腸道菌群干預在缺血性腦卒中的治療進展

周澈 鄒偉 王穆 張平

就整個人體系統(tǒng)來看，腸道菌群毫無疑問是個龐大的體系，從近幾年國內外研究熱點不難看出，無論對于哪個學科，腸道菌群的研究都是個熱門話題。眾所周知，缺血性腦卒中（Ischemic stroke，IS）的治療方法有限，仍是一個世界性的難題。隨著“微生物-腸-腦軸”概念的提出，臨床研究有了新的方向，目前腸道菌群相關干預措施對缺血性腦卒中的治療處于初級階段，動物實驗正在開展，臨床研究也在逐步進行中?，F(xiàn)綜述腸道菌群相關干預措施對缺血性腦卒中的治療作用，探索缺血性腦卒中的新療法。

1 腸道微生物群與IS

腸道微生物群是一組在人體腸道中定植的微生物群，由細菌、古菌、病毒和單細胞真核生物等組成[1]，細菌作為腸道微生物群落之一，其在人類身體中的作用已被廣泛研究，據(jù)統(tǒng)計，胃腸道中的細菌細胞數(shù)量大約為3.8×1013，近似于人體內的總細胞數(shù)目；健康個體的腸道微生物群總量僅占總體重的0.3%[2]，宏基因組研究發(fā)現(xiàn)，胃腸道中存在著約900萬個獨特的基因，是人體全基因組的450 倍[3，4]，人類胃腸道很可能存在一個巨大的微生物生態(tài)系統(tǒng)。IS 作為目前世界上第二大死亡和第三大致殘原因的疾病[5]，它的發(fā)生發(fā)展與腸道菌群有著密切聯(lián)系，腸道與大腦之間存在雙向溝通途徑，這種途徑被稱作“微生物-腸-腦軸”[6]，它包括了兩條信號傳導通路，即自上而下的信號傳導通路（腦→腸道）和自下而上的信號傳導通路（腸道→腦）。

1.1 自上而下的信號傳導腸道通過腸壁上分布豐富的交感神經和副交感神經纖維直接接收信息，或者大腦在刺激腸道神經系統(tǒng)后由腸道間接接收信息；腸道神經系統(tǒng)是一個高度發(fā)達的神經元連接系統(tǒng)，位于腸粘膜下層和髓鞘叢，這些神經元的信息輸入影響著微生物群組成、腸道運動、腸道通透性和常駐免疫細胞的激活；除了直接的神經元輸入信息外，下丘腦-垂體-腎上腺軸作為一種通信途徑在應激反應中也扮演著重要角色[7]。

1.2 自下而上的信號傳導它由幾種不同的機制產生，可通過神經元和非神經元傳導機制來完成。首先，迷走神經由80%的傳入纖維和20%的傳出纖維組成，在腸道和大腦雙向傳遞信息方面起著關鍵作用。這些傳入纖維被微生物代謝物和腸內分泌神經肽所刺激，進而傳遞促進垂體分泌的下丘腦神經元[8]；其次，來自微生物群的免疫原性內毒素，例如脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS），它主要是通過激活可遷移到大腦的外周免疫細胞，如小膠質細胞來誘導加劇神經炎癥[9，10]；再者，微生物群可以產生或刺激許多代謝物釋放，例如神經遞質、短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFA）、吲哚和膽汁酸，研究表明，這些代謝物能進入全身血液循環(huán)并進入大腦，以此來調節(jié)神經元、小膠質細胞、星形膠質細胞和血腦屏障[11，12]。

微生物群不僅能夠產生影響宿主的神經遞質，而且這些神經遞質在細菌上的結合位點也被揭示，這些位點可以影響細菌的毒力、增殖和代謝[7]。通過以上發(fā)現(xiàn)，IS 可能會導致腸道微生物群的組成及功能發(fā)生變化，致使腸道微環(huán)境發(fā)生改變，腸道微生物群也能導致缺血性腦卒中并發(fā)癥的產生[13]。

2 腸道菌群干預與IS

據(jù)研究，消化道是免疫反應的主要器官，含有豐富的免疫細胞，負責整個免疫系統(tǒng)活性的70%以上[14]；腸道炎癥與免疫反應在腦卒中的病理與生理學中起著重要作用，這可能成為日后IS 的重要治療靶點[15]。目前腸道菌群在IS 的治療方面包括：抗生素療法、益生菌制劑、腸道菌群移植、飲食療法等。

2.1 抗生素療法與ISIS 是一種高致殘、高致死的疾病，目前治療選擇有限[16]。炎癥是腦缺血病理生理學的關鍵組成部分[15]，Benakis 等[10]發(fā)現(xiàn)在誘導大腦缺血性損傷之前的實驗小鼠使用阿莫西林/克拉維酸和萬古霉素治療可使小鼠體內的腸道微生物群發(fā)生改變，可使大腦中動脈閉塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）的梗死體積減少60%±6%，且抗生素敏感型小鼠比抗生素耐藥型小鼠的感覺運動功能得到更好的保留；接著研究人員進一步對抗生素治療小鼠體內的糞便進行移植，也得到了同樣結果。證明抗生素誘導的腸道菌群改變減輕了小鼠的缺血性腦損傷，這也是糞便移植傳播的一種效應。

糖尿病是動脈粥樣硬化的重要危險因素。瘦素受體缺乏的小鼠表現(xiàn)出2 型糖尿病的特征[17]。Kurita 等[18]發(fā)現(xiàn)瘦素受體缺乏的小鼠在IS 中表現(xiàn)出梗死體積和LPS—革蘭氏陰性細菌的外膜增加，刺激Toll 樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR-4）和炎癥細胞因子的表達水平較高，以及更嚴重的神經損傷和MCAO 后存活率降低；而口服不可吸收的抗生素多粘菌素B 調節(jié)了腸道微生物群，改善了瘦素受體缺乏小鼠的代謝內毒素血癥和IS 結局；這些影響與缺血性大腦中LPS 水平的降低和神經炎癥有關。

盡管有研究證明了抗生素治療在IS 中的可行性，但更多研究表明抗生素的施用會促進腸道生態(tài)失調[19]，長期使用抗生素已被證明對正常生理學和生物群落的組成具有負面影響[20]。目前，益生菌和糞便微生物群移植（Fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）的使用是新興療法，可能成為解決抗生素誘導的腸道生態(tài)失調的有害影響的潛在干預措施[21]。

2.2 益生菌制劑與IS2014年國際益生菌和益生元科學協(xié)會（International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics，ISAPP）將益生菌定義為“嚴格挑選的微生物的活菌株，當使用足夠量時，會給宿主帶來健康益處”[22]，目前最常用的益生菌是乳酸桿菌和雙歧桿菌[23]。一項研究發(fā)現(xiàn)，口服短雙歧桿菌、干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜酸乳桿菌可減少小鼠實驗性卒中后的缺血性損傷[24]。此外，一項研究發(fā)現(xiàn)通過降低丙二醛和TLR-4 水平，增加超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性，可以減少腦梗死體積和神經細胞凋亡，由此揭示滅活乳酸菌對大鼠腦缺血再灌注損傷的保護作用[25]。

一項Meta 分析顯示益生菌聯(lián)合腸內營養(yǎng)（Enteral nutrition，EN）縮短了IS 患者的住院時間和臥床時間，改善了患者的營養(yǎng)狀況，增加了白蛋白、血清總蛋白、前白蛋白以及血紅蛋白的生物活性；雖然并未降低IS 患者美國國立衛(wèi)生研究院中風量表（The national institutes of health stroke scale，NIHSS）評分，但能緩解炎癥，腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素6（Interleukin-6，IL-6）和白介素10（Interleukin-10，IL-10）顯著降低；在減少IS 并發(fā)癥方面，益生菌聯(lián)合EN 可降低肺、胃腸道和尿路感染的發(fā)生率，同時降低患者死亡率和腸道菌群失衡率[26]。

2.3 腸道糞菌移植（Fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）與ISFMT 是將健康供體糞便中的功能性細菌移植到患者的胃腸道中，以求恢復腸道菌群的平衡，從而達到治療與腸道微生物相關疾病的目的[27]。腸道菌群在神經系統(tǒng)疾病的病理生理學中起到的重要作用已經被多項研究證明，這表明腸道菌群的改變可成為一種治療策略。FMT 是目前最有效的腸道菌群干預措施，也是治療復發(fā)性艱難梭菌感染的公認方法[28]。

微生物多樣性隨著年齡的增長而減少，衰老本身會改變腸道微生物群，導致“生態(tài)失調”[29]；急性損傷后老年人恢復更差以及許多與年齡有關的疾病患病率日益增加可能與機體生態(tài)失調有關。IS主要是一種與衰老相關的疾病，通過多項實驗發(fā)現(xiàn)，與年輕小鼠相比，實驗性卒中后導致的結果在老年小鼠中往往表現(xiàn)更差[30]；老年人群與年輕人相比，在腸道菌群組成方面也存在差異[31]，年輕健康成年人的腸道菌群主要由厚壁菌門和擬桿菌門組成[32，33]，研究顯示老年人的菌群組成厚壁菌門增多，擬桿菌門減少[34，35]。Feng 等[36]研究表明，老年卒中小鼠通過移植青年小鼠的腸道菌群導致老年小鼠糞菌構成中擬桿菌門增加，厚壁菌門減少；而且通過糞菌移植，老年小鼠腦缺血后神經功能得到了顯著改善，腦梗死體積也明顯縮??；說明腸道微生物群及短鏈脂肪酸（SCFA）代謝物在IS 中起著重要的保護作用。

而IS 會引發(fā)腸道菌群失調，增加腸道通透性。Chen 等[37]的實驗證明，通過移植富含SCFA 的糞便細菌并補充腸道代謝物丁酸來干擾腸道微生物群是治療IS 的有效方法；Wang 等[38]的實驗也證明了這一點，研究人員發(fā)現(xiàn)通過腸道菌群移植補充丁酸鹽對實驗小鼠的卒中損傷產生了有利影響。

2.4 飲食療法與IS不同的飲食偏差導致每個人腸道菌群的組成存在差異，飲食習慣也可能影響著疾病的發(fā)生和發(fā)展，例如多酚以其有益的健康作用而聞名，它存在于許多藥用或食用植物中，研究表明，腸道微生物群可以調節(jié)對卒中具有潛在保護作用的多酚的活性[39]，補充水果多酚已被證明可以改善缺血性卒中患者的認知和神經功能恢復[40]。盡管目前關于含有特定多酚類或分離的多酚化合物抗卒中作用的科學證據(jù)還不多，但是現(xiàn)有的研究結果仍然可以證明這一點。如食用富含槲皮素的食物與血栓性卒中風險降低有關，槲皮素代謝物4-甲基兒茶酚在人血中顯示出相關的抗血小板活性，表明它可以預防血栓性卒中[41]。

限制熱量攝入（Calorie restriction，CR）可以調節(jié)腸道微生物群，預防包括IS 在內的許多疾病，Huang 等[42]通過對小鼠進行限制熱量攝入實驗，首先發(fā)現(xiàn)CR 對卒中小鼠的長期康復更加有優(yōu)勢；接著將接受了CR 治療的小鼠的腸道微生物群移植到另一批卒中小鼠后，得到了同樣的結果；進一步通過16S 核糖體RNA 測序鑒定發(fā)現(xiàn)了限制熱量攝入的小鼠體內出現(xiàn)了雙歧桿菌的富集；最后給卒中小鼠注射雙歧桿菌，發(fā)現(xiàn)通過雙歧桿菌治療可以改善腦缺血小鼠的長期康復。此外，通過代謝組學分析也揭示了一組代謝產物的上升趨勢，這表明CR 極大地改變了腸道微生物群的組成和代謝。由此可見，CR 對IS 長期康復的新作用以及腸道微生物群的潛在作用，為臨床IS 的康復提供了新思路。

3 結語

缺血性腦卒中的治療一直是神經科學的熱點和難點問題，傳統(tǒng)的治療方法包括藥物、溶栓和血管內治療等都一定程度上存在一些局限?！拔⑸?腸-腦軸”的研究是一個全新的領域，可能是比傳統(tǒng)治療手段更為安全和經濟有效的方法，腸道菌群非常龐大，目前針對它的研究十分有限?？v觀近幾年國內外相關研究，針對IS 相關腸道菌群的靶向治療，熱點非常多，但亮點卻比較少；目前相關研究仍處于量變到質變的積累階段，需要我們與時俱進，多學科協(xié)作，一旦有重大突破，將會對IS 的治療與康復產生深遠影響。