腸道菌群與心血管疾病相關性的研究進展

羅曉雅，楊志宏

(中國醫學科學院北京協和醫學院藥用植物研究所藥理毒理中心，北京 100193)

腸道菌群是一類寄居在人體胃腸道中數量龐大、種類繁多的微生物群，包含有15 000～36 000個細菌種類，總體數量約是人體細胞總數的10倍，可通過調節宿主代謝活動及調控腸道免疫屏障和生物屏障來維護宿主健康。其種類和數量受到遺傳、環境、飲食等多種因素的影響。眾所周知，腸道菌群穩態對人體的生理代謝和免疫調節等方面具有重要意義，但對腸道菌群系統如何長期維持穩態仍存在疑問。有研究發現，腸道菌群穩態可能是通過不同菌群之間的競爭關系而得到維持，而非人們所認為的協作關系[1]。

基于腸道菌群的整體性和復雜性，腸道菌群穩態往往取決于菌群的多樣性、豐富度以及其相關代謝功能的保留程度，其中一方面或多方面的紊亂可導致多種疾病的發生或加劇，例如肥胖、非酒精性脂肪肝、炎癥性腸炎等。本文主要探討腸道菌群與心血管疾病的相關性。研究證明，心血管疾病患者腸道中的雙歧桿菌和乳酸桿菌明顯下調，大腸桿菌和鏈球菌等明顯增加。腸道菌群紊亂可導致宿主體內糖類、脂質等物質代謝失調，并加強體內炎癥反應和氧化應激，促使疾病發生或惡化[2]。腸道菌群作為人體代謝和免疫調節等過程的重要參與者，與心血管疾病相互關系的研究對治療心血管疾病具有重要意義。本文對近16年國內外的相關研究進行了收集和整理，以期梳理腸道菌群對心血管疾病的作用機制以及相關治療方法，為基于腸道菌群治療心血管疾病提供一定的理論參考。

1 腸道菌群對心血管疾病的影響

腸道菌群紊亂通常包括細菌數量、種類的變化以及細菌移位。目前研究表明，腸道菌群紊亂對心血管疾病的影響機制主要包括4個方面：① 腸道菌群紊亂導致細菌內毒素移位，并促進炎癥因子釋放而導致炎癥反應；② 腸道菌群紊亂導致物質代謝異常，從而引發心血管疾病，如脂質和色氨酸代謝；③ 腸道菌群紊亂促進體內氧化應激反應，加重心血管疾病發展；④ 腸道菌群基因對宿主的影響。

1.1炎癥反應腸道菌群多由革蘭陰性菌組成，故細菌移位往往伴隨著細菌內毒素在循環系統的增加。細菌內毒素由脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)或類脂成分組成，主要由腸道內凋亡或自溶的革蘭陰性菌細胞壁破裂產生。心血管疾病患者腸道屏障功能被破壞，是導致相關細菌過度增殖以及血漿內毒素濃度升高的主要原因。細菌內毒素可損傷內皮細胞，刺激粒細胞和吞噬細胞釋放兒茶酚胺，對腸灌注產生不利影響，同時增加活躍的交感緊張，加劇心血管疾病的發生[3]。

血漿中內毒素可作用于單核細胞和巨噬細胞，促進腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α, TNF-α)、白細胞介素1(interleukin 1, IL-1)、白細胞介素6(interleukin 6, IL-6)等促炎性細胞因子的釋放。TNF-α能夠通過橫紋肌和其他組織細胞表面的特殊受體介導心肌細胞凋亡，心肌細胞凋亡不足或凋亡過度均會影響心臟功能。TNF-α還可通過抑制內皮細胞釋放NO，上調促細胞分裂劑激活性蛋白激酶/細胞外信號調節性激酶-3(MAP/ERK kinase 3, MEKK-3)和肌動蛋白表達而損傷內皮細胞，并刺激內皮細胞表達黏附分子，以及促進炎癥細胞對內皮細胞的黏附作用，導致動脈粥樣硬化的形成[4-5]。IL-6主要由肝細胞、胰島細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和T細胞的某些亞型表達產生，其濃度水平與心臟疾病緊密相關，對心臟功能、內皮功能、炎癥細胞和類脂物代謝具有多種效應。

值得注意的是，細菌內毒素和促炎性細胞因子的釋放會進一步損傷患者內皮細胞，改變腸道通透性，形成正反饋回路，導致心血管疾病患者處于長期且愈加嚴重的炎癥反應中，減弱心臟功能。

1.2脂質代謝腸道菌群是脂質代謝的主要參與者，其中高脂飲食是心血管疾病產生并加重的重要外源性因素，血膽固醇和甘油三酯水平與心血管疾病的發病率密切相關。高脂飲食在代謝過程中可影響腸道菌群結構，增加腸道內腸桿菌，并減少雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌。還可抑制腸上皮緊密連接蛋白Occludin和ZO-1的表達，影響腸上皮的完整性，致使腸道通透性及內毒素水平增加[6]。同時，腸道菌群紊亂可進一步影響脂質代謝。研究發現，腸道中擬桿菌增多與體內脂肪蓄積相關，擬桿菌可提高脂蛋白酶的活性，抑制體內禁食誘導脂肪因子的表達，降低骨骼肌中脂肪酸的氧化，導致脂肪積累，增加心血管疾病發生風險[7]。

膽汁酸是膽固醇在肝臟的代謝產物，在脂肪代謝中具有重要作用。雙歧桿菌、乳酸桿菌可產生結合膽鹽水解酶，將結合膽鹽轉變為游離膽鹽，而游離膽鹽疏水性增加，不易被重吸收進入腸肝循環，大部分通過糞便排出體外。此時肝臟會更多地利用血清膽固醇重新合成膽汁酸以保證正常的脂肪消化，從而實現降血脂的作用。因此，宿主腸道中雙歧桿菌、乳酸桿菌等菌屬數量減少可降低血中膽固醇的轉化利用，使血脂升高。

有研究表明，膳食膽堿、磷脂酰膽堿或甜菜堿依賴于腸道菌群的代謝產物——氧化三甲胺(trimethylamine oxide, TMAO)能增加心血管疾病的患病風險。磷脂酰膽堿主要來源于雞蛋、牛奶、肝臟、紅色肉類、魚類等，在腸道中首先被腸道菌群代謝生成三甲胺(trimethylamine, TMA)，TMA在肝臟黃素單加氧酶(flavin monooxygenase, FMO)的作用下形成TMAO，進而通過調節巨噬細胞表面清道夫受體的表達水平，參與動脈粥樣硬化過程[8]。綜上所述，高脂飲食可通過與腸道菌群的相互作用，間接地增加心血管疾病的患病風險。

1.3氧化應激氧自由基含量升高與動脈粥樣硬化早期斑塊的形成密切相關，炎癥相關的激素和細胞因子可刺激斑塊部位的心肌細胞產生氧自由基。氧化應激發生時，內皮型NO合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)來源的NO和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)來源的氧陰離子發生反應，形成過氧亞硝基(ONOO-)，ONOO-作用于內皮祖細胞，降低eNOS活性，加重血管內皮損傷[9]。活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)可對低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)氧化修飾，氧化型低密度脂蛋白與巨噬細胞上清道夫受體高度親和，趨化單核細胞和淋巴細胞至內皮下間隙釋放炎癥因子，促進平滑肌細胞增殖，巨噬細胞中聚積大量的膽固醇酯，形成泡沫細胞，導致動脈粥樣硬化形成[10]。

尿酸具有抗氧化性，但高濃度尿酸則表現為促氧化作用。血尿酸水平升高可導致血中亞硝酸鹽/硝酸鹽含量增加、NO生物利用度降低以及氧化應激發生。冠心病患者腸道菌群對尿酸的分解活性增強，血尿酸水平明顯升高，表明腸道菌群可能在冠心病患者尿酸代謝中具有重要作用。

1.4色氨酸代謝食物中的色氨酸經腸道大腸桿菌分解后可產生硫酸吲哚酚(indolol sulfate, IS)，系統性IS水平升高可誘導左心室肥大，增加慢性腎病患者患心血管疾病的風險。在內皮細胞中，IS能通過誘導NADPH氧化酶，促進超氧化物和過氧亞硝酸鹽的生成，抑制NO的生成及內皮細胞活性和生長，引起內皮功能障礙。體外研究顯示，IS能夠促進心肌成纖維細胞膠原的合成和細胞肥大，刺激人單核細胞中TNF-α、IL-6、IL-1β的表達[11]。

1.5病毒性心肌炎(viralmyocarditis，VMC) VMC是一種由病毒感染所致的局限性或彌漫性心肌炎性病變。B3型柯薩奇病毒(coxsackievirus B type 3，CVB3)是其中一種致病病毒，可被多種Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)識別而啟動機體的抗炎癥應答，TLR13是其中之一。研究發現，革蘭細菌23S rRNA上的一段保守序列是TLR13的天然配體，且CVB3對♀鼠和♂鼠的致病性存在差異，經測定♀鼠和♂鼠的腸道菌群多樣性和豐富度差異明顯，由此推測，CVB3的致病性可能與宿主腸道菌群相關，有待于進一步研究[12]。

2 基于腸道菌群的可能治療機制

目前，基于腸道菌群對心血管疾病治療的理論機制主要在于對菌群穩態的調節，以及其相關生物途徑的干預。研究表明，日常飲食可影響腸道微生物的組成，部分富含脂肪的膳食還會增加心血管疾病發生的概率，故控制飲食是預防或緩解心血管疾病的基礎手段。此外，使用抗生素和益生菌、糞菌移植、內毒素吸附以及藥物干預目標菌群和其相關代謝途徑等，均是與腸道菌群相關的治療手段。恢復腸黏膜損傷，重建腸道完整的屏障功能和生理活性也是值得考慮的治療方向。

2.1膳食營養飲食是影響腸道菌群結構和功能的重要因素，也是用于調節腸道菌群的基礎手段。高纖維、高蛋白以及富含糖類和多酚的食物可增加菌群多樣性，平衡菌群結構并增強其代謝功能，從而緩解炎癥反應[13]。因此富含上述物質的粗糧、蔬菜、水果以及奶制品等，是我們日常飲食的首選。

2.2抗生素抗生素作為控制細菌感染性疾病的重要治療手段被廣泛使用。萬古霉素可改變腸道菌群豐富度，減少缺血/再灌注損傷的大鼠的心肌梗死面積，并提高其缺血后機械功能的恢復[14]。多黏菌素B和妥布霉素可減少心力衰竭患者腸道內的革蘭陰性菌和糞便中內毒素含量，以及體內IL-1β、IL-6、TNF-α的含量[15]。但多黏菌素B已因其毒性被臨床限制使用。這一現狀提示我們在關注抗生素臨床治療效果的同時，也要關注其帶來的副作用?？股厥褂貌划斂蓺⑺荔w內有益菌，使致病菌產生耐藥性，帶來諸多不良反應。目前，如何明確抗生素不良反應機制，使其臨床治療效應最大化仍是亟待解決的問題。

2.3益生菌動物體內的益生菌主要包括乳酸菌、雙歧桿菌、放線菌、酵母菌等。益生菌可降低重度顱腦損傷患者體內的IL-6和TNF-α水平，抑制機體炎癥反應，保護并修復患者腸黏膜屏障，改善腸道功能[16]。鼠李糖乳桿菌GR-1可明顯減弱冠狀動脈阻塞大鼠的左心室肥大，提高左心室收縮和舒張的能力，停止治療后仍可保留持續的治療效應，且GR-1未在腸道中定植，也未對盲腸中的微生物組成產生影響[17]。但使用益生菌仍存在感染的風險，其安全性還需進一步研究。

2.4內毒素吸附內毒素可損傷腸道屏障功能，促進系統性炎癥因子釋放，加重心血管疾病，故抑制或清除內毒素是治療心血管疾病等炎癥性疾病的有效手段。用固定有多黏菌素B短肽的聚苯乙烯微球對動物模型進行血液灌流，可清除動物模型血液中的內毒素，并具有良好的血液相容性。MATISSE?是一種人血白蛋白固定吸附器，對重癥膿毒癥和內毒素血癥有潛在治療作用，并且未發現任何副作用。

2.5中藥治療中藥與腸道菌群具有相互作用的關系，中藥部分有效成分的藥效發揮依賴于腸道菌群的代謝作用，同時中藥對腸道菌群以及由腸道菌群紊亂引起的一系列炎癥反應具有調節作用。心血管疾病具有發病機制復雜、病程長且難治愈的特點，中藥復方的藥物組分和作用機制具有多樣性, 可對心血管疾病進行多靶點、多方面、多層次防治干預。丹參、黃芩、黃芪、人參等中藥是治療心血管疾病復方中的主要藥物。

丹參主要通過丹參酮ⅡA、丹酚酸B、丹參酮ⅡB、黃芩苷、二氫丹參酮Ⅰ、丹參酮Ⅰ等13個化學成分對心血管疾病進行多靶點治療，治療機制包括促進脂質代謝、抗炎、抗應激損傷、調節細胞增殖等方面。具體地，丹參酮IIA可抑制TNF-α等促炎性因子的產生，并可能通過抑制TNF-α誘導的核轉錄因子κB(nuclear factor kappa B, NF-κB)和巨噬細胞浸潤來治療心血管疾病[18]。丹參多酚酸鹽可抑制LDL的氧化修飾，對動脈粥樣硬化的發展可能具有抑制作用。丹酚酸B可抑制ROS產生和NF-κB激活[19]。口服低劑量丹參飲片或粉末可明顯增加腸道內雙歧桿菌等益生菌，并抑制腸桿菌等致病菌，調節腸道微環境。由此推測，丹參對心血管疾病多靶點的治療機制可能與其對腸道菌群的調節作用相關。

黃芩中的黃芩苷可經由腸道菌群代謝后發揮藥效，通過抗氧化應激、調節免疫功能以及減輕組織缺血/再灌注損傷等方面，治療心血管疾病。同時，黃芩苷可抑制由LPS誘導的腸上皮細胞凋亡，對腸道屏障功能具有修復和保護作用[20]。低劑量的黃芩苷能降低腸道內革蘭陰性菌與陽性菌的比例，這可能是其減少內毒素含量，減輕腸道內炎癥的主要原因。野黃芩素是黃芩屬植物中的一種黃酮類成分，可增加血紅素氧合酶-1(heme oxygenase 1,HO-1)的表達水平，并通過提高酶活性來抑制機體的炎癥反應[21]。其中，HO-1是血紅素分解代謝的起始酶及限速酶，其表達上調可明顯減少心力衰竭大鼠細菌移位率及血漿內毒素含量。

黃芪含有黃芪多糖、黃芪皂苷、黃芪黃酮類等多種活性成分，對心血管疾病有明顯的治療作用。黃芪多糖和黃芪皂苷可抑制同型半胱氨酸引起的環鳥苷酸(cyclic guanosine monophosphate, cGMP)水平的下降和 ROS的產生，通過抗氧化應激有效地保護同型半胱氨酸引起的內皮依賴性舒張損傷[22]。黃芪總黃酮可明顯降低動脈粥樣化兔模型血漿中總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的水平，并增加高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol, HDL-c)的水平[23]。HDL-c具有抗氧化、抗炎、抗凋亡、促進NO合成等作用，是心血管疾病治療的重要靶點。利用黃芪治療腸道菌群紊亂的大鼠，其腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌含量明顯增加，而腸桿菌含量明顯降低，這一結果提示黃芪對心血管疾病的治療作用可能與其調節腸道菌群穩態作用相關[24]。

人參中的人參總皂苷包含單體成分較多，作用機制復雜。部分人參皂苷可經由腸道菌群代謝后發揮藥效，參與抗氧化應激、調節免疫系統、保護內皮細胞等過程。服用人參皂苷的小鼠，其腸道內的熒光假單胞菌和丁酸梭菌的數量明顯增加，推測人參皂苷可通過上調腸道熒光假單胞菌和丁酸梭菌的數量，促進優勢菌的增殖，抑制腸道病原菌生長，從而維護宿主健康[25]。

綜上所述，中藥成分較多，作用機制復雜，可從多方面對心血管疾病進行調整干預。中藥的部分有效成分需經腸道菌群代謝后發揮或增強藥效，除調節腸道菌群穩態外，還可緩解由腸道菌群紊亂引起的炎癥反應、代謝紊亂等。心血管疾病患者在致病因素的影響下，處于長期惡性循環之中，中藥能夠從多方面切斷這一惡性循環，并通過腸道屏障功能和生理功能、腸道菌群以及免疫系統之間相互調節，達到更好的治療效果。

3 展望

心血管疾病發病機制復雜、病程長且難以治愈，即使是在醫學科學快速發展的今天，心血管疾病治療仍是世界醫學的棘手問題。近年來，隨著對心血管疾病和腸道微生態研究的深入，心血管疾病和腸道菌群之間的相互關系逐漸被認識，為治療心血管疾病提供了新的方向。具體地，心血管疾病患者的腸道形態和功能發生病變，導致腸道菌群紊亂，破壞機體正常代謝，增強體內氧化應激反應和全身性炎癥。這一系列的變化又可導致腸道病變惡化，菌群紊亂加劇，形成正反饋調控，使得心血管疾病患者處于長期且愈加嚴重的炎癥反應當中，甚至增加其他疾病的患病風險。目前，基于腸道菌群對心血管疾病治療的理論機制主要在于對腸道菌群穩態的調節，以及對其與心血管疾病的相關生物途徑的干預，包括使用抗生素和益生菌、內毒素免疫吸附、藥物干預等。近年來，隨著中醫藥的發展，中藥治療心血管疾病的優勢已經漸漸凸顯，多靶點、低毒性的特點使中藥在心血管疾病治療方面具有極大的潛能。發展傳統中醫藥，對中藥復雜成分和治療機制的研究是未來發展的重要方向。同時，基于腸道菌群的復雜性和多樣性，其與心血管疾病之間的相互關系仍有待于進一步研究。而對于心血管疾病的治療方法，我們不僅要關注其療效，更應該明確其中的風險，在完善現有的相關治療手段的同時，研發新策略，為心血管疾病的治療提供更為有效的手段。