益生菌對心室重構(gòu)的影響

潘柔百， 宗 梟， 陶 蓉

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院心臟內(nèi)科，上海 200025）

早在人類出生前，微生物就已定植于人類腸道中，并隨著人體發(fā)育而不斷成熟，約3 歲后結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定[1]。 微生物數(shù)量達到1013，是人體有核細胞總數(shù)的10 倍，總質(zhì)量約0.2 kg，種類超過500 種，基因組包含基因數(shù)量是人類基因數(shù)量的至少100 倍以上[2]。 腸道菌群廣泛分布于腸道系統(tǒng)各個部位，在胃部極端的環(huán)境下也有菌屬定殖，小腸因其具有轉(zhuǎn)運、消化的結(jié)構(gòu)功能特性，細菌分布具有動態(tài)性，而對比前兩者，大腸分布密度以及多樣性更高[3-5]。 腸道菌群與宿主之間存在共生關(guān)系，其多樣性受到宿主遺傳或飲食、藥物使用等行為影響，并在宿主生理過程中發(fā)揮作用，如物質(zhì)能量代謝、腸道免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)、神經(jīng)系統(tǒng)塑造等，同時與阿爾茨海默病、肥胖、2 型糖尿病、心血管疾病等相關(guān)[6-11]。

心力衰竭是由多種因素造成心臟受損，心臟生理性代償與病理性代償之間失衡， 最終心泵功能發(fā)生障礙的病理過程。 病理性心室重構(gòu)是慢性失代償過程的基礎(chǔ)[12]，宏觀上表現(xiàn)為心室舒張末期容積、 心室質(zhì)量和心室壁厚度的改變[13]，微觀上包括心肌細胞中鈣調(diào)控、能量代謝、凋亡、自噬的改變和胞外基質(zhì)積累等一系列病理生理過程[14]。心室重構(gòu)是心臟為適應(yīng)血流動力學(xué)變化而產(chǎn)生的心肌細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄、 信號傳導(dǎo)、結(jié)構(gòu)功能、電生理改變等事件的共同結(jié)果，也涉及成纖維細胞、血管平滑肌細胞、血管內(nèi)皮細胞、免疫細胞等非心肌細胞的參與[15]。 越來越多的證據(jù)表明，心室重構(gòu)與腸道功能紊亂之間形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致心功能惡化。 腸道菌群作為許多腸道功能的直接執(zhí)行者或間接調(diào)節(jié)者， 在這一循環(huán)中扮演著重要角色。

益生菌是一種被認為對宿主健康有益的活性微生物，廣泛存在于發(fā)酵食物、保健產(chǎn)品、化妝品中。 常見益生菌菌種有乳桿菌（Lactobacillus, L）、雙歧桿菌（Bifidobacterium），一些真菌如布拉迪酵母菌（Saccharomyces boulardii）也被視為益生菌。 以往認為益生菌通過定殖于人類腸道，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡對宿主健康起到調(diào)節(jié)作用。 而越來越多證據(jù)提示，益生菌可調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、 改變短鏈脂肪酸 （short-chain fatty acid，SCFA）構(gòu)成[7]。 本文將益生菌對各種心肌損傷心室重構(gòu)的影響機制作一闡述。

益生菌對心室重構(gòu)的影響

一、益生菌對缺血引起心室重構(gòu)的影響

缺血性心臟病是心力衰竭的主要病因之一[16]，其引起氧供需平衡失調(diào)，導(dǎo)致心肌損傷。 損傷心肌繼而被炎癥細胞浸潤，其介導(dǎo)的損傷-修復(fù)過程使心肌細胞進入瘢痕形成期，促使心室重構(gòu)發(fā)生[17]。 Sadeghzadeh 等[18]的研究顯示，益生菌抑制腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，減輕氧化應(yīng)激所致的心肌組織壞死，改善心肌梗死小鼠的心室功能。在Lam 等[19]的試驗中，植物乳桿菌（L.plantarum）299v 處理組的心肌梗死面積減少近29%，減輕梗死后的心室重構(gòu)程度，心肌相關(guān)激素分析結(jié)果顯示，血漿中瘦素水平下降——該激素可導(dǎo)致心肌細胞肥大， 這提示益生菌通過恢復(fù)心肌組織的瘦素敏感性起保護作用[20]。 Gan等[21]的研究中，鼠李糖乳桿菌（lactobacillus rhamnosus,L.rhamnosus）GR-1 逆轉(zhuǎn)心肌梗死小鼠模型中血漿瘦素濃度，同時檢測到心肌中?；撬岷吭黾?， 后者可以減輕心肌梗死后的心室重構(gòu)[22]。 后續(xù)相關(guān)機制探究認為，L.rhamnosus GR-1 抑制α1 腎上腺受體激動劑介導(dǎo)的心肌肥大[23]。 Wang等[24]的研究顯示，滅活乳桿菌抑制缺血再灌注模型中核因子κB 信號通路和一氧化氮合酶活性， 增強超氧化物歧化酶活性，對心肌起到保護作用。

關(guān)注益生菌對缺血心室重構(gòu)影響的臨床試驗顯示，益生菌通過影響腸道菌群代謝產(chǎn)物、減輕系統(tǒng)炎癥、抑制纖維化等方式參與心室重構(gòu)。 一項為期2 個月探究L.rhamnosus G和菊粉治療作用的研究， 試驗組患者血清炎癥指標TNF-α、高 敏C 反 應(yīng) 蛋 白 （high-sensitivity C-reactive protein，hs-CRP）、脂 多 糖（lipopolysaccharide，LPS）較 對 照 組 均 顯 著 下降。另一項聯(lián)合熱量限制和L.rhamnosus G 應(yīng)用為期12 周的臨床試驗中， 試驗組同樣出現(xiàn)諸如白介素（interleukin，IL）-1β、IL-10、Toll 樣受體4（toll-likereceptor-4，TLR-4）等炎癥指標下調(diào)[25-26]。 持續(xù)性炎癥反應(yīng)的嚴重程度被認為影響心肌缺血后的不良心室重構(gòu)[27]。 與動物模型上觀察到的結(jié)果相似，在人體內(nèi)，益生菌打破炎癥反應(yīng)-心室重構(gòu)之間的反應(yīng)鏈。 一項為期3 個月、探究L.rhamnosus G 對因心肌梗死行經(jīng)皮冠狀動脈介入患者心室重構(gòu)影響的臨床試驗，相較于服用菊粉的對照組，試驗組中與心功能相關(guān)的心臟超聲指標無顯著差異， 但轉(zhuǎn)化生長因子-β （transforming growth factor-β,TGF-β）及氧化三甲胺（trimethylamine N-oxide,TMAO）水平有所下降[28]。 TMAO 為一種重要腸道菌群的產(chǎn)物，通過TGF-β/Smad3 信號通路，引發(fā)心肌肥大與纖維化。 該指標作為心血管危險標志物， 與冠狀動脈心臟病等心血管疾病的預(yù)后具有關(guān)聯(lián)性[29-30]。 一項為期6 周、探究L.plantarum 299v對穩(wěn)定冠狀動脈疾病影響的臨床研究中，除IL-8、IL-12 等炎癥指標下降，SCFA 濃度也產(chǎn)生變化——乙酸鹽（acetic acid）濃度下降，丙酸鹽（propionic acid）濃度升高[31]。在菌群失調(diào)的心肌缺血動物模型中，SCFA 調(diào)節(jié)宿主免疫，維持髓細胞的數(shù)量，恢復(fù)其對梗死區(qū)域的浸潤修復(fù)能力，從而減輕心室不良重構(gòu)[32]。

二、益生菌對胰島素抵抗引起心室重構(gòu)的影響

肥胖、2 型糖尿病等以胰島素抵抗為特征的疾病是心力衰竭重要的危險因素[33]。 在心力衰竭早期階段，循環(huán)高胰島素使胰島素受體底物1（insulin receptor substrate 1，IRS1）和Akt1 通路激活， 導(dǎo)致心臟病理性肥大， 造成線粒體功能障礙、細胞自噬功能減退；而在心力衰竭進展階段，胰島素信號通路失敏，使Akt1 信號的細胞保護作用消失，叉頭框O1（forkhead box O1, FoxO1）蛋白轉(zhuǎn)錄活性增強，介導(dǎo)肌球蛋白亞型胚系基因表達， 激活心肌自噬和萎縮途徑， 增強脂毒性，造成不良心肌重構(gòu)[34-35]。 在Tunapong 等[36]的試驗中，副干酪乳桿菌 （L.paracasei）STII01 HP4 改善胰島素敏感性和血脂譜，減輕肥胖小鼠的胰島素抵抗，通過維持心肌細胞線粒體結(jié)構(gòu)完整性，減輕肥胖導(dǎo)致心臟功能障礙。Lai 等[37]的試驗結(jié)果顯示，L.rhamnosus、乳酸片球菌（Pediococcusacidilactici）、青春雙歧桿菌 （Bifidobacterium adolescentis） 抑制肥胖小鼠TGF-β 介導(dǎo)心肌纖維化、心肌肥大以及心肌細胞自噬，減輕不良心室重構(gòu)。 關(guān)于羅伊氏乳桿菌（L.reuteri）GMNL-263 研究顯示， 其減輕肥胖小鼠心肌細胞炎癥， 抑制心肌細胞凋亡、纖維化，促進心肌細胞存活[38]。 Sefidgari-Abrasi 等[39]的研究中，L. plantarum ATCC 8014 和菊粉聯(lián)合運用可調(diào)節(jié)糖尿病小鼠心臟5-羥色胺、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，激活磷脂酰肌醇3 激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）-Akt，抑制心肌細胞凋亡。

三、益生菌對高血壓引起心室重構(gòu)的影響

高血壓增加心室所受的機械應(yīng)力， 伴隨交感神經(jīng)系統(tǒng)、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)等神經(jīng)-體液系統(tǒng)的激活，促進心室重構(gòu)的發(fā)生[40]。 Lin 等[41]的研究顯示，嗜酸乳桿菌（L.acidophilus）BCRC14065、德氏乳桿菌乳酸亞種（L.delbrueckii subsp.lactis）BCRC12256 和加氏乳桿菌（L.gasseri）BCRC14619發(fā)酵的紫薯酸奶抑制與心肌肥大相關(guān)的胰島素樣生長因子-Ⅱ受體和IL-6 信號通路， 減輕高血壓引起的室壁增厚與心腔半徑擴大， 維持心臟正常結(jié)構(gòu)， 該過程也涉及TGF-β 與TLR-4 通路。 Gómez-Guzmán 等[42]的研究顯示，棒狀乳桿菌（L.coryniformis）CECT5711 和L.gasseri CECT5714 減輕高血壓大鼠的血管炎癥、 氧化應(yīng)激， 保留其受損血管內(nèi)皮的功能，抑制心室肥大。Silva-Cutini 等[43]的研究顯示，益生菌飲料開菲爾（Kefir）可恢復(fù)高血壓小鼠心肌鈣調(diào)蛋白活性和交感神經(jīng)興奮性，減輕心臟肥大。 Robles-Vera 等[44]的試驗顯示，短雙歧桿菌 （Bifidobacteriumbreve） CECT7263 和發(fā)酵乳桿菌（L.fermentum）CECT5716 可能通過改善腸道菌群失調(diào)，影響SCFA 構(gòu)成進而減輕高血壓所致的心臟肥大。 SCFA 可與內(nèi)皮細胞上的游離脂肪酸受體3 （free fatty acid receptor 3，F(xiàn)FAR 3）結(jié)合，介導(dǎo)血管舒張，調(diào)節(jié)血壓，影響心室重構(gòu)[45]。

討論

目前針對腸道菌群的治療手段包括飲食干預(yù)、益生菌與益生元、糞便菌群移植、細菌酶抑制劑、宿主酶抑制劑、抗菌藥物等[46]。 隨著對腸道菌群作用機制的探究不斷深入，目前傾向于認為，腸道菌群如同一個具有內(nèi)分泌功能的器官，產(chǎn)生具備生物活性的代謝產(chǎn)物如TMAO、SCFA、次級膽汁酸等，參與心室重構(gòu)[47]。 腸道菌群代謝物在益生菌與腸道菌群之間起橋梁作用，研究益生菌-腸道菌群代謝物-心室重構(gòu)三者關(guān)系，將進一步揭示益生菌的治療作用。 益生菌與宿主表觀遺傳的關(guān)系是目前的研究熱點，如腸道菌群失調(diào)引起半胱氨甲硫胺酸β-合成酶啟動子異常甲基化，導(dǎo)致高同型半胱氨酸血癥，而益生菌能減輕其介導(dǎo)的心室重構(gòu)和心功能障礙[48-49]。

研究顯示， 益生菌干預(yù)可改善宿主代謝而影響心室重構(gòu)，但將其轉(zhuǎn)化為有效臨床證據(jù)存在障礙。 原因之一歸咎于研究本身，多數(shù)研究對象為細胞、動物，僅少部分是人體。 觀測指標通常是炎癥因子等缺乏特異性的指標， 同時實驗菌株的種類、劑量與配伍之間存在明顯差異。 與此同時，益生菌與人體內(nèi)部環(huán)境之間相互作用起效，本身會受到如飲食、年齡、遺傳背景、腸道菌群構(gòu)成特點等諸多因素影響，這使得人體試驗通常難以得到一致結(jié)果。 一些關(guān)于益生菌的試驗由從事益生菌生產(chǎn)的商業(yè)機構(gòu)或與之存在利益關(guān)系的機構(gòu)開展、資助，雖然不一定削弱試驗的可信度，但依舊需要客觀中立的科學(xué)、醫(yī)療機構(gòu)參與研究當中。

益生菌的安全性與適應(yīng)證是值得進一步探討的問題。免疫抑制、結(jié)構(gòu)性心臟病、早產(chǎn)兒、腸壁功能受損被認為是益生菌菌血癥的危險因素。 益生菌可能會引起這些患者產(chǎn)生敗血癥、心內(nèi)膜炎、腦膜炎等系統(tǒng)或局部性感染[50]。一項來自美國波士頓兒童醫(yī)院ICU 觀察研究顯示， 在522 例接受過鼠李糖乳桿菌GG 株治療的患者中1.1%出現(xiàn)乳桿菌血癥，通過基因組測序證實益生菌透過腸道屏障進入患者血液中，但這些患者并不存在嚴重免疫抑制等危險因素[51]。因此，在臨床實踐中益生菌的使用應(yīng)受到嚴格監(jiān)視， 對于疑似益生菌引起機會性感染， 患者需用分子測試明確相關(guān)菌株[52]。目前16s RNA 測序、 宏基因組測序已廣泛應(yīng)用于關(guān)于微生物的基礎(chǔ)研究中，推動其在臨床實踐中的運用，識別需要干預(yù)的患者，將進一步推動益生菌治療手段的實踐和發(fā)展。

目前的研究顯示益生菌通過調(diào)節(jié)免疫炎癥、氧化應(yīng)激、細胞代謝、自噬、凋亡等不同的細胞病理生理過程對心室重構(gòu)具有保護作用，其過程涉及多種信號通路。 在臨床實踐方面，益生菌補充對心室重構(gòu)可能具有一定的改善作用，不過該結(jié)論仍需要大規(guī)模、多中心、長時間的隨機臨床試驗進一步證實。