腸道菌群與缺血性卒中

許杰，王伊龍，王擁軍

近十年來，已有大量研究證實，腸道菌群在肥胖、糖尿病、高脂血癥、高血壓等缺血性卒中相關(guān)危險因素的發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用[1]。近期又有研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群及其產(chǎn)物直接參與了血小板活性的激活及血栓的形成[2]，并且改變腸道菌群后可通過免疫途徑促進卒中后損傷的修復(fù)[3]。一系列證據(jù)表明，腸道菌群與缺血性卒中的發(fā)生及預(yù)后緊密相關(guān)。本文將對腸道菌群及其產(chǎn)物如何影響缺血性卒中的發(fā)病及預(yù)后做一系統(tǒng)闡述。

1 腸道菌群及其產(chǎn)物在動脈粥樣硬化發(fā)生過程中的作用

血小板的活化、聚集及動脈粥樣硬化斑塊的形成是缺血性卒中的重要發(fā)病機制。近期的研究表明，腸道菌群在動脈粥樣硬化斑塊發(fā)生過程中發(fā)揮著重要的作用[4]。目前認為腸道菌群可以通過3種途徑影響動脈粥樣硬化的發(fā)生：第一，細菌感染激活免疫系統(tǒng)，通過巨噬細胞表達的Toll樣受體進一步導(dǎo)致促炎細胞因子和趨化因子的增加，加速粥樣斑塊的進展，并可導(dǎo)致易損斑塊的形成；第二，腸道菌群代謝膽固醇和脂肪影響動脈粥樣硬化斑塊的形成；第三，腸道菌群代謝產(chǎn)物氧化三甲胺（trimethylamine N-oxide，TMAO）通過激活血小板活性，促進粥樣斑塊形成。

TMAO途徑被認為是腸道菌群導(dǎo)致動脈粥樣硬化形成最直接的途徑[5]。飲食中的膽堿被腸道微生物代謝生成三甲胺，經(jīng)過肝腸循環(huán)進入肝臟被氧化為TMAO，然后TMAO以血小板激活劑依賴的方式促進鈣離子由細胞內(nèi)釋放至細胞外，從而介導(dǎo)血小板的高反應(yīng)性，進而增加血栓形成的風(fēng)險[2]。TMAO增加血小板的活性是由鈣離子（Ca2+）介導(dǎo)完成的。在靜息狀態(tài)下，血小板保持細胞內(nèi)較低的鈣濃度，以維持其在健康的血管內(nèi)循環(huán)，但是當(dāng)血管壁受損時，血小板迅速激活并調(diào)動Ca2+，以促進血栓前體或血栓的形成[6]。為了進一步探討這一過程的作用機制，研究者將Ca2+進行染色追蹤發(fā)現(xiàn)，TMAO以濃度依賴的方式介導(dǎo)Ca2+的釋放，也進一步確定了腸道菌群在血栓前狀態(tài)和血栓形成中的作用。另外研究通過膽堿飲食飼養(yǎng)小鼠，通過體外的血小板聚集以及頸動脈FeCl3損傷模型證明了飲食中的膽堿在腸道菌群的作用下，釋放TMAO進一步激活血小板的活性，從而形成血栓[2]。

除了動物實驗的證據(jù)之外，臨床研究也顯示TMAO參與了動脈粥樣硬化的發(fā)生，其與心腦血管事件風(fēng)險顯著相關(guān)[7-8]。Tang等[8]的研究納入了4007例受試者，前瞻性隨訪3年，研究血漿中TMAO與心腦血管事件發(fā)生風(fēng)險之間的關(guān)系，其研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TMAO呈劑量依賴的方式與血栓事件的風(fēng)險呈正相關(guān)，且這一作用獨立于傳統(tǒng)的心腦血管疾病危險因素。但我國學(xué)者Yin等[9]的研究并沒有發(fā)現(xiàn)卒中患者和短暫性腦缺血發(fā)作（transient ischemic attack，TIA）患者血漿TMAO水平升高。他們在無癥狀的動脈粥樣硬化、卒中和TIA患者中同時分析了腸道菌群組成和TMAO水平的差異。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在無癥狀性動脈粥樣硬化患者中無論是否伴有頸動脈斑塊，其TMAO水平和腸道菌群組成均相似。但在卒中或TIA患者中，其腸道菌群組成與無癥狀性動脈粥樣硬化患者有較大差異，但TMAO水平并沒有和預(yù)想的一樣高于對照組，而是低于無癥狀性動脈粥樣硬化患者。他們的解釋是卒中事件本身或者卒中后的治療藥物可能降低了TMAO的水平。所以關(guān)于腸道菌群產(chǎn)物TMAO與缺血性卒中的相關(guān)性尚需進一步的研究加以證實。

2 腸道菌群改變對于卒中后損傷修復(fù)的作用

“菌群-腸-腦”軸是新提出的一個概念[10]，也是研究腸道菌群與卒中預(yù)后的前提假設(shè)。卒中發(fā)生后腸道菌群從胃腸道轉(zhuǎn)移到胃腸道以外的器官，卒中的應(yīng)激狀態(tài)也能促進菌群由消化道轉(zhuǎn)移至血液[11]，從而誘發(fā)系統(tǒng)的免疫和炎癥反應(yīng)[12]。而免疫和炎癥反應(yīng)已被證實是腦缺血損傷發(fā)生機制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[13]。近期有研究證實，嚴重的腦梗死發(fā)生后會改變菌群分布，進而導(dǎo)致卒中后體內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調(diào)并誘導(dǎo)免疫應(yīng)答，且腦梗死后通過糞菌移植能夠顯著改善卒中預(yù)后[14]。Benakis等[3]的研究顯示，在大腦中動脈閉塞的模型中，抗生素導(dǎo)致的腸道菌群失調(diào)能減少腸道菌群的α多樣性從而改善預(yù)后，且在組織學(xué)上顯示缺血組織體積減小。這一效應(yīng)主要是由于小腸部位的IL-17+γδT細胞的減少和Treg細胞增加，進而限制IL-17+γδT的有害物質(zhì)滲透腦膜。有研究者運用C57BL/6小鼠使用抗生素進行預(yù)處理造成微生物大量損耗的模型，在腦缺血發(fā)生前停止抗生素使用會增加去-微生物化動物的死亡率，且死亡率與嚴重的結(jié)腸炎有關(guān)。這一研究主要是強調(diào)腦缺血后卒中誘導(dǎo)的免疫抑制會嚴重地削弱宿主的自身免疫，進而導(dǎo)致小腸出現(xiàn)免疫障礙[15-16]。我國學(xué)者Sun等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，丁酸桿菌通過調(diào)節(jié)腸道菌群可以減輕糖尿病小鼠的腦缺血/再灌注損傷，他們在糖尿病小鼠模型中，進行雙側(cè)頸動脈結(jié)扎后補充丁酸桿菌能改善缺血后或再灌注導(dǎo)致的腦損傷，減輕神經(jīng)損傷和改善認知功能。

3 腸道菌群與卒中后抑郁

腦-腸軸是大腦與胃腸道相互作用的雙向調(diào)節(jié)軸，胃腸道不適常伴有情緒的反應(yīng)，而情緒的反應(yīng)反過來可激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)部位的神經(jīng)活動，同時將調(diào)控信息通過腦-腸軸下傳至胃腸道，改變其動力和分秘功能，激活腸黏膜免疫，影響腸道黏膜屏障功能。如胃食管反流患者中，焦慮和抑郁與胃灼熱等消化道癥狀之間存在強烈的相關(guān)性，且心理或抗抑郁治療對部分患者有效[18]。而在精神病患者中，抑郁癥和廣泛性焦慮癥往往伴有胃腸道不適，很多廣泛性焦慮癥患者首次發(fā)病往往因胃腸道癥狀就診于消化科[19]。由此可見，腦-腸軸功能的紊亂可能在精神疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮一定的作用。但是，如何發(fā)揮作用，目前的研究更傾向于認為主要歸功于腸道菌群。

腸道菌群參與宿主的免疫防御過程，腸道菌群紊亂時，使得細菌產(chǎn)生的具有內(nèi)毒素作用的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）大量入血，引發(fā)外周的免疫激活和炎癥反應(yīng)。病理狀態(tài)下，血腦屏障的通透性改變，各種炎癥因子進入中樞，將炎癥信號傳到中樞，通過NF-κB通路等激活膠質(zhì)細胞，促進抑郁的發(fā)生。動物實驗中，利用LPS腹腔注射，可以模擬出實驗動物的抑郁樣行為，并能觀察到中樞神經(jīng)系統(tǒng)明顯的炎癥反應(yīng)[20]，說明由LPS等細菌產(chǎn)物造成的炎癥反應(yīng)，可以影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，促進抑郁癥狀的發(fā)生。阻斷Toll樣受體在慢性溫和應(yīng)激所致中樞炎癥和抑郁樣行為的實驗中，確能觀察到炎癥和動物行為的改善[21]。我國學(xué)者Zheng等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，重度抑郁患者腸道菌群不同于健康人，厚壁菌門、放線菌門及擬桿菌門豐度增加；無菌小鼠接受重度抑郁患者的腸道菌群后，相比于接受了健康人腸道菌群的小鼠，表現(xiàn)出類似抑郁的行為。

臨床上除了常用抗抑郁藥物外，益生菌在治療抑郁癥的作用方面也得到有效的驗證。一些研究發(fā)現(xiàn)，用腸道益生菌感染幼年大鼠能夠改善親子分離應(yīng)激模型動物以及大鼠成年后因應(yīng)激引起的抑郁樣癥狀，用益生菌“調(diào)理胃腸”對于改善臨床抑郁癥患者的抑郁癥狀同樣有效[23]。另有研究發(fā)現(xiàn)，益生菌具有良好的抗炎癥作用，能夠糾正免疫失衡，降低促炎癥細胞因子水平，從而通過減輕抑郁癥的炎癥情況改善患者的抑郁癥狀[24]。另有研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌能部分緩解應(yīng)激所導(dǎo)致的腸道功能紊亂，從而在一定程度上改善抑郁癥狀。

腸道菌群與抑郁癥的研究起步較早，研究得比較充分[25]。目前尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于腸道菌群與卒中后抑郁的研究。抑郁癥與卒中后抑郁具有相似的臨床表現(xiàn)，且目前研究認為二者發(fā)病基礎(chǔ)相似。因此，尚需要進一步的動物實驗及臨床研究探索腸道菌群對卒中后抑郁的影響。

腸道菌群與缺血性卒中的研究尚處于起步階段，但目前的研究證據(jù)表明，腸道菌群在缺血性卒中的發(fā)生過程中發(fā)揮著重要的作用：間接作用包括腸道菌群對于卒中相關(guān)危險因素的影響；直接作用包括腸道菌群對于血小板激活及動脈粥樣硬化的影響。另外，腸道菌群通過免疫機制對于卒中后損傷修復(fù)的作用讓其有望成為新的神經(jīng)保護的靶點。相信未來以腸道菌群為靶點的治療模式，無論是在缺血性卒中的一級預(yù)防還是二級預(yù)防都將發(fā)揮重要的作用。

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