調(diào)節(jié)腸道菌群用于治療缺血性腦卒中的研究進(jìn)展

張 怡綜述, 何小剛審校

缺血性腦卒中(ischemic stroke,IS)是指各種原因所致顱內(nèi)動(dòng)脈血流中斷,血液供應(yīng)障礙,導(dǎo)致局部腦組織缺血缺氧壞死而出現(xiàn)局灶性神經(jīng)功能缺損的臨床綜合征[1]。我國IS發(fā)病率為145/10萬,且仍處于上升階段。傷殘調(diào)整壽命年為1148/10萬,遠(yuǎn)高于英國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家同期水平。IS具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率、高復(fù)發(fā)率和高經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)五大特點(diǎn),嚴(yán)重影響國民健康與生活[2]。IS可控危險(xiǎn)因素包括不良生活方式、高血壓、高血脂、高血糖、肥胖、睡眠呼吸暫停等。目前針對IS治療主要集中在改善腦血液循環(huán)(靜脈溶栓、血管內(nèi)治療、抗血小板、抗凝、降纖、擴(kuò)容等)、他汀、神經(jīng)保護(hù)及控制危險(xiǎn)因素等方面,大部分患者的遠(yuǎn)期預(yù)后較差[1]。

人體胃腸道由數(shù)量眾多、種類豐富的腸道菌群組成,通常以細(xì)菌為主,絕大多數(shù)屬于擬桿菌門或厚壁菌門。這些腸道菌群參與營養(yǎng)代謝、免疫調(diào)節(jié)等多種生理功能,維持腸道菌群的動(dòng)態(tài)平衡與人體健康緊密相關(guān)。腸道菌群的多樣性和豐度一旦發(fā)生病理改變,這種腸道菌群失調(diào)(gut microbiota dysbiosis,GMD)就會(huì)通過多種機(jī)制傳遞信號至大腦,一方面對血壓、血糖、血脂、體重等IS危險(xiǎn)因素產(chǎn)生惡性影響；另一方面直接參與IS的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)歸[3]?；诖?近年來越來越多的研究著眼于調(diào)節(jié)GMD,以期為IS治療提供新思路。本文就維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)作為IS治療新靶點(diǎn)的相關(guān)研究進(jìn)展作一總結(jié)。

1 腸道菌群與缺血性腦卒中相關(guān)

多達(dá)50%的IS患者會(huì)出現(xiàn)胃腸道并發(fā)癥,包括便秘、消化道出血、腸麻痹、腸失禁等。而伴有胃腸道并發(fā)癥的IS患者往往病情較重,預(yù)后較差[4,5]。研究表明,腸道和大腦之間存在著雙向交流及相互作用,腸道菌群可以通過神經(jīng)通路、神經(jīng)遞質(zhì)內(nèi)分泌通路、免疫途徑及細(xì)胞代謝物和宿主代謝途徑與大腦進(jìn)行信息傳遞,稱之為腸腦軸(gut-brain axis,GBA)[3]。IS發(fā)生后,大腦通過GBA傳遞信號給腸道,引發(fā)腸道炎癥反應(yīng)、腸道動(dòng)力下降、腸粘膜屏障受損、腸道通透性增加、腸道細(xì)菌發(fā)生異位[6]。腸道菌群的多樣性降低,擬桿菌門與厚壁菌門比例發(fā)生變化,乳酸桿菌屬和雙歧桿菌屬等有益菌群豐度減少,腸桿菌屬等機(jī)會(huì)性致病菌群豐度增加[7,8],進(jìn)而加重腦損傷。同時(shí)GMD會(huì)影響人體免疫功能,調(diào)控調(diào)節(jié)性T細(xì)胞 (regulatory T cells,Treg)及白細(xì)胞介素-17(interleukin-17,IL-17)+γδ T 細(xì)胞數(shù)量,兩者都參與缺血性腦損傷。IS誘導(dǎo)的GMD會(huì)使T淋巴細(xì)胞從腸道遷移至大腦,增加大腦γδ T 細(xì)胞及其下游IL-17的表達(dá),減少Treg細(xì)胞及其下游IL-10的表達(dá),導(dǎo)致全身及神經(jīng)炎癥反應(yīng),從而加劇神經(jīng)功能惡化[4,6]。

2 治療缺血性腦卒中的腸道菌群策略

GMD與IS發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),因此重塑正常腸道菌群微生態(tài)及維持GBA穩(wěn)態(tài)可能有助于IS恢復(fù)。目前相關(guān)研究進(jìn)展主要集中在益生菌及相關(guān)制劑、糞菌移植、中醫(yī)中藥等。

2.1 益生菌及相關(guān)制劑 益生菌是指人體攝入后對健康有益的活性微生物,益生元是指被人體腸道菌群選擇性利用的有益健康的底物。合生元?jiǎng)t是益生菌和益生元的組合,兩者結(jié)合發(fā)揮協(xié)同作用。益生菌、益生元、合生元主要通過維持腸道菌群平衡和抑制有害菌群生長對人體健康發(fā)揮積極作用[9]。補(bǔ)充益生菌對高脂血癥、肥胖、糖尿病在一定程度上有改善作用[9]。而這些疾病狀態(tài)則是IS發(fā)生發(fā)展最主要的危險(xiǎn)因素。Savigamin等人的系統(tǒng)評價(jià)顯示益生菌及相關(guān)制劑一方面可以抑制腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)及IL-1的產(chǎn)生從而起到抗炎作用；另一方面它可以通過降低丙二醛水平及增加超氧化物歧化酶水平起到抗氧化應(yīng)激的作用。此外,益生菌還可以影響半胱氨酸蛋白酶-3(cysteinyl aspartate specific proteinase-3,caspase-3)等因子的表達(dá)從而抑制神經(jīng)元凋亡，通過抗炎、抗氧化及抗凋亡等多條途徑減少IS神經(jīng)功能障礙,改善IS結(jié)局[10]。Akhoundzadeh等人持續(xù)使用4種益生菌混合物 (短雙歧桿菌、干酪乳酸菌、保加利亞乳桿菌和嗜酸乳桿菌)2 w發(fā)現(xiàn),益生菌雖不能改善大腦中動(dòng)脈梗死模型(middle cerebral artery occlusion model,MCAO)小鼠神經(jīng)學(xué)結(jié)果,但可顯著減少M(fèi)CAO小鼠52%的梗死面積,同時(shí)降低這組MCAO小鼠的丙二醛及TNF-α水平,從而減少腦組織損傷[11]。

脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是革蘭式陰性菌的重要毒力因子,主要來源于腸道。IS患者血漿LPS水平增高,較高的LPS水平與較嚴(yán)重的神經(jīng)功能缺損及較差的卒中結(jié)局相關(guān)[12]。補(bǔ)充益生菌有助于降低LPS水平,減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)從而改善神經(jīng)功能[13]。短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)主要包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等,通過腸道菌群介導(dǎo)的膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)生[14]。研究發(fā)現(xiàn),產(chǎn)SCFAs細(xì)菌的減少及SCFAs失調(diào)會(huì)增加IS患者90 d卒中不良功能結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)[14]。Zeng等人的臨床研究表明IS高風(fēng)險(xiǎn)人群的特征是機(jī)會(huì)性病原體富集、產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌豐度降低以及糞便丁酸鹽濃度降低[15]。Sadler等人發(fā)現(xiàn),卒中會(huì)降低血液中的SCFAs濃度，補(bǔ)充SCFAs可以通過調(diào)節(jié)卒中后神經(jīng)元突觸可塑性，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞活化和免疫細(xì)胞組成，從而促進(jìn)瞬時(shí)閉塞MCAO小鼠卒中后的神經(jīng)功能恢復(fù)[16]。膳食植物多糖可增加小鼠腸道內(nèi)產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌的豐度以降低全身炎癥和改善動(dòng)脈粥樣硬化程度,對心腦血管起保護(hù)作用[17]。Lee等人發(fā)現(xiàn),老年MCAO小鼠血漿、腸道及腦組織SCFAs水平低,而移植4種產(chǎn)SCFAs(長雙歧桿菌、共生梭菌、普氏糞桿菌、發(fā)酵乳桿菌)混合菌株聯(lián)合菊粉可提高SCFAs濃度,同時(shí)通過減少腦內(nèi)IL-17+γδ T 細(xì)胞數(shù)量起到神經(jīng)保護(hù)作用,減輕卒中后神經(jīng)功能缺損[18]。

益生菌及相關(guān)制劑作為IS治療的潛在腸道菌群修飾劑,有望輔助IS治療。但相關(guān)研究存在明顯的方法學(xué)異質(zhì)性,需進(jìn)一步規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化方法。盡管它們在很大程度上是安全的,但在某些特殊情況下,益生菌及相關(guān)制劑可能會(huì)導(dǎo)致感染、代謝紊亂、過敏反應(yīng)、過度免疫效應(yīng)等副反應(yīng)[5],需進(jìn)一步深入研究以確保安全性、可行性及療效性。

2.2 糞菌移植 糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)是將健康供體糞便中的功能性細(xì)菌移植到受者的胃腸道中用以修復(fù)GMD。FMT改善IS預(yù)后的機(jī)制尚不清楚,大多數(shù)認(rèn)為維持腸道穩(wěn)態(tài)在其中發(fā)揮重要作用[3]。

IS會(huì)降低腸道中SCFAs的水平。與其他 SCFAs 相比,丁酸與IS負(fù)相關(guān)性最高。移植富含 SCFAs(尤其是丁酸)的糞便可增加乳酸桿菌等有益菌群豐度從而改善腸道菌群分布,改善長期功能預(yù)后和存活率[19]。同樣Wang等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)接受丁酸鈉糞菌移植的卒中小鼠的腦梗死體積小于接受氯化鈉糞菌移植小鼠的腦梗死體積,這種保護(hù)作用還與腸道屏障功能的改善、LPS和促炎細(xì)胞因子的外周血水平降低以及血腦屏障的改善有關(guān)[20]。

年齡是IS不可控危險(xiǎn)因素之一,衰老會(huì)改變腸道菌群的組成,同時(shí)衰老的腸道菌群可能通過增強(qiáng)卒中后炎癥反應(yīng)帶來負(fù)面影響[21]。將年輕小鼠的腸道菌群移植給老年MCAO小鼠可改善IS預(yù)后,反之將老年小鼠的腸道菌群移植給年輕MCAO小鼠會(huì)加重IS癥狀[21]。另有實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)糞菌移植后老年小鼠糞便中的擬桿菌門增加而厚壁菌門顯著減少。與對照組相比,糞菌移植小鼠在大腦中動(dòng)脈閉塞后表現(xiàn)出神經(jīng)功能缺損少和梗塞體積少的特點(diǎn)[22]。

Zhang等人研究發(fā)現(xiàn),給MCAO小鼠糞菌移植后腦梗死體積縮小,組織中Treg細(xì)胞數(shù)量及IL-10水平顯著增加,γδT細(xì)胞數(shù)量及IL-17水平明顯減少,通過調(diào)節(jié)腸道菌群來抑制炎癥反應(yīng),從而影響IS預(yù)后[8]。Feng等人發(fā)現(xiàn)小鼠糞菌移植后的神經(jīng)保護(hù)作用可被外源重組IL-17的預(yù)處理逆轉(zhuǎn)。腸道菌群移植可通過恢復(fù)菌群環(huán)境和抑制血清、腸道和腦組織中的IL-17來減輕老年小鼠的缺血再灌注腦損傷[22]。綜上,選擇產(chǎn)SCFAs菌株進(jìn)行糞菌移植或直接補(bǔ)充SCFAs進(jìn)行糞菌移植以及年輕健康受體的糞菌移植是目前治療IS的糞菌移植首選有效方法。

糞菌移植發(fā)展前景遠(yuǎn)闊,但目前仍處于起步階段,關(guān)于糞菌移植與IS的研究多停留在臨床前期實(shí)驗(yàn)階段?，F(xiàn)有研究在FMT遞送方式、細(xì)菌劑量、糞便過濾方法及給藥頻率等方面存在差異,且腸道菌群的組成本身存在很大的復(fù)雜性及不確定性,仍需要更多的研究檢驗(yàn)。

2.3 中醫(yī)中藥 卒中病的中醫(yī)治療歷史悠久,中醫(yī)認(rèn)為大腦與腸腑密切相關(guān),腑氣暢通則神清氣明,病情逆轉(zhuǎn),達(dá)到上病下取、腦病治腸的目的。針刺可刺激穴位通過體表-內(nèi)臟聯(lián)系來矯正失常狀態(tài)。Wang等人通過比較腦腸同調(diào)針與常規(guī)針刺治療IS的臨床療效發(fā)現(xiàn),腦腸同調(diào)針的療效優(yōu)于常規(guī)針刺,其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和腸道菌群代謝產(chǎn)物水平有關(guān)[23]。中藥湯劑經(jīng)胃腸道消化吸收從而調(diào)節(jié)腸腦活動(dòng)。Guo等人對痰熱證IS患者在常規(guī)西醫(yī)藥物治療的基礎(chǔ)上加用痰熱湯發(fā)現(xiàn),中西醫(yī)結(jié)合治療組患者獲得更好的臨床療效,中西醫(yī)結(jié)合治療組的腸道菌群生物多樣性增加,促進(jìn)了產(chǎn)SCFAs細(xì)菌的生長,同時(shí)抑制了產(chǎn)LPS細(xì)菌的生長[24]。通竅活血湯在一定程度上對MCAO大鼠腸道菌群紊亂和腸道屏障破壞起修復(fù)作用,通過抑制炎癥反應(yīng)改善IS結(jié)果[8]?；谀X病治腸理論,中醫(yī)中藥為IS提供新的治療角度。因此，可采取中西醫(yī)結(jié)合治療以期減少IS的致死率及致殘率,從而減少個(gè)人、家庭、社會(huì)負(fù)擔(dān)。

2.4 其他 飲食是腸道菌群組成的主要決定因素。紅肉、雞蛋等食物中的膽堿可被腸道菌群代謝產(chǎn)生三甲胺(trimethylamine,TMA),TMA經(jīng)肝腸循環(huán)被氧化成三甲胺氧化物(trimethylamine N-oxide,TMAO),TMAO以血小板活化劑依賴方式介導(dǎo)血小板高反應(yīng)性并增加血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)。IS發(fā)生后最初數(shù)小時(shí)內(nèi)TMAO水平增高與卒中預(yù)后不良相關(guān)[5]。遵循地中海飲食或素食可降低TMAO的產(chǎn)生,從而降低機(jī)體對不良腦血管事件的易感性[1,5]。

生物活性物質(zhì)包括多酚類、維生素、不飽和脂肪酸等等。研究發(fā)現(xiàn),多酚類姜黃素可促進(jìn)產(chǎn)SCFAs細(xì)菌的生長,促進(jìn)SCFAs水平增高,降低LPS含量,抑制T細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[25]。枸杞果實(shí)中分離出來的酚酰胺通過激活蛋白激酶Cε(protein kinase Cε,PKCε)/核因子紅細(xì)胞2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)/血紅素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)信號通路改善氧化損傷及神經(jīng)元凋亡,從而對腦組織起保護(hù)作用[26]。維生素B12及葉酸缺乏與IS風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)。大約一半的腸道菌群依賴于維生素B12進(jìn)行核苷酸及蛋氨酸代謝,補(bǔ)充維生素B12可增加腸道菌群多樣性,厚壁菌門豐度增加,擬桿菌門豐度降低。同時(shí)維生素B12可促進(jìn)腸道產(chǎn)SCFAs細(xì)菌的生長,通過改變免疫環(huán)境從而減輕IS神經(jīng)炎癥。目前臨床研究關(guān)于B組維生素治療IS的安全性及有效性結(jié)果不一,需要更大規(guī)模的隊(duì)列及更加細(xì)致的分組進(jìn)一步明確[27]。長期膳食補(bǔ)充植物源性omega-3脂肪酸可以幫助維持血腦屏障的完整性,通過減少內(nèi)皮活化從而減少巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的募集和活化,減少神經(jīng)毒性基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-3和MMP-9的表達(dá),改善IS的預(yù)后[28]。

抗生素可能會(huì)通過殺死正常生理性細(xì)菌而對腸道菌群造成損害,為致病菌提供空間[29]。然而Kurita等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),給小鼠管飼不可吸收的多粘菌素B可以調(diào)節(jié)腸道菌群,降低血液及腦組織中LPS水平,減少神經(jīng)炎癥,從而改善IS結(jié)果。但考慮抗生素治療的潛在不良反應(yīng)及耐藥菌出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)等,抗生素治療可能不適合臨床應(yīng)用[30]。

3 總結(jié)與展望

本綜述主要探討了近年來關(guān)于腸道菌群與IS治療相關(guān)的研究進(jìn)展。腸道菌群被認(rèn)為是治療IS的新靶點(diǎn),可以通過飲食干預(yù)及藥物干預(yù)(益生菌制劑、糞菌移植、中醫(yī)中藥)來恢復(fù)有益腸道菌群,輔助治療IS從而改善功能預(yù)后。目前相關(guān)研究仍處于起步階段,仍需更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)研究,進(jìn)一步規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作,佐證其有效性及安全性。