腸道菌群與動脈粥樣硬化關系研究進展

張茂山，王玉綜述，杜令△審校

（1.重鋼總醫院心血管內科，重慶400081；2.重慶醫科大學附屬第一醫院心血管科，重慶400016）

腸道菌群與動脈粥樣硬化關系研究進展

張茂山1，王玉2綜述，杜令1△審校

（1.重鋼總醫院心血管內科，重慶400081；2.重慶醫科大學附屬第一醫院心血管科，重慶400016）

腸/微生物學；動脈粥樣硬化；肥胖癥；糖尿病，2型；腸道菌群；冠狀動脈疾??；綜述

2011年世界衛生組織（WHO）報告指出動脈粥樣硬化是缺血性心臟病的主要誘因之一，引起世界范圍內的較高死亡率和社會壓力［1］。動脈粥樣硬化的發病機制復雜，最新研究發現，腸道菌群組分的改變和功能失調在動脈粥樣硬化的發生、發展中起重要作用，已成為防治動脈粥樣硬化的新靶點［2-3］。腸道菌群由上萬億個共生微生物組成，以人體內的營養成分維持生存和代謝，并與人體共同對外界的環境因素做出反應，進行代謝和免疫活動維持人體健康［4］。然而，腸道菌群引起動脈粥樣硬化的具體作用機制，目前尚未闡明。本文主要從2個方面對腸道菌群與動脈粥樣硬化性心血管疾病之間的關系進行綜述：（1）腸道菌群可能通過增加肥胖和糖尿病的風險間接影響動脈粥樣硬化；（2）腸道菌群增加動脈粥樣硬化病變的直接風險因素，旨在為心腦血管疾病的防治研究提供新的思路和參考。

1　腸道菌群間接影響動脈粥樣硬化的作用

1.1腸道菌群與肥胖的關系肥胖、高脂血癥和糖尿病是冠狀動脈疾?。–AD）的3個重要可變危險因子［5］。大量證據表明，腸道菌群與這3個危險因子密切相關。研究顯示，腸道菌群可通過控制發酵短鏈脂肪酸，減輕內毒素循環引起的炎癥［6-8］。厚壁菌與擬桿菌是人類和小鼠腸道中最豐富的菌群［9］，有學者指出腸道菌群與肥胖具有相關性［10-11］。ob/ob小鼠實驗發現，腸道擬桿菌的相對豐度比瘦小鼠少50%；而厚壁菌的相對豐度卻明顯高于瘦小鼠［12］。在肥胖人群試驗中也發現類似現象，厚壁菌數量高于對照人群，擬桿菌數量隨體質量增加反而下降［10］。擬桿菌的減少會增加代謝綜合征的發病風險［13］。此外，研究表明，低熱量膳食可恢復菌群平衡，增加擬桿菌數量，減少厚壁菌數量。最近一項關于孕婦表觀遺傳的研究表明，腸道菌群的組成與表觀遺傳顯著相關［14］。這項研究發現，在肥胖和脂質代謝異常的婦女體內，腸道中的優勢菌是厚壁菌，該菌擁有獨特的甲基化狀態基因。然而，也有學者否認腸道內有2種和肥胖有關的菌群［15］。腸道菌群的總數和（或）不同種類細菌的相對數比例受不同類型的膳食模式影響。不同類型的膳食干預也影響總膽固醇、極低密度脂蛋白（VLDL）、空腹血糖和胰島素水平［16］。以上研究結果提示，腸道菌群的結構與功能、改變在肥胖的發生、發展中扮演著重要角色。

1.2腸道菌群與2型糖尿病的關系2型糖尿病也與腸道菌群種類的改變有關［8］。2型糖尿病患者與非糖尿病患者相比，腸道菌群的組成有顯著差異，這些顯著差異引起葡萄糖的相關性差異。同時，擬桿菌和厚壁菌的比例與降低葡萄糖耐受性有關；另一方面，同為肥胖體質，糖尿病患者的擬桿菌比例更高［17］。有趣的是，把正常小鼠的腸道菌群移植給無菌小鼠（增加缺乏的腸道菌群），無菌小鼠的總脂肪含量增加57%，但不增加食物消耗；同時增高空腹血糖和胰島素水平。相關試驗表明，腸道菌群能促進能量在脂肪細胞中以三酰甘油的形式儲存［18］。因此，腸道菌群也許能影響食物中能量的攝取。隨后的研究中也發現，肥胖小鼠的腸道菌群與瘦小鼠相比，能更有效地從食物中攝取能量［11］。另外一個相似的研究表明，Toll樣受體5缺陷（TLR5-/-）小鼠代謝綜合征的特點是血脂異常、高血壓、胰島素抵抗和增加總脂肪的腸道菌群發生顯著改變；將TLR5-/-小鼠的腸道菌群移植給野生型無菌鼠后，后者表現出相似的代謝綜合征特點［16］。

此外，許多研究表明腸道菌群與CAD發病危險因素之間具有相關性。最近的研究還表明，腸道菌群的豐富性與心血管疾病的標志物之間顯著相關，特別是腸道菌群不豐富的個體與腸道菌群豐富的個體相比，呈現高胰島素抵抗和血脂異常［19］。通過一系列的復雜關聯，肥胖、糖尿病和高血脂可能會引起腸道菌群的改變。然而，這些關聯也許同時也是可逆的。即在某種情況下，某些因素引起的腸道菌群改變也會反過來增加上述風險。因此，肥胖、糖尿病、高脂血癥與腸道菌群之間的具體作用關系還有待更深入的研究，以明確二者之間相互影響的潛在機制。

2　腸道菌群直接影響動脈粥樣硬化的作用

2.1腸道菌群代謝產物氧化三甲胺（trimethylamine-N-oxide，TMAO）與動脈粥樣硬化的關系最新研究發現，腸道菌群可通過代謝膳食卵磷脂產生三甲胺（trimethylamine，TMA），而后TMA經肝臟黃素單加氧酶（flavin monooxygenases，FMO）活化生成一種新的獨立的動脈粥樣硬化危險因子TMAO，而誘發動脈粥樣硬化發生。最近一項超過3 900例接受冠狀動脈造影患者的試驗發現，高血漿膽堿含量（1.9倍）或甜菜堿含量（1.4倍）提高心血管疾病發病率［20］。Wang等［21］發現，小鼠體內的磷脂酰膽堿攝入和TMAO生成之間通過腸道菌群相連，腸道菌群在膽堿/磷脂酰膽堿代謝生成TMAO中起關鍵作用。而且，在大型臨床試驗中，血清膽堿、TMAO和甜菜堿水平可預測心腦血管疾病的發病風險［21］。同樣，一項針對4 007例受試者的隊列研究發現，心血管不良患者血清TMAO的基線水平顯著高于心血管健康的患者［22］。因此，TMAO的水平對心血管風險有顯著的預后評估價值。最近，Koeth等［23］發現，L-肉堿可顯著影響小鼠和人的心血管疾病。他們認為，L-肉堿是一種可以通過腸道微生物代謝產生TMAO的食物成分，由L-肉堿產生的TMAO受膳食影響（素食主義者產生的L-肉堿少于雜食主義者）。其次，他們指出L-肉堿的攝入和CAD風險之間存在顯著相關性，原因可能是腸道菌群代謝L-肉堿產生TMAO。而在ApoE-/-小鼠的體內實驗中進一步證實，富含L-肉堿的膳食可引起動脈粥樣硬化的惡化，血漿中TMAO的水平顯著提高；給小鼠喂食抗生素后，發現TMAO水平顯著降低，同時，能有效預防心血管病變［23］。進一步深入研究發現，TMAO可抑制膽固醇逆向運輸和減少Cyp7a1基因的表達，從而引起膽固醇代謝紊亂，進而誘發動脈粥樣硬化［24］。以上研究結果提示，腸道菌群可通過代謝膳食中富含膽堿結構的營養素，生成TMAO，進而直接影響動脈粥樣硬化的發生、發展。

此外，有證據表明，抑制TMAO的產生能降低動脈粥樣硬化發生的風險。使用益生菌、抗生素或通過阻斷腸道菌群的代謝途徑，或降低膳食攝入膽堿和磷脂酰膽堿等方式可調控TMAO的產生［21-22，24］。一般而言，膳食是影響腸道菌群組成的重要因素［25］。有學者認為，健康的膳食特別是地中海飲食結構，同時結合有規律的體育鍛煉能維持腸道菌群平衡及促進心血管健康［26］。2013年，Brugère等［27］指出archaebiotics（一種特定的腸道應用古生菌）可以通過干預TMAO的產生治療心血管疾病。這些菌株能在腸道內把TMA轉化為甲烷，減少肝臟中由TMA產生的TMAO。利用這些菌株產生的酶也是一種治療給藥的方式。FMO3是一種催化TMA轉變為TMAO的轉化酶，因此在肝臟中阻斷或降低產生TMAO的另一種潛在的方式是以某種方法改變FMO3的活性功能。甘藍中存在的膳食吲哚被認為是一種FMO3的潛在抑制劑［28］。另外，無環核苷膦酸酯（例如阿德福韋和替諾福韋）是一種抗病毒劑，也可以抑制FMO3的活性［29］。在一般人群中，FMO3能部分解釋TMAO在動脈粥樣硬化中的作用，為心血管疾病新的治療靶點提供思路。

綜上所述，腸道菌群通過代謝膳食營養成分產生TMAO，從而直接影響動脈粥樣硬化的進程；而通過改變腸道菌群結構或抑制肝FMO3活性，進而減少TMAO生成，可能成為防治心血管疾病新的有效途徑。

2.2腸道菌群的組成對動脈粥樣硬化的影響2012年，一篇涉及動脈粥樣硬化患者特定腸道菌群組成的文章指出，動脈粥樣硬化患者腸道菌群中有一種特定的優勢菌種——Collinsella，而菌種Roseburia和擬桿菌則在健康對照組的腸道菌群中更豐富［30］。Koren等［31］用焦磷酸測序比較人頸動脈粥樣硬化斑塊的細菌組成與口腔和腸道菌群組成，結果顯示，動脈粥樣硬化患者或健康對照組的腸道菌群中并無特異性的一種菌群；然而，同一動脈粥樣硬化患者的動脈粥樣硬化斑塊和腸道菌群的微生物物種的分析卻表明有幾種細菌同時存在其中，表明斑塊中發現的細菌可能來源于腸道菌群。此外，腸道菌群中的某些微生物與心血管疾病標志物如血漿膽固醇有關。以上研究結果提示，腸道菌群的組成與動脈粥樣硬化的發生有直接關系，然而，引起動脈粥樣硬化的核心菌群還有待進一步的驗證闡明。

3　小結與展望

近期研究發現，腸道菌群是膳食依賴的心血管疾病易感性的中心環節，該發現具有深遠意義。腸道菌群一直在人類體內發揮動態且有彈性的內分泌器官功能，其可產生大量代謝依賴性及非代謝依賴性的信號，直接或間接調控心血管疾病的發生。因此，腸道菌群被認為是外界環境因素影響人體心血管疾病發生風險的中心環節，是心血管疾病防治的新靶點。既往有關藥物的研究都以宿主體內的某種酶類作為靶點，在未來可開發針對某種腸道細菌或腸道細菌中的某種酶類為靶標的藥物，這為心血管疾病的防治提供了新的視角。

［1］The World Health Organization.The top 10 causes of death［R］.Geneva：WHO，2014.http：//www.who.int/mediacentre/factshects/fs310/en/.

［2］Saikku P，Leinonen M，Tenkanen L，et al.Chronic chlamydia pneumoniae infection as a risk factor for coronary heart disease in the Helsinki heart study［J］.Ann Intern Med，1992，116（4）：273-278.

［3］Ott SJ，El Mokhtari NE，Musfeldt M，et al.Detection of diverse bacterial signatures in atherosclerotic lesions of patients with coronary heart disease［J］.Circulation，2006，113（7）：929-937.

［4］Backhed F，Ley RE，Sonnenburg JL，et al.Host-bacterial mutualism in the human intestine［J］.Science，2005，307（5717）：1915-1920.

［5］Frohlich J，Al-Sarraf A.Cardiovascular risk and atherosclerosis prevention［J］.Cardiovasc Pathol，2013，22（1）：16-18.

［6］Park JS，Seo JH，Youn HS.Gut microbiota and clinical disease：obesity andnonalcoholicfattyliverdisease［J］.PediatrGastroenterolHepatolNutr，2013，16（1）：22-27.

［7］Piya MK，Mcternan PG，Kumar S.Adipokine inflammation and insulin resistance：the role of glucose，lipids and endotoxin［J］.J Endocrinol，2013，216（1）：T1-15.

［8］Tilg H，Moschen AR.Microbiota and diabetes：an evolving relationship［J］. Gut，2014，63（9）：1513-1521.

［9］Eckburg PB，Bik EM，Bernstein CN，et al.Diversity of the human intestinal microbial flora［J］.Science，2005，308（5728）：1635-1638.

［10］Ley RE，Turnbaugh PJ，Klein S，et al.Microbial ecology-Human gut microbes associated with obesity［J］.Nature，2006，444（7122）：1022-1023.

［11］Turnbaugh PJ，Ley RE，Mahowald MA，et al.An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest［J］.Nature，2006，444（7122）：1027-1031.

［12］Ley RE，B?ckhed F，Turnbaugh P，et al.Obesity alters gut microbial ecology［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2005，102（31）：11070-11075.

［13］Fava F，Gitau R，Griffin BA，et al.The type and quantity of dietary fat and carbohydrate alter faecal microbiome and short-chain fatty acid excretioninametabolicsyndrome′at-risk′population［J］.Int J Obes（Lond），2013，37（2）：216-223.

［14］Kumar H，Lund R，Laiho A，et al.Gut microbiota as an epigenetic regulator：pilot study based on whole-genome methylation analysis［J］.MBio，2014，5（6）：2113-2114.

［15］Duncan SH，Lobley GE，Holtrop G，et al.Human colonic microbiota associated with diet，obesity and weight loss［J］.Int J Obes（Lond），2008，32（11）：1720-1724.

［16］Vijay-Kumar M，Aitken JD，Carvalho FA，et al.Metabolic syndrome and altered gut microbiota in mice lacking Toll-like receptor 5［J］.Science，2010，328（5975）：228-231.

［17］Larsen N，Vogensen FK，Van Den Berg FW，et al.Gut microbiota in human adults with type 2 diabetes differs from non-diabetic adults［J］.PLoS One，2010，5（2）：e9085.

［18］B?ckhed F，Ding H，Wang T，et al.The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2004，101（44）：15718-15723.

［19］Le Chatelier E，Nielsen T，Qin JJ，et al.Richness of human gut microbiomecorrelateswithmetabolicmarkers［J］.Nature，2013，500（7464）：541.

［20］Wang Z，Tang WH，Buffa JA，et al.Prognostic value of choline and betaine depends on intestinal microbiota-generated metabolite trimethylamine-N-oxide［J］.Eur Heart J，2014，35（14）：904-910.

［21］Wang Z，Klipfell E，Bennett BJ，et al.Gut flora metabolism of phosphatidylcholine promotes cardiovascular disease［J］.Nature，2011，472（7341）：57-63.

［22］Tang WH，Wang Z，Levison BS，et al.Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk［J］.N Engl J Med，2013，368（17）：1575-1584.

［23］Koeth RA，Wang ZE，Levison BS，et al.Intestinal microbiota metabolism of L-carnitine，a nutrient in red meat，promotes atherosclerosis［J］.Nat Med，2013，19（5）：576-585.

［24］Martin FP，Wang Y，Sprenger N，et al.Probiotic modulation of symbiotic gut microbial-host metabolic interactions in a humanized microbiome mouse model［J］.Mol Syst Biol，2008，4：157.

［25］Moschen AR，Wieser V，Tilg H.Dietary factors：major regulators of the gut′s microbiota［J］.Gut Liver，2012，6（4）：411-416.

［26］Stock J.Gut microbiota：an environmental risk factor for cardiovascular disease［J］.Atherosclerosis，2013，229（2）：440-442.

［27］Brugère JF，Borrel G，Gaci N，et al.Archaebiotics：proposed therapeutic use of archaea to prevent trimethylaminuria and cardiovascular disease［J］. Gut Microbes，2014，5（1）：5-10.

［28］Cashman JR，Xiong Y，Lin J，et al.In vitro and in vivo inhibition of human flavin-containing monooxygenase form 3（FMO3）in the presence of dietary indoles［J］.Biochem Pharmacol，1999，58（6）：1047-1055.

［29］Matal J，Orság J，Nekvindová J，et al.Experimental approaches to studies on drug metabolism and drug interactions in man：interaction of acyclic nucleoside phosphonates with human liver cytochromes P450 and flavincontaining monooxygenase 3［J］.Neuro Endocrinol Lett，2006，27（Suppl2）：27-30.

［30］Karlsson FH，F?k F，Nookaew I，et al.Symptomatic atherosclerosis is associated with an altered gut metagenome［J］.Nat Commun，2012，3：1245.

［31］Koren O，Spor A，Felin J，et al.Human oral，gut，and plaque microbiota in patients with atherosclerosis［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2011，108（Suppl 1）：4592-4598.

10.3969/j.issn.1009-5519.2016.19.026

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（2016-03-31

2016-04-19）