周嘉， 李賓公

南昌大學第一附屬醫(yī)院心血管內科(江西南昌 330000)

隨著醫(yī)療診治水平的不斷進步，心血管疾病(CVD)的病死率雖有所下降，但仍是世界范圍內的主要死因。截止2017年，全球約有1 780萬人死于CVD[1]。CVD具有起病急、病情進展迅速，病死率高等特點。肥胖、吸煙、糖尿病、高膽固醇等危險因素并不能完全解釋CVD，代謝組學是目前研究的熱點，研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群及其代謝產物不僅在CVD中發(fā)揮至關重要的作用，且可能作為CVD的獨立危險因素[2]。腸道是人體最大的“細菌庫”，健康機體的腸道內存在大量細菌和微生物，不同種類的細菌之間維持著復雜的平衡狀態(tài)，除產生營養(yǎng)素外，還可消化食物產生氧化三甲胺(TMAO)、短鏈脂肪酸(SCFA)等代謝產物，并維持代謝產物的正常水平。高膽堿飲食、腸道菌群失調、腸黏膜屏障功能障礙均可導致循環(huán)TMAO水平升高，進而導致或加重CVD[3],如高血壓、心力衰竭(HF)、動脈粥樣硬化(AS)、心肌梗死(MI)、房顫(AF)等。本文著重介紹了腸道菌群及其代謝產物TAMO在CVD中的研究進展。

1 TMAO的形成與代謝

Gao等[4]報道，TMAO由蛋黃、紅肉及某些海水魚類等富含肉堿、磷脂酰膽堿、甜菜堿的食物經腸道微生物的三甲胺(TMA)裂解酶作用形成TMA，再經肝臟黃素單加氧酶家族(FMOX)，主要是黃素單加氧酶3(FMO3)氧化形成。進入血液循環(huán)的胺類小分子化合物，最終通過呼吸、汗液、腎臟等途徑代謝清除。

TMAO主要存在于深海魚類等水產品中，最早作為一種食品保鮮劑被人們認識。TMAO還可以作為滲透劑，維持哺乳動物細胞的滲透壓，保護細胞不被破壞[5]。最近有更多的研究發(fā)現(xiàn)TMAO與各種疾病間存在相關性，甚至可作為疾病的預測、預后因子甚至新的治療靶點。

2 腸道菌群的組成及影響因素

2.1 腸道菌群的種類及比例 人類腸道中存在各種微生物，主要為細菌，與宿主為共生關系，其多樣性和平衡性保證著人體健康。腸道微生物群約有1 014種，由5個門構成：類桿菌、厚壁菌、放線菌、蛋白菌和疣菌，90%以上為類桿菌和厚壁菌[6]。腸道微生物可通過TMA裂解酶代謝飲食前體為TMA，F(xiàn)ennema等[7]發(fā)現(xiàn)厚壁菌門(梭菌屬、腸球菌屬、鏈球菌屬)、放線菌門(動彎桿菌屬、歐陸森菌屬)以及蛋白菌門(腸桿菌屬、愛德華菌屬、埃希菌屬、脫硫弧菌)參與膽堿代謝；粘質沙雷菌和乙酸鈣不動桿菌參與左旋肉堿代謝[8]。食物中膽堿和肉堿也可先轉化甜菜堿，再被放線菌門(梭菌屬、真細菌屬)代謝為TMA[7]。王珊等[9]對腸道菌群進行基因測序，并與TMAO行相關分析，發(fā)現(xiàn)與TMAO呈正相關的菌群：梭菌屬、考拉桿菌屬、顫桿屬和類桿菌目，而厭氧桿菌屬與TMAO呈負相關。

2.2 飲食習慣與腸道菌群結構的關系 檢測不同飲食習慣人群的血漿TMAO水平及糞便中微生物種類，發(fā)現(xiàn)兩者之間具有相關性，補充肉堿后，發(fā)現(xiàn)雜食者的血漿及尿液TMAO濃度均顯著升高，素食者的TMAO水平無明顯變化，可能是由于素食者腸道中參與TMAO生成的菌群被逐漸淘汰[10]。另一項臨床試驗發(fā)現(xiàn)，進食蛋類和牛肉并產生更多TMAO(尿液TMAO排泄增加≥20%)的受試者的腸道菌群生態(tài)多樣性減弱，且厚壁菌門細菌數(shù)量超過類桿菌門細菌[11]。

2.3 疾病狀態(tài)下腸道菌群及腸道黏膜屏障的改變 腎功能衰竭狀態(tài)下，腸道復合菌群會變單一，比如類桿菌門、厚壁菌門的某些細菌(特別是乳桿菌科、普雷沃菌科)減少[12]。HF時腸道菌群種類及比例亦發(fā)生改變，有效血容量不足，腸黏膜屏障作用也會削弱[13]。在自發(fā)性高血壓大鼠模型中發(fā)現(xiàn)腸黏膜厚度及腸道血流量(IBF)明顯降低，而腸黏膜小動脈壁明顯增厚，表明高血壓亦導致腸道屏障功能受損[14]，對腸源性內毒素、腸道微生物代謝產物的通透性增加。

3 腸道菌群與心血管疾病的關系

對腸道微生物群的進一步研究表明，菌群失調可引起高血壓，研究健康及高血壓人群的糞便菌群發(fā)現(xiàn)健康對照組的糞大腸桿菌、棒狀菌、玫瑰菌、雙歧桿菌、球菌和丁酸弧菌均較高血壓患者豐富。相反，普雷沃菌在高血壓患者中的比例過高[15]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，克雷伯菌、梭菌和鏈球菌在高血壓患者中更為豐富[16]。最近有大量研究支持腸道菌群是通過免疫系統(tǒng)發(fā)揮保護或促進實驗性高血壓的作用[17]。

冠心病(CAD)患者腸道菌群的多樣性和豐富性下降[18]，腸道乳桿菌數(shù)量增加，擬桿菌門數(shù)量減少[19]。因此靶向腸道微生物群的調節(jié)可能是CAD治療的新策略。

4 TMAO與心血管疾病的關系

許多研究揭示了人和動物的TMAO水平與心血管風險之間的關聯(lián)，現(xiàn)分述如下。

4.1 TMAO與高血壓 腸道菌群可通過代謝產物激活免疫系統(tǒng)，腸道交感神經系統(tǒng)和中樞神經系統(tǒng)相互作用，影響血壓的控制[17]。動物在體實驗中發(fā)現(xiàn)循環(huán)TMAO升高可通過增加血漿滲透壓(Poms)，刺激垂體后葉素(AVP)釋放，上調腎集合管主細胞頂端膜的水通道蛋白-2(AQP-2)的表達，增加鈉水儲留，即通過“TMAO-AVP-AQP-2軸”升高血壓[20]。TMAO還可以增強小劑量血管緊張素Ⅱ(Ang-Ⅱ)介導的升壓作用，且使升壓作用持續(xù)更長時間[21]。在健康且體重正常的男性受試者中發(fā)現(xiàn)血漿TMAO的濃度變化與頸動脈壓的波動相關[22]，可能通過影響中樞血液動力學，促進心血管事件的發(fā)生。

4.2 TMAO與HF 相對于正常飲食小鼠，富含TMAO或膽堿飲食的小鼠出現(xiàn)了嚴重的肺水腫、心肌纖維化及左室射血分數(shù)降低[23]。HF患者的TMAO水平升高，與心功能分級、缺血性病因和不良結局有關，甚至可作為5年死亡風險增加的獨立預測因子[24]。TMAO可能比NT-proBNP更能預測射血分數(shù)降低的HF患者病死率[25]。

4.3 TMAO與AF 心肌纖維化是AF、HF等CVD的共同病理改變，TMAO參與且促進心肌纖維化的發(fā)生，在阿霉素(DOX)誘導的心臟纖維化小鼠模型中，予TMAO后加劇了DOX引起的心肌成纖維細胞的膠原蛋白分泌、積累，且呈劑量依賴性，表現(xiàn)為心臟纖維化及心臟功能障礙?？赡艿臋C制是通過TGF-β/Smad3信號轉導，炎性因子升高、誘導核苷酸結合寡聚化結構域(NOD)樣受體蛋白3(NLRP3)炎性體激活[26]。Meng等[27]通過小鼠模型證實靜脈及心臟自主神經節(jié)局部注射TMAO，可通過激活核因子(NF)-κB途徑，上調腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細胞介素(IL)-6、IL-1β等炎癥因子及神經生長因子水平，誘導炎癥反應，增強心臟自主神經功能和活性，促進心肌纖維化及房顫等心律失常發(fā)生。在長期隨訪的兩個獨立隊列研究中發(fā)現(xiàn)血漿TMAO水平與AF發(fā)生相關，這種關系與傳統(tǒng)的AF危險因素以及飲食中膽堿攝入量無關，可用于改善AF患者的危險分層[28]。

4.4 TMAO與AS 在動物實驗中發(fā)現(xiàn)TMAO可上調巨噬細胞表面的Toll樣受體,激活NF-κB途徑，誘導白細胞募集和黏附分子表達增加，分泌IL-6、IL-11、TNF-α等炎性因子，導致血管炎癥反應[29]；上調巨噬細胞系統(tǒng)的清道夫受體，抑制脂質逆轉，促進泡沫細胞形成；削弱內皮細胞的自我修復能力，增強單核細胞黏附能力[30]。大量臨床試驗證明循環(huán)TMAO水平與冠脈斑塊穩(wěn)定性以及冠脈病程嚴重程度成正比，與穩(wěn)定性冠心病患者的5年全因死亡率相關[31]，甚至可協(xié)助急性心肌梗死后的危險分層[32]。

5 治療前景

飲食結構、腸道菌群、FMO3是TMAO生成過程中的重要節(jié)點，因此調控以上節(jié)點可能成為防治CVD的潛在策略。

5.1 飲食調整 改變生活方式可以減少各種慢性病的患病率，富含抗氧化劑、微量營養(yǎng)素和纖維素，但飽和脂肪和鈉含量低的飲食模式可減輕心肌纖維化，降低HF發(fā)病率及嚴重程度，顯著降低患者的血壓[33]。地中海飲食通過減少攝入的TMA前體物質，增加紅酒、橄欖油、茶多酚等含有3,3二甲基丁醇(DMB)的食物，抑制腸道菌群生成TMA[34]。

5.2 腸道微生態(tài)調整 長期服用益生元、益生菌可刺激并調整腸道菌群，發(fā)揮疾病治療作用[35]，薈萃分析表明益生菌對高血壓具有保護作用[36]。是治療高膽固醇血癥的新療法，防止動脈粥樣硬化斑塊的形成[37]，減輕斑塊負荷，縮小心肌梗死面積，改善梗死后心臟重塑，延遲HF的發(fā)生[38]。小檗堿和白藜蘆醇是在抗動脈粥樣硬化方面研究較多的草藥衍生物，可能通過抗動脈粥樣硬化發(fā)揮心血管保護作用。

糞便微生物群移植(FMT)是近來備受關注的一種治療方法，主要是通過轉移“健康”的細菌達到治療目的[39]。動物實驗中發(fā)現(xiàn)FMT可改變鹽敏感大鼠血壓敏感性[40]以及代謝綜合征大鼠的胰島素敏感性[41]。FMT在臨床上多用于治療艱難梭菌感染和炎癥腸病[42]。但通過FMT治療疾病的同時，也有將內毒素或傳染病通過FMT傳染給受者的風險。

5.3 FMO3阻滯劑 FMO3是TMAO形成的關鍵酶，可調節(jié)血小板反應性和血栓形成風險[43]，在腎功能不全小鼠中發(fā)現(xiàn)FMO3活性增高，TMAO水平隨之增加[44]，通過抑制肝臟FMO3的活性，可降低血漿中TMAO水平[45]，F(xiàn)OM3除通過影響TMAO生成參與疾病的發(fā)生外，還直接作用代謝控制的中心節(jié)點(FoxO1)導致代謝綜合征以及動脈粥樣硬化等[46]。FMO3阻滯劑一度被認為是新的治療靶點，但是隨著研究深入，發(fā)現(xiàn)抑制FMO3，其代謝底物TMA會升高，引起魚腥綜合征[4]。且近年TMA被認為是主要的心血管危險因素[47]，因此TMA裂解酶抑制劑被認為可通過減少TMA生成發(fā)揮心血管保護作用[48]，但仍需大量實驗加以佐證。

6 總結

隨著對腸道菌群相關研究的激增，以及DNA測序分析等技術的不斷進展，極大地改變了我們對腸道菌群的認識，及其與疾病的影響關系。盡管全球疾病負擔在醫(yī)學進步的同時有所下降，但心血管疾病仍然是目前的主要死因。本文主要介紹了腸道微生物群及其代謝物TMAO，在心血管疾病中的發(fā)病機制，揭示了靶向腸道微生物群的巨大潛力，以期在疾病發(fā)生的上游進行干預，降低疾病風險。