腸道菌群與缺血性腦卒中相互影響的研究進(jìn)展

楊?；? 晁 倩 付 冠 宮健偉▲

1.濱州醫(yī)學(xué)院康復(fù)醫(yī)學(xué)院，山東煙臺 264000；2.山東省棗莊市嶧城區(qū)中醫(yī)院，山東棗莊 277000；3.濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，山東濱州 256603

近年來，我國缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）的患病率仍呈逐年增長趨勢，在2005—2019年的這15年間，我國IS的患病率由1044/10萬上升至1256/10萬，并且隨著人口老齡化及城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，這種趨勢只增不減[1]。雖然早期靜脈溶栓、介入治療等技術(shù)的應(yīng)用極大地改善了IS患者的預(yù)后，但每年仍有近90萬例患者死于IS，且近70%的IS幸存患者遺留不同程度的神經(jīng)功能障礙，因此IS的防治工作仍然任重而道遠(yuǎn)[2]。腸道菌群是指分布在胃腸道的微生物群，主要包括厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和梭桿菌門等[3]，其中擬桿菌門和厚壁菌門占總數(shù)的90%以上，近年來有很多學(xué)者將厚壁菌門（firmicutes）和擬桿菌門（bacteroidetes）的比值（F/B）作為健康和疾病的預(yù)測指標(biāo)[4]。國內(nèi)外研究已經(jīng)證明，腸道菌群可通過炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)、神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)、迷走神經(jīng)反應(yīng)、菌群代謝產(chǎn)物等多種途徑參與多發(fā)性硬化、帕金森病、吉蘭巴雷綜合征、阿爾茨海默病等多個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生，而腸道菌群與IS的研究更是近些年的研究熱點(diǎn)[5]。研究證實(shí)腸道菌群和IS之間存在著密切的關(guān)系，其在肥胖、糖尿病、高血壓、動脈粥樣硬化等IS相關(guān)危險(xiǎn)因素的病理過程中發(fā)揮重要作用，并可通過多種途徑影響IS的發(fā)生及預(yù)后，有望成為防治IS新的治療靶點(diǎn)。本文就腸道菌群與IS危險(xiǎn)因素的相關(guān)性、腸道菌群與IS相互影響等內(nèi)容做一綜述，以期為腸道菌群與IS的相互影響的研究以及IS防治的研究提供一定的理論參考。

1 腸道菌群與缺血性腦卒中發(fā)病的相關(guān)性

1.1 腸道菌群與肥胖

有研究表明，腸道菌群與肥胖之間存在著因果關(guān)系[6]。其開創(chuàng)性的研究源于一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)[7]，在相同的富含多糖的飲食喂養(yǎng)條件下，遺傳型肥胖（ob/ob）小鼠、瘦小鼠（ob/+）和野生型（+/+）小鼠相比，腸道菌群的組成存在明顯差異，肥胖型小鼠腸道中厚壁菌門的豐度相對增加，擬桿菌門的豐度相對降低，F(xiàn)/B值增加。在臨床研究中也觀察到肥胖成年人的腸道菌群多樣性減少，菌群組成發(fā)生改變，并且肥胖成年人腸道菌群的總體多樣性隨著體重指數(shù)的增加而降低[8-9]。相關(guān)細(xì)菌已被證明和肥胖有著直接的關(guān)系，如克里斯滕森菌可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，改善小鼠的肥胖[10]，史氏甲烷短桿菌可以增加脂肪組織的堆積[11]。另外，含有脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）的細(xì)菌腸桿菌在肥胖癥患者的腸道中含量較為豐富，高脂飲食增加了含LPS細(xì)菌的豐度，增多的LPS通過通透性增加的腸道上皮進(jìn)入循環(huán)血液，誘導(dǎo)代謝性內(nèi)毒素血癥以及先天性免疫反應(yīng)[6]。特別是，LPS可與下游的Toll樣受體4（TLR4）結(jié)合激活核因子κB（NF-κB）炎癥途徑，進(jìn)而增強(qiáng)多種促炎細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄[12]。最近的研究證明腸道菌群可刺激胰高血糖素樣肽-1、胃饑餓素等胃腸道激素以及色氨酸、5-羥色胺等代謝產(chǎn)物的釋放，參與飽腹感、宿主食欲、脂肪堆積和能量平衡的調(diào)節(jié)[13]。

1.2 腸道菌群與糖尿病

臨床90%以上的糖尿病患者為2型糖尿?。═2DM）。動物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)均有充分的證據(jù)證明腸道菌群與T2DM的發(fā)生發(fā)展有著不可分割的關(guān)系。Li等[14]比較40只T2DM組SD大鼠和正常組SD大鼠發(fā)現(xiàn)，T2DM組SD大鼠腸道內(nèi)大腸桿菌和腸球菌的豐度明顯高于正常組，而T2DM組的雙歧桿菌和乳酸桿菌的豐度明顯低于正常組。臨床研究表明[15]，與正常組相比，T2DM患者的腸道菌群狀態(tài)為中度腸道生態(tài)紊亂，其中產(chǎn)短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）的細(xì)菌（羅氏菌屬、柔嫩梭菌等）豐度普遍降低，多種致病菌（梭菌、梭狀芽孢桿菌等）的細(xì)菌豐度顯著增加。腸道菌群的代謝產(chǎn)物SCFAs已被證明能夠通過多種機(jī)制引起胰島素抵抗及敏感性降低，其主要的作用機(jī)制包括：①SCFAs可通過激活G蛋白耦聯(lián)受體家族調(diào)控胰島素等胃腸道激素的分泌，引起脂代謝和糖代謝異常[16]；②腸道中低水平的SCFAs導(dǎo)致組蛋白去乙?；傅囊种谱饔脺p弱以及誘導(dǎo)T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Treg細(xì)胞的能力減弱，使促炎因子和抗炎因子分泌失衡，引發(fā)慢性低度炎癥，加速糖尿病的進(jìn)程[17]。

1.3 腸道菌群與高血壓

高血壓是公認(rèn)的IS最重要的危險(xiǎn)因素，越來越多的研究開始報(bào)道腸道菌群在高血壓中的作用。Tao等[18]發(fā)現(xiàn)，與正常大鼠對比，在自發(fā)性高血壓大鼠以及慢性血管緊張素Ⅱ輸注誘導(dǎo)的高血壓大鼠模型中，均觀察到腸道菌群的數(shù)量及豐度顯著降低，F(xiàn)/B比值顯著增加，且產(chǎn)SCFAs的菌群豐度減少，產(chǎn)乳酸鹽的菌群豐度增加。進(jìn)一步干預(yù)研究表明，使用抗生素和糞菌移植均可使高血壓大鼠的血壓恢復(fù)正常，腸道菌群重建平衡。臨床研究顯示[19]，與對照組相比，高血壓患者腸道菌群的α多樣性降低，革蘭陰性菌的豐度升高，產(chǎn)SCFAs的菌群豐度下降。SCFAs因所作用的受體不同，而對血壓有著不同的影響。血液中的SCFAs作用于血管平滑肌細(xì)胞上的嗅覺受體78（Olfr78）可升高血壓[20]，作用于G蛋白耦聯(lián)受體41（Gpr41）可降低血壓[21]。另一個(gè)關(guān)鍵的菌群代謝產(chǎn)物膽汁酸也可直接與宿主相互作用而影響血壓，初級膽汁酸在腸道內(nèi)經(jīng)菌群加工成次級膽汁酸后，可通過激活膽汁酸感應(yīng)受體、法尼醇X（FXR）受體等來影響心血管功能[22]。此外，高鹽飲食可通過誘導(dǎo)腸道菌群依賴的輔助性T-17細(xì)胞引起高血壓[23]，與高血壓發(fā)病機(jī)制有關(guān)的一氧化氮信號通路受到微生物多樣性的影響[24]。

1.4 腸道菌群與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是IS的一個(gè)非常普遍的原因。Karlsson等[25]比較12名癥狀性動脈粥樣硬化（心肌梗死或腦血管事件）患者和13名健康個(gè)體的糞便樣本發(fā)現(xiàn)，癥狀性AS患者腸道中柯林塞拉菌屬豐度相對較高，而對照組中真細(xì)菌和玫瑰菌屬的豐度相對較高。有一項(xiàng)對218例AS患者和187名健康對照者進(jìn)行的全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)[26]，AS患者的腸道菌群因腸桿菌屬和鏈球菌屬的增加而嚴(yán)重失衡。一個(gè)突破性的發(fā)現(xiàn)是在AS斑塊中發(fā)現(xiàn)了多種細(xì)菌DNA，并且相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)確定了某些菌群（如幽門螺桿菌和牙齦卟啉單胞菌等）有助于增加AS斑塊的面積[27]，斑塊內(nèi)的免疫細(xì)胞也被證明能夠產(chǎn)生針對腸道菌群（如克雷伯氏菌和變形桿菌等）抗原的抗體[28]。

AS作為心腦血管疾病共同的病理基礎(chǔ)，是一種涉及多種炎癥遞質(zhì)的慢性炎癥性疾病。Brandsma等[29]將促炎性腸道微生物群引入健康小鼠體內(nèi)后觀察到，健康小鼠血液中白細(xì)胞數(shù)量、促炎因子濃度增高，AS斑塊中中性粒細(xì)胞的聚集增加。另外腸道菌群失調(diào)可使小鼠頸動脈內(nèi)膜增厚，管腔狹窄率升高[30]。除了腸道菌群介導(dǎo)的促炎作用之外，腸道菌群代謝產(chǎn)物也影響AS的發(fā)生及演變。一個(gè)典型的例子是飲食中的磷脂酰膽堿、膽堿或肉堿經(jīng)腸道菌群代謝生成三甲胺（trimethylamine，TMA），進(jìn)入肝臟后被黃素單加氧酶進(jìn)一步加工，轉(zhuǎn)化為氧化三甲胺（trimethylamine -N -oxide，TMAO）。TMAO通過增加血管炎癥和內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙以及刺激泡沫細(xì)胞形成AS斑塊來影響AS的進(jìn)展[31]。另外，TMAO還可以通過增加血小板高反應(yīng)性促進(jìn)血栓事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[32]。

腸道菌群參與IS發(fā)病的具體機(jī)制尚未完全闡明，它是否可以作為IS的直接病因也有待探究，但腸道菌群通過多種機(jī)制增加IS的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)被證實(shí)。從目前的研究現(xiàn)狀來看，腸道菌群更傾向于加速疾病的病理過程，因此腸道菌群可以間接參與IS的發(fā)生。

2 腸道菌群與缺血性腦卒中

2.1 缺血性腦卒中導(dǎo)致腸道菌群紊亂

研究表明[33]，大腦中動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠模型的腸道菌群較假手術(shù)組相比，腸道菌群多樣性顯著減低，腸道菌群過度生長。腸黏膜微生物群中梭狀芽孢桿菌的豐度增加以及Akkermansia黏蛋白原升高[34]。IS除了會引起腸道菌群結(jié)構(gòu)及豐度變化之外，還會致使腸道菌群向外傳播引發(fā)卒中后感染，如卒中后肺感染及泌尿系感染[35]。腸道菌群擴(kuò)散到外周的重要因素是卒中發(fā)作后腸上皮細(xì)胞緊密連接蛋白表達(dá)減少使腸屏障通透性增加[36]。引發(fā)上述現(xiàn)象的其中一個(gè)機(jī)制是卒中后交感神經(jīng)系統(tǒng)（sympathetic nervous system，SNS）的激活，IS后應(yīng)激反應(yīng)使胃腸動力降低，細(xì)菌過度生長[37]。另外，SNS的效應(yīng)分子也可作用于免疫細(xì)胞上的腎上腺素受體誘導(dǎo)卒中后免疫抑制效應(yīng)，使IS患者比健康人更容易發(fā)生感染[38]。

2.2 腸道菌群影響缺血性腦卒中的結(jié)局

關(guān)于菌-腸-腦（microbiota-gut-brain，MGB）軸雙向通信的提出為IS的預(yù)防和治療提供了新的思路。IS導(dǎo)致腸道菌群紊亂，紊亂的腸道菌群又反過來影響IS的預(yù)后。最經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)是Benakis等[39]人用阿莫西林治療性的誘導(dǎo)菌群改變后，卒中小鼠的腦梗死面積減少了60%，且運(yùn)動功能得以改善，其主要作用機(jī)制是菌群變化改變了小鼠腸道的免疫穩(wěn)態(tài)，通過改變樹突狀細(xì)胞的活性，導(dǎo)致小鼠體內(nèi)的Treg細(xì)胞增多，增多的Treg細(xì)胞一方面抑制小腸γδT細(xì)胞表達(dá)促炎癥細(xì)胞因子IL-17，減少δT細(xì)胞向缺血部位腦組織的遷移；另一方面Treg細(xì)胞可分泌抗炎癥細(xì)胞因子IL-10，通過調(diào)節(jié)卒中后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)，減少卒中小鼠的腦梗死面積。而在另一項(xiàng)Lim等[36]人的研究中卻得到了相反的結(jié)論，菌群改變后卒中小鼠的腦梗死面積增大。但這兩項(xiàng)研究所報(bào)道的關(guān)于腸道菌群和大腦之間潛在的交流機(jī)制大體是相符的。將老年小鼠的腸道菌群通過糞便移植管飼法注入年輕小鼠體內(nèi)，然后構(gòu)建MCAO小鼠模型后發(fā)現(xiàn)，MCAO小鼠體內(nèi)的炎癥因子水平升高，行為測試表現(xiàn)下降，病死率增加。相反，將年輕小鼠的腸道菌群移植入老年小鼠體內(nèi)改善了老年MCAO小鼠的預(yù)后，增加了其存活率[40]。關(guān)于腸道菌群影響卒中結(jié)局的臨床研究少之又少。IS患者的腸道菌群與宿主的代謝和炎癥相關(guān)，具體表現(xiàn)為IS與乙酸濃度降低和戊酸濃度升高有關(guān)，同時(shí)乙酸濃度的變化與糖化血紅蛋白和低密度脂蛋白水平呈負(fù)相關(guān)，而戊酸濃度的變化與C-反應(yīng)蛋白水平和白細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正相關(guān)，乳桿菌患病率的變化與IL-6水平呈正相關(guān)。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，腸道菌群通過多種途徑參與IS的發(fā)病及預(yù)后，IS也可引起腸道菌群結(jié)構(gòu)及代謝的改變，因此腸道菌群及其代謝產(chǎn)物均有可能成為IS潛在的治療靶點(diǎn)。但未來研究仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)：一方面，目前對腸道菌群與IS的理解大多來自動物研究，其臨床試驗(yàn)仍然有待考究；另一方面，廣泛評估腸道菌群的變化以及各種生物標(biāo)志物是下一步IS防治的重點(diǎn)研究方向。為此，大量針對腸道菌群的動物及臨床研究的探索對學(xué)者們來說既是不可避免的，也是令人期待的。