氧化三甲胺在動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的研究進(jìn)展

劉赫 張夢(mèng)軒 蔣本春 魏琨 李春欣 郭麗嬌 朱光澤

(長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，吉林 長(zhǎng)春 130000)

目前，隨著國(guó)民生活水平的不斷提高，不當(dāng)?shù)娘嬍?如高膽固醇、高脂類和高嘌呤等)及不良生活習(xí)慣導(dǎo)致腦卒中的發(fā)病率不斷增加。腸道微生物群已被認(rèn)為在包括心腦血管疾病大部分主要疾病中發(fā)揮作用，一種可能的機(jī)制是通過腸道細(xì)菌將膳食膽堿和左旋肉堿轉(zhuǎn)化為三甲胺(TMA)，TMA在肝臟中進(jìn)一步氧化成氧化三甲胺(TMAO)，并促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，而動(dòng)脈粥樣硬化是導(dǎo)致缺血性腦卒中發(fā)病的最常見原因〔1〕。有研究顯示動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者血漿中的TMAO水平增高，但也有研究發(fā)現(xiàn)腦卒中患者血漿TMAO水平降低，因此，對(duì)于動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者血漿中的TMAO水平是增高還是降低，仍存在一定的爭(zhēng)議，有待相關(guān)學(xué)者進(jìn)一步研究。本文對(duì)TMAO在動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腦卒中現(xiàn)狀

近年來流行病學(xué)調(diào)查研究表明，2002～2013年，我國(guó)腦卒中發(fā)病率由189/10萬上升為379/10萬，平均每年增長(zhǎng)8.3%〔2〕。2009～2015年，腦卒中死亡率無明顯變化，我國(guó)城市和農(nóng)村人群腦卒中死亡率分別為128.23/10萬和153.63/10萬〔2〕。腦卒中的致病原因包括先天性血管畸形、血管壁發(fā)育不良和動(dòng)脈粥樣硬化等因素，其中動(dòng)脈粥樣硬化是引起腦卒中的主要致病原因，并且以頸動(dòng)脈粥樣硬化引發(fā)的缺血性腦卒中報(bào)道居多，約占腦卒中總數(shù)的60%左右〔3〕。動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中是老年人常見的腦血管疾病之一，并且隨著年齡增加，其發(fā)病率有逐年增加的趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅老年人的生命安全〔3〕。目前，關(guān)于腦卒中的病因和發(fā)病機(jī)制的遺傳流行病學(xué)研究主要集中在脂質(zhì)代謝、炎癥反應(yīng)、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、同型半胱氨酸代謝、一氧化氮合酶及與心臟病發(fā)病相關(guān)的基因和其他基因等多方面〔4〕，然而近年來國(guó)內(nèi)外有多篇文獻(xiàn)報(bào)道，腦卒中的發(fā)生和發(fā)展與腸道菌群的代謝產(chǎn)物TMAO具有密切的相關(guān)性〔3～5，4～17〕。

2 TMAO的來源

人體腸道微生物群是一個(gè)巨大的多樣性生態(tài)系統(tǒng)，寄居著種類繁多的微生物，這些微生物稱為腸道菌群。腸道菌群具有營(yíng)養(yǎng)腸上皮細(xì)胞健康和先天免疫功能，在人類健康和疾病中起重要作用。也可應(yīng)用于一些代謝表型的研究，如肥胖和胰島素抵抗及免疫應(yīng)答的改變等。當(dāng)某些原因引起腸道菌群失調(diào)時(shí)，可導(dǎo)致或參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展，與心腦血管疾病、肥胖、糖尿病、炎癥性腸炎、胃腸道癌癥和自身免疫性疾病具有一定的相關(guān)性〔5〕。TMA在肝臟中經(jīng)肝臟黃素單加氧酶(特別是FMO3和FMO1)進(jìn)一步氧化成TMAO〔6，7〕，此外，某些類型的海產(chǎn)品(如鱈魚和其他硬骨魚類、鯊魚，軟體動(dòng)物和甲殼類)也是TMAO的重要直接來源〔8〕。

3 TMAO促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成及發(fā)展的可能機(jī)制

在人體進(jìn)食后，某些腸道細(xì)菌在消化膳食膽堿時(shí)產(chǎn)生TMAO，這是一種易引發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化的物質(zhì)。TMAO能使膽固醇進(jìn)入血管壁，干擾膽固醇正常新陳代謝，從而造成脂肪堆積，特別容易引起致命的心腦血管疾病。Wang等〔6〕認(rèn)為 TMAO能通過增加促動(dòng)脈粥樣硬化清道夫受體CD36和清道夫受體(SR)A在巨噬細(xì)胞表面的表達(dá)，從而抑制膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)和誘導(dǎo)泡沫細(xì)胞形成，進(jìn)而促進(jìn)血管斑塊形成，并通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和細(xì)胞核因子κB通路促進(jìn)血管炎性反應(yīng)的發(fā)生〔9，10〕，在動(dòng)脈粥樣硬化形成中發(fā)揮重要作用。Wang等〔6〕對(duì)具有動(dòng)脈粥樣硬化傾向的小鼠進(jìn)行相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期給予小鼠富含膽堿的飲食，會(huì)使小鼠的主動(dòng)脈逐步發(fā)展成動(dòng)脈粥樣硬化性病變，并增加其巨噬細(xì)胞中膽固醇的積累，但當(dāng)富含膽堿的飲食中加入廣譜抗生素時(shí)，由于腸道菌群被廣譜抗生素抑制，因此使小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化病變癥狀被消除。Koeth等〔11〕、Charach等〔12〕對(duì)源自膳食膽堿產(chǎn)生TMAO的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，肝臟表達(dá)的膽汁酸合成酶Cyp7a1明顯減少，Cyp7a1是主要的膽汁酸合成酶，也是膽固醇分解代謝的限速酶。Cyp7a1表達(dá)上調(diào)將導(dǎo)致膽汁酸池?cái)U(kuò)大，膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)增加，進(jìn)而降低易感小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成；而TMAO能降低Cyp7a1的表達(dá)，因此能抑制膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，誘導(dǎo)泡沫細(xì)胞形成，成為動(dòng)脈粥樣硬化的危險(xiǎn)因素。除上述機(jī)制外，Stancu等〔13〕報(bào)道，腸道細(xì)菌還可通過增加膳食能量攝入、長(zhǎng)期輕度炎癥浸潤(rùn)、調(diào)節(jié)脂肪酸代謝等方式影響動(dòng)脈粥樣硬化的形成和發(fā)展。

4 TMAO與動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的關(guān)系

4.1TMAO高水平表達(dá) Li等〔14〕調(diào)查兩組獨(dú)立的動(dòng)脈粥樣硬化患者血漿中TMAO水平與心血管事件風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在克利夫蘭實(shí)驗(yàn)組中，530例心源性胸痛的連續(xù)受試者血漿TMAO水平的升高與重大不良心臟事件(包括心肌梗死、腦卒中、血運(yùn)重建和死亡等)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)獨(dú)立相關(guān)，隨訪第30天(第四分位校正優(yōu)勢(shì)比為6.30，95%置信區(qū)間為1.89～21.0，P<0.01)，間隔6個(gè)月后觀察(第四分位校正優(yōu)勢(shì)比為5.65，95%置信區(qū)間為1.91～16.7，P<0.01)，與cTnT濃度指標(biāo)相比，發(fā)現(xiàn)TMAO濃度指標(biāo)靈敏性更高，該指標(biāo)可作為心血管疾病發(fā)病率的預(yù)測(cè)標(biāo)志物。同時(shí)，TMAO水平也是長(zhǎng)期致死率的顯著預(yù)測(cè)指標(biāo)，Li等〔14〕對(duì)來自瑞士多個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的1 683例接受冠狀動(dòng)脈造影的急性冠脈綜合征患者進(jìn)行研究，結(jié)果顯示(第四分位校正優(yōu)勢(shì)比為1.81，95%置信區(qū)間為1.04～3.15，P<0.05)，提示TMAO能預(yù)測(cè)心腦血管不良事件再發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，為疑似冠狀動(dòng)脈粥樣硬化患者提供臨床效用和風(fēng)險(xiǎn)分層。Tang等〔15〕對(duì)4 007例受試者進(jìn)行了研究，并對(duì)其隨訪3年，主要研究血漿中TMAO與心腦血管事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)之間的相關(guān)性，研究結(jié)果表明TMAO與血栓事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)呈劑量依賴性正相關(guān)，且這一作用獨(dú)立于傳統(tǒng)的心腦血管疾病危險(xiǎn)因素，可將其作為新型心腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)因子〔16〕。劉振東等〔3〕選取紹興市中心醫(yī)院80例缺血性腦卒中患者為病例組，40例門診健康體檢者為對(duì)照組，采用穩(wěn)定同位素內(nèi)標(biāo)液質(zhì)聯(lián)用法檢測(cè)血清 TMAO 和脂蛋白相關(guān)磷脂酶(Lp-PLA2)水平，對(duì)比分析兩組 TMAO、Lp-PLA2水平差異和相關(guān)性，結(jié)果顯示病例組血漿 TMAO、Lp-PLA2水平明顯高于對(duì)照組(P<0.05)，說明TMAO、Lp-PLA2與動(dòng)脈粥樣硬化患者缺血性腦卒中的發(fā)生具有密切相關(guān)性，可作為預(yù)測(cè)動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中發(fā)生的較有效指標(biāo)。徐燕飛等〔17〕選取90例北京當(dāng)?shù)鼐用褡鳛檠芯繉?duì)象，其中治療組60例，治療組來自首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院的動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者；健康對(duì)照組30例，為社區(qū)隨機(jī)人群。采用高效液相質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù)對(duì)治療組、健康對(duì)照組進(jìn)行血漿TMAO水平的分析，發(fā)現(xiàn)健康對(duì)照組的血漿 TMAO 水平低于治療組治療前的血漿 TMAO 水平，而治療組治療前后的血漿 TMAO 水平之間也存在差異，治療后血漿 TMAO 水平降低，說明高水平血漿 TMAO 是動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的一個(gè)危險(xiǎn)因素。

4.2TMAO低水平表達(dá) 雖然以上研究均認(rèn)為血漿TMAO水平在動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者中高水平表達(dá)，可預(yù)測(cè)缺血性腦卒中及各種心腦血管疾病的發(fā)生，但也有研究表示出不同觀點(diǎn)。Yin等〔5〕對(duì)大動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中和短暫性腦缺血發(fā)作患者進(jìn)行病例對(duì)照研究，并未發(fā)現(xiàn)這類患者血漿TMAO水平升高，在無癥狀對(duì)照組中，表現(xiàn)出相似的TMAO水平，腸道菌群沒有顯著性差異。而腦卒中和短暫性腦缺血發(fā)作患者的腸道微生物群與無癥狀組對(duì)照明顯不同，患者腸道內(nèi)有更多的條件性致病菌，如腸桿菌屬、巨球型菌屬和脫硫弧菌，較少的共生菌或益生菌〔18，19〕，這種失調(diào)與疾病的嚴(yán)重程度有關(guān)，患者的TMAO水平明顯低于無癥狀對(duì)照組。廖碩希等〔20〕將322例來自南方醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科的動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者作為研究對(duì)象，231例體檢者作為健康對(duì)照組，采用同位素稀釋-高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測(cè)定血漿TMAO水平，發(fā)現(xiàn)疾病組血漿TMAO水平明顯低于健康對(duì)照組。盡管目前的研究尚不能說明這些改變發(fā)生于腦卒中事件前還是腦卒中事件后，但很明顯，這種腸道菌群失調(diào)和血漿TMAO水平下降，對(duì)腦卒中患者遠(yuǎn)期的影響有待相關(guān)學(xué)者進(jìn)一步研究探索。

5 TMAO與其他疾病的關(guān)系

TMAO對(duì)其他一些疾病(如心力衰竭、腎病、糖尿病和肺病等)的發(fā)生發(fā)展中也起著重要作用。

5.1TMAO與心力衰竭 Tr?seid等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)155例慢性心力衰竭患者與100例無心力衰竭患者和33例健康對(duì)照組相比，血漿TMAO、膽堿和甜菜堿均具有較高的水平，且在缺血性心力衰竭患者中TMAO水平最高。Suzuki等〔22〕證實(shí)急性心力衰竭患者的高水平TMAO與高風(fēng)險(xiǎn)的病死率及患者的不健全表現(xiàn)直接相關(guān)。一些研究也發(fā)現(xiàn)了TMAO和心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)之間的聯(lián)系，認(rèn)為血漿TMAO濃度與心力衰竭患者的長(zhǎng)期死亡率、晚期左心室舒張功能障礙及動(dòng)脈粥樣硬化性冠狀動(dòng)脈疾病患者的動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)擔(dān)密切相關(guān)〔23～25〕。

5.2TMAO與腎臟疾病 Posada-Ayala等〔26〕對(duì)31例患者尿液代謝物分析研究表明，在慢性腎臟病(CKD)和非CKD尿液中的7種代謝物中，血漿TMAO濃度在CKD中較高。Bain等〔27〕研究證實(shí)15例終末期腎病患者血漿中TMAO顯著高于15例健康對(duì)照組，說明腎功能較差的患者血漿TMAO濃度顯著升高。Missailidis等〔28〕在對(duì)179例3～5期慢性腎病患者中，發(fā)現(xiàn)腎小球?yàn)V過率(GFR)和腎功能受損是影響血漿TMAO濃度的主要變量，TMAO濃度增加與全身炎癥標(biāo)志物相關(guān)，并且會(huì)預(yù)測(cè)5年生存率，TMAO的血漿濃度也與GFR呈負(fù)相關(guān)，在透析患者中顯著升高。Tang等〔29〕通過對(duì)521例穩(wěn)定腎病患者的研究，認(rèn)為空腹血漿TMAO濃度與全因死亡率有關(guān)，在對(duì)傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素，如超敏C反應(yīng)蛋白、腎小球?yàn)V過率等進(jìn)行校正后，升高的血漿TMAO濃度能夠預(yù)測(cè)5年死亡率，說明TMAO濃度增加與腎臟疾病死亡率增加有關(guān)。

5.3TMAO與糖尿病 有研究發(fā)現(xiàn)在不同疾病人群中糖尿病患者都存在較高的TMAO水平。Tang等〔30〕發(fā)現(xiàn)心力衰竭合并糖尿病的患者血漿TMAO顯著升高。Lever等〔31〕研究表明，與沒有糖尿病的患者相比，2型糖尿病患者的血漿TMAO和甜菜堿濃度更高，認(rèn)為TMAO和甜菜堿水平的變化可預(yù)測(cè)各種心血管事件的不良后果。此外，Gao等〔32〕還發(fā)現(xiàn)，在小鼠膳食中添加TMAO可加重糖耐量受損、胰島素信號(hào)傳導(dǎo)、促進(jìn)脂肪組織炎癥。但Wang等〔33〕獨(dú)立研究分析表明糖尿病患者血漿代謝物TMAO、肉堿和膽堿之間產(chǎn)生了相似的血漿相關(guān)性，但TMAO在本組分析中對(duì)預(yù)測(cè)糖尿病并沒有顯著性意義，這與上述其他研究者的結(jié)論相矛盾，有待相關(guān)學(xué)者對(duì)TMAO與糖尿病的關(guān)系進(jìn)行更深入的探索研究。

5.4TMAO與慢性阻塞性肺疾病(COPD) COPD由于感染原因?qū)е滦难芗膊『退劳龅娘L(fēng)險(xiǎn)增高。Ottiger等〔34〕對(duì)189例COPD惡化患者前瞻性隨訪6.1年。 通過液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定急診科入院患者血漿TMAO水平，使用Cox回歸模型和線性回歸模型研究TMAO與全因死亡率和不同合并疾病的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)6年后COPD惡化患者全因死亡率為55.6%。死亡患者與幸存者相比有更高的TMAO水平，但這種關(guān)聯(lián)在多變量調(diào)整后不再顯著，TMAO水平在非肺炎和COPD惡化患者中相似。在線性回歸分析中，高齡、超重、糖尿病和慢性腎病是血漿TMAO水平升高的預(yù)測(cè)指標(biāo)。以上說明升高的TMAO與COPD患者的長(zhǎng)期全因死亡率相關(guān)，但與病情惡化程度無關(guān)，對(duì)于TMAO是否可預(yù)測(cè)惡化的COPD不良臨床結(jié)果尚不清楚，還需進(jìn)一步研究。

6 TMAO在動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中防治中的應(yīng)用

有研究表明，抑制TMAO的產(chǎn)生能降低動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，可作為預(yù)防心腦血管疾病發(fā)生的一項(xiàng)較早期標(biāo)志物。通過膳食調(diào)節(jié)、使用益生菌和抗生素等方式可調(diào)控TMAO的產(chǎn)生，從而可有效預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的發(fā)生〔6，15，35，36〕。一般而言，膳食因素是腸道菌群的主要調(diào)節(jié)因素〔37〕，Ierardi等〔35〕認(rèn)為減少膽堿或左旋肉堿來源(紅肉和蛋)和某些類型的海產(chǎn)品(如鱈魚和其他硬骨魚類、鯊魚、軟體動(dòng)物和甲殼類)的攝入量，可能使TMAO生成下降，而對(duì)心腦血管健康有益。Sitaraman〔38〕認(rèn)為一些細(xì)菌類桿菌可能參與TMA形成，因?yàn)檫@些細(xì)菌產(chǎn)生的磷脂酶能夠水解膳食磷脂酰膽堿，從而產(chǎn)生TMA。此外，Serino等〔39〕報(bào)道來自丹毒綱(厚壁門)的細(xì)菌可分解膽堿產(chǎn)生TMA，在腸道菌群中，擬桿菌和厚壁菌是兩個(gè)主要的細(xì)菌類群。而益生菌可用于控制腸腔中的TMA濃度，Brugere等〔40〕證明了產(chǎn)甲烷古菌的菌種能通過氫還原TMA產(chǎn)生甲烷，基于這些研究結(jié)果，該學(xué)者提出在人群中使用古生菌的目的就是消耗TMA，從而降低TMAO生成。在另外一些研究中，小鼠和人使用口服廣譜抗生素，血漿TMAO水平在短時(shí)間內(nèi)被抑制，在停用抗生素后TMAO水平增高，可能是由于腸道菌群耐藥菌株的出現(xiàn)所致〔3,4，13〕，但在三甲基胺尿癥患者中，低劑量的新霉素和甲硝唑等抗菌藥的循環(huán)反復(fù)使用，可避免抗生素耐藥性〔41〕，提示短期內(nèi)使用非全身性抗生素可能有助于降低心腦血管風(fēng)險(xiǎn)。通過膳食調(diào)節(jié)、使用益生菌和抗生素等方式可有效減少血漿TMAO生成。

綜上，腸道作為機(jī)體多種微生物的聚集場(chǎng)所，參與機(jī)體全身新陳代謝，腸道微生物及其代謝物TMAO可能成為未來研究動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的新的靶點(diǎn)，為推動(dòng)動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的預(yù)防和治療領(lǐng)域開辟新的道路。然而，動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的發(fā)病機(jī)制是否與TMAO增高有關(guān)，TMAO增高又是否是該疾病的起因或結(jié)果仍然存在爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步的研究探索。