氧化三甲胺在動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的研究進展

劉赫 張夢軒 蔣本春 魏琨 李春欣 郭麗嬌 朱光澤

(長春中醫藥大學附屬醫院檢驗科，吉林 長春 130000)

目前，隨著國民生活水平的不斷提高，不當的飲食(如高膽固醇、高脂類和高嘌呤等)及不良生活習慣導致腦卒中的發病率不斷增加。腸道微生物群已被認為在包括心腦血管疾病大部分主要疾病中發揮作用，一種可能的機制是通過腸道細菌將膳食膽堿和左旋肉堿轉化為三甲胺(TMA)，TMA在肝臟中進一步氧化成氧化三甲胺(TMAO)，并促進動脈粥樣硬化的發生，而動脈粥樣硬化是導致缺血性腦卒中發病的最常見原因〔1〕。有研究顯示動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者血漿中的TMAO水平增高，但也有研究發現腦卒中患者血漿TMAO水平降低，因此，對于動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者血漿中的TMAO水平是增高還是降低，仍存在一定的爭議，有待相關學者進一步研究。本文對TMAO在動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的研究進展進行綜述。

1 腦卒中現狀

近年來流行病學調查研究表明，2002～2013年，我國腦卒中發病率由189/10萬上升為379/10萬，平均每年增長8.3%〔2〕。2009～2015年，腦卒中死亡率無明顯變化，我國城市和農村人群腦卒中死亡率分別為128.23/10萬和153.63/10萬〔2〕。腦卒中的致病原因包括先天性血管畸形、血管壁發育不良和動脈粥樣硬化等因素，其中動脈粥樣硬化是引起腦卒中的主要致病原因，并且以頸動脈粥樣硬化引發的缺血性腦卒中報道居多，約占腦卒中總數的60%左右〔3〕。動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中是老年人常見的腦血管疾病之一，并且隨著年齡增加，其發病率有逐年增加的趨勢，嚴重威脅老年人的生命安全〔3〕。目前，關于腦卒中的病因和發病機制的遺傳流行病學研究主要集中在脂質代謝、炎癥反應、腎素-血管緊張素-醛固酮系統、同型半胱氨酸代謝、一氧化氮合酶及與心臟病發病相關的基因和其他基因等多方面〔4〕，然而近年來國內外有多篇文獻報道，腦卒中的發生和發展與腸道菌群的代謝產物TMAO具有密切的相關性〔3～5，4～17〕。

2 TMAO的來源

人體腸道微生物群是一個巨大的多樣性生態系統，寄居著種類繁多的微生物，這些微生物稱為腸道菌群。腸道菌群具有營養腸上皮細胞健康和先天免疫功能，在人類健康和疾病中起重要作用。也可應用于一些代謝表型的研究，如肥胖和胰島素抵抗及免疫應答的改變等。當某些原因引起腸道菌群失調時，可導致或參與多種疾病的發生發展，與心腦血管疾病、肥胖、糖尿病、炎癥性腸炎、胃腸道癌癥和自身免疫性疾病具有一定的相關性〔5〕。TMA在肝臟中經肝臟黃素單加氧酶(特別是FMO3和FMO1)進一步氧化成TMAO〔6，7〕，此外，某些類型的海產品(如鱈魚和其他硬骨魚類、鯊魚，軟體動物和甲殼類)也是TMAO的重要直接來源〔8〕。

3 TMAO促進動脈粥樣硬化形成及發展的可能機制

在人體進食后，某些腸道細菌在消化膳食膽堿時產生TMAO，這是一種易引發動脈粥樣硬化的物質。TMAO能使膽固醇進入血管壁，干擾膽固醇正常新陳代謝，從而造成脂肪堆積，特別容易引起致命的心腦血管疾病。Wang等〔6〕認為 TMAO能通過增加促動脈粥樣硬化清道夫受體CD36和清道夫受體(SR)A在巨噬細胞表面的表達，從而抑制膽固醇逆向轉運和誘導泡沫細胞形成，進而促進血管斑塊形成，并通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和細胞核因子κB通路促進血管炎性反應的發生〔9，10〕，在動脈粥樣硬化形成中發揮重要作用。Wang等〔6〕對具有動脈粥樣硬化傾向的小鼠進行相關研究發現，長期給予小鼠富含膽堿的飲食，會使小鼠的主動脈逐步發展成動脈粥樣硬化性病變，并增加其巨噬細胞中膽固醇的積累，但當富含膽堿的飲食中加入廣譜抗生素時，由于腸道菌群被廣譜抗生素抑制，因此使小鼠的動脈粥樣硬化病變癥狀被消除。Koeth等〔11〕、Charach等〔12〕對源自膳食膽堿產生TMAO的動物實驗研究發現，肝臟表達的膽汁酸合成酶Cyp7a1明顯減少，Cyp7a1是主要的膽汁酸合成酶，也是膽固醇分解代謝的限速酶。Cyp7a1表達上調將導致膽汁酸池擴大，膽固醇逆向轉運增加，進而降低易感小鼠的動脈粥樣硬化斑塊的形成；而TMAO能降低Cyp7a1的表達，因此能抑制膽固醇逆向轉運，誘導泡沫細胞形成，成為動脈粥樣硬化的危險因素。除上述機制外，Stancu等〔13〕報道，腸道細菌還可通過增加膳食能量攝入、長期輕度炎癥浸潤、調節脂肪酸代謝等方式影響動脈粥樣硬化的形成和發展。

4 TMAO與動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的關系

4.1TMAO高水平表達 Li等〔14〕調查兩組獨立的動脈粥樣硬化患者血漿中TMAO水平與心血管事件風險之間的關系，發現在克利夫蘭實驗組中，530例心源性胸痛的連續受試者血漿TMAO水平的升高與重大不良心臟事件(包括心肌梗死、腦卒中、血運重建和死亡等)發生的風險獨立相關，隨訪第30天(第四分位校正優勢比為6.30，95%置信區間為1.89～21.0，P<0.01)，間隔6個月后觀察(第四分位校正優勢比為5.65，95%置信區間為1.91～16.7，P<0.01)，與cTnT濃度指標相比，發現TMAO濃度指標靈敏性更高，該指標可作為心血管疾病發病率的預測標志物。同時，TMAO水平也是長期致死率的顯著預測指標，Li等〔14〕對來自瑞士多個醫療機構的1 683例接受冠狀動脈造影的急性冠脈綜合征患者進行研究，結果顯示(第四分位校正優勢比為1.81，95%置信區間為1.04～3.15，P<0.05)，提示TMAO能預測心腦血管不良事件再發生風險，為疑似冠狀動脈粥樣硬化患者提供臨床效用和風險分層。Tang等〔15〕對4 007例受試者進行了研究，并對其隨訪3年，主要研究血漿中TMAO與心腦血管事件發生風險之間的相關性，研究結果表明TMAO與血栓事件發生風險呈劑量依賴性正相關，且這一作用獨立于傳統的心腦血管疾病危險因素，可將其作為新型心腦血管疾病的風險因子〔16〕。劉振東等〔3〕選取紹興市中心醫院80例缺血性腦卒中患者為病例組，40例門診健康體檢者為對照組，采用穩定同位素內標液質聯用法檢測血清 TMAO 和脂蛋白相關磷脂酶(Lp-PLA2)水平，對比分析兩組 TMAO、Lp-PLA2水平差異和相關性，結果顯示病例組血漿 TMAO、Lp-PLA2水平明顯高于對照組(P<0.05)，說明TMAO、Lp-PLA2與動脈粥樣硬化患者缺血性腦卒中的發生具有密切相關性，可作為預測動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中發生的較有效指標。徐燕飛等〔17〕選取90例北京當地居民作為研究對象，其中治療組60例，治療組來自首都醫科大學宣武醫院神經內科住院的動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者；健康對照組30例，為社區隨機人群。采用高效液相質譜串聯技術對治療組、健康對照組進行血漿TMAO水平的分析，發現健康對照組的血漿 TMAO 水平低于治療組治療前的血漿 TMAO 水平，而治療組治療前后的血漿 TMAO 水平之間也存在差異，治療后血漿 TMAO 水平降低，說明高水平血漿 TMAO 是動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的一個危險因素。

4.2TMAO低水平表達 雖然以上研究均認為血漿TMAO水平在動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者中高水平表達，可預測缺血性腦卒中及各種心腦血管疾病的發生，但也有研究表示出不同觀點。Yin等〔5〕對大動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中和短暫性腦缺血發作患者進行病例對照研究，并未發現這類患者血漿TMAO水平升高，在無癥狀對照組中，表現出相似的TMAO水平，腸道菌群沒有顯著性差異。而腦卒中和短暫性腦缺血發作患者的腸道微生物群與無癥狀組對照明顯不同，患者腸道內有更多的條件性致病菌，如腸桿菌屬、巨球型菌屬和脫硫弧菌，較少的共生菌或益生菌〔18，19〕，這種失調與疾病的嚴重程度有關，患者的TMAO水平明顯低于無癥狀對照組。廖碩希等〔20〕將322例來自南方醫院神經內科的動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中患者作為研究對象，231例體檢者作為健康對照組，采用同位素稀釋-高效液相色譜-質譜聯用技術測定血漿TMAO水平，發現疾病組血漿TMAO水平明顯低于健康對照組。盡管目前的研究尚不能說明這些改變發生于腦卒中事件前還是腦卒中事件后，但很明顯，這種腸道菌群失調和血漿TMAO水平下降，對腦卒中患者遠期的影響有待相關學者進一步研究探索。

5 TMAO與其他疾病的關系

TMAO對其他一些疾病(如心力衰竭、腎病、糖尿病和肺病等)的發生發展中也起著重要作用。

5.1TMAO與心力衰竭 Tr?seid等〔21〕研究發現155例慢性心力衰竭患者與100例無心力衰竭患者和33例健康對照組相比，血漿TMAO、膽堿和甜菜堿均具有較高的水平，且在缺血性心力衰竭患者中TMAO水平最高。Suzuki等〔22〕證實急性心力衰竭患者的高水平TMAO與高風險的病死率及患者的不健全表現直接相關。一些研究也發現了TMAO和心血管疾病風險之間的聯系，認為血漿TMAO濃度與心力衰竭患者的長期死亡率、晚期左心室舒張功能障礙及動脈粥樣硬化性冠狀動脈疾病患者的動脈粥樣硬化負擔密切相關〔23～25〕。

5.2TMAO與腎臟疾病 Posada-Ayala等〔26〕對31例患者尿液代謝物分析研究表明，在慢性腎臟病(CKD)和非CKD尿液中的7種代謝物中，血漿TMAO濃度在CKD中較高。Bain等〔27〕研究證實15例終末期腎病患者血漿中TMAO顯著高于15例健康對照組，說明腎功能較差的患者血漿TMAO濃度顯著升高。Missailidis等〔28〕在對179例3～5期慢性腎病患者中，發現腎小球濾過率(GFR)和腎功能受損是影響血漿TMAO濃度的主要變量，TMAO濃度增加與全身炎癥標志物相關，并且會預測5年生存率，TMAO的血漿濃度也與GFR呈負相關，在透析患者中顯著升高。Tang等〔29〕通過對521例穩定腎病患者的研究，認為空腹血漿TMAO濃度與全因死亡率有關，在對傳統危險因素，如超敏C反應蛋白、腎小球濾過率等進行校正后，升高的血漿TMAO濃度能夠預測5年死亡率，說明TMAO濃度增加與腎臟疾病死亡率增加有關。

5.3TMAO與糖尿病 有研究發現在不同疾病人群中糖尿病患者都存在較高的TMAO水平。Tang等〔30〕發現心力衰竭合并糖尿病的患者血漿TMAO顯著升高。Lever等〔31〕研究表明，與沒有糖尿病的患者相比，2型糖尿病患者的血漿TMAO和甜菜堿濃度更高，認為TMAO和甜菜堿水平的變化可預測各種心血管事件的不良后果。此外，Gao等〔32〕還發現，在小鼠膳食中添加TMAO可加重糖耐量受損、胰島素信號傳導、促進脂肪組織炎癥。但Wang等〔33〕獨立研究分析表明糖尿病患者血漿代謝物TMAO、肉堿和膽堿之間產生了相似的血漿相關性，但TMAO在本組分析中對預測糖尿病并沒有顯著性意義，這與上述其他研究者的結論相矛盾，有待相關學者對TMAO與糖尿病的關系進行更深入的探索研究。

5.4TMAO與慢性阻塞性肺疾病(COPD) COPD由于感染原因導致心血管疾病和死亡的風險增高。Ottiger等〔34〕對189例COPD惡化患者前瞻性隨訪6.1年。 通過液相色譜-串聯質譜法測定急診科入院患者血漿TMAO水平，使用Cox回歸模型和線性回歸模型研究TMAO與全因死亡率和不同合并疾病的關系。發現6年后COPD惡化患者全因死亡率為55.6%。死亡患者與幸存者相比有更高的TMAO水平，但這種關聯在多變量調整后不再顯著，TMAO水平在非肺炎和COPD惡化患者中相似。在線性回歸分析中，高齡、超重、糖尿病和慢性腎病是血漿TMAO水平升高的預測指標。以上說明升高的TMAO與COPD患者的長期全因死亡率相關，但與病情惡化程度無關，對于TMAO是否可預測惡化的COPD不良臨床結果尚不清楚，還需進一步研究。

6 TMAO在動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中防治中的應用

有研究表明，抑制TMAO的產生能降低動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中發生的風險，可作為預防心腦血管疾病發生的一項較早期標志物。通過膳食調節、使用益生菌和抗生素等方式可調控TMAO的產生，從而可有效預防動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的發生〔6，15，35，36〕。一般而言，膳食因素是腸道菌群的主要調節因素〔37〕，Ierardi等〔35〕認為減少膽堿或左旋肉堿來源(紅肉和蛋)和某些類型的海產品(如鱈魚和其他硬骨魚類、鯊魚、軟體動物和甲殼類)的攝入量，可能使TMAO生成下降，而對心腦血管健康有益。Sitaraman〔38〕認為一些細菌類桿菌可能參與TMA形成，因為這些細菌產生的磷脂酶能夠水解膳食磷脂酰膽堿，從而產生TMA。此外，Serino等〔39〕報道來自丹毒綱(厚壁門)的細菌可分解膽堿產生TMA，在腸道菌群中，擬桿菌和厚壁菌是兩個主要的細菌類群。而益生菌可用于控制腸腔中的TMA濃度，Brugere等〔40〕證明了產甲烷古菌的菌種能通過氫還原TMA產生甲烷，基于這些研究結果，該學者提出在人群中使用古生菌的目的就是消耗TMA，從而降低TMAO生成。在另外一些研究中，小鼠和人使用口服廣譜抗生素，血漿TMAO水平在短時間內被抑制，在停用抗生素后TMAO水平增高，可能是由于腸道菌群耐藥菌株的出現所致〔3,4，13〕，但在三甲基胺尿癥患者中，低劑量的新霉素和甲硝唑等抗菌藥的循環反復使用，可避免抗生素耐藥性〔41〕，提示短期內使用非全身性抗生素可能有助于降低心腦血管風險。通過膳食調節、使用益生菌和抗生素等方式可有效減少血漿TMAO生成。

綜上，腸道作為機體多種微生物的聚集場所，參與機體全身新陳代謝，腸道微生物及其代謝物TMAO可能成為未來研究動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的新的靶點，為推動動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的預防和治療領域開辟新的道路。然而，動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的發病機制是否與TMAO增高有關，TMAO增高又是否是該疾病的起因或結果仍然存在爭議，有待進一步的研究探索。