腸道菌群與冠狀動脈粥樣硬化性疾病

孔春靈 李靜超 楚英杰

1鄭州大學(xué)人民醫(yī)院（鄭州 450003）；2河南省人民醫(yī)院（鄭州 450003）

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（CHD）是威脅人類健康的主要疾病之一，尤其是冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂所引發(fā)的急性心肌梗死（AMI），是目前全球?qū)е滤劳雎实闹饕∫颍?］。當(dāng)前，使用有效的他汀類藥物降低低密度脂蛋白和膽固醇并穩(wěn)定冠脈粥樣斑塊，是降低心血管不良事件發(fā)生的主要手段之一；且隨著急診冠脈血運重建救治水平的提高，AMI的救治率明顯提高。但是近年來，心血管疾病的發(fā)病率和死亡率卻有逐年上升的趨勢，這些數(shù)據(jù)警示我們，僅控制已知的危險因素和提高冠脈血運重建的水平對于冠心病的預(yù)防和救治是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的；基于當(dāng)前的醫(yī)療需求，關(guān)于可能導(dǎo)致冠心病的新的傳導(dǎo)通路和代謝機(jī)制不斷被發(fā)現(xiàn)。近年來，腸道菌群和慢性代謝性疾病的關(guān)系受到多領(lǐng)域?qū)W者的追捧，已有研究證實，腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變參與了高血壓、糖尿病、自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展過程。腸道菌群參與機(jī)體冠心病進(jìn)展相關(guān)的代謝和免疫通路，也成為當(dāng)下心血管和微生物領(lǐng)域研究的熱點。本文旨在討論了目前腸道菌群及其代謝產(chǎn)物與冠心病關(guān)系的研究現(xiàn)狀及其未來的研究方向和臨床應(yīng)用前景，可能為冠心病的診治開辟新的治療靶點。

1 冠心病患者腸道菌群結(jié)構(gòu)特征

人體腸道細(xì)菌群的建立從自母體分娩時接觸到母體陰道的菌群開始。胚胎在母體的子宮內(nèi)處在一個無菌的環(huán)境，出生后第1天，腸桿菌、腸球菌、葡萄球菌和類桿菌開始在嬰兒的腸道內(nèi)定植，第6天后，腸道內(nèi)雙歧桿菌占優(yōu)勢，斷奶后到成年，雙歧桿菌和乳酸菌處于優(yōu)勢地位，到老年，雙歧桿菌等有益菌群數(shù)量下降，有害菌種的比例升高。據(jù)估計，在我們?nèi)梭w的腸道中有大約1 000種細(xì)菌組成的100萬億細(xì)菌細(xì)胞，其基因含量超過宿主基因至少100倍［2］。這組龐大的基因群，被稱為人體后天獲得的“第二個基因組”。這數(shù)百萬億的群所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，參與了機(jī)體多個分子學(xué)代謝通路。近年來，基因測序技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為我們研究人類腸道菌群結(jié)構(gòu)和其攜帶的基因組提供了新的技術(shù)支持。

對于健康的成年人而言，腸道菌群結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。目前的研究指出，腸道內(nèi)菌群多數(shù)歸屬于厚壁菌門和擬桿菌門，少數(shù)歸屬于放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和疣微菌門。其中，約99%的腸道細(xì)菌屬于厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門4種門類菌。鑒于腸道內(nèi)的很多菌種不能在體外培養(yǎng)，腸道菌群的分類和確認(rèn)變得復(fù)雜，單純應(yīng)用體外分析和培養(yǎng)尚難以確定健康成年人的腸道菌群組成。宏基因組技術(shù)應(yīng)用后，將人類腸道優(yōu)勢菌群按3種優(yōu)勢菌群進(jìn)行區(qū)分：Ⅰ型為擬桿菌屬優(yōu)勢型，Ⅱ型為普氏菌屬優(yōu)勢型，Ⅲ型為瘤胃球菌屬優(yōu)勢型。Ⅲ型也可稱之為擬桿菌屬和普氏菌屬劣勢型［3］，雖此種分型方法尚未達(dá)成廣泛共識，但將腸道菌群結(jié)構(gòu)研究推向了菌屬的水平。對于健康人而言，有益菌占多數(shù)，有害菌占少數(shù)，二者動態(tài)平衡維持機(jī)體健康狀態(tài)。有益菌成為優(yōu)勢菌群，可形象的稱之“大樹菌“。當(dāng)處于某些疾病狀態(tài)時，腸道菌群會發(fā)生顯著變化：有益菌減少，有害菌增多［5］。腸道菌群失調(diào)又進(jìn)一步加重疾病狀態(tài)，形成惡性循環(huán)。

2006年有研究報道：肥胖和腸道菌群變化相關(guān)［6］，肥胖患者腸道內(nèi)厚壁菌門的增多及擬桿菌門的減少。TURNBAUGH等［7］通過將肥胖小鼠的糞菌移植到無菌小鼠腸道中，發(fā)現(xiàn)無菌小鼠變得肥胖；該研究提示腸道菌群變化導(dǎo)致肥胖的發(fā)生。2012年，KARLSSION等［8］應(yīng)用全基因測序的方法探究腸道菌群結(jié)構(gòu)變化和粥樣硬化性心臟病是否有關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果表明，與健康人群相比，冠心病患者組柯林斯菌屬增多，羅氏菌屬和優(yōu)桿菌屬降低；采用宏基因組技術(shù)行進(jìn)一步的功能分析，結(jié)果表明冠心病患者組腸道菌群基因組中編碼肽聚糖合成的基因增多，編碼八氫番茄紅素脫氫酶（與降低血清中的β-胡蘿卜素有關(guān)的基因減少。2016年，EMOTO等利用末端限制性片段長度多態(tài)性（T?RFLP）和16SRNA的方法研究冠心病患者和健康志愿者之間的腸道菌群結(jié)構(gòu)差別；通過T?RFLP可將腸道菌群分為10組，分別為：普氏菌屬、擬桿菌屬、乳桿菌目、雙歧桿菌屬、梭菌屬Ⅸ、梭菌屬Ⅺ、梭菌屬和其他菌屬。研究結(jié)果提示：在冠心病患者組，成熟的乳酸桿菌目明顯增多，擬桿菌門（擬桿菌屬+普氏菌屬）明顯下降，且厚壁菌門/擬桿菌門的比例明顯上升［9］。

腸道的細(xì)菌分類等級界定為界、門、綱、科、屬、種，目前冠心病對于患者腸道菌群結(jié)構(gòu)特征的研究雖然層出不窮，但多數(shù)停留在種屬的層面。宏基因測序技術(shù)的誕生，可以將菌群的研究精確到菌株水平，菌株是由一獨立分離的單細(xì)胞繁殖而成的純遺傳型群體及其一切后代，典型菌株、模式株。為將來腸道菌群的干預(yù)研究，提供更加精確的干預(yù)靶點。

2 腸道菌群及其代謝產(chǎn)物：膽汁酸和短鏈脂肪酸

腸道菌群被證實對膽汁酸的代謝有促進(jìn)作用。初級膽汁酸主要是通過肝臟中膽固醇的氧化而合成的，并被分泌到腸道中以溶解脂質(zhì)促進(jìn)其吸收。微生物膽汁鹽水解酶將初級膽汁酸分解為次級膽汁酸。大約95%的膽汁酸從腸道中被重新吸收用于循環(huán)，5%在糞便中丟失，這是排泄膽固醇的主要途徑。最近研究發(fā)現(xiàn)，膽汁酸不僅在脂類代謝，亦在各種生理過程發(fā)揮作用。腸道細(xì)菌參與膽汁酸的轉(zhuǎn)化過程中，增加了人體宿主棕色脂肪組織（BAT）的燃燒、能量消耗和胰島素敏感，從而抑制炎癥的產(chǎn)生。其主要由farnesoid X受體（FXR）和膽汁酸G蛋白耦合受體-5（TGR5）23、24）受體介導(dǎo)；具體機(jī)制目前正在研究中，而其功能和機(jī)制的澄清，可能會導(dǎo)致新的治療方法的發(fā)展，不僅僅在CAD方面。

細(xì)菌分解碳水化合物后的主要產(chǎn)物是單糖，其發(fā)酵形成各種短鏈脂肪酸（SCFAs），如醋酸酯、丁酸酯、丙酸酯等。醋酸酯和丙酸酯主要是由門菌產(chǎn)生，而丁酸酯則是由門生菌產(chǎn)生。SCFAs是G-蛋白耦合受體GPR43和GPR41.27的配體，由特定的單羧轉(zhuǎn)運蛋白通過腸黏膜上皮細(xì)胞輸送到血液中。短鏈脂肪酸與相應(yīng)受體結(jié)合后可降低組蛋白脫乙酰酶（HDAC）的活性，增強(qiáng)G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）信號，而G-蛋白耦合受體在能量代謝、交感神經(jīng)系統(tǒng)和免疫細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中得到廣泛的表達(dá)和發(fā)揮作用。總的來說，腸道細(xì)菌的這些差異可能與SCFAs的數(shù)量有關(guān)，并影響了若干種疾病的發(fā)病率。

3 腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對冠心病的影響

腸道菌群參與人體代謝與非代謝相關(guān)過程［10］。WANG等［11］應(yīng)用代謝組學(xué)的方法明確了人類血漿中和心血管疾病風(fēng)險相關(guān)的3種小分子腸道菌群代謝產(chǎn)物，分別是：膽堿、三甲胺氮氧化物（TMAO）和甜菜堿；其均來自食物中的脂質(zhì)磷脂酰膽堿。腸道細(xì)菌將人體攝入的脂質(zhì)磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)化為膽堿和L-肉毒堿［三甲胺（TMA）］，TMA在人體肝臟內(nèi)黃素單氧酶（FMO）的催化下轉(zhuǎn)化為三甲胺氮氧化物（TMAO）。

動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，給動脈粥樣硬化傾向的小鼠喂養(yǎng)富含膽堿或者TMAO的食物，加速了動脈粥樣硬化的形成且改變膽固醇的代謝［12］。然而，給使用抗生素或者無菌小鼠喂養(yǎng)同樣的食物，結(jié)果顯示食物中膽堿代謝產(chǎn)生的TMAO和動脈粥樣硬化的加速現(xiàn)象均消失。不難發(fā)現(xiàn)，這種加速動脈粥樣硬化的現(xiàn)象離不開腸道菌群的參與。綜上所述，動物實驗等基礎(chǔ)研究明確了一條食物中脂質(zhì)磷脂酰膽堿參與心血管疾病發(fā)生發(fā)展的新的代謝通路，即腸道菌群依賴的脂質(zhì)磷脂酰膽堿代謝物TMA，TMA通過肝臟中的FMO轉(zhuǎn)化為TMAO釋放入血，TMAO通過改變固醇和膽汁酸的代謝，增加巨噬細(xì)胞的活性等機(jī)制加速動脈粥樣硬化進(jìn)程。

臨床研究亦表明，TMAO增加了心血管疾病的風(fēng)險［13］，使急性心肌梗死、心源性休克和死亡的發(fā)生率升高。2013年，TANG 等［14］的大樣本量（n=4 007）研究表明血清中TMAO水平升高和惡性心血管事件相關(guān)。循環(huán)中TMAO含量在較高1/4的患者組其惡性心臟事件的發(fā)生率是較低1/4患者組的2.5倍；而且，TMAO的風(fēng)險比值明顯高于低密度脂蛋白；在校正了傳統(tǒng)的影響因子和腎功能以后，TMAO水平升高依然是惡性心血管事件的獨立預(yù)測因子。那么，血中的TMAO是通過何種機(jī)制參與冠脈粥樣硬化的過程呢？有研究表明，TMAO影響膽固醇代謝、食物膽堿或TMAO的補充劑導(dǎo)致巨噬細(xì)胞表面清道夫受體（CD36和SR?A1）表達(dá)增加，促使泡沫細(xì)胞的形成，從而加速了動脈粥樣硬化的形成。

另外，腸道菌群還通過非代謝相關(guān)的因素影響的冠心病的發(fā)生和發(fā)展，非代謝相關(guān)的作用包括腸道壁滲透性增高，細(xì)菌細(xì)胞壁產(chǎn)生脂多糖（LPS）和肽聚糖可通過腸壁入血。循環(huán)中這些物質(zhì)的出現(xiàn)可激活巨噬細(xì)胞，從而影響脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運，增加胰島素抵抗，高脂血癥和血管炎癥［15］。綜上所述，腸道細(xì)菌就像一個大的內(nèi)分泌器官，從代謝依賴和非代謝依賴兩個方面增加冠心病發(fā)生風(fēng)險。

4 干預(yù)腸道菌群結(jié)構(gòu)對AMI預(yù)后的影響

AMI是冠心病的繼發(fā)性改變，也是其最嚴(yán)重的分型。與冠狀動脈粥樣硬化的慢性形成過程不同，急性心肌梗死對機(jī)體來說是急性的應(yīng)激性創(chuàng)傷。在此創(chuàng)傷下，腸道菌群結(jié)構(gòu)是否會發(fā)生應(yīng)激性改變并且影響到其代謝產(chǎn)物的變化呢？我們推測，AMI可能導(dǎo)致腸道菌群結(jié)構(gòu)急性的改變，腸道菌群結(jié)構(gòu)的紊亂可能影響到AMI患者的預(yù)后。通過干預(yù)腸道菌群的結(jié)構(gòu)來阻止冠狀動脈粥樣硬化的進(jìn)展或者改善已發(fā)生AMI患者的預(yù)后，或許會為急性心肌梗死治療提供新方向。

目前，針對腸道菌群和冠心病的干預(yù)性研究多停留在動物實驗的階段。2012年，LAM等［16］使用抗生素抑制腸道菌群，觀察腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變對AMI小鼠預(yù)后的影響，分別給予實驗組小鼠腸道含萬古霉素（僅可微量通過腸道吸收）的飲用水，對照組小鼠給予無萬古霉素的水；后使用外科結(jié)扎方式人為制造小鼠AMI模型。結(jié)果顯示實驗組小鼠較對照組小鼠梗死面積減少了27%。為證實萬古霉素通過腸道菌群減輕了小鼠心梗面積，后直接在冠脈循環(huán)中給予實驗組小鼠萬古霉素，與對照組相比，實驗組小鼠的心梗面積改變并無統(tǒng)計學(xué)意義。第三組仍給予實驗組小鼠口服萬古霉素的水，后將吸收入循環(huán)血中的萬古霉素從循環(huán)中去除，結(jié)果顯示實驗組小鼠的心梗面積減少了27%。此實驗證實，抗生素對小鼠AMI面積的影響主要是通過影響腸道而起作用。2016年，LAM等［17］使用不可吸收的萬古霉素或者鏈霉素、新霉素、多粘菌素B和桿菌肽4種抗生素的混合物喂養(yǎng)小鼠7 d后，人為制造小鼠心梗模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組小鼠和對照組相比，心梗面積分別下降了27%和29%。2014年，GAN等［18］在小鼠身上證實給予小鼠益生菌可以減輕心梗后心肌肥大。干預(yù)腸道菌群結(jié)構(gòu)而改善急性心肌梗死臨床預(yù)后，或許會成為AMI治療的新方法。

然而，上述研究并未證實改善腸道菌群結(jié)構(gòu)是否可預(yù)防冠狀動脈粥樣硬化及降低AMI的發(fā)生率；大樣本的前瞻性的隊列研究有待實施，進(jìn)一步探究腸道菌群和冠心病之間是否為因果關(guān)系。

本文闡述腸道菌群和冠心病關(guān)系目前的研究現(xiàn)狀，冠心病患者于健康人群腸道菌群結(jié)構(gòu)存在差異已在本領(lǐng)域達(dá)成共識，但是對于冠心病人群腸道菌群的特征，各研究中心卻各抒己見。宏基因測序技術(shù)的出現(xiàn)，有助于將腸道菌群研究精確的菌株水平，未來找出阻止冠心病發(fā)展的優(yōu)勢菌株，使其在腸道內(nèi)大量繁殖，也許可能成為干預(yù)冠心病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵靶點。目前，腸道菌群代謝產(chǎn)物TMAO被證實是冠心病的獨立危險因素，但TMAO參與冠心病形成的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步證實。對于腸道菌群結(jié)構(gòu)的干預(yù)性研究，目前僅停留在動物實驗水平，找到合適又安全的干預(yù)方式，應(yīng)用于人體，需要微生物學(xué)和臨床心臟病學(xué)者的共同努力。

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