肠道菌群及代谢物与冠状动脉粥样硬化性心脏病关系的研究进展

周志宏 高雯

015000 巴彦淖尔市医院心内科(周志宏、高雯)；014040 包头医学院(周志宏)

几个世纪以前，希波克拉底认识到肠道是否健康直接影响到人类的健康，并宣称“所有疾病开始于消化道”。目前，越来越多的科学研究已证明此断言。肠道微生物群可看作是一个虚拟的内分泌器官，作用广泛，例如“心肠轴”的提出，而肠道菌群也是冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary heart disease，CHD)的致病因素之一，因此进一步深入研究肠道菌群及代谢物，或可为CHD的预防和治疗提供新的思路。

1 肠道菌群

人体肠道内约有1 000种不同的微生物物种定居，一起构成肠微生物组，每种微生物在肠道内具有各自独特的功能。事实上，虽然肠道微生物基因组的总量约是人类基因组的100倍，但肠道微生物对宿主健康的影响目前绝大部分仍未知。肠道微生物群的组成并非恒定，由于人种、社区差异、环境因素和宿主遗传因素的不同而不同。在健康的肠道内，厌氧拟杆菌和厚壁菌占总细菌菌种的90%[1]。肠道微生物群与人体交互之下可执行众多功能，如调节肠道发育和黏膜屏障功能，控制营养物摄取和代谢，促进免疫组织成熟，防止病原微生物繁殖等。肠道微生物群通过糖分解或蛋白质水解参与食物消化。在糖分解途径中，肠道微生物群负责生产短链脂肪酸，发挥保护和免疫调节作用[2]。在蛋白质水解过程中，通过蛋白质发酵，可诱导短链脂肪酸形成并生成其他共同代谢产物，例如氨、胺、硫醇、酚和吲哚，其中一些代谢物有一定的毒性，是尿毒症的潜在发病因素。总的来说，肠道微生物群对全身免疫和代谢发挥着根本性的作用。

细菌从肠道易位可能导致短暂的内毒素血症和血液中游离DNA增多，这两种因素均与心血管疾病相关。低热量饮食可通过增加拟杆菌比例、降低硬壁菌门[3]，减轻细菌易位。Koren等[4]使用焦磷酸测序检测人类颈动脉粥样硬化斑块的细菌组成，发现斑块菌群与口腔和肠道微生物群相吻合，表明斑块中发现的细菌来自肠道微生物群。

2 肠道菌群及代谢物与动脉粥样硬化

Karlsson等[5]对12例有症状的颈动脉粥样硬化斑块患者(曾接受颈动脉内膜剥脱术治疗、轻微缺血性卒中、短暂性脑缺血发作或黑质瘤)和12例性别和年龄相匹配的在颈动脉中没有大的易损斑块的健康者的粪便进行宏基因组检测，数据分析显示患者组富含编码肽聚糖生物(与炎症相关)合成的基因，而健康对照组富含参与抗炎分子的八氢番茄红素脱氢酶基因，表明肠道中部分菌群与动脉粥样硬化斑块炎性通路有关，而现在已经发现梭菌属与心血管危险因素相关。

很多肠道细菌不能在体外培养，因此分类和鉴定困难。虽然对“健康”的肠道微生物没有明确定义，但宏基因组学对基于人类粪便标本中的主要菌属进行了分型：Ⅰ型其特征为拟杆菌富集；Ⅱ型拟杆菌属很少，普氏菌常见；Ⅲ型具有高水平瘤胃球菌属。肠道微生物群因饮食不同，展现出多样化和动态改变[6]，但其主要菌群始终保持稳定性。

2.1 氧化三甲胺(TMAO)与动脉粥样硬化的关系

肠道菌群代谢生成的TMAO，已成为心血管疾病发病的关键机制之一[7]。食用含胆碱类物质，是产生TMAO代谢物的源泉，TMAO的生成是在肠内进行的。他们还发现，膳食胆碱由肠道细菌代谢为三甲胺(trimethylamine，TMA)，通过肝脏分泌的肝黄素单加氧酶家族，随后被吸收到宿主中并被代谢为TMAO，同时显示血浆TMAO水平与CHD风险具有较强的相关性[8]。

Hazen等[9]和Hodge等[10]研究发现，肠道微生物代谢物TMA和TMAO均能促进小鼠和人发生动脉粥样硬化。他们使用代谢组学方法预测心血管疾病，3种磷脂酰胆碱代谢物，胆碱、TMAO和甜菜碱均与人类动脉粥样硬化风险和促进小鼠动脉粥样硬化相关[11]。Wang等[11-12]发现，肠道菌群在致动脉粥样硬化作用中涉及TMAO的分子机制。在一项3年间包括4 000多名参与者的研究中进行选择性冠状动脉造影，结果显示空腹血浆TMAO水平具有预测心脏事件的作用，并独立于传统的心血管危险因素。

2.2 TMAO促进动脉粥样硬化发生的可能机制

最近一篇关于使用代谢组学方法研究肠道微生物与心血管疾病相关性的报道发现，肠道菌群代谢物与CVD发病机制有相关性[12]，这样就提供了开发动脉粥样硬化性心脏病的新型诊断测试和治疗方法的机会。他们发现给予C57BL/6J-Apoe小鼠持续16周富含TMAO的饮食，可以促进其泡沫细胞的形成和使动脉粥样硬化病变区域扩大。TMAO可通过增加动脉粥样硬化前清除受体分化抗原36(CD36)和清道夫受体A(SRA)的表达，造成胆固醇在细胞内堆积。Cyp7a1是胆汁酸合成的主要酶，其表达上调有助于扩大胆汁酸池，增加胆固醇转运，最终减少动脉粥样斑块形成；而TMAO能降低Cyp7a1的表达，从而抑制胆固醇的转运，造成胆固醇在细胞内堆积，泡沫细胞形成，并诱导血小板高反应性，从而成为动脉粥样硬化的危险因素[13]。

根据肠道微生物-TMAO途径，含有TMA部分的化合物可能被代谢为TMAO，其随后加速动脉粥样硬化的发生和进展。另外，TMAO的含量也可通过人为的调节操纵肠道微生物的菌群比例而进行调整。TMAO的生成量与人类肠道菌群的种类有关，含有普氏菌属多的肠道菌群要比含有拟杆菌属多的肠道菌群生成的TMAO量高。一些抗生素可能具有作为抗动脉粥样硬化药物的潜力，已经发现一种肠道新型菌株能够分解代谢TMA[14]，这对降低CHD风险具有里程碑意义。

2.3 TMAO与急性冠状动脉综合征

一项最新研究在两个独立队列中探讨了TMAO水平与急性冠状动脉综合征患者心血管风险的相关性。急性冠状动脉综合征患者血浆TMAO含量升高与主要不良心脏事件如心肌梗死、卒中、需要血运重建呈正相关。相关模型研究表明，TMAO与血小板相互作用，通过改变血小板依赖性钙信号，促进血小板高反应性并增强体内血栓形成的潜力。已有报道血小板高反应性是心血管事件的危险因素[15]，三甲胺N-氧化物在动物模型中可促进血管炎症，诱导主动脉内皮细胞活化和粘附蛋白上调。以上这些效应均是急性冠状动脉综合征的关键机制[16]。此外，实验证据表明，使用选择性靶向药物降低血浆TMAO水平，可作为抑制饮食诱导的动脉粥样硬化的手段[7]。

3 肠道微生物组可作为心血管治疗新目标

3.1 益生菌调节肠道菌群

由于肠道菌群失调已被证实与心力衰竭和慢性肾脏病发病机制有关，它可以是一种有效的靶向治疗方法，但相关影响干预心力衰竭患者的数据较少，在当前临床实践中益生元和益生菌是用来调节肠道菌群失调的主要治疗工具[17]。基于益生菌给药是否可以改变心肌梗死后心力衰竭症状的问题，研究者制造大鼠心肌梗死模型，并随机给予饮用水中的益生菌鼠李糖乳杆菌GR-1或安慰剂。使用16s rRNA对大鼠盲肠微生物组成测序，两组无显著差异。然而，心房钠尿肽的基因表达却不同，给予GR-1的动物显示左心室肥大的程度较轻。此外，这些动物的血流动力学参数较好。在随访期内动态超声心动图显示左心室参数显著改善，包括左心室射血分数。在停用益生菌4周后，两组仍有差异，表明在停止治疗后GR-1效应持续存在[18]。益生菌可以作为减轻心力衰竭的潜在疗法。

3.2 益生元和粪便捐赠方法

常见的益生元包括果聚糖、菊粉、低聚果糖、乳果糖、低聚果糖、阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯木聚糖、果胶寡糖、β-葡聚糖和抗性淀粉，有益于寡糖或复合糖的消化。益生元作为发酵底物，可以增强有益肠细菌的活性。同时已被证实可有效改善血糖控制和血浆脂质分布。此外，还可改善肠道通透性，降低代谢性内毒素血症，降低炎症和减轻糖尿病患者葡萄糖耐受不良的症状[19]。长期饮食模式的塑造例如地中海饮食对肠道微生物群大有裨益。最近，Vrieze等[20]研究表明，健康者将粪便捐赠给患有代谢综合征的男性患者，可在6周后增加胰岛素敏感性，同时增加丁酸盐水平。因此肠道微生物群可降低CHD风险。研究人员认为粪便捐赠是一种微生物治疗肠外疾病的新兴疗法。

3.3 TMA抑制剂

最近研究人员发现，3，3-二甲基-1-丁醇(3，3-dimethyl-1-butanol，DMB)能够抑制TMA产生[21]。建立小鼠动脉硬化模型，给予富含胆碱的饮食，将小鼠盲肠内容物匀浆并在厌氧条件下裂解，d9标记TMA前体，然后在无DMB的情况下，生成d9-胆碱、d9-PC、d9-GPC或d9-肉碱。所有含有TMA的营养物质都被用作多聚酶酶源产生TMA的底物。DMB的加入抑制了每种底物的TMA形成，表明TMA裂解酶活性被抑制，从而降低小鼠的TMAO水平，抑制动脉粥样斑块形成，并且没有不良反应。DMB不杀死肠道细菌，只是降低与高水平TMA、TMAO和动脉硬化有关的特定细菌在肠道菌群中所占的比例。DMB的治疗机制与降胆固醇药物不同，其靶向目标是肠道细菌的分子通路而不是人类细胞内的代谢酶。DMB富集在一些天然安全食品如醋、红葡萄酒、初榨特级橄榄油和葡萄籽中[19]。因此，我们能够通过服用DMB胆碱预防TMA产生，作为调节潜在动脉粥样硬化的工具。

4 展望

在临床工作中，CHD治疗方面已经很成熟并且有可遵循的临床路径，但伴随CHD患者逐渐年轻化，有些患者在经历了经典药物治疗后仍反复发作，因此寻找新的治疗靶点迫在眉睫。而肠道微生物代谢对CHD的发病机制的影响最近获得认可，肠道菌群及代谢物可能作为CHD的靶向治疗。检测无症状人群中的TMAO水平识别心血管风险升高的个体以及监测TMAO水平变化来确定CHD的严重性，对肠道菌群与TMAO的相关性进行分析，选择相关细菌进行靶向治疗，为CHD治疗开辟了新方向。

利益冲突：无

参 考 文 献

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