏中的生物合成和肠道中的微生物去共轭；随后聚焦新发现的BA共轭物以及微生物氧化还原和硫酸化通路，强调其生理意义；最后讨论互补的分析、化学和计算策略如何协同扩展已知BA的结构和功能图景。
2. 经典BA合成与去共轭
2.1. 肝脏中初级BAs的生物合成
BA合成是一个多步骤过程，始于肝脏，是哺乳动物胆固醇分解代谢的主要途径，在人类中每天约消除500 mg胆固醇。存在两条不同的生物合成路线：经典（中性）途径和替代（酸性）途径。在中性途径中（人类中占主导），胆固醇首先被胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）羟化，经过类固醇核心的额外修饰后，侧链被甾醇27-羟化酶（CYP27A1）氧化，产生初级BAs胆酸（cholic acid, CA）和鹅去氧胆酸（chenodeoxycholic acid, CDCA）。12α-羟化酶CYP8B1的活性决定CA与CDCA的比例，进而影响BA池的疏水性和整体功能谱。酸性途径则始于线粒体中CYP27A1介导的侧链氧化，随后进行类固醇核心修饰（如CYP7B1催化的7α-羟化），该途径在人类中主要产生CDCA，并作为代谢疾病的治疗靶点而重新受到关注。在小鼠中，替代途径通过CYP2C70的进一步酶促修饰参与鼠胆酸（muricholic acids, MCAs）的产生。
在从肝脏经胆管分泌至肠道之前，几乎所有新合成的BAs都会与牛磺酸或甘氨酸发生共轭。共轭是由胆汁酸-CoA合成酶（BACS，又称BAL）和胆汁酸-CoA:氨基酸N-酰基转移酶（BAAT，又称BAT）依次催化的两步过程，在BA的羧基与甘氨酸或牛磺酸的氨基之间形成酰胺键。BAAT酶表现出物种特异性的底物偏好：人类约75%的BAs与甘氨酸共轭、25%与牛磺酸共轭，而啮齿类动物主要产生牛磺酸共轭物（>95%）。
肝脏中的BA共轭具有多种生理功能。甘氨酸和牛磺酸共轭物的较低pKa确保其在肠道pH下离子化，这对膳食脂质和脂溶性维生素的乳化吸收至关重要，并可防止BAs在近端小肠被被动重吸收。此外，甘氨酸和牛磺酸共轭可降低BAs的细胞毒性，并促进其通过顶端钠依赖性胆汁酸转运体（ASBT）在回肠被主动重吸收。
2.2. 微生物重塑与BA稳态调节
胆囊收缩后，牛磺酸和甘氨酸共轭BAs进入十二指肠，参与脂质消化。当它们通过小肠时，这些共轭BAs经历微生物去共轭及其他代谢转化，可显著改变其生理特性。在人类中，小肠内仅发生有限的微生物代谢，大部分共轭初级BA池通过顶端钠依赖性胆汁酸转运体（ASBT或SLC10A2）在回肠末端被重吸收。剩余部分（约占BA池的5%）到达结肠，在那里被多种微生物广泛代谢。与人类不同，小鼠小肠中微生物定植水平高得多，因此BAs沿远端小肠即发生广泛的微生物去共轭和其他转化。
微生物胆汁盐水解酶（bile salt hydrolases, BSH）在肠道细菌中广泛分布，通过催化肝脏来源的BA-甘氨酸和BA-牛磺酸共轭物中酰胺键的水解，释放游离BAs，在BA代谢中发挥核心作用。BSHs属于N端亲核水解酶超家族，其特征是N端有一个保守的催化半胱氨酸残基（Cys2）。这些酶由多种细菌门编码，包括厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）、放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria），单个菌种通常携带多个具有不同底物特异性的BSH基因。
BSH介导的BA-甘氨酸和BA-牛磺酸共轭物去共轭深刻影响宿主生理，包括BA稳态，因为许多产生的游离BAs是高度保守的法尼醇X受体（FXR）（一种配体激活的核受体）的有效激动剂。FXR主要在肝脏和肠道表达，调节脂质代谢的多个方面，包括关键BA生物合成和转运基因的表达。根据结构不同，BAs可作为FXR激动剂或拮抗剂，从而形成将肝脏和肠道中BA浓度和谱图与BA生物合成和转运调节联系起来的反馈机制。然而，人类中最丰富的去共轭BAs——CA和CDCA——作为FXR激动剂，激活下游信号，最终抑制关键BA生物合成酶CYP7A1，从而下调BA产生。相比之下，内源性产生的CA和CDCA的牛磺酸和甘氨酸共轭物作为FXR激动剂的效力低得多，主要因为其更强的阴离子特性导致较低的膜通透性。因此，通过微生物水解牛磺酸和甘氨酸共轭物产生游离BAs，构成了肠肝负反馈回路的一部分，对BA稳态调节至关重要，是宿主-微生物互作生理重要性的经典例证。
尽管BSH在BA稳态调节中的作用已明确，但系统发育多样的肠道细菌为何携带BSH基因的生物学原理尚不清楚。传统上，BSH活性被视为细菌去毒机制，即从细菌环境中去除有毒的共轭BAs。然而，这一解释受到以下观察的挑战：去共轭BAs通常比其共轭对应物毒性更大，且BSH表达并不普遍赋予适应性优势。近期工作揭示，BSH底物特异性（由酶活性位点的细微结构差异决定）以BA组成依赖的方式控制细菌适应性，提示BSHs可能作为调节细菌竞争的环境传感器。尽管如此，目前对BSH在细菌适应性中的作用及相关机制的理解仍不完整。
3. BA代谢的扩展图景
3.1. 微生物对BAs的修饰
3.1.1. 微生物BA酰胺化
近期研究表明，除了公认的BA水解酶活性外，微生物BSHs还可作为胺N-酰基转移酶，产生细菌BA酰胺化物，这引发了人们对BSH生化和生理作用的范式转变。利用来自两种不同肠道细菌（产气荚膜梭菌Clostridium perfringens和一种脆弱拟杆菌Bacteroides fragilis菌株）的BSH，研究人员证明BSH是直接向BAs共轭氨基酸所必需且充分的。所提出的机制涉及BA酰基-酶中间体的形成，该中间体可由游离BAs或BA-牛磺酸/甘氨酸共轭物形成，随后氨基酸胺的亲核攻击产生BA-氨基酸（BA-AA）共轭物。虽然来自大多数肠道细菌的BSH可产生与多种氨基酸的BA-AA共轭物，但总BA-AA产量以及用于共轭的氨基酸谱存在差异。BSH序列的菌株特异性变异，尤其是活性位点附近的氨基酸残基，可能是这些差异的基础。
系统性代谢组学筛选结合靶向合成和串联质谱（MS/MS）表征已揭示，肠道细菌可将BAs与大多数蛋白质氨基酸以及非蛋白质氨基酸（如γ-氨基丁酸（GABA）、5-氨基戊酸和2-氨基丁酸）共轭。BA-AA共轭物在多个物种中含量丰富；在发现BA-AA产生依赖BSH之前，其微生物来源最初通过细菌培养实验得以确立，表明包括拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门在内的多种细菌可产生BA-氨基酸共轭物。一项使用半经验MS/MS文库和化学合成的综合分析确认了跨越三种BA骨架（LCA、DCA和CA）的超过100种不同的氨基酸-BA共轭物，包括与D-Ala-D-Ala二肽、鸟氨酸、Lys(iso)-Gly和L-2-氨基丁酸的共轭物。此外，一项针对人类婴儿的纵向研究表明，细菌BA酰胺化物的产生与表达BSH的细菌定植呈正相关，为体内微生物合成提供了直接证据。Mohanty等人通过筛选公开可用的MS/MS谱库中BA特征离子模式，发现了额外类型的BA酰胺化物，这些衍生自BAs与多种多胺（如亚精胺）的共轭。这些多胺共轭物在食肉动物中尤为丰富，在人类中也有检出。
与其他许多BA衍生物一样，BA-AA共轭物可激活经典BA受体FXR和TGR5；但鉴于其组织浓度普遍较低，BA-AAs是否显著影响小鼠或人类中的FXR或TGR5依赖性信号传导尚不清楚。微生物来源BA-AA共轭物具有独特生物学作用的证据直到最近才出现。Lin等人利用非靶向代谢组学筛选与临床血糖标志物相关的BA共轭物，鉴定出色氨酸-CA（Trp-CA）为2型糖尿病（T2D）个体中下降最显著的微生物来源BA共轭物。在高脂饮食喂养的小鼠中补充Trp-CA显著改善了葡萄糖耐量。值得注意的是，Trp-CA对葡萄糖耐量的这些作用独立于经典BA受体FXR和TGR5。相反，研究人员发现Trp-CA是肠道中高表达的一种孤儿G蛋白偶联受体MRGPRE的配体。最后，研究人员证明，特定细菌动物双歧杆菌乳亚种（Bifidobacterium animalis subsp. lactis）的BSH负责所检测到的大部分Trp-CA。其他研究表明，BA-AA共轭物具有一定的抗菌活性，并在细胞培养模型中激活孕烷X受体和芳烃受体；然而，这些活性的生物学意义仍有待确立。此外，BA-AA共轭物的研究主要集中在CA来源的种类上，尽管有证据表明BA-AA共轭物包含氨基酸和BA异构体的多种组合。要定义BA-AAs的生物学功能和病理生理学相关性，需要对其结构和异构体多样性进行更全面的评估，同时对其在组织和胃肠道各段中的浓度进行时间和空间分辨的测量。
总之，BSH N-酰基转移酶活性的发现重新构建了人们对BSH生物学和BA共轭化学的理解，并为揭示BA-AAs的生理功能（包括其在疾病中的潜在作用）提供了起点。除了生物学功能外，BA-AA形成和消除的生化机制仍有待阐明。例如，尚不清楚体内BA-AAs主要产生自BA-牛磺酸/甘氨酸共轭物还是游离BAs。同样，BA-AA共轭物在肠道中以及回肠末端摄取后全身性的代谢命运也未完全了解。
3.1.2. BA类固醇核心的微生物O-和C-酰化
近期研究发现了额外的微生物修饰，通过BA类固醇核心的酰化进一步扩展了BA化学多样性，超越了侧链酰胺化。Nie等人利用人粪便群落中的点击化学富集策略，发现了3-琥珀酰胆酸（3-sucCA）作为一种微生物来源的BA，其与人类代谢功能障碍相关脂肪性肝病的组织学严重程度呈负相关。通过筛选人类肠道分离株，研究人员鉴定出均匀拟杆菌（Bacteroides uniformis）菌株在体外和体内均为3-sucCA的有效产生者，基于活性的蛋白质纯化揭示，B. uniformis中一种注释为β-内酰胺酶的酶（称为BA琥珀酰合成酶，BAS-suc）催化胆酸3α-羟基的ATP依赖性琥珀酰化。
3-sucCA可减轻小鼠代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH），包括脂肪变性、炎症和纤维化，但有趣的是，这些作用不涉及任何经典BA受体（如FXR或TGR5）被3-sucCA激活。相反，3-sucCA通过重塑菌群发挥作用：它选择性促进嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）的生长，这是一种在代谢紊乱治疗中具有显著治疗潜力的重要肠道细菌。3-sucCA通过增强己糖胺磷酸异构酶Amuc-NagB，增加氨基葡萄糖胺化并改善肠道屏障处的黏液觅食，从而促进A. muciniphila生长。A. muciniphila的扩增恢复肠道屏障完整性并抑制LPS-TLR4信号传导，通过独立于经典BA受体信号的肠-肝轴提供肝脏保护。
除3-sucCA外，多个课题组现已在更广泛的3-O-酰化BA家族中描述了胆酸或其相关骨架的3-羟基被短链酰基和二羧酸酰基酯化的现象。这些包括3-乙酰基-、3-丙酰基-、3-丁酰基-、3-戊酰基-、3-琥珀酰基-和3-丙二酰基-胆酸，以及基于其他BA核心的类似衍生物，由有限的一组拟杆菌门和芽孢杆菌门（Bacillota）物种产生。在B. uniformis中，BAS-suc是3-sucCA产生的基础，而其他分类群中的相关酰基转移酶介导单酸3-O-酰化（例如Christensenella属物种中的3-丁酰基-和3-乙酰基-CA）。这些3-O-酰化BAs显示出多效性代谢效应——调节细菌群落结构、影响肠道FXR活性，并在某些模型中改善胰岛素敏感性和肝脏脂质处理——由此形成了一种新兴观点，即3-O-酰化BAs可根据环境作为宿主代谢的“干扰者或协调者”。
除3-O-酰化胆酸外，近期AI辅助酶发现揭示了C-酰化BAs，其中类固醇核心本身通过碳-碳键形成而延长。利用从超过60万个预测的BA活性酶构建的广义肠道细菌代谢酶（GBME）数据库，研究人员鉴定出一种以前未注释的硫胺素二磷酸（ThDP）依赖性酶，该酶在3-氧代脱氧胆酸（3-oxoDCA）的C3位引入新的C-C键，通过一种不寻常的机制将oxoDCA转化为3-乙酰基-DCA。结构和生化分析表明，该酶催化DCA的C3位与源自ThDP和丙酮酸的活化乙酰供体之间的克莱森缩合样反应，产生真正的C-酰化BA，其类固醇核超出宿主来源BAs的典型C24骨架。
这项工作有两个值得注意的原因。首先，3-乙酰基-DCA（及相关C-酰化衍生物）代表了一类新的BA结构，将BA化学扩展至仅侧链酰胺化、硫酸化、葡萄糖醛酸化或3-O-酰化之外。其次，它说明了AI引导的宏基因组挖掘在系统枚举微生物来源BA代谢酶方面的力量，可将这些酶与代谢组学数据集中先前“孤儿”BA峰联系起来，从而绘制出假设驱动方法很可能遗漏的新型宿主-微生物共代谢空间。
3.1.3. 通过氧化还原化学进行的微生物BA修饰
与BA共轭物多样性的扩展并行，近期进展强调了在BA类固醇核心上进行氧化还原反应的微生物酶的生理重要性。特别重要的是7α-脱羟基化，由一部分梭菌属（Clostridium）和真杆菌属（Eubacterium）物种催化。该多步途径去除初级BAs中的7α-羟基，产生亲水性较低的次级BAs，例如将CA转化为脱氧胆酸（DCA），将CDCA转化为石胆酸（LCA）。7α-脱羟基化途径由BA诱导型（bai）操纵子编码，包含八个核心基因（baiBCDEA2FGHI）以及某些菌株中的辅助基因（baiJ、baiK、baiL）。亲水性较低的7α-脱羟基BAs具有不同的受体亲和力，从而对宿主代谢产生特定影响。例如，在心血管代谢疾病背景下，微生物DCA产生与2型糖尿病中葡萄糖代谢受损相关。值得注意的是，即使低丰度细菌（通过16S测序相对丰度<0.01%）在拥有高效7α-脱羟基化机制时也能产生生理显著量的DCA，证明微生物代谢能力并不总是与丰度相关。
另一类主要的微生物BA转化酶是羟基类固醇脱氢酶（HSDHs）。作用于3α-、3β-、7α-、7β-和12α-位的HSDHs已从多种肠道细菌中被表征。这些酶可产生氧代BAs作为中间体，并催化差向异构化反应，在特定位点互变α-和β-羟基方向。例如，7β-羟基类固醇脱氢酶活性可将治疗性BA熊去氧胆酸（UDCA，3α,7β-二羟基）转化为7-氧代中间体，这些中间体可被还原为7α-羟基产物。7α-HSDH酶特别受关注，因为它有可能通过序贯的7α-氧化和7β-还原途径从CDCA产生UDCA。UDCA用于治疗慢性胆汁淤积性肝病（如原发性胆汁性胆管炎，PBC）以及溶解胆固醇性胆结石。类似地，3α-HSDH和3β-HSDH活性互变3α-和3β-差向异构体，产生多样的立体化学变体。例如，微生物产生的isoDCA在树突状细胞中作为FXR的功能拮抗剂，促进结肠外周调节性T（pTreg）细胞的生成。
近期工作揭示，微生物BA HSDHs的库容比先前认识的更为多样。对超过200个推定微生物BA代谢基因的筛选揭示了大量此前未被详细表征的BAs的产生，包括若干石胆酸衍生物，例如3-氧代-Δ5-LCA，其作为人类雄激素受体（hAR）的强效拮抗剂。相应地，这些LCA衍生物被发现可抑制雄激素依赖性肿瘤进展，并以AR依赖性方式增强抗PD-1治疗的疗效。更普遍而言，这些发现强调，对微生物BA代谢的进一步研究很可能揭示额外的结构变体，并可能发现其在调节宿主生理和疾病中的更多作用。
3.2. 宿主介导的半胱胺共轭平衡微生物BA信号
前述各节说明肠道微生物如何广泛重塑哺乳动物BA池，这是其调节代谢、免疫及其他生理和疾病功能的众多基础。如第2.1节所述，细菌BSHs在调节BA信号中发挥核心作用，其途径是介导宿主产生的BA-牛磺酸/甘氨酸共轭物去共轭为相应游离BAs，游离BAs作为负反馈回路的一部分激活宿主FXR以调节BA生物合成。然而，近期对宿主来源BA-甲基半胱胺（BA-MCY）共轭物的鉴定表明，宿主代谢可以抵消微生物来源游离BAs对FXR的调节。
所有主要初级和次级BAs的BA-MCY共轭物最初是在微生物组完整和无菌小鼠的非靶向代谢组学比较中被鉴定为微生物组依赖性代谢物。随后功能研究表明，MCY共轭在肝胆系统中反转了BA功能：而游离BAs如CA和CDCA作为FXR激动剂负向调节从头BA生物合成，CDCA-MCY和CA-MCY则作为强效FXR拮抗剂并促进BA生物合成。重要的是，BA-MCY浓度在小肠中最高，而在肝脏中仅检测到痕量，这表明BA-MCYs主要调节肠道FXR功能。与BA-MCYs在体内作为肠道FXR拮抗剂一致，膳食补充BA-MCY可促进BA生物合成酶表达，增加总BA水平，并在高胆固醇血症小鼠模型中缓解肝脏脂质积累。
鉴于其作为FXR拮抗剂的强效活性，调节BA-MCY生物合成和降解的机制备受关注。虽然BA-MCY水平在无菌小鼠中显著降低，但其产生并未完全消除，提示宿主在其产生中的作用。进一步支持与宿主内源代谢的联系是，BA-MCY产生在BAAT基因敲除小鼠中显著增加，这些小鼠缺乏肝脏将BAs与牛磺酸或甘氨酸共轭的能力，因此向肠道分泌大量游离BAs。BA-MCY产生在高纤维饮食喂养的小鼠中也增加，这提高了游离BAs水平，提示BA-MCY共轭物由游离BAs和半胱胺部分产生，而半胱胺可能源自辅酶A降解。最终证明，BA-MCYs通过宿主酶VNN1产生，这是一种在回肠上皮高表达的水解酶，而回肠正是BA-MCYs最丰富之处。VNN1此前已被证明可水解CoA分解衍生的泛酰巯基乙胺，产生泛酸和半胱胺。然而，研究人员发现VNN1能以类似效率水解BA-泛酰巯基乙胺共轭物，产生S-连接的BA-半胱胺中间体，该中间体经历自发分子内重排形成相应酰胺（BA-CYs）。与VNN1在BA-MCY生物合成中从BA-泛酰巯基乙胺发挥作用一致，VNN1敲除动物回肠中的BA-MCY水平基本消失，而BA-泛酰巯基乙胺水平大幅增加。VNN1敲除动物结肠和粪便中的BA-MCY水平降低程度较小，表明其他机制（如其他泛酰巯基乙胺酶）可能有助于BA-MCY产生。
在回肠形成后，BA-MCY共轭物会经历宿主和微生物的进一步代谢。细菌BSH可水解BA-MCYs，但所测试的BSH酶去共轭BA-MCY的速度远慢于BA-牛磺酸。此外，BA-MCYs可发生硫氧化，微生物和宿主均可能参与。氧化产物BA-MCYO和BA-MCYO2是在全身和肝脏中检测到的主要种类，而在肠道的无氧环境中BA-MCYs占主导。与BA-MCYs的强FXR拮抗作用相比，S-氧化的BA-MCYO衍生物被发现无活性。因此，宿主的S-氧化和微生物的去共轭可能代表补充的机制，用于BA-MCY的失活或清除，有助于动态调节BA信号和代谢稳态。
BA-MCY代谢的许多方面仍有待了解，包括BA-泛酰巯基乙胺前体的来源。BA-泛酰巯基乙胺可能源自BA-CoA物质的降解，这些物质可能部分来自宿主，因为BA-MCYs在无菌小鼠中也存在；然而微生物BA-CoA产生也可能有贡献。此外，宿主和/或微生物对VNN1来源BA-CYs的S-甲基化贡献程度尚不清楚。此外，微生物BSH以及S-氧化和还原在BA-MCY代谢中的作用需要进一步澄清。微生物也可能参与BA-MCY生物合成的其他上游方面；然而，能够在功能上互补VNN1的微生物泛酰巯基乙胺水解酶目前仅从次级代谢例子中得知，即硫霉素生物合成中的水解酶ThnT。
总之，这些发现表明宿主介导的BA-MCY产生平衡了微生物依赖的游离BAs产生，作为调节FXR依赖性生理（以及可能的BAs下游其他通路）的信号网络的一部分。此外，CoA分解酶VNN1参与BA-MCY生物合成揭示了BA信号与CoA降解之间的意外联系，后者反馈影响代谢的许多其他方面。重要的是，BA-MCYs的确切生理作用（可能因啮齿类和人类而异）仍有待详细表征。此外，目前仅测试了部分最丰富的BA-MCYs的FXR激动或拮抗活性，尚不清楚BA-MCYs是否与其他BA受体相互作用，包括其他核受体（LXR、PXR、VDR）或GPCR TGR5。
3.3. 宿主和微生物对BA硫酸化的贡献
除与甘氨酸和牛磺酸共轭外，BAs还可在肝脏中进一步硫酸化，这在调节BA排泄中发挥重要作用。BA硫酸化由胞质磺基转移酶（SULTs）催化，SULT2A1是人类中负责BA硫酸化的主要亚型。虽然硫酸化最常发生在类固醇核的3α-羟基位置，其他位置如7α-和12α-羟基也可被靶向。例如，人类主要在C-3位硫酸化，而小鼠在C-7位也表现出显著硫酸化。硫酸化BAs更具亲水性，不易在肠道被重吸收，导致尿和粪便排泄增加。这种修饰因此有效减少BAs的肠肝循环，并限制其在肝脏和体循环中的积累。
近期研究已鉴定出响应硫酸化BAs的新受体。MRGPRX4是一种GPCR，特别被脱氧胆酸（DCA）及其3-硫酸化形式激活，在胆汁淤积性瘙痒中发挥核心作用，胆红素充当变构增强剂。另一个GPCR——GPR39新近被鉴定为一种保守的BA受体，特异响应硫酸化LCAs。此外，近期研究表明硫酸化BAs作为MR1（黏膜相关恒定T（MAIT）细胞中的一种非经典MHC I类蛋白，MAIT细胞是先天样T细胞亚家族）的内源性配体。具体而言，CA-7-硫酸盐被证明可促进MAIT细胞发育和细胞因子产生，有助于抗菌防御、组织修复和维持免疫稳态。
BA硫酸化因此提供了宿主依赖性BA修饰与不同信号作用相关的另一个例子；然而，与宿主BA代谢的其他方面一样，BA硫酸化受到肠道微生物的强烈调节。此外，近期研究表明肠道微生物含有SULT2A1的功能同源物，并有助于3-硫酸化BAs的生物合成，强调只有将BA代谢理解为宿主和微生物通路相互依存的复杂网络才能全面认识。例如，肠道共生菌Enterococcus raffinosus产生的DCA-3-硫酸盐通过增强肠道屏障功能和减轻全身炎症反应来缓解小儿脓毒症严重程度。
4. BA发现的新方法
近期在发现新BA结构和功能方面的许多进展得益于高分辨率高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）与创新化学和计算策略的结合。对BA生物合成突变体或具有不同微生物群的动物进行非靶向比较代谢组学，已揭示出多种先前未识别的BA共轭物，例如BA-MCYs，其在BAAT基因敲除小鼠中丰度大幅增加，但在无菌动物中减少。反向代谢组学已成为代谢物鉴定的强大策略。在该框架中，假设存在的共轭BAs被合成，其MS/MS谱图随后用于搜索公共代谢组学数据集，在许多情况下证实所提出的BA衍生物确实在自然界中产生，并且还发现了特定的表型关联。为了捕获和表征常规代谢组学分析可能遗漏的低丰度BA种类，已采用生物正交点击化学富集策略。如前所述，该策略实现了对微生物来源BA共轭物的选择性拉下，包括可缓解MASH的3-O-琥珀酰-CA。对于参与BA修饰的微生物酶发现，已引入包括AI辅助酶发现流程在内的宏基因组方法，促进了微生物基因组的快速筛选以及负责产生新型C-酰化BAs的酶的鉴定。
总之，这些互补的分析、化学和计算策略协同扩展了已知BA的结构和功能图景，并有望揭示BA代谢、微生物群和人类疾病之间的额外联系。尽管如此，BA共轭物的巨大结构多样性带来了重大挑战，使结构异构体的注释复杂化。因此，计算预测能在多大程度上补充或替代传统结构解析方法仍有待确定。
5. 结论与展望
尽管最早的BAs在近100年前就已鉴定，但近期分析方法的进展揭示了大量先前未识别的BA共轭物的显著多样性，其中许多表现出新的或意想不到的生物学功能。虽然大多数新发现的BA共轭物来源于与多种氨基酸和其他生物胺的侧链酰胺化，但多种O-和C-酰化类固醇核心衍生物的鉴定提出了BA生化多样性是否可能比目前认识的更大的问题。特别是高度不寻常的3-乙酰基-DCA的鉴定（该化合物源于硫胺素衍生物的C-酰基转移）表明，额外的BA修饰类型仍有待发现。微生物群和宿主都对新型BA共轭类型有贡献，其生物合成在若干情况下涉及众所周知酶的“兼职”（moonlighting）功能，例如BSH之于BA-氨基酸连接，或VNN1之于BA-MCY生物合成。
新兴的BA共轭物图景进一步扩展了功能多样性，揭示了意想不到的信号范式，例如BA-MCYs作为宿主来源FXR拮抗剂的产生，以及BAs靶点的新受体，如MAIT、MRGPRX4和GPR39。总之，这些发现证明BAs通过其多样的结构和受体相互作用，可能参与调节广泛的代谢、免疫和神经内分泌功能，从而在人体生理中发挥核心作用。因此，调节各种BA共轭物生理水平的生物合成酶和调控通路可能成为多种疾病背景下治疗干预的有吸引力的靶点。然而，对于许多新鉴定的BA共轭物，其体内相关性的证据仍然有些稀少或初步。鉴于额外类型共轭物的鉴定进展迅速，这或许并不令人意外。展望未来，更好地表征BA共轭物在相关组织中的体内浓度对于进一步支持所提出的受体相互作用并评估其对宿主生理的重要性将是必要的。
另一个局限是，近期大多数BA共轭研究仍集中在CA衍生物上，尽管宿主来源BA谱存在显著的种间差异。例如，人类主要产生TCA和TCDCA，而小鼠和其他啮齿类动物产生大量牛磺鼠胆酸（TMCAs），因此许多小鼠研究中对CA衍生物的主要关注忽视了对MCA共轭物特定生物学作用的探索。展望未来，对不同骨架来源的共轭BAs进行更全面的功能和结构表征，对于揭示其不同的生理作用至关重要，这些作用可能因物种而异。
鉴于BA生物合成的复杂性（代表微生物和宿主代谢通路高度互联的网络），整合多组学数据对于更好地表征BA生理功能及相关调控机制至关重要。结合宏基因组方法以更好地表征微生物多样性及其在宿主一生中的演变，需要对不同年龄动物的不同组织进行更细粒度的代谢组学分析。例如，沿肠道长度（从小肠不同部分到盲肠以及结肠近端和远端）的BA谱仍未完全了解。此外，肠腔环境高度异质，微生物群落组成、代谢物谱以及表达BA受体的免疫和其他细胞类型的密度在短距离内变化，表明空间分辨代谢组学可能成为推进功能研究的重要工具。
最后，考虑到近期鉴定的大量BA共轭物和其他肠道微生物来源代谢物，问题出现了：这种结构多样性在多大程度上应被视为“代谢噪音”，还是反映了已进化为信号分子的代谢网络产物。研究人员的观点是，结构多样性显然可源于宿主和微生物中生物合成途径之间的多样化且往往是巧合的相互作用。许多此类相互作用，尤其是涉及复杂且不断变化的微生物组时，很可能是短暂且嘈杂的。尽管如此，每个结果结构必然反映其来源代谢网络的特性，因此先验地包含潜在有用信息，针对这些信息可能演化出或多或少的特定感知机制。一种代谢物是否被视为信号可能取决于其结构传递的确切信息以及它通常被遇到的频率。然而，似乎合理的是，许多近期鉴定的BA共轭物凭借其特定的宿主或微生物依赖性生物合成历史，已进化为信号分子，宿主以及可能的微生物群中存在专门的感知机制。
