腸道菌群對動脈粥樣硬化性心血管疾病影響的研究進展

趙文艷，陳曦

《中國心血管病報告2016》報道，心血管病現(xiàn)患人數(shù)為2.9億，我國罹患冠心病的人數(shù)高達1 100萬，且發(fā)病率和病死率仍呈上升趨勢［1］。30%的中國人群，即近4億人口同時存在≥3個心血管疾病危險因素［2］。我國心血管疾病負(fù)擔(dān)日漸加重，防治心血管疾病刻不容緩。

目前，大多數(shù)心血管疾病篩查的生物標(biāo)志物是基于炎癥和膽固醇生物合成等途徑，且富含脂質(zhì)的飲食與心血管疾病進展存在明顯相關(guān)性，所以治療方向主要集中在降低攝入或合成膽固醇，以及減少飲食中反式脂肪酸、飽和脂肪酸和三酰甘油攝入。但是有報道指出，積極接受他汀類藥物治療的患者即使低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）已經(jīng)達標(biāo)，甚至降至70 mg/dl以下，心血管剩余風(fēng)險仍然存在［3］，因此，識別未知的治療靶點和開發(fā)新的抗動脈粥樣硬化藥物的需求越來越大。動脈粥樣硬化性心血管疾?。ˋCVD）有很高的患病率、致殘率和致死率，對于ACVD更多強調(diào)的是預(yù)防和預(yù)后。大量研究表明，腸道菌群失調(diào)與ACVD及其危險因素如高血壓、糖尿病、肥胖癥、動脈粥樣硬化和代謝性疾病等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展有密切關(guān)系［4-6］，將腸道菌群作為新的治療靶點，不僅可以對疾病進行早期預(yù)防、降低發(fā)病率，還可以完善ACVD的治療方案，改善預(yù)后，提高患者生活質(zhì)量。現(xiàn)就腸道菌群對ACVD的相關(guān)調(diào)節(jié)機制，以及目前通過調(diào)節(jié)腸道菌群途徑治療ACVD的策略進行綜述。

1 腸道微生物

人類腸道內(nèi)棲息著大量微生物，其種類超過1 000種，總數(shù)達1014；據(jù)估算，一個正常成人體內(nèi)，腸道細(xì)菌總重量可達2 kg［7］，基因含量超過了寄主的100倍［8-9］，這些微生物與人體互利互惠［10］，形成共生復(fù)合體［11］。腸道微生物包括3大類：益生菌（乳酸桿菌、雙歧桿菌等）、條件致病菌（腸球菌、大腸埃希菌和擬桿菌等）和致病性細(xì)菌（葡萄球菌、變形桿菌、銅綠假單胞菌和梭狀芽孢桿菌等）［12］。腸道微生物群落可分為5個門類（擬桿菌門、厚壁菌門、放線菌門、變形菌門和疣微菌門），然而，在物種水平和相對豐富度方面存在著多樣性。個體間細(xì)菌多樣性的差異是由宿主基因組的差異和環(huán)境因素引起，如抗生素的使用、生活方式、衛(wèi)生和飲食。已有研究證實，有癥狀的動脈粥樣硬化患者［13］和心血管疾病高?；颊撸?4］具有獨特的微生物特征。GóZD-BARSZCZEWSKA等［15］發(fā)現(xiàn)腸道微生物群通過影響脂質(zhì)代謝在動脈粥樣硬化進程中發(fā)揮了獨特的作用，尤其是普氏菌屬、擬桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬。我國學(xué)者也發(fā)現(xiàn)，在ACVD患者腸道中，存在一些菌屬的變化，如腸桿菌科和鏈球菌屬增多，產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌如羅氏弧菌、柔嫩梭菌群減少［16］。

2 腸道微生物對動脈粥樣硬化的影響機制

動脈粥樣硬化是一種慢性疾病，為ACVD主要的病理改變，關(guān)于其發(fā)病機制目前主要有以下3種學(xué)說：脂質(zhì)浸潤學(xué)說 、血栓形成學(xué)說和損傷反應(yīng)學(xué)說［17］。目前關(guān)于腸道菌群失調(diào)促進動脈粥樣硬化發(fā)病機制的研究主要集中在非代謝依賴途徑和代謝依賴途徑。

2.1 非代謝依賴途徑 一項動物研究結(jié)果表明，腸道微生物群代謝產(chǎn)物的作用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了腸道的局部環(huán)境，從而影響了心臟等遠(yuǎn)程器官的生理功能［18］。動脈粥樣硬化的病理變化包括脂質(zhì)條紋、纖維斑塊、粥樣斑塊、復(fù)合病變等，而泡沫細(xì)胞是動脈粥樣硬化病變的早期細(xì)胞學(xué)特征。單核/巨噬細(xì)胞介導(dǎo)滲入血管內(nèi)皮下的LDL-C發(fā)生氧化修飾，形成氧化型低密度脂蛋白膽（ox-LDL），并通過清道夫受體吞噬大量ox-LDL，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)堆積，形成泡沫細(xì)胞。腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致緊密連接蛋白表達減少，腸黏膜通透性增加，革蘭陰性菌外膜上脂多糖（LPS）成分進入血液循環(huán)［19］。LPS誘導(dǎo)趨化因子和細(xì)胞黏附分子表達，促進單核細(xì)胞黏附內(nèi)皮細(xì)胞層泡沫細(xì)胞形成，啟動粥樣硬化進程［20］。另外LPS還可直接與免疫細(xì)胞表面TLR4結(jié)合，抑制肝X受體（LXR），減少三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體（ABCA1和ABCG1）。ABCA1 和ABCG1是一種整合膜蛋白，其以三磷酸腺苷（ATP）為能源，促進細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇和磷脂的流出，在膽固醇逆轉(zhuǎn)運（RCT）中起重要作用。其次，LPS還可間接觸發(fā)促炎因子釋放，如腫瘤壞死因子（TNF）-α、白介素（IL）-1β，抑制膽固醇轉(zhuǎn)運蛋白的表達，進而促進泡沫細(xì)胞形成［19］。

本文研究價值/局限性：

研究價值：冠心病病死率、致殘率高，腸道菌群與心血管疾病的研究是未來發(fā)展的一個新領(lǐng)域，尋找新的治療靶點及早識別并干預(yù)心血管疾病，可降低急性心肌梗死的發(fā)病率和死亡率、節(jié)約經(jīng)濟和社會成本。

局限性：腸道菌群與機體相互影響的方式、途徑尚未充分闡明，在動脈粥樣硬化性心血管疾病治療中以腸道微生物作為靶點的治療策略還需要多中心大樣本的臨床數(shù)據(jù)與進一步的基礎(chǔ)研究來驗證。

2.2 代謝依賴途徑

2.2.1 膽汁酸（BAs） BAs的合成為膽固醇代謝的重要排泄途徑。三分之一的膽固醇分解代謝通過BAs合成實現(xiàn)。膽固醇水平的高低又是影響動脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展的重要因素。腸道菌群能夠抑制膽汁酸鹽水解酶（BSH）活性，減少次級BAs形成，而次級BAs具有明顯的動脈保護作用［21］。

2.2.2 氧化三甲胺（TMAO） 膳食磷脂酰膽堿和左旋肉堿的代謝產(chǎn)物包括膽堿、TMAO和甜菜堿，這3種物質(zhì)與心血管疾病的發(fā)生明顯相關(guān)，其代謝必須依賴腸道菌群參與，腸道菌群可將膽堿類物質(zhì)代謝為三甲胺（TMA），TMA在肝臟黃素單氧化酶（FMOs）的催化下氧化為TMAO，而TMAO為心血管疾病重要的風(fēng)險預(yù)測因子，促進動脈粥樣硬化發(fā)展［22］。具體機制包括：TMAO可上調(diào)巨噬細(xì)胞內(nèi)的清道夫受體，促使巨噬細(xì)胞內(nèi)膽固醇累積和泡沫細(xì)胞的形成，進而促進血管斑塊的形成［23］，并通過MAPK和細(xì)胞核因子κB（NF-κB）通路促進血管炎性反應(yīng)［24］；其次TMAO還可引起胰島素抵抗［25］、促進血小板聚集、增加血栓形成［26］等。研究表明，TMAO的生成量與人類腸道菌群的種類有關(guān)，含有普氏菌屬多的腸道菌群要比含有擬桿菌屬的腸道菌群 TMAO 量高［27］。

2.2.3 短鏈脂肪酸（SCFA） SCFA是膳食纖維通過腸道菌群代謝后產(chǎn)生的含2～4個碳的支鏈脂肪酸，如乙酸、丙酸及丁酸。SCFA在體內(nèi)除了可作為機體的能量來源外，還可作為信號分子調(diào)控相關(guān)通路對機體代謝發(fā)揮作用。已有研究顯示，丁酸鹽可以抑制NF-κB的易位，從而減少促炎細(xì)胞因子表達和TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞黏附分子（VCAM-1）的表達，進而阻止泡沫細(xì)胞形成［28-29］。動脈粥樣硬化患者腸道菌群紊亂可使產(chǎn)丁酸鹽菌屬優(yōu)桿菌屬和羅氏菌屬豐度下降［30］。

3 目前治療策略

腸道菌群失調(diào)參與代謝性和炎癥性疾病的發(fā)生和進展，因此保持腸道菌群穩(wěn)態(tài)尤為重要，糾正腸道菌群失調(diào)是預(yù)防和治療動脈粥樣硬化的新靶點。目前治療方向包括以下幾方面。

3.1 糞菌移植技術(shù)（FMT） FMT通過將健康人群糞便中的菌群（腸道菌群）轉(zhuǎn)移到患者的體內(nèi)，使患者獲得健康人群的腸道菌群來治療相關(guān)的疾病，尤其是治療耐藥難辨梭狀芽孢桿菌感染，可達到80%的緩解率［31］。一項研究對接受異體糞便移植者觀察6周后，腸道微生物群豐度增加，特別是產(chǎn)丁酸鹽菌屬羅氏菌屬豐度增加［32］。2016年，來自克利夫蘭診所的ZHU等［33］在Cell上發(fā)文通過FMT證實，腸道菌群通過影響TMAO代謝使血栓形成風(fēng)險下降，但還需要進行長期試驗評價其安全性和有效性。因FMT存在潛在風(fēng)險，如供體腸道致病菌或內(nèi)毒素可能引起受體新的腸道并發(fā)癥，所以FMT能否作為心血管疾病的治療靶點值得商榷，隨著對腸道微生物中不同種屬細(xì)菌在人體腸道中發(fā)揮作用的深入研究，有學(xué)者提出可以有針對性地移植相關(guān)菌種對特定疾病進行治療似乎更合理，該方法將有廣闊的發(fā)展空間［34］。

3.2 飲食干預(yù) 高脂、高糖的飲食習(xí)慣會導(dǎo)致腸道菌群的比例發(fā)生變化，造成菌群失調(diào)，調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)可以改變腸道微生物組成比例，飲食干預(yù)已經(jīng)被證實可以降低心血管事件風(fēng)險。如增加碳水化合物飲食可以改變羅氏菌屬及直腸真桿菌的組成［35］，富含膳食纖維的飲食可以促進有益菌的生長，而抑制條件致病菌的生長［36］，高纖維飲食可以增加產(chǎn)醋酸鹽微生物，可降血壓、改善心室重塑和纖維化［37］。有研究表明，全谷物飲食可以減少腸道腸桿菌科，增加雙歧桿菌科［38］。2013年New England Journal of Medicine發(fā)表一項研究表明，如果改變心臟病和中風(fēng)的高風(fēng)險患者的飲食習(xí)慣，采用地中海式飲食，其發(fā)病率可降低30%，而簡單的低脂飲食則沒有明顯作用［39］。地中海式飲食以魚類、豆類、蔬菜、水果、堅果、橄欖油為主，搭配適量紅酒，這種飲食搭配被認(rèn)為能預(yù)防心血管疾病，降低心血管疾病的病死率［40］。但目前飲食干預(yù)調(diào)節(jié)腸道微生物組分的機制仍不明確。

3.3 益生菌、益生元、合生元 益生菌是一類對宿主有益的活性微生物，能夠調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，降低腸道pH值，促進鈣、鐵、維生素D的吸收。常見的益生菌種類有酪酸梭菌、乳桿菌、雙歧桿菌等，其他具有潛質(zhì)的益生菌還有大腸埃希菌、腸球菌、酵母菌等。近年來隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)益生菌的作用遠(yuǎn)不局限于胃腸道，不僅可有效調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群，抑制有害菌定植，而且具有免疫調(diào)節(jié)、疾病預(yù)防、調(diào)控血壓與血脂等作用。小鼠的動物實驗提示鼠李糖乳桿菌能降膽固醇、調(diào)節(jié)血脂和治療非酒精性脂肪性肝?。?1］。大腸埃希菌Nissle 1917亦為目前廣泛應(yīng)用的一種益生菌，為目前此領(lǐng)域應(yīng)用效果最好的大腸埃希菌屬菌株［42］。Davies團隊合成一種表達N-?；字Ｒ掖及返拇竽c埃希菌Nissle1917，該菌能夠改善小鼠肥胖、胰島素抵抗、減輕肝臟脂肪沉積［43］。有研究表明口服羅伊乳桿菌可以增加肥胖糖耐量受損者的胰島素釋放［44］，攝入乳酸桿菌可以減少慢性腎臟病患者小腸毒素的產(chǎn)生，如二甲胺和亞硝基二甲胺［45］，并且可以調(diào)節(jié)頸動脈粥樣硬化患者腸道SCFA的水平［46］。

益生元是一種非消化的成分，通過選擇性地剌激腸道中一種或少數(shù)種益生菌的增長和/或活性而對宿主有利，具有抵抗致病菌侵入的天然功能，自從1995年GIBSON等［47］提出益生元的概念，人們逐漸發(fā)現(xiàn)這類非消化性的碳水化合物具有調(diào)節(jié)腸道菌群的作用，從而引起研究者的廣泛關(guān)注。益生元多為寡糖，常見的有菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖、異麥芽低聚糖和乳果糖等，通過腸道菌群對益生元發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA刺激利用糖類細(xì)菌（包括雙歧桿菌和乳酸菌）的生長和活性。有研究表明，口服益生元有助于控制血糖和血脂，肥胖患者口服益生元3個月后體質(zhì)量較前下降，提高了葡萄糖耐受性［48］。

合生元是指益生菌和益生元的混合制品，或再加入維生素和微量元素等，其既可發(fā)揮益生菌的生理活性，又可選擇性地增加該菌的數(shù)量，使益生菌作用更顯著持久。有研究發(fā)現(xiàn)，給高膽固醇血癥的豬模型喂食一種合生元食品（包括乳酸桿菌ATCC4962、低聚果糖、菊粉和甘露醇）8周后，降低了血清三酰甘油、總膽固醇、LDL-C水平，提高了高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平［49］。ATAIE-JAFARI等［50］對輕 ～ 中度高膽固醇血癥人群進行了一項為期6周的試驗，這部分人群進食一種益生菌酸奶，將乳酸桿菌、雙歧桿菌加入酸奶中，血膽固醇水平較前下降，而在進食普通酸奶人群中并未觀察到這種變化。

因此，益生菌、益生元、合生元可作為心血管疾病控制和預(yù)防的一個戰(zhàn)略性治療策略，但還需要更多的臨床證據(jù)來驗證其在心血管疾病中的作用。

3.4 抗生素 口服抗生素治療致病菌感染是目前常用的措施，但目前普遍觀點認(rèn)為口服廣譜抗生素治療腸道菌群失調(diào)弊大于利，因有益菌亦會受到抑制，而這部分有益菌對維持機體健康至關(guān)重要，且其代謝過程可產(chǎn)生心血管保護效應(yīng)。

3.5 小分子抗菌酶 TMAO代謝通路與心血管不良事件相關(guān)已得到大家的共識，2015年，克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心開展一項研究，首次合成干擾腸道菌代謝活性的小分子抗菌酶，一種小分子3，3-二甲基丁醇（DMB），可抑制TMA合成，給動脈硬化的小鼠模型喂食富含膽堿的飲食，結(jié)果顯示，DMB通過抑制膽固醇降解為TMAO，降低小鼠的TMAO水平，同時減少泡沫細(xì)胞形成，從而阻止了動脈粥樣硬化進展。體外研究發(fā)現(xiàn)，將DMB加入含有人類共生菌的高營養(yǎng)濃湯中，可抑制膽堿生成TMAO，但并不會抑制共生菌生長，該分子與抗生素相比，不良反應(yīng)小，不容易產(chǎn)生耐藥性，該研究為未來開發(fā)微生物酶抑制劑提供治療方向，同時為預(yù)防心血管疾病提供新的策略［51］。

4 小結(jié)

腸道微生物群對機體的穩(wěn)態(tài)維持具有重要作用，ACVD與腸道微生物密切相關(guān)。共生微生物群不僅可以通過影響或調(diào)節(jié)心血管病的危險因素降低其發(fā)病率，而且可以平衡免疫反應(yīng)和減少炎性反應(yīng)，而免疫和炎性反應(yīng)在心血管疾病的發(fā)病進程中起著重要作用，如促炎細(xì)胞因子（TNF-α、IL-1和IL-6）與心肌損傷嚴(yán)重程度和預(yù)后相關(guān)。此外，細(xì)胞因子還會引發(fā)炎性反應(yīng)、心肌纖維化、微血管和心肌功能障礙［49，52］。腸道菌群與心血管疾病的研究是未來發(fā)展的一個新領(lǐng)域，但腸道菌群與機體相互影響的方式、途徑尚未充分闡明，在心血管疾病治療中以腸道微生物作為靶點的治療策略還需要多中心大樣本的臨床數(shù)據(jù)與進一步的基礎(chǔ)研究。