冠心病與腸道菌群關(guān)系的研究進(jìn)展

肖 珊，靳春榮，侯清瀕

心血管疾病是威脅人類健康及生命的慢性非傳染性疾病，全球范圍內(nèi)心血管疾病發(fā)病率和死亡率一直居高不下。我國(guó)心血管疾病發(fā)病形勢(shì)嚴(yán)峻，是居民健康的重要?dú)⑹郑?018年城鄉(xiāng)居民死亡構(gòu)成比中，心血管疾病死亡率居首位，高于腫瘤及其他疾病，其中冠狀動(dòng)脈性心臟病(簡(jiǎn)稱冠心病)患病率和死亡率均居首位，且發(fā)病率呈年輕化趨勢(shì)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注[1]。冠心病的二級(jí)預(yù)防多集中于動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)相關(guān)危險(xiǎn)因素及心臟病本身的治療，因此應(yīng)積極尋找和探索可進(jìn)一步治療冠心病的方法和預(yù)測(cè)預(yù)后的指標(biāo)，從而指導(dǎo)臨床實(shí)踐。有研究顯示，腸道菌群與神經(jīng)系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、代謝疾病、肝臟疾病和心血管疾病均有關(guān)[2]。腸道菌群通過多種代謝途徑調(diào)控人體健康，可能成為冠心病二級(jí)預(yù)防之外的新方向及預(yù)測(cè)冠心病進(jìn)展的新方向[3]?，F(xiàn)綜述冠心病與腸道菌群代謝關(guān)系的研究進(jìn)展，以期指導(dǎo)臨床診療。

1 冠心病與腸道菌群

1.1 冠心病 冠心病是冠狀動(dòng)脈狹窄所致心肌缺血引起的，其中占比最大的是動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病(ASCVD)，主要是由于AS不穩(wěn)定斑塊破裂或糜爛導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈內(nèi)血栓形成。目前AS病因尚未明確，相關(guān)危險(xiǎn)因素主要包括高血壓、高脂血癥、糖尿病、肥胖、高尿酸、吸煙等[4]。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平大幅提高，人民生活水平發(fā)展，生活方式改變及三高(即高血脂、高血壓、高血糖)人群基數(shù)逐年增加，導(dǎo)致ASCVD患病率持續(xù)升高，目前未得到有效控制，且呈年輕化趨勢(shì)。2013年歐洲心臟病學(xué)會(huì)穩(wěn)定性冠狀動(dòng)脈疾病治療指南正式將微血管功能障礙列入冠心病臨床類型[5]。2017年中華醫(yī)學(xué)會(huì)心血管病學(xué)分會(huì)組織基礎(chǔ)研究學(xué)組認(rèn)為，微血管功能異常未涵蓋冠狀動(dòng)脈微血管結(jié)構(gòu)異常，因此，提出冠狀動(dòng)脈微血管障礙(coronary microvascular dysfunction，CMVD)是直徑<500 μm的冠狀動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和(或)功能異常導(dǎo)致的心肌缺血臨床綜合征[6]，以正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(positron emission computed tomography，PET)心肌灌注顯像測(cè)量的冠狀動(dòng)脈血流儲(chǔ)備(coronary flow reserve，CFR)<2作為判定標(biāo)準(zhǔn)[7]。CFR是指冠狀動(dòng)脈接近最大限度擴(kuò)張時(shí)，冠狀動(dòng)脈血流量(coronary blood flow，CBF)或心肌血流量(myocardial blood flow，MBF)與靜息狀態(tài)下對(duì)應(yīng)指標(biāo)的比值，是測(cè)量整個(gè)冠狀動(dòng)脈系統(tǒng)儲(chǔ)備功能的指標(biāo)，冠狀動(dòng)脈管腔直徑、管壁厚度、血壓、微循環(huán)阻力等因素均可影響CFR，且CFR<2是不良心血管事件的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素，CFR降低可預(yù)測(cè)ASCVD發(fā)生。

1.2 腸道微生物 人類是一個(gè)超級(jí)有機(jī)體，與數(shù)萬億個(gè)共生細(xì)菌和真核細(xì)胞協(xié)調(diào)運(yùn)作，存在于人體內(nèi)和人體上的微生物群構(gòu)成微生物群落[8]。多項(xiàng)研究顯示，微生物群落主要定植于人體口腔、腸道、陰道和皮膚4個(gè)部位[7，9-11]。人類腸道元基因組(MetaHIT)的發(fā)現(xiàn)為微生物組研究開辟了新的視野，4個(gè)主要定植部位中腸道微生物區(qū)系因其臨床意義受到微生物學(xué)家的廣泛關(guān)注。人的腸道面積為200～300 m2，是1014種微生物細(xì)胞的“秘密花園”，統(tǒng)稱為微生物區(qū)系，微生物區(qū)系較人體細(xì)胞豐富10倍，微生物區(qū)系的集體基因被稱為“微生物組”，較人類基因組高150倍[8]。胎兒分娩后腸道菌群在人體腸道內(nèi)逐漸形成體系[12-13]，分娩方式、胎齡、嬰兒喂養(yǎng)方式、家庭結(jié)構(gòu)、生活方式及遺傳等環(huán)境因素、家族相關(guān)因素和遺傳因素的組合構(gòu)成了每個(gè)人腸道中獨(dú)特的細(xì)菌群體。個(gè)體中占優(yōu)勢(shì)的菌群從溫暖、營(yíng)養(yǎng)豐富的腸道環(huán)境中受益，同時(shí)在人體免疫學(xué)、新陳代謝、結(jié)構(gòu)、神經(jīng)環(huán)境及個(gè)體身心健康中發(fā)揮一些基本功能[14]。

1.3 冠心病與腸道微生物的關(guān)系 冠心病發(fā)病機(jī)制有不同的學(xué)說，從不同角度闡明，主要包括脂質(zhì)浸潤(rùn)學(xué)說、內(nèi)皮損傷反應(yīng)學(xué)說、血小板聚集和血栓形成學(xué)說、平滑肌細(xì)胞克隆學(xué)說等，其中脂質(zhì)浸潤(rùn)學(xué)說被廣泛接受[15]。高脂飲食與ASCVD的進(jìn)展有關(guān)，主要治療方式是減少膽固醇及飲食中的反式脂肪酸、飽和脂肪酸和三酰甘油攝入量。有研究表明，接受他汀類藥物積極治療的病人，即使低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)(<1.8 mmol/L)，仍存在殘余的心血管風(fēng)險(xiǎn)[16]。一項(xiàng)涉及26個(gè)國(guó)家1 315個(gè)地區(qū)的17 802名受試者的隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照的多中心試驗(yàn)證實(shí)，積極降低LDL-C后有超過50%的殘余心血管風(fēng)險(xiǎn)存在[17]。

腸道微生物與宿主形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，隨著元基因組學(xué)和生物信息學(xué)發(fā)展，人類逐漸認(rèn)識(shí)到其作為人體生物區(qū)系最大的群體，在多個(gè)代謝過程中(如AS、腫瘤、炎癥、代謝性疾病等)發(fā)揮著重要作用。腸道微生物群吸收和消化食物可產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，一些生物活性代謝物以類似于人類內(nèi)分泌器官的方式作用于胃腸道外的靶器官[18]。腸道微生物群組成的平衡有助于維持人體健康，腸道微生物群改變可能導(dǎo)致腸道微生物群失調(diào)，胃腸道疾病及胃腸道外疾病。腸道微生物如擬桿菌、梭狀芽孢桿菌和乳酸桿菌豐度已證實(shí)可預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈疾病[19]。2013年12月—2018年11月梅奧診所招募了213例接受心血管風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的病人，最終納入106例病人，分別為晚期冠心病病人組(53例)和年齡、性別、種族和體質(zhì)指數(shù)匹配的對(duì)照組(53例)，利用16S核糖體DNA微生物群分析方法從受試者糞便中提取了16S rDNA的V3-V5區(qū)的腸道菌群組成，結(jié)果顯示，兩組腸道菌群組成存在差異，晚期冠心病病人腸道菌群由不同的微生物群組成，腸道微生物群豐富度和均勻性降低[20]。一項(xiàng)納入531例病人的隊(duì)列研究顯示，一些與心臟代謝相關(guān)的特征和代謝物(如肥胖、2型糖尿病、胰島素抵抗、AS、心力衰竭等)是由腸道微生物群調(diào)節(jié)的[21]。

2 相關(guān)機(jī)制

AS被認(rèn)為是一種代謝性疾病及炎癥性疾病，斑塊形成和進(jìn)展與腸道菌群密切相關(guān)，腸道菌群紊亂和微生物代謝產(chǎn)物是導(dǎo)致ASCVD的重要因素，腸道微生物區(qū)系通過直接或間接方式經(jīng)消化道促進(jìn)ASCVD的發(fā)生發(fā)展。一項(xiàng)對(duì)12例AS病人(因輕度缺血性中風(fēng)、短暫性腦缺血發(fā)作或黑蒙而接受頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù))及13名性別和年齡匹配的對(duì)照組(雙側(cè)頸動(dòng)脈無大的斑塊)糞便元基因組進(jìn)行測(cè)序，同時(shí)參照國(guó)家生物信息中心(National Center for Biological Information，NCBI)和人類微生物組項(xiàng)目目錄(human microbiome project catalog)確定了腸道微生物的組成，說明腸道元基因組功能與癥狀性AS相關(guān)[22]。

2.1 直接方式 腸道微生物直接參與泡沫細(xì)胞的形成，加速AS進(jìn)程。Ott等[23]研究了試驗(yàn)組(38例病人)經(jīng)冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管檢查獲得的AS切除術(shù)標(biāo)本及對(duì)照組(包括15個(gè)死亡后標(biāo)本及11個(gè)心臟移植供體的正常冠狀動(dòng)脈)的冠狀動(dòng)脈材料，通過熒光原位雜交證實(shí)了試驗(yàn)組所有冠心病病人AS斑塊中存在細(xì)菌DNA，對(duì)照組正常冠狀動(dòng)脈中均未發(fā)現(xiàn)細(xì)菌DNA。Koren等[24]應(yīng)用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction，PCR)對(duì)15例臨床AS病人和15名與AS病人匹配的健康對(duì)照組AS斑塊、口腔和糞便細(xì)菌群落進(jìn)行了細(xì)菌16S rRNA基因擴(kuò)增，結(jié)果顯示，AS斑塊中有細(xì)菌DNA存在，且AS斑塊微生物群落定植于人體其他部位的微生物群落，獨(dú)立于口腔及腸道微生物之外；AS的微生物群落包括一些與血漿膽固醇及載脂蛋白水平相關(guān)的類群，這些細(xì)菌DNA大多源自腸道菌群，通過促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成加重AS進(jìn)程，進(jìn)而導(dǎo)致ASCVD[25]。目前僅得到腸道菌群參與AS的發(fā)生與發(fā)展，但其是否為AS的始動(dòng)因素有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

2.2 間接方式 腸道微生物作為人體獨(dú)立的偽內(nèi)分泌器官，代謝組學(xué)揭示其衍生的活性代謝物包括三甲胺氮氧化物(TMAO)、短鏈脂肪酸(SCFA)、苯乙酰谷胺酰胺(phenylacetylglutamine，PAGln)、膽汁酸(BAs)、脂多糖(LPS)、肽YY(PYY)和胰高血糖素樣肽1(GLP-1)等[26-27]，腸道生態(tài)失調(diào)通過代謝依賴途徑改變各種活性代謝物產(chǎn)生，發(fā)揮促AS作用。

2.2.1 TMAO TMAO是腸道微生物和ASCVD相關(guān)性研究最多的代謝物之一。有研究表明，血漿TMAO升高與AS發(fā)生發(fā)展有關(guān)[28]，為預(yù)防和治療AS提供新的治療方向。自然界中TAMO主要存在于水產(chǎn)品中[29]，人體內(nèi)TMAO主要是由腸道微生物消化第三大脂類磷脂產(chǎn)生膽堿，膽堿在腸道微生物作用下生成三甲胺(trimethylamine，TMA)[30]，TMA經(jīng)腸道黏膜吸收入血后經(jīng)門靜脈系統(tǒng)入肝，肝臟中黃素單加氧酶家族(flavin-dependent monooxygenases，F(xiàn)MOs)將TMA氧化生成TMAO。TMAO通過以下途徑促進(jìn)AS：內(nèi)皮功能障礙是血管損傷的標(biāo)志，認(rèn)為是AS的起點(diǎn)，TMAO通過破壞內(nèi)皮連接蛋白，增強(qiáng)血管炎癥和氧化應(yīng)激誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，開始AS進(jìn)程[31]；TMAO可上調(diào)清道夫受體，增加巨噬細(xì)胞對(duì)氧化低密度膽固醇脂蛋白的識(shí)別，促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成，加速AS[32]；TMAO可抑制膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)(reverse cholesterol transport，RCT)，RCT是一種通過血漿中脂蛋白將多余的細(xì)胞膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟，通過糞便從體內(nèi)排出，有研究顯示這一過程有減弱AS的作用[33]；TMAO可縮小膽汁酸池，膽汁酸池?cái)U(kuò)大可加速RCT，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)多余膽固醇經(jīng)糞便代謝，具有抑制AS進(jìn)程的作用[34]；TMAO可增強(qiáng)血小板高反應(yīng)，發(fā)揮促AS的作用[35]。

2.2.2 SCFA SCFA是腸道內(nèi)膳食纖維經(jīng)腸道微生物代謝的終產(chǎn)物，主要包括醋酸、丙酸、丁酸[36]。Kasselman等[37]研究顯示，醋酸及丙酸主要由擬桿菌門產(chǎn)生，丁酸常由厚壁菌門產(chǎn)生。SCFA認(rèn)為在幾種疾病中有促進(jìn)健康的作用[38]。SCFA通過激活G蛋白偶聯(lián)細(xì)胞表面受體(G-protein coupled receptor，GPR)41和GPR43(也被稱為游離脂肪酸受體3、游離脂肪酸受體2)影響腸道和宿主代謝[39]。醋酸作為外周循環(huán)中豐富的SCFA，可誘導(dǎo)小鼠腸道產(chǎn)生免疫球蛋白A(IgA)，維持免疫相對(duì)穩(wěn)定[40-41]。相關(guān)研究顯示，丙酸的作用依賴于調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells，Treg)，通過G蛋白偶聯(lián)受體，抑制組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDAC)，發(fā)揮減輕心肌肥厚、纖維化、血管功能障礙、高血壓、炎癥的作用，可保護(hù)高血壓對(duì)心臟的損害，有效減少AS[42]。丁酸是維持腸道健康所需的主要能量來源，較少被吸收入血，是細(xì)菌平衡、腸道屏障功能和各種基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)者[43]；不僅可選擇性抑制腫瘤生長(zhǎng)[44]，還可有效控制AS。雖然丁酸在外周血中以低濃度存在，一項(xiàng)喂養(yǎng)含丁酸的高脂飲食的小鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，少量的丁酸通過減少巨噬細(xì)胞黏附和遷移，可增加斑塊穩(wěn)定性，緩解AS進(jìn)展，下調(diào)白細(xì)胞介素6(IL-6)，上調(diào)白細(xì)胞介素10(IL-10)，進(jìn)而抑制炎癥等，為支持丁酸作為AS保護(hù)劑的可能提供了證據(jù)[45-46]。有研究表明，丁酸具有調(diào)節(jié)RCT的作用[47]。目前關(guān)于SCFA的研究多數(shù)基于小鼠等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，在人體中的具體代謝情況有待進(jìn)一步研究。

2.2.3 PAGln PAGln是人類腸道菌群通過代謝將膳食中的苯丙氨酸轉(zhuǎn)化成苯乙酸，再與谷氨酰胺結(jié)合生成的代謝物質(zhì)[48]。一項(xiàng)由4 000名穩(wěn)定的心血管受試者組成的獨(dú)立不重疊的隊(duì)列研究進(jìn)一步驗(yàn)證PAGln與心臟病發(fā)作、腦卒中、死亡等主要不良心臟事件(MACE)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系，同時(shí)將腸道細(xì)菌種植于無菌小鼠進(jìn)行研究，在小鼠頸動(dòng)脈損傷模型中發(fā)現(xiàn)，PAGln通過腎上腺素能受體發(fā)揮作用，增強(qiáng)血小板黏附，促進(jìn)鈣離子釋放，加速血小板聚集和血栓形成，最終影響AS進(jìn)展[49]。一項(xiàng)研究證實(shí)，血漿PAGln水平與ASCVD風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[50]。一項(xiàng)驗(yàn)證血漿PAGln水平與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化嚴(yán)重程度之間關(guān)系的研究顯示，血漿PAGln水平高于中位數(shù)是疑似冠心病病人阻塞性冠心病存在的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，高血漿PAGln可預(yù)測(cè)ASCVD存在，同時(shí)部分解釋了血漿PAGln高水平與不良心血管事件高發(fā)生率之間的關(guān)系[51]。PAGln可能成為腸道菌群另一種潛在的藥物作用靶點(diǎn)。

2.2.4 其他代謝產(chǎn)物 BAs是膽固醇在肝臟細(xì)胞經(jīng)肝細(xì)胞色素代謝產(chǎn)生，腸道微生物群對(duì)膽汁酸的調(diào)節(jié)至關(guān)重要，膽汁酸池?cái)U(kuò)大可能加速RCT，促進(jìn)多余的細(xì)胞膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，加速膽固醇從體內(nèi)排泄，阻礙AS進(jìn)程[52]。LPS是一種脂質(zhì)和多糖的復(fù)合物，又稱內(nèi)毒素，腸道菌群失調(diào)引起腸道通透性增加，導(dǎo)致循環(huán)LPS水平增高，循環(huán)LPS通過Toll樣受體4(TLR4)感知下游信號(hào)和髓系分化初級(jí)反應(yīng)88(MyD88)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)炎癥和泡沫細(xì)胞形成[53]。TLRs感知到的信號(hào)導(dǎo)致脾臟B2細(xì)胞激活，從而改變免疫球蛋白G產(chǎn)生，促進(jìn)AS發(fā)展[54]及ASCVD進(jìn)展。

3 小 結(jié)

通過對(duì)血脂的嚴(yán)格調(diào)控，仍有諸多ASCVD病人存在心血管疾病危險(xiǎn)因素，隨著對(duì)腸道菌群的深入研究，人類已對(duì)這一龐大基因庫(kù)有所了解。Marques等[55]研究表明，腸道微生物群是可遺傳的。有研究顯示，對(duì)腸道微生物群組成的調(diào)控可能影響宿主的心血管狀況[3]。已有部分病人接受了針對(duì)腸道調(diào)控的治療，是治療ASCVD的新方法。通過改善飲食習(xí)慣和生活方式、調(diào)節(jié)腸道菌群分布可預(yù)防AS發(fā)生發(fā)展，同時(shí)通過監(jiān)測(cè)入血的某些腸道菌群代謝產(chǎn)物預(yù)測(cè)已確診ASCVD病人的預(yù)后及主要不良心血管事件發(fā)生率，從而明確ASCVD的發(fā)病機(jī)制，指導(dǎo)臨床診治工作，提高病人生活水平，降低冠心病發(fā)病率，減輕國(guó)家及人民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。CFR<2是不良心血管事件的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素，CFR降低可預(yù)測(cè)ASCVD發(fā)生，腸道相關(guān)代謝產(chǎn)物與ASCVD有關(guān)，CFR、腸道代謝產(chǎn)物與ASCVD的關(guān)系有待進(jìn)一步研究明確。