口腔腸道微生物與心血管疾病關系的研究進展

許振國，趙曉靜，劉博罕，賈 倩，劉繼軒，何昆侖

解放軍總醫院，北京 100853

微生物對人體內正常的生理活動來說是必不可少的，近10年的研究表明微生物與多種疾病的發生存在著密切關聯，如肥胖和2型糖尿病以及動脈粥樣硬化和心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)。心血管疾病大部分是由于動脈粥樣硬化引起的，動脈粥樣硬化斑塊的發展可能會受到血管壁細胞受到遠處感染或直接感染的影響，有研究在斑塊中發現了細菌DNA證實了這一機制[1-2]。研究者在身體的其他部位也觀察到了粥樣硬化斑塊中的細菌，其主要分布在人體的口腔和腸道，因此口腔和腸道可以作為這些潛在致病微生物的儲存場所。牙周炎和腸道微生物代謝產物已被證明與心血管疾病有關，但其潛在機制仍不清楚[3]。深入研究微生物與心血管疾病的關系有望成為預防心血管疾病發生的一種新措施。

1 口腔微生物與心血管疾病

口腔是一個復雜的微生物生態系統，稱為“牙周微生物群”，這些口腔微生物的定植對人類健康和疾病有重要影響[4-5]。牙周炎是人類最常見的疾病之一，許多流行病學證據證明，牙周微生物群是牙周炎的致病因子[6]。牙周炎促進全身性疾病的發生，如糖尿病和心血管疾病[7-8]。牙周炎引起的炎癥反應和免疫反應誘導產生大量的促炎性因子，進而導致牙周上皮和結締組織的破壞[9]。牙周微生物通過破損的口腔黏膜進入血液循環系統，引起全身性抗體水平的升高，增加了各種全身性疾病發生的風險[10-13]。由于微生物長期慢性感染，牙周組織炎癥反復發作進而形成牙周疾病，有研究表明牙周炎與CVD的死亡率獨立相關[14-20]。

牙周疾病與心血管疾病、口腔衛生不良與急性心肌梗死之間存在關聯已得到證實[3]。在一項包括近12 000例參與者的大規模研究中，口腔不良衛生增加了致死或非致死性心血管事件(如心肌梗死、冠狀動脈旁路移植術、冠狀動脈血管成形術、腦卒中和心力衰竭)的發生率和輕度炎癥形成的風險[21]。一項對92例有動脈粥樣硬化癥狀患者(心肌梗死或卒中)的研究表明，與健康對照組相比，50%動脈粥樣硬化患者口腔中有較高豐度的韋氏球菌(anaeroglobus)，同時在動脈粥樣硬化斑塊中檢測到了幾種口腔中的細菌，包括齦紫單胞菌(Porphyromonas gingivalis)和伴放線桿菌(Aggregatibacter actinomycetemcomitans)。口服或靜脈注射該微生物可使動物的血管發生病變，可能是通過促動脈硬化介質起作用的[22-25]。美國一項前瞻性臨床研究評估牙周病(periodontal disease，PD)與CVD全因死亡率的關系，對3 105例中度PD和561例嚴重PD的男性患者隨訪長達18年，男性PD的嚴重程度與30 ～ 64歲CVD死亡率(HR=2.13)和全因死亡率風險相關(HR=1.64)；此外，PD的嚴重程度與CVD全因死亡率顯著相關(P＜0.001)；然而，在≥65歲的患者中沒有發現明顯的相關性。該研究表明PD可能通過炎癥途徑影響CVD的發生發展[26]。雖然機制不明，但這些發現表明口腔中的細菌與心血管疾病相關，并可能轉移到血管中，進而影響斑塊的穩定及生長。

2 腸道微生物與心血管疾病

除了口腔微生物之外，與心血管疾病相關的微生物(衣原體肺炎、幽門螺桿菌和牙齦卟啉單胞菌)也可能來源于腸道。動脈粥樣硬化是一種涉及炎癥和代謝途徑改變的復雜疾病，其發生發展可能受到腸道菌群的調節。一項納入39例冠心病(coronary artery disease，CAD)患者、30例年齡性別匹配的無冠心病患者(Ctrl組)和50例健康志愿者(HV組)的研究，從糞便樣品中提取細菌DNA并通過末端限制性片段長度多態性分析，在CAD患者中觀察到腸道微生物群的特征性變化，其中乳酸桿菌增加(CAD 13.6%±12.0% vs Ctrl 6.2%±7.7%和HV 4.1%±5.9%，P＜0.001)，不能否認某些藥物可能影響腸道菌群的類型，腸道微生物根據其組成類型被分為三型，與Ctrl或HV組相比，CAD組腸型Ⅲ過表達(P＜0.001)。雖然這項研究有一定的局限性，但證明了CAD的發生與腸道微生物群的改變有關[27-28]。2017年10月，華大基因、解放軍總醫院等團隊對218例動脈粥樣硬化患者及187例健康對照者的糞便菌群進行對比分析，發現患者的腸桿菌科、鏈球菌屬豐度顯著增加，有益菌群(如柔嫩梭菌)減少，兩組腸道微生物群屬水平有差異，動脈粥樣硬化組類桿菌和普雷沃氏菌相對減少，富集鏈球菌和大腸埃希菌；鏈球菌屬的豐度與血壓呈正相關，腸桿菌科的豐度與心肌指標呈正相關；并基于47種腸道細菌構建了中國動脈粥樣硬化風險預測模型[29-31]。這些發現需要進一步的獨立的隊列研究來證實，在機制方面需要確定微生物群改變是導致冠狀動脈疾病的原因，還是該疾病存在時的反映[27]。微生物產生的氧化三甲胺(trimethylamine oxide，TMAO)可能是形成心血管疾病的一個新機制。2016年的一項研究在對穩定性冠心病患者進行冠狀動脈造影和斑塊特征檢查中發現，SYNTAX評分(r=0.61)和hs-cTnT(r=0.29)與血漿TMAO水平相關(P均＜0.000 1)；血漿中TMAO水平升高(中位水平5.5μmol/L)可以起到預測冠狀動脈粥樣硬化疾病的作用，其預測作用較傳統的心血管危險因素更有說服力[32]。2017年一項Meta分析，定量評估了TMAO與MACE發展或死亡的關系，與TMAO低水平組相比，TMAO濃度升高組(＞3.7μmol/L)與MACE事件的RR為1.62，此外TMAO濃度升高(＞3.7μmol/L)與全因死亡率的RR為1.63，TMAO前體(左旋肉堿，膽堿或甜菜堿)濃度較高的個體MACE發病風險高出正常者1.3 ～ 1.4倍[33]。在人類和其他動物體內TMAO將飲食和特定的腸道菌群聯系起來，進而誘導血小板的應答 和增強體內血栓形成。有臨床研究報道，TMAO血漿水平升高與主要不良心血管事件風險增加有關(TMAO最高四分位數/最低四分位風險比，2.54；95% CI：1.96 ～ 3.28； P＜0.001)，血漿TMAO水平可獨立預測血栓事件形成的風險[34]。隨后的機制研究表明，TMAO多種激動劑通過增強細胞內Ca2+的釋放來刺激血小板的活化。腸道菌群與體內TMAO水平、血小板反應性及血栓形成風險之間聯系的研究顯示，血漿TMAO水平與血栓形成事件(心肌梗死或腦卒中)的發生率(3年)呈線性相關；動物研究中，通過對比膽堿或TMAO飲食的無菌小鼠與微生物移植的無菌小鼠，確認了腸道菌群和TMAO在體內具有激活血小板和形成血栓的潛力，并確定微生物類群與血漿TMAO和血栓形成的潛在關聯[35]。在攝入膽堿類食物的過程中，抑制微生物產生TMAO的TMA裂解酶活性可以治療動脈粥樣硬化[36]。

最近研究發現，L-肉堿在微生物作用下代謝為TMA和TMAO的過程中，γ-丁內酯是主要的致動脈粥樣硬化的中間體。TMAO致動脈粥樣硬化機制之一可能是增加巨噬細胞泡沫細胞的形成和抑制體內反向膽固醇轉運(reverse cholesterol transpot，RCT)。腸道內梭菌科和鏈球菌科的細菌群數目與人類TMAO的濃度呈正相關，表明代謝左旋肉堿的細菌可能屬于這些家族。但通過其腸道微生物形成的TMAO抑制RCT的分子機制并不完全清楚。此外，這可能部分解釋了為什么過量的紅肉攝入與CVD和死亡風險增加有關[37]。

人體腸道菌群組成失衡被稱為菌群失調，糞便微生物群在代謝紊亂和心血管疾病的發展過程中起到了重要的作用。將較瘦人體內的腸道菌移植到代謝綜合征患者的腸道可以提高后者胰島素敏感性，同時伴有產丁酸類型腸道菌數目的增加[38]。目前基于動物和人類的小規模隊列研究，總結出菌群影響動脈粥樣化形成的主要3條路徑：1)病灶處或遠端的感染可能造成有害炎癥響應，加劇斑塊發展或觸發斑塊破裂；2)腸道菌群代謝膽固醇和脂肪會影響動脈粥樣硬化斑塊發展；3)被菌群代謝的飲食和特定成分可能會對動脈粥樣硬化有不同影響，如膳食纖維是有益的，而細菌代謝產物三甲胺則被認為是有害的；4)盡管一些特定細菌分類被認為與動脈粥樣硬化有關，但關于腸道菌群是如何促進動脈粥樣硬化和心血管疾病的幾個關鍵性問題仍有待解答。

3 結語

口腔、腸道作為人體內最主要的兩大微生物的儲存場所，以往只認識到其與口腔或腸道本身的疾病有關，隨著新一代研究技術的進步及宏基因組測序技術的發展，研究者意識到了其與全身性疾病之間存在著關聯。在微生物與動脈粥樣硬化關系的研究中，研究者們更多地關注可能涉及到動脈粥樣硬化及其相關疾病發病機制的腸道細菌類型。盡管明確了一部分腸道菌群與心血管疾病的相關性并嘗試將微生物的宏基因組測序與疾病關聯起來，但具體的機制還需要進一步的研究，更需要大量的臨床研究為其應用于疾病的早期預防提供證據支持。希望在不久的將來對口腔、腸道菌群進行干預治療的策略可以用來預防動脈粥樣硬化及心血管疾病，對人類的健康做出貢獻。

1 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.

2 Koren O， Spor A， Felin J， et al. Human oral， gut， and plaque microbiota in patients with atherosclerosis［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences， 2010， 108（1）： 4592-4598.

3 Trevisan M， Dorn J. The relationship between periodontal disease（pd） and cardiovascular disease （cvd）［J］. Mediterr J Hematol Infect Dis， 2010， 2（3）： e2010030.

4 Darveau RP. Periodontitis： a polymicrobial disruption of host homeostasis［J］. Nat Rev Microbiol， 2010， 8（7）： 481-490.

5 Honda K. Porphyromonas gingivalis sinks teeth into the oral microbiota and periodontal disease［J］. Cell Host Microbe， 2011，10（5）： 423-425.

6 Chapple IL. Time to take periodontitis seriously［J］. BMJ， 2014，348： g2645.

7 Chapple IL， Genco R， . Diabetes and periodontal diseases：consensus report of the Joint EFP/AAP Workshop on Periodontitis and Systemic Diseases［J］. J Periodontol， 2013， 84（4 Suppl）： S106-S112.

8 Demmer RT， Jacobs DR Jr， Singh R， et al. Periodontal Bacteria and Prediabetes Prevalence in ORIGINS ： The Oral Infections， Glucose Intolerance， and Insulin Resistance Study［J］. J Dent Res， 2015，94（9 Suppl）： 201-211S.

9 Birkedal-Hansen H. Role of cytokines and inflammatory mediators in tissue destruction［J］. J Periodont Res， 1993， 28（6 Pt 2）： 500-510.

10 Choi HM， Han K， Park YG， et al. Associations Among Oral Hygiene Behavior and Hypertension Prevalence and Control： The 2008 to 2010 Korea National Health and Nutrition Examination Survey［J］.J Periodontol， 2015， 86（7）： 866-873.

11 Lalla E， Papapanou PN. Diabetes mellitus and periodontitis： a tale of two common interrelated diseases［J］. Nat Rev Endocrinol， 2011，7（12）： 738-748.

12 Noble JM， Scarmeas N， Celenti RS， et al. Serum IgG antibody levels to periodontal microbiota are associated with incident Alzheimer disease［J］. PLoS ONE， 2014， 9（12）： e114959.

13 Sharma P， Dietrich T， Ferro CJ， et al. Association between periodontitis and mortality in stages 3-5 chronic kidney disease：NHANES III and linked mortality study［J］. J Clin Periodontol，2016， 43（2）： 104-113.

14 Albert DA， Ward A， Allweiss P， et al. Diabetes and oral disease：implications for health professionals［J］. Ann N Y Acad Sci， 2012，1255： 1-15.

15 Chen LP， Chiang CK， Peng YS， et al. Relationship between periodontal disease and mortality in patients treated with maintenance hemodialysis［J］. Am J Kidney Dis， 2011， 57（2）： 276-282.

16 de Souza CM， Braosi AP， Luczyszyn SM， et al. Association among oral health parameters， periodontitis， and its treatment and mortality in patients undergoing hemodialysis［J］. J Periodontol， 2014， 85（6）：e169-e178.

17 Garcia RI， Krall EA， Vokonas PS. Periodontal disease and mortality from all causes in the VA Dental Longitudinal Study［J］. Ann Periodontol， 1998， 3（1）： 339-349.

18 Kshirsagar AV， Craig RG， Moss KL， et al. Periodontal disease adversely affects the survival of patients with end-stage renal disease［J］. Kidney Int， 2009， 75（7）： 746-751.

19 Li Q， Chalmers J， Czernichow S， et al. Oral disease and subsequent cardiovascular disease in people with type 2 diabetes： a prospective cohort study based on the Action in Diabetes and Vascular Disease：Preterax and Diamicron Modified-Release Controlled Evaluation（ADVANCE） trial［J］. Diabetologia， 2010， 53（11）： 2320-2327.

20 Saremi A， Nelson RG， Tulloch-Reid M， et al. Periodontal disease and mortality in type 2 diabetes［J］. Diabetes Care， 2005， 28（1）：27-32.

21 de Oliveira C， Watt R， Hamer M. Toothbrushing， inflammation， and risk of cardiovascular disease： results from Scottish Health Survey［J］.BMJ ， 2010， 340（27）： c2451-c2451.

22 Hayashi C， Madrigal AG， Liu X， et al. Pathogen-mediated inflammatory atherosclerosis is mediated in part via Toll-like receptor 2-induced inflammatory responses［J］. J Innate Immun， 2010， 2（4）：334-343.

23 Hayashi C， Viereck J， Hua N， et al. Porphyromonas gingivalis accelerates inflammatory atherosclerosis in the innominate artery of ApoE deficient mice［J］. Atherosclerosis， 2011， 215（1）： 52-59.

24 Zhang T， Kurita-Ochiai T， Hashizume T， et al. Aggregatibacter actinomycetemcomitans accelerates atherosclerosis with an increase in atherogenic factors in spontaneously hyperlipidemic mice［J］.FEMS Immunol Med Microbiol， 2010， 59（2）： 143-151.

25 Xu F， Lu B. Prospective association of periodontal disease with cardiovascular and all-cause mortality： NHANES III follow-up study［J］. Atherosclerosis， 2011， 218（2）： 536-542.

26 Pasini E， Aquilani R， Corsetti G， et al. Malnutrition and Gut Flora Dysbiosis： Specific Therapies for Emerging Comorbidities in Heart Failure［J/OL］. https：//www.hindawi.com/journals/bmri/2015/382585.

27 Emoto T， Yamashita T， Sasaki N， et al. Analysis of Gut Microbiota in Coronary Artery Disease Patients： a Possible Link between Gut Microbiota and Coronary Artery Disease［J］. J Atheroscler Thromb，2016， 23（8）： 908-921.

28 Yamashita T. Intestinal Immunity and Gut Microbiota in Atherogenesis［J］. J Atheroscler Thromb， 2017， 24（2）： 110-119.

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

30 Barrington WT， Lusis AJ. Atherosclerosis： Association between the gut microbiome and atherosclerosis［J］. Nat Rev Cardiol， 2017， 14（12）： 699-700.

31 Jie Z， Xia H， Zhong SL， et al. The gut microbiome in atherosclerotic cardiovascular disease［J］. 2017， 8（1）： 845.

32 Senthong V， Li XS， Hudec T， et al. Plasma Trimethylamine N-Oxide，a Gut Microbe-Generated Phosphatidylcholine Metabolite， Is Associated With Atherosclerotic Burden［J］. J Am Coll Cardiol，2016， 67（22）： 2620-2628.

33 Heianza Y， Ma W， Manson JE， et al. Gut Microbiota Metabolites and Risk of Major Adverse Cardiovascular Disease Events and Death： A Systematic Review and Meta-Analysis of Prospective Studies［J］. J Am Heart Assoc， 2017， 6（7）： e004947.

34 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.

35 Zhu W， Gregory JC， Org E， et al. Gut Microbial Metabolite TMAO Enhances Platelet Hyperreactivity and Thrombosis Risk［J］. Cell，2016， 165（1）： 111-124.

36 Wang Z， Roberts AB， Buffa JA， et al. Non-lethal Inhibition of Gut Microbial Trimethylamine Production for the Treatment of Atherosclerosis［J］. Cell， 2015， 163（7）： 1585-1595.

37 Koeth RA， Wang Z， 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.

38 Weingarden AR， Dosa PI， DeWinter E， et al. Changes in Colonic Bile Acid Composition following Fecal Microbiota Transplantation Are Sufficient to Control Clostridium difficile Germination and Growth［J］.PLoS One， 2016， 11（1）： e0147210.