腸道菌群與冠狀動脈粥樣硬化性疾病

孔春靈 李靜超 楚英杰

1鄭州大學人民醫(yī)院（鄭州 450003）；2河南省人民醫(yī)院（鄭州 450003）

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（CHD）是威脅人類健康的主要疾病之一，尤其是冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂所引發(fā)的急性心肌梗死（AMI），是目前全球?qū)е滤劳雎实闹饕∫颍?］。當前，使用有效的他汀類藥物降低低密度脂蛋白和膽固醇并穩(wěn)定冠脈粥樣斑塊，是降低心血管不良事件發(fā)生的主要手段之一；且隨著急診冠脈血運重建救治水平的提高，AMI的救治率明顯提高。但是近年來，心血管疾病的發(fā)病率和死亡率卻有逐年上升的趨勢，這些數(shù)據(jù)警示我們，僅控制已知的危險因素和提高冠脈血運重建的水平對于冠心病的預防和救治是遠遠不夠的；基于當前的醫(yī)療需求，關(guān)于可能導致冠心病的新的傳導通路和代謝機制不斷被發(fā)現(xiàn)。近年來，腸道菌群和慢性代謝性疾病的關(guān)系受到多領(lǐng)域?qū)W者的追捧，已有研究證實，腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變參與了高血壓、糖尿病、自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展過程。腸道菌群參與機體冠心病進展相關(guān)的代謝和免疫通路，也成為當下心血管和微生物領(lǐng)域研究的熱點。本文旨在討論了目前腸道菌群及其代謝產(chǎn)物與冠心病關(guān)系的研究現(xiàn)狀及其未來的研究方向和臨床應用前景，可能為冠心病的診治開辟新的治療靶點。

1 冠心病患者腸道菌群結(jié)構(gòu)特征

人體腸道細菌群的建立從自母體分娩時接觸到母體陰道的菌群開始。胚胎在母體的子宮內(nèi)處在一個無菌的環(huán)境，出生后第1天，腸桿菌、腸球菌、葡萄球菌和類桿菌開始在嬰兒的腸道內(nèi)定植，第6天后，腸道內(nèi)雙歧桿菌占優(yōu)勢，斷奶后到成年，雙歧桿菌和乳酸菌處于優(yōu)勢地位，到老年，雙歧桿菌等有益菌群數(shù)量下降，有害菌種的比例升高。據(jù)估計，在我們?nèi)梭w的腸道中有大約1 000種細菌組成的100萬億細菌細胞，其基因含量超過宿主基因至少100倍［2］。這組龐大的基因群，被稱為人體后天獲得的“第二個基因組”。這數(shù)百萬億的群所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，參與了機體多個分子學代謝通路。近年來，基因測序技術(shù)和生物信息學技術(shù)的發(fā)展，為我們研究人類腸道菌群結(jié)構(gòu)和其攜帶的基因組提供了新的技術(shù)支持。

對于健康的成年人而言，腸道菌群結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。目前的研究指出，腸道內(nèi)菌群多數(shù)歸屬于厚壁菌門和擬桿菌門，少數(shù)歸屬于放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和疣微菌門。其中，約99%的腸道細菌屬于厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門4種門類菌。鑒于腸道內(nèi)的很多菌種不能在體外培養(yǎng)，腸道菌群的分類和確認變得復雜，單純應用體外分析和培養(yǎng)尚難以確定健康成年人的腸道菌群組成。宏基因組技術(shù)應用后，將人類腸道優(yōu)勢菌群按3種優(yōu)勢菌群進行區(qū)分：Ⅰ型為擬桿菌屬優(yōu)勢型，Ⅱ型為普氏菌屬優(yōu)勢型，Ⅲ型為瘤胃球菌屬優(yōu)勢型。Ⅲ型也可稱之為擬桿菌屬和普氏菌屬劣勢型［3］，雖此種分型方法尚未達成廣泛共識，但將腸道菌群結(jié)構(gòu)研究推向了菌屬的水平。對于健康人而言，有益菌占多數(shù)，有害菌占少數(shù)，二者動態(tài)平衡維持機體健康狀態(tài)。有益菌成為優(yōu)勢菌群，可形象的稱之“大樹菌“。當處于某些疾病狀態(tài)時，腸道菌群會發(fā)生顯著變化：有益菌減少，有害菌增多［5］。腸道菌群失調(diào)又進一步加重疾病狀態(tài)，形成惡性循環(huán)。

2006年有研究報道：肥胖和腸道菌群變化相關(guān)［6］，肥胖患者腸道內(nèi)厚壁菌門的增多及擬桿菌門的減少。TURNBAUGH等［7］通過將肥胖小鼠的糞菌移植到無菌小鼠腸道中，發(fā)現(xiàn)無菌小鼠變得肥胖；該研究提示腸道菌群變化導致肥胖的發(fā)生。2012年，KARLSSION等［8］應用全基因測序的方法探究腸道菌群結(jié)構(gòu)變化和粥樣硬化性心臟病是否有關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果表明，與健康人群相比，冠心病患者組柯林斯菌屬增多，羅氏菌屬和優(yōu)桿菌屬降低；采用宏基因組技術(shù)行進一步的功能分析，結(jié)果表明冠心病患者組腸道菌群基因組中編碼肽聚糖合成的基因增多，編碼八氫番茄紅素脫氫酶（與降低血清中的β-胡蘿卜素有關(guān)的基因減少。2016年，EMOTO等利用末端限制性片段長度多態(tài)性（T?RFLP）和16SRNA的方法研究冠心病患者和健康志愿者之間的腸道菌群結(jié)構(gòu)差別；通過T?RFLP可將腸道菌群分為10組，分別為：普氏菌屬、擬桿菌屬、乳桿菌目、雙歧桿菌屬、梭菌屬Ⅸ、梭菌屬Ⅺ、梭菌屬和其他菌屬。研究結(jié)果提示：在冠心病患者組，成熟的乳酸桿菌目明顯增多，擬桿菌門（擬桿菌屬+普氏菌屬）明顯下降，且厚壁菌門/擬桿菌門的比例明顯上升［9］。

腸道的細菌分類等級界定為界、門、綱、科、屬、種，目前冠心病對于患者腸道菌群結(jié)構(gòu)特征的研究雖然層出不窮，但多數(shù)停留在種屬的層面。宏基因測序技術(shù)的誕生，可以將菌群的研究精確到菌株水平，菌株是由一獨立分離的單細胞繁殖而成的純遺傳型群體及其一切后代，典型菌株、模式株。為將來腸道菌群的干預研究，提供更加精確的干預靶點。

2 腸道菌群及其代謝產(chǎn)物：膽汁酸和短鏈脂肪酸

腸道菌群被證實對膽汁酸的代謝有促進作用。初級膽汁酸主要是通過肝臟中膽固醇的氧化而合成的，并被分泌到腸道中以溶解脂質(zhì)促進其吸收。微生物膽汁鹽水解酶將初級膽汁酸分解為次級膽汁酸。大約95%的膽汁酸從腸道中被重新吸收用于循環(huán)，5%在糞便中丟失，這是排泄膽固醇的主要途徑。最近研究發(fā)現(xiàn)，膽汁酸不僅在脂類代謝，亦在各種生理過程發(fā)揮作用。腸道細菌參與膽汁酸的轉(zhuǎn)化過程中，增加了人體宿主棕色脂肪組織（BAT）的燃燒、能量消耗和胰島素敏感，從而抑制炎癥的產(chǎn)生。其主要由farnesoid X受體（FXR）和膽汁酸G蛋白耦合受體-5（TGR5）23、24）受體介導；具體機制目前正在研究中，而其功能和機制的澄清，可能會導致新的治療方法的發(fā)展，不僅僅在CAD方面。

細菌分解碳水化合物后的主要產(chǎn)物是單糖，其發(fā)酵形成各種短鏈脂肪酸（SCFAs），如醋酸酯、丁酸酯、丙酸酯等。醋酸酯和丙酸酯主要是由門菌產(chǎn)生，而丁酸酯則是由門生菌產(chǎn)生。SCFAs是G-蛋白耦合受體GPR43和GPR41.27的配體，由特定的單羧轉(zhuǎn)運蛋白通過腸黏膜上皮細胞輸送到血液中。短鏈脂肪酸與相應受體結(jié)合后可降低組蛋白脫乙酰酶（HDAC）的活性，增強G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）信號，而G-蛋白耦合受體在能量代謝、交感神經(jīng)系統(tǒng)和免疫細胞功能的調(diào)節(jié)中得到廣泛的表達和發(fā)揮作用?？偟膩碚f，腸道細菌的這些差異可能與SCFAs的數(shù)量有關(guān)，并影響了若干種疾病的發(fā)病率。

3 腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對冠心病的影響

腸道菌群參與人體代謝與非代謝相關(guān)過程［10］。WANG等［11］應用代謝組學的方法明確了人類血漿中和心血管疾病風險相關(guān)的3種小分子腸道菌群代謝產(chǎn)物，分別是：膽堿、三甲胺氮氧化物（TMAO）和甜菜堿；其均來自食物中的脂質(zhì)磷脂酰膽堿。腸道細菌將人體攝入的脂質(zhì)磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)化為膽堿和L-肉毒堿［三甲胺（TMA）］，TMA在人體肝臟內(nèi)黃素單氧酶（FMO）的催化下轉(zhuǎn)化為三甲胺氮氧化物（TMAO）。

動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，給動脈粥樣硬化傾向的小鼠喂養(yǎng)富含膽堿或者TMAO的食物，加速了動脈粥樣硬化的形成且改變膽固醇的代謝［12］。然而，給使用抗生素或者無菌小鼠喂養(yǎng)同樣的食物，結(jié)果顯示食物中膽堿代謝產(chǎn)生的TMAO和動脈粥樣硬化的加速現(xiàn)象均消失。不難發(fā)現(xiàn)，這種加速動脈粥樣硬化的現(xiàn)象離不開腸道菌群的參與。綜上所述，動物實驗等基礎(chǔ)研究明確了一條食物中脂質(zhì)磷脂酰膽堿參與心血管疾病發(fā)生發(fā)展的新的代謝通路，即腸道菌群依賴的脂質(zhì)磷脂酰膽堿代謝物TMA，TMA通過肝臟中的FMO轉(zhuǎn)化為TMAO釋放入血，TMAO通過改變固醇和膽汁酸的代謝，增加巨噬細胞的活性等機制加速動脈粥樣硬化進程。

臨床研究亦表明，TMAO增加了心血管疾病的風險［13］，使急性心肌梗死、心源性休克和死亡的發(fā)生率升高。2013年，TANG 等［14］的大樣本量（n=4 007）研究表明血清中TMAO水平升高和惡性心血管事件相關(guān)。循環(huán)中TMAO含量在較高1/4的患者組其惡性心臟事件的發(fā)生率是較低1/4患者組的2.5倍；而且，TMAO的風險比值明顯高于低密度脂蛋白；在校正了傳統(tǒng)的影響因子和腎功能以后，TMAO水平升高依然是惡性心血管事件的獨立預測因子。那么，血中的TMAO是通過何種機制參與冠脈粥樣硬化的過程呢？有研究表明，TMAO影響膽固醇代謝、食物膽堿或TMAO的補充劑導致巨噬細胞表面清道夫受體（CD36和SR?A1）表達增加，促使泡沫細胞的形成，從而加速了動脈粥樣硬化的形成。

另外，腸道菌群還通過非代謝相關(guān)的因素影響的冠心病的發(fā)生和發(fā)展，非代謝相關(guān)的作用包括腸道壁滲透性增高，細菌細胞壁產(chǎn)生脂多糖（LPS）和肽聚糖可通過腸壁入血。循環(huán)中這些物質(zhì)的出現(xiàn)可激活巨噬細胞，從而影響脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運，增加胰島素抵抗，高脂血癥和血管炎癥［15］。綜上所述，腸道細菌就像一個大的內(nèi)分泌器官，從代謝依賴和非代謝依賴兩個方面增加冠心病發(fā)生風險。

4 干預腸道菌群結(jié)構(gòu)對AMI預后的影響

AMI是冠心病的繼發(fā)性改變，也是其最嚴重的分型。與冠狀動脈粥樣硬化的慢性形成過程不同，急性心肌梗死對機體來說是急性的應激性創(chuàng)傷。在此創(chuàng)傷下，腸道菌群結(jié)構(gòu)是否會發(fā)生應激性改變并且影響到其代謝產(chǎn)物的變化呢？我們推測，AMI可能導致腸道菌群結(jié)構(gòu)急性的改變，腸道菌群結(jié)構(gòu)的紊亂可能影響到AMI患者的預后。通過干預腸道菌群的結(jié)構(gòu)來阻止冠狀動脈粥樣硬化的進展或者改善已發(fā)生AMI患者的預后，或許會為急性心肌梗死治療提供新方向。

目前，針對腸道菌群和冠心病的干預性研究多停留在動物實驗的階段。2012年，LAM等［16］使用抗生素抑制腸道菌群，觀察腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變對AMI小鼠預后的影響，分別給予實驗組小鼠腸道含萬古霉素（僅可微量通過腸道吸收）的飲用水，對照組小鼠給予無萬古霉素的水；后使用外科結(jié)扎方式人為制造小鼠AMI模型。結(jié)果顯示實驗組小鼠較對照組小鼠梗死面積減少了27%。為證實萬古霉素通過腸道菌群減輕了小鼠心梗面積，后直接在冠脈循環(huán)中給予實驗組小鼠萬古霉素，與對照組相比，實驗組小鼠的心梗面積改變并無統(tǒng)計學意義。第三組仍給予實驗組小鼠口服萬古霉素的水，后將吸收入循環(huán)血中的萬古霉素從循環(huán)中去除，結(jié)果顯示實驗組小鼠的心梗面積減少了27%。此實驗證實，抗生素對小鼠AMI面積的影響主要是通過影響腸道而起作用。2016年，LAM等［17］使用不可吸收的萬古霉素或者鏈霉素、新霉素、多粘菌素B和桿菌肽4種抗生素的混合物喂養(yǎng)小鼠7 d后，人為制造小鼠心梗模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組小鼠和對照組相比，心梗面積分別下降了27%和29%。2014年，GAN等［18］在小鼠身上證實給予小鼠益生菌可以減輕心梗后心肌肥大。干預腸道菌群結(jié)構(gòu)而改善急性心肌梗死臨床預后，或許會成為AMI治療的新方法。

然而，上述研究并未證實改善腸道菌群結(jié)構(gòu)是否可預防冠狀動脈粥樣硬化及降低AMI的發(fā)生率；大樣本的前瞻性的隊列研究有待實施，進一步探究腸道菌群和冠心病之間是否為因果關(guān)系。

本文闡述腸道菌群和冠心病關(guān)系目前的研究現(xiàn)狀，冠心病患者于健康人群腸道菌群結(jié)構(gòu)存在差異已在本領(lǐng)域達成共識，但是對于冠心病人群腸道菌群的特征，各研究中心卻各抒己見。宏基因測序技術(shù)的出現(xiàn)，有助于將腸道菌群研究精確的菌株水平，未來找出阻止冠心病發(fā)展的優(yōu)勢菌株，使其在腸道內(nèi)大量繁殖，也許可能成為干預冠心病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵靶點。目前，腸道菌群代謝產(chǎn)物TMAO被證實是冠心病的獨立危險因素，但TMAO參與冠心病形成的具體機制還需要進一步證實。對于腸道菌群結(jié)構(gòu)的干預性研究，目前僅停留在動物實驗水平，找到合適又安全的干預方式，應用于人體，需要微生物學和臨床心臟病學者的共同努力。

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