3.3 Žlučové kyseliny a mikrobiota

Žlučové kyseliny jsou steroidní molekuly, které působí jako povrchově aktivní látky napomáhající trávení tuků v trávicím traktu. Žlučové kyseliny jsou syntetizovány v játrech a metabolizovány četnými enzymy pocházejícími ze střevních bakterií. Nedávno bylo zjištěno, že žlučové kyseliny mají zásadní význam pro regulaci hostitelské a mikrobiální fyziologie a že dysregulace žlučových kyselin může vést k patologickým stavům ve střevě, včetně zhoršeného zánětu a onkogenní signalizace (přehled v Jia et al., 2018; Ridlon et al., 2014).

Žlučové kyseliny jsou buď syntetizovány hostitelskými hepatocyty, nebo metabolizovány střevními bakteriemi za vzniku primárních, resp. sekundárních žlučových kyselin (Ridlon et al., 2016). Primární žlučové kyseliny jsou syntetizovány oxidací cholesterolu v hepatocytech zprostředkovanou cytochromem P450. Lidé primárně vytvářejí dvě primární žlučové kyseliny, kyselinu cholovou (CA) a kyselinu chenodeoxycholovou (CDCA). Tyto žlučové kyseliny jsou snadno konjugovány na aminokyseliny taurin a/nebo glycin pomocí syntetázy žlučové kyseliny:CoA a N-acyltransferázy žlučové kyseliny-CoA: aminokyseliny za vzniku kyseliny taurocholové (TCA), kyseliny taurochenodeoxycholové (TCDCA), kyseliny glykocholové (GCA) a kyseliny glykochenodeoxycholové (GCDCA). Nově syntetizované primární žlučové kyseliny jsou vylučovány z jater do žlučových kanálků a nakonec se uvolňují do střevního lumen pro svou funkci: emulgaci a absorpci lipidů z tenkého střeva. Vylučované žlučové kyseliny v tenkém střevě mohou být reabsorbovány v distálním ileu pomocí apikálního transportéru BA závislého na sodíku (ASBT) a kde se pak vážou na ileální nosný protein žlučových kyselin (IBACP), aby byly transportovány do portální žíly prostřednictvím transportéru organických solutů α/β (OST-α/β) (přehled v Dawson, 2011; Jia et al., 2018).

Na rozdíl od primárních žlučových kyselin se na produkci sekundárních žlučových kyselin podílí střevní mikrobiota. Je známo, že střevní anaeroby včetně Bacteroides, Eubacterium a Clostridium dekonjugují taurinem konjugované a glycinem konjugované žlučové kyseliny a vytvářejí nekonjugované volné žlučové kyseliny. Anaeroby včetně Bacteroides, Clostridium, Eubacterium, Lactobacillus a Escherichia pak mohou provádět 7α/β-dehydroxylaci a převádět nekonjugované primární žlučové kyseliny, CA a CDCA, na sekundární žlučové kyseliny, kyselinu deoxycholovou (DCA) a kyselinu lithocholovou (LCA) (Jia a kol.),

Jelikož mají žlučové kyseliny detergentní vlastnosti, mají vysoké koncentrace žlučových kyselin potenciál způsobit poškození buněčných membrán a stimulovat následné opravné mechanismy, což vede k potenciálně příznivému prostředí pro nádorové bujení prostřednictvím hyperproliferace nediferencovaných buněk (Nguyen et al., 2018). Vzhledem k tomu, že strava s vysokým obsahem tuku zvyšuje hladiny žlučových kyselin jak ve střevním lumen, tak v přilehlých tkáních (Dermadi et al., 2017; Fu et al., 2019), je možné, že HFD by mohla přispívat ke vzniku CRC také prostřednictvím zvýšené syntézy a sekrece žlučových kyselin. Bylo totiž prokázáno, že HFD má tendenci zvyšovat konjugaci žlučových kyselin s taurinem za vzniku většího množství TCA, což mění pool žlučových kyselin a také populaci střevní mikroflóry (Devkota et al., 2012; Ridlon et al., 2016). Konkrétně HFD s vysokým obsahem SFA pozoruhodně omezuje bohatost a diverzitu myší střevní mikrobioty a indukuje rozkvět B. wadsworthia, člena proteobakterií, který aktivně využívá TCA (Devkota et al., 2012). HFD indukovaný rozkvět B. wadsworthia podporuje nadměrnou tvorbu genotoxické sloučeniny sirovodíku (H2S) a náchylnost k zánětům spojeným s TH1 imunitou (Devkota et al., 2012). Tyto studie naznačují možnou účast HFD a žlučových kyselin na vzniku CAC prostřednictvím regulace mikrobioty.

Bylo prokázáno, že konzumace západní stravy, která je obohacena o živočišné bílkoviny a tuky, významně zvyšuje množství DCA a jeho metabolitů ve stolici u lidí. To poskytuje další důkaz, že tuk ve stravě kriticky mění pooly žlučových kyselin i produktů odvozených od bakterií (Reddy et al., 1980). Bylo také zjištěno, že sekundární žlučové kyseliny mají rozhodující vliv na tumorigenezi CRC. Farhana et al. objasnili, že sekundární žlučové kyseliny, DCA a LCA, mohou regulovat kmenové buňky rakoviny tlustého střeva (Farhana et al., 2016). Léčba DCA nebo LCA u normálních lidských epiteliálních buněk tlustého střeva (HCoEpiC) významně zvýšila expresi markerů nádorových kmenových buněk (CD44, CD166 a ALDHA1) a také genů pluripotence (KLF4, Nanog, OCT4 a SOX2). Kromě toho léčba DCA/LCA zvýšila tvorbu sféroidů z HCoEpiC v 3D kultuře a aktivovala signalizaci Wnt/β-katenin, což naznačuje, že sekundární žlučové kyseliny přispívají ke zvýšené kmenovosti buněk rakoviny tlustého střeva. Jiná studie také prokázala, že DCA podporuje aktivaci receptoru pro epidermální růstový faktor (EGFR) a střevní karcinogenezi prostřednictvím zapojení ADAM-17, člena rodiny metaloproteáz ADAM, což vede k proteolytické maturaci rozpustného ligandu EGFR, amfiregulinu (Dong et al., 2018). Celkově tyto studie naznačují, že sekundární zvýšení žlučových kyselin zprostředkované HFD by mohlo přispívat k progresi rakoviny ve střevních tkáních.

Žlučové kyseliny mohou být také důležitými signálními molekulami působícími jako endogenní ligandy mnoha jaderných sirotčích receptorů, včetně receptoru pro farsenoid X (FXR), receptoru pro žlučové kyseliny spřaženého s G-proteinem (TGR5), receptoru pro pregnan X (PXR), receptoru pro vitamin D3 (VDR) a konstitutivního androstanového receptoru (CAR) (Forman et al., 1995; Jia et al., 2018; Mora et al., 2008). Konkrétně FXR je hlavním regulátorem metabolismu žlučových kyselin a nekonjugované žlučové kyseliny, jako jsou CA, CDCA, DCA a LCA, jsou vysoce afinitními agonisty pro FXR (Parks et al., 1999). FXR funguje při udržování homeostázy žlučových kyselin v enterohepatálním oběhu. Například aktivace jaterního FXR žlučovými kyselinami způsobuje inhibici biosyntézy žlučových kyselin a naopak zvyšuje jejich odtok, čímž omezuje hromadění žlučových kyselin v hepatocytech. Současně aktivace střevního FXR omezuje hladinu žlučových kyselin v enterocytech, čímž usnadňuje eflux žlučových kyselin do portální žíly a inhibuje transport žlučových kyselin ze střevního lumen, což v konečném důsledku usnadňuje vylučování žlučových kyselin (Jia et al., 2018).

Kromě regulace homeostázy žlučových kyselin je FXR spojen s vývojem CRC na myších modelech. Myši s deficitem FXR vykazovaly zvýšenou hloubku střevních krypt a proliferaci střevních epiteliálních buněk (Maran et al., 2009). Kromě toho delece FXR zvýšila vývoj adenokarcinomu tlustého střeva u myší s APCMin/+ i AOM (Maran et al., 2009), což naznačuje, že downregulace a/nebo inhibice FXR může vést ke zvýšenému výskytu vývoje CRC. Zajímavé je, že se uvádí, že HFD inhibuje působení FXR (Dermadi et al., 2017; Fu et al., 2019). Krmení HFD snížilo expresi několika transportních proteinů žlučových kyselin, jako jsou ASBT a OST-β, po FXR, ačkoli exprese FXR se nezměnila (Dermadi et al., 2017). Tyto myši krmené HFD však vykazovaly prodloužení střevních krypt a proliferaci epitelu, podobně jako myši s deficitem FXR (Dermadi et al., 2017). Tyto údaje naznačují, že HFD inhibuje aktivaci FXR prostřednictvím sníženého transportu žlučových kyselin a podporuje proliferaci střevního epitelu inaktivací FXR. Podobně HFD indukovaná kyselina tauro-β-muricholová a DCA antagonizovaly funkci střevního FXR, což vedlo k proliferaci a poškození DNA v ISC (Fu et al., 2019). Tyto studie naznačují, že inaktivace FXR může hrát kritickou roli v HFD-exacerbovaném CRC/CAC.

Bakterie odvozené od mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA) mohou být také důležitými faktory ve vývoji CRC/CAC zprostředkovaném tuky ve stravě. SCFA butyrát (C4:0), propionát (C3:0) a acetát (C2:0) vznikají bakteriální fermentací vlákniny. Tyto SCFA se mohou vstřebávat do kolonocytů prostou difuzí a/nebo transportem zprostředkovaným Na+ spřaženým transportérem SLC5A8 (Ganapathy et al., 2013). Je známo, že SCFA, konkrétně butyrát, mají preventivní účinky u rakoviny tlustého střeva, částečně díky své schopnosti inhibovat histon deacetylázu (HDAC) (Chen et al., 2003). Střevní mikrobiota hraje významnou roli v syntéze SCFA, přičemž na jejich produkci se podílejí specifické druhy bakterií. Změny složení mikrobioty ve stravě proto mohou vést k rozdílné schopnosti produkovat SCFA z vlákniny. Konkrétní role HFD ve změně střevní mikrobioty, tvorbě SCFA a CRC/CAC zatím nebyla identifikována.

Změna žlučových kyselin způsobená HFD vede k důležitým změnám střevního prostředí a molekulární signalizace. Konkrétně mohou dietní změny mikroprostředí změnit populace střevní mikrobioty, což vede k dalším zánětlivým a genotoxickým stresům. HFD také podporuje kmenovost střevního epitelu regulující proliferaci a zapojení jaderných receptorů. Tyto studie společně naznačují, že regulace žlučových kyselin se podílí na mnoha cestách, které přispívají ke vzniku CRC.