新型生物標(biāo)志物TMAO與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

王潔，高靜

近年來(lái)，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物在動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）中的作用逐漸受到重視。三甲胺-N-氧化物（TMAO）是一種重要的腸道微生物依賴(lài)代謝產(chǎn)物，其可通過(guò)參與宿主的免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)［1］、膽固醇代謝［2］、氧化應(yīng)激［3-4］、炎癥反應(yīng)［5-6］、血栓形成［7-8］等方式，誘導(dǎo)AS 的發(fā)生發(fā)展。臨床研究證實(shí)血漿TMAO 升高可增加心血管疾?。–VD）發(fā)生［9］及遠(yuǎn)期預(yù)后不良的風(fēng)險(xiǎn)［10］，因此TMAO 可能是AS 的一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。本文對(duì)腸道菌群的代謝產(chǎn)物TMAO與AS及CVD預(yù)后的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群及其代謝產(chǎn)物概述

腸道菌群在AS中的作用機(jī)制已成為研究熱點(diǎn)，在腸道菌群的代謝產(chǎn)物中，TMAO作為誘導(dǎo)AS的一種重要介質(zhì)受到了廣泛關(guān)注。當(dāng)人體攝入含有三甲胺（TMA）的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如富含左旋膽堿和肉堿的肉類(lèi)（特別是紅肉）、雞蛋、魚(yú)類(lèi)及富含甜菜堿的植物［11-13］時(shí)，微生物TMA 裂解酶通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝產(chǎn)生TMA，TMA進(jìn)入門(mén)靜脈循環(huán)，由肝臟Flavin單加氧酶（主要是FMO 3）氧化為T(mén)MAO［14-16］，然后通過(guò)腎臟清除或分布到不同組織［17］。目前，TMAO在AS發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制仍在探索階段。

2 TMAO在CVD中的作用機(jī)制

研究表明，TMAO 對(duì)心血管功能的不良影響與多種途徑和機(jī)制有關(guān)：（1）TMAO 可通過(guò)增加2 種促AS清道夫受體（SRs）SR-A和CD36的表達(dá)來(lái)促進(jìn)巨噬細(xì)胞膽固醇的積累［18］，并通過(guò)抑制膽汁酸合成經(jīng)典途徑中膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）的表達(dá)來(lái)抑制膽汁酸的合成［19］，造成膽固醇在細(xì)胞內(nèi)堆積。脂質(zhì)超載的巨噬細(xì)胞變成泡沫細(xì)胞，這是AS過(guò)程中最早的細(xì)胞標(biāo)志之一。（2）AS 被認(rèn)為是一種慢性炎癥性疾病［20］，炎癥貫穿了AS 的全過(guò)程［21-22］。研究發(fā)現(xiàn)，TMAO 水平的升高可誘導(dǎo)核因子（NF）-κB 通路的激活，增加促炎基因的表達(dá)，釋放炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（IL）-18 和IL-1β 等［3，5］。（3）TMAO 可通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子（Ca2+）釋放，促進(jìn)血小板高反應(yīng)性，增加血栓形成風(fēng)險(xiǎn)［7］；同時(shí)TMAO還直接增強(qiáng)了血小板對(duì)多種不同激動(dòng)劑［二磷酸腺苷（ADP）、凝血酶和膠原］的反應(yīng)性［8］。

一些研究表明，TMAO 可通過(guò)增加組織因子（TF）的表達(dá)和活性來(lái)促進(jìn)血栓形成［23］，還可通過(guò)延長(zhǎng)血管緊張素的作用時(shí)長(zhǎng)，加劇心臟重塑，導(dǎo)致心力衰竭等不良結(jié)果［24］。另外，其可通過(guò)激活轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1 型受體/Smad2（TGF-βRⅠ/Smad2）通路，促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，加重心肌纖維化［25］，損害心臟順應(yīng)性及心臟功能［26］。

3 TMAO與CVD的臨床研究

3.1 TMAO與CVD的發(fā)生發(fā)展 2011年Wang等［18］的動(dòng)物模型研究表明，在小鼠飲食中添加TMAO可導(dǎo)致AS。隨后，TMAO與CVD的臨床研究也逐漸證實(shí)，血漿TMAO可促進(jìn)CVD的發(fā)生發(fā)展。Dong等［27］發(fā)現(xiàn)血漿TMAO 升高是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病（CHD）患者是否合并2型糖尿?。═2DM）的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。Senthong 等［28］的一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究結(jié)果表明，血漿TMAO水平與CHD患者SYNTAX評(píng)分獨(dú)立相關(guān)，TMAO水平升高是彌漫性病變存在的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。由此可見(jiàn)，循環(huán)TMAO水平升高可加重CHD患者的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊負(fù)荷及冠脈病變程度。

Sheng 等［29］發(fā)現(xiàn)血漿TMAO 水平升高是急性ST段抬高型心肌梗死（STEMI）患者SYNTAX 評(píng)分升高的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素，也是多支血管病變的預(yù)測(cè)因素，提示TMAO或可用于臨床上量化冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的負(fù)擔(dān)。Liu 等［30］應(yīng)用光學(xué)相干斷層掃描（OCT）對(duì)急性冠脈綜合征（ACS）患者的非罪犯斑塊進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明血漿TMAO 升高與薄帽型纖維動(dòng)脈瘤（TCFA）的發(fā)生顯著相關(guān)，提示TMAO水平升高可增加ACS及穩(wěn)定型心絞痛患者的斑塊易損性以及發(fā)生不良心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)。Tan等［31］對(duì)STEMI 患者行介入OCT 檢查，結(jié)果表明發(fā)生斑塊破裂的患者血漿TMAO 水平顯著高于斑塊侵蝕的患者，高水平血漿TMAO 與斑塊破裂發(fā)生獨(dú)立相關(guān)（調(diào)整后OR=4.06，95%CI：2.38～6.91，P＜0.001），TMAO 截點(diǎn)水平為1.95 μmol/L 時(shí)，TMAO 鑒別斑塊破裂與斑塊侵蝕的敏感度為88.3%，特異度為76.8%。

由上述結(jié)果可知，血漿TMAO與CHD、ACS患者冠狀動(dòng)脈粥樣硬化嚴(yán)重程度有關(guān)，TMAO 或可成為一個(gè)新型生物標(biāo)志物，用來(lái)評(píng)估CHD、ACS患者冠脈血管病變嚴(yán)重程度，對(duì)患者進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分層及早期的干預(yù)治療。

3.2 TMAO 與CVD 的預(yù)后 Schiattarella 等［10］通過(guò)對(duì)17篇文獻(xiàn)中所納入的臨床研究結(jié)果的分析，系統(tǒng)評(píng)估和量化了CHD 患者的血漿TMAO 水平、全因死亡率和主要不良心腦血管事件（MACCE，包括死亡、再發(fā)心肌梗死、腦卒中）之間的關(guān)系，結(jié)果表明高水平TMAO 與全因死亡率（HR=1.91，95%CI：1.40～2.61，P＜0.01，I2=94%）和 發(fā)生MACCE（HR=1.67，95%CI：1.33～2.11，P＜0.01，I2=46%）的增加有關(guān)，并且血漿TMAO 水平每增加10 μmol/L，全因死亡的相對(duì)危險(xiǎn)度（RR）增加7.6%，證明了TMAO血漿水平與心血管風(fēng)險(xiǎn)和死亡率之間的劑量依賴(lài)性。隨后Qi等［32］綜合了11 篇臨床研究的結(jié)果顯示，血漿TMAO水平越高，發(fā)生不良心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)越高（HR=1.23，95%CI：1.07～1.42，P=0.212，I2=31.4%），全因死亡率高于55%（HR=1.55，95%CI：1.19～2.02，P＜0.001，I2=80.8%）。

Li 等［33］研究表明，ACS 患者的血漿TMAO 水平升高與其發(fā)生主要心血管事件（MACE）的風(fēng)險(xiǎn)有著獨(dú)立的聯(lián)系，也是長(zhǎng)期（7 年）死亡率的顯著預(yù)測(cè)因素；肌鈣蛋白T（cTnT）作為傳統(tǒng)的心肌損傷標(biāo)志物，對(duì)于急性心肌梗死（AMI）的診斷和風(fēng)險(xiǎn)分層有重要的臨床意義，而TMAO 在cTnT 陰性的ACS 患者（cTnT＜0.1 μg/L）中也有獨(dú)立預(yù)測(cè)能力。Matsuzawa等［34］檢測(cè)了STEMI 患者的急性發(fā)病期和10 個(gè)月后（慢性期）血漿TMAO 水平，發(fā)現(xiàn)從急性期到慢性期血漿TMAO 水平均顯著升高，這與傳統(tǒng)的心肌酶譜只在STEMI 患者急性期升高不同，慢性期TMAO 水平可獨(dú)立預(yù)測(cè)未來(lái)心血管事件。

Suzuki 等［35］證明血漿TMAO 水平與心力衰竭（HF）患者1、2 和3 年的不良事件（死亡率和/或再住院）相關(guān)（HR=1.37～1.51，P＜0.05），并且目前基于指南的HF 治療，B 型利鈉肽（BNP）水平隨著治療的強(qiáng)化而下降，卻并不影響血漿TMAO水平，降低血漿TMAO或可改善HF患者的遠(yuǎn)期預(yù)后。

目前，臨床上對(duì)于心肌壞死的風(fēng)險(xiǎn)分層多為短期不良風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，包括心肌酶譜、BNP、超聲心動(dòng)圖（UCG）以及各項(xiàng)侵入性檢查，如冠脈造影檢查（CAG）和冠脈血管內(nèi)超聲（IVUS）等；膽固醇（TC）、三酰甘油（TG）、超敏C反應(yīng)蛋白（hs-CRP）等生物標(biāo)志物具有長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力，但可同時(shí)用于預(yù)測(cè)CVD患者短期和長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)的生物標(biāo)志物有限。經(jīng)過(guò)不斷地探索，血漿TMAO 對(duì)于AS 的發(fā)生發(fā)展、冠脈斑塊負(fù)荷、斑塊破裂以及不良預(yù)后等短期及長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估均具有獨(dú)立預(yù)測(cè)能力，其可能是一個(gè)新型有效的生物標(biāo)志物，可與現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)分層標(biāo)準(zhǔn)共同評(píng)估病變嚴(yán)重程度，改善CVD患者的風(fēng)險(xiǎn)分層和臨床管理，使臨床防治方案更加合理。

4 TMAO與CVD的防治

目前，減少血漿TMAO 的生成或降低血漿TMAO 水平已成為CVD 的研究熱點(diǎn)，包括在飲食調(diào)節(jié)、抗生素和益生菌的應(yīng)用以及代謝通路靶向治療等方面都取得了一定進(jìn)展。

4.1 飲食調(diào)節(jié) 飲食是影響血漿TMAO 水平的重要原因。高脂飲食（HFD）尤其是食用富含膽堿、左旋肉堿及甜菜堿的飲食，在短時(shí)間內(nèi)可觀察到血漿TMAO 水平升高［36］，而純素飲食則被證明可用來(lái)預(yù)防重大心血管不良事件的發(fā)生［37］。在CHD隊(duì)列中，Zhong 等［38］發(fā)現(xiàn)冠心病患者血漿TMAO、肌酐、膽堿和肉堿水平明顯高于健康對(duì)照者，較高的血漿左旋肉堿、膽堿和甜菜堿水平預(yù)示著CHD 和MACE 事件的風(fēng)險(xiǎn)增加。Wang 等［39］發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期食用紅肉可升高血漿TMAO水平，停止食用紅肉后4周內(nèi)血漿TMAO水平下降。目前調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)、限制HFD以及適量運(yùn)動(dòng)［40］、增加膳食纖維的攝入量［41］是降低血漿TAMO水平的有效方法。

4.2 腸道菌群調(diào)節(jié) TMAO作為腸道微生物的代謝產(chǎn)物，可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物群來(lái)控制血漿TMAO水平，進(jìn)而預(yù)防AS的發(fā)生發(fā)展。有研究通過(guò)在小鼠的飲用水中添加廣譜抗生素來(lái)抑制腸道微生物群3～4周，改善了氧化應(yīng)激和動(dòng)脈硬化的發(fā)生［42］。然而，對(duì)于應(yīng)用廣譜抗生素調(diào)節(jié)腸道菌群的構(gòu)成尚存在爭(zhēng)議，長(zhǎng)期應(yīng)用抗生素可能產(chǎn)生超級(jí)耐藥菌株，擾亂正常腸道菌群功能，影響正常的生理代謝。

使用益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群被認(rèn)為是更安全的方法。近年來(lái)，益生菌、益生素及共生體在腸道菌群重塑及調(diào)節(jié)腸道免疫功能方面的作用被廣泛探索。研究表明，口服益生菌、益生素及共生體等可調(diào)節(jié)腸道免疫、改善腸道微生物穩(wěn)態(tài)、減輕炎癥反應(yīng)等［43］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，益生菌株植物乳桿菌ZDY04［44］和產(chǎn)氣腸桿菌ZDY01［45］可以通過(guò)重塑小鼠腸道微生物群，顯著降低血漿TMAO 水平。在臨床試驗(yàn)中，對(duì)90例AS 患者的研究表明，試驗(yàn)組通過(guò)口服乳酸發(fā)酵的Annurca蘋(píng)果泥（LFAAP）對(duì)腸道微生物進(jìn)行重塑，有效控制了血漿TMAO和高密度脂蛋白膽固醇（HDLC）水平［46］。白藜蘆醇［47］、小檗堿［48］等一些天然分子也可通過(guò)重塑腸道微生物，降低血漿TMAO水平，對(duì)AS的發(fā)生發(fā)展起保護(hù)作用。

4.3 代謝通路靶向治療 3，3-二甲基-1-丁醇（DMB）是膽堿的一種結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，可通過(guò)抑制腸道微生物TMA 裂解酶，進(jìn)而抑制TMA 的形成。Wang等［49］研究表明，給予小鼠喂食DMB可阻止載脂蛋白E 基因敲除（ApoE-/-）小鼠AS 病變的發(fā)生。給予小鼠口服劑量DMB，血漿TMAO 水平可顯著降低長(zhǎng)達(dá)3 d，并可以降低小鼠血小板反應(yīng)性和血栓形成的概率，且不會(huì)增加出血風(fēng)險(xiǎn)［50］。植物甾醇酯（PSEs）能顯著抑制產(chǎn)生TMA 的微生物，并且抑制小鼠AS 的發(fā)生［51］。這些結(jié)果表明，使用靶向抑制劑抑制腸道微生物的產(chǎn)物TMA是治療AS的有效方法。

FMO3是TMA轉(zhuǎn)化為T(mén)MAO的關(guān)鍵酶。研究表明將小鼠肝臟中FMO3 敲除或沉默可降低血漿TMAO 水平，減緩AS 的發(fā)生發(fā)展［52-53］。然而，F(xiàn)MO3同時(shí)在兒茶酚胺代謝系統(tǒng)中起作用，抑制其功能可能引起機(jī)體其他的生理代謝功能紊亂［54］。

5 展望

腸道菌群代謝產(chǎn)物TMAO 參與了CVD 的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后的全過(guò)程。將血漿TMAO作為一種新的生物標(biāo)志物應(yīng)用于CVD的初步預(yù)防及危險(xiǎn)分層，突破了傳統(tǒng)的對(duì)于CVD危險(xiǎn)因素認(rèn)識(shí)的局限，為CVD的防治提供了新思路。然而，目前仍需要針對(duì)我國(guó)人群的多中心、大樣本的臨床研究，為血漿TMAO能否作為臨床新型生物標(biāo)志物以及治療靶點(diǎn)提供證據(jù)。