氧化三甲胺在腦卒中患者中應用價值的研究進展

羅嘉欣，張傲琪，李自如，姚遠，，袁軍

腦卒中是臨床常見的神經系統疾病，其中急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke，AIS）發病率較高，占腦卒中患者總數的70%～80%［1］。AIS是由于腦組織血液供應中斷導致的腦組織壞死［2］，具有發病率高、致殘率高及致死率高等特點［3］。2016年全球疾病負擔（Global Burden of Disease，GBD）研究數據顯示，中國是全世界終生腦卒中風險最高的國家，為39.3%，其中男性腦卒中風險為41.1%，女性腦卒中風險為36.7%［4］。相關研究顯示，AIS是我國最主要的致死病因，特別是在東北和華中地區［5］。目前，生物標志物和影像學數據是臨床常規檢查指標［6］。動脈粥樣硬化的生物標志物包括氧化三甲胺（trimethylamine oxide，TMAO）、超敏C反應蛋白（hypersensitive C-reactive protein，hs-CRP）和白介素（interleukin，IL），其可輔助評估AIS患者治療效果及預后［7-8］。研究表明，早期TMAO升高可能預示AIS患者預后不良，提示TMAO作為獨立預后標志物對AIS具有潛在應用價值［9］。

TMAO是一種急性期反應物，在肝臟需要依賴腸道微生物作用才能合成，其可作用于動脈管壁及血小板，并影響脂代謝［10-13］，是目前研究最廣泛的新型靶點生物標志物之一［14-15］。研究表明，TMAO具有促進動脈粥樣硬化形成、增加血小板反應性及促進血栓形成等作用［12，15］。ZHAI等［16］、REXIDAMU等［17］研究均發現，入院時TMAO水平升高可預測AIS患者3個月后功能預后不良及死亡風險，此外其還與患者首次缺血性腦卒中發生風險及神經功能缺損惡化有關。另外多項研究表明，TMAO與心血管疾病、高血壓、糖尿病等腦卒中危險因素有關［18-20］。筆者通過檢索相關文獻，主要綜述了TMAO的代謝機制、影響因素及其在腦卒中患者中的應用價值，旨在為進一步研究TMAO與腦卒中的關系提供一定理論基礎。

1 TMAO的代謝機制

TMAO是由飲食直接攝入或間接生成的肉堿、含磷脂酰膽堿及甜菜堿轉化為三甲氨（trimethylamine，TMA），后者在腸道微生物作用下或再經門靜脈循環進入肝臟并被黃素單加氧酶（flavin-containing monooxygenase，FMOs）氧化后生成TMAO，見圖 1［12，21］。TMAO通過激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）和G?γ可誘導內皮細胞和平滑肌細胞的炎癥信號傳導和基因表達，同時激活NLRP3炎性小體，并通過抑制SIRT3-SOD2-線粒體ROS信號通路而促進血管炎性反應。另外，在機體內TMAO還可上調清道夫受體、CD36和A1類清道夫受體（class A1 scavenger receptor，SR-A1）表達，誘導巨噬細胞攝取更多修飾的低密度脂蛋白，進而形成泡沫細胞、促進動脈粥樣硬化［22-24］。TMAO可通過促進細胞內儲存的Ca2+釋放、增強血小板對多種激動劑（二磷酸腺苷、凝血酶和膠原蛋白）的反應性而導致血小板高反應性及血栓形成風險升高［12，25］。再者，TMAO還可通過改變膽汁酸譜、激活核受體類法尼醇X受體（farnesoid X receptor，FXR）和小異源二聚體伴侶受體（small heterodi mer partner，SHP）、降低膽固醇7-羥化酶（cholesterol 7-alpha hydroxy-lase，CYP7A1）表達而抑制膽汁酸合成，同時減少膽固醇逆向轉運［13，26］。因此，TMAO成為飲食、腸道菌群、動脈粥樣硬化和血栓形成之間的一種新媒介物質。

圖1 TMAO的代謝機制Figure 1 Metabolic mechanism of TMAO

2 TMAO的影響因素

與許多生物標志物相同，TMAO水平同樣受到多種因素的影響。從TMAO產生途徑及代謝過程看，飲食或腸道菌群變化可能是小鼠和人類血漿TMAO水平的重要決定因素，而基因的影響甚微［27］。既往研究表明，TMAO水平與年齡、總膽固醇和左旋肉堿呈二元關聯，其中與左旋肉堿的相關性最強（P＜0.001）［28］；此外，食用≥2個蛋黃、肉和魚或乳制品均會引起TMAO水平升高［29-31］；短期高脂飲食不會增加健康非肥胖年輕男性的空腹血漿TMAO水平，但會增加其餐后血漿TMAO水平［32］，且血液循環中的TMAO水平與肥胖呈劑量依賴關系［33］。BIELINSKA等［34］研究發現，攝入鹽會影響腸道菌群組成及其宿主內環境穩態，進而增加血漿TMAO水平，其原因可能與尿液排泄減少有關。

盡管TMAO主要來源于飲食，但通過控制飲食而減少TMAO生成的合理性尚需進一步研究［35］，且TMAO水平可能還受到種族、環境及藥物（如他汀類、抗血小板類藥物）的影響。TMAO的影響因素及應用價值見圖2。

圖2 TMAO的影響因素及應用價值Figure 2 Influencing factors and application value of TMAO

3 TMAO在腦卒中患者中的應用價值

3.1 TMAO在動脈粥樣硬化中的應用價值 AIS主要由動脈粥樣硬化性狹窄和血栓阻塞腦血管所致［36-39］。動脈粥樣硬化是一種動脈壁的慢性炎癥性疾病，是世界范圍內導致人口死亡及壽命縮短的主要病因之一［40-41］，其可動態、反復誘發顱內動脈狹窄、進展。近年隨著動脈粥樣硬化發生率升高，AIS發病風險隨之升高，因此通過動脈粥樣硬化生物標志物而判斷斑塊穩定性可早期評估AIS的發生發展。

研究表明，高分辨率磁共振成像顯示動脈管壁情況聯合急性期生物標志物（如TMAO或hs-CRP）可更準確地反映動脈粥樣硬化斑塊穩定性［42-45］；血清TMAO水平升高預示動脈粥樣硬化程度加重或斑塊活動性增加或破裂［15，22-24］。BOGIATZI等［46］研究結果顯示，TMAO是頸動脈斑塊負荷的獨立預測因子（P=0.011）。GENG等［47］通過小鼠模型探索TMAO促進動脈粥樣硬化的相關機制，發現TMAO可增強斑塊中巨噬細胞募集及上調CD36、促炎細胞因子表達；其通過體外實驗發現，TMAO可增加巨噬細胞遷移及上調腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）、IL-6和細胞間黏附分子（intercellular cell adhesion molecule，ICAM1）表達，此外TMAO還增強了氧化修飾的低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，ox-LDL）誘導的CD36表達和泡沫細胞形成。因此，TMAO可促進體內外動脈粥樣硬化發生，而CD36可能在TMAO誘導泡沫細胞形成過程中起關鍵作用。同時，TMAO還可通過增加組織因子表達及活性而促進動脈粥樣硬化斑塊原位血栓形成［48］。上述研究表明，TMAO水平能反映動脈粥樣硬化斑塊穩定性，可評估動脈粥樣硬化性疾病發生風險并作為其新型治療靶點［49］。

3.2 TMAO在AIS中的應用價值 目前，AIS的診斷主要依賴臨床檢查和神經影像學技術［50］，故探尋有效生物標志物非常重要［51］。FARHANGI等［52］進行的薈萃分析結果顯示，循環TMAO水平與AIS發生風險呈劑量依賴關系，且與非AIS患者相比，AIS患者循環TMAO水平更高。既往還有研究表明，發病24 h內血清TMAO水平升高是AIS患者病情嚴重程度、早期神經功能損傷及3個月功能預后不良的獨立預測因子，這為AIS的靶向治療提供了新的思路［9，15-16，53-55］。

目前，TMAO在AIS中的應用價值仍需要進一步研究。ZHAI等［16］進行的前瞻性研究共納入225例發病24 h內入院的AIS患者，隨訪3個月后116例患者（占51.6%）發生功能預后不良，調整潛在的混雜因素后顯示，TMAO水平升高與AIS患者3個月功能預后不良風險增加相關。另外，SCHNEIDER等［10］研究表明，AIS患者發病24 h內血漿TMAO水平明顯高于對照組，但在發病48 h后明顯降低，該研究強調了AIS后TMAO水平是隨時間變化的。但與ZHAI等［56］研究結果不同，該研究結果顯示入院24 h內無癥狀性動脈粥樣硬化患者循環TMAO水平和腸道菌群未見明顯異常；此外，YIN等［57］研究還發現AIS和短暫性腦缺血發作患者出現腸道菌群失調及循環TMAO水平降低情況。

上述研究肯定了TMAO在AIS早期診斷及預后評估中的價值，但可能由于各研究人群存在差異、TMAO測量時間不同而導致研究結果不同。因此，AIS患者TMAO水平變化仍需要多中心、大樣本量研究進一步證實。

3.3 TMAO在出血性腦卒中中的應用價值 ZHAI等［56］將癥狀發作后6 h內診斷為出血性腦卒中的307例患者作為研究對象，患者入院后24 h內中位血漿TMAO水平為3.2 μmol/L，隨訪3個月功能預后不良者139例（占45.3%）；進一步進行Logistic回歸分析顯示，TMAO水平與隨訪3個月功能預后不良之間存在線性關系（P=0.013），提示出血性腦卒中后TMAO水平升高與3個月功能預后獨立相關。但目前有關TMAO在缺血性腦卒中中的應用報道較少，其評估出血性腦卒中患者臨床預后的合理性及機制仍有待進一步探究。

3.4 TMAO在腦卒中危險因素中的應用價值 心血管疾病、高血壓和糖尿病等均是腦卒中的危險因素，需要積極干預［58］。既往研究表明，TMAO與心血管疾病發生風險呈正相關，患者發生心力衰竭時TMAO水平升高，而TMAO水平升高又預示患者存在較高的死亡風險，此外TMAO還可評價心房顫動患者AIS發生風險［18，59-61］。既往研究表明，血液循環中TMAO水平與高血壓發生風險存在明顯的劑量依賴關系［19，62］。LIU等［63］進行的動物實驗揭示了TMAO參與高血壓的可能機制：血漿TMAO水平升高可導致血漿滲透壓升高，進而觸發STMAO-AVP-AQP-2軸調節，引起大量水分子重吸收，最終導致高血壓。但TMAO不會影響正常血壓，其僅延長了血管緊張素Ⅱ的作用［64］。ZHUANG等［20］同樣證實了血液循環中TMAO水平升高與2型糖尿病發生風險呈劑量依賴關系。此外，TMAO水平升高還與1型糖尿病患者病死率、心血管事件和腎臟預后不良相關［65］。

目前研究均肯定了TMAO在心血管疾病、高血壓及糖尿病等腦卒中危險因素中的作用，但通過降低TMAO水平而干預腦卒中危險因素的合理性及可行性尚需要進一步研究。

4 TMAO在其他神經系統疾病中的應用價值

研究表明，AIS患者的總體負擔約是出血性腦卒中患者的4倍，而AIS幸存者中25%～30%會立即或延遲發展為血管性認知障礙（vascular cognitive impairment，VCI）或血管性癡呆（vascular dementia，VaD）［66-67］。ZHU 等［68］進行的縱向研究結果顯示，血漿TMAO水平升高可能與AIS后認知障礙有關。XU等［69］認為，TMAO可以作為阿爾茨海默病的生物標志物。腸道菌群會影響衰老進程及調節與衰老相關的認知功能。LI等［70］研究發現，TMAO可以誘導SAMR1小鼠腦部衰老及與年齡相關的認知障礙，并加重SAMP8小鼠腦部衰老程度。研究表明，腸道菌群與多種疾病（包括抑郁癥、自閉癥、精神分裂癥和帕金森病）有關［71］，提示微生物群-腸-腦軸可能在神經發育中發揮關鍵作用，但TMAO與抑郁癥、自閉癥、精神分裂癥和帕金森病等疾病的關系尚未明確，需要進一步探究。

5 TMAO與人群死亡風險的關系

研究表明，TMAO可預測心血管疾病死亡及全因死亡風險［72-74］。ZHAI等［16］通過一項前瞻性研究評估了TMAO水平對AIS患者早期死亡風險的預測價值，多因素Logistic回歸分析結果顯示，校正潛在混雜因素后，入院時TMAO最高四分位數患者死亡率高于最低四分位數患者〔OR=4.27，95%CI（1.07，17.07），P=0.040〕，提示入院時血漿TMAO水平升高可能預示AIS患者死亡風險更高。SUZUKI等［73］研究結果顯示，入院時TMAO水平是急性心肌梗死患者2年預后不良（死亡/急性心肌梗死）的獨立影響因素〔OR=1.21，95%CI（1.03，1.43），P=0.023〕。GRUPPEN等［74］進行的前瞻性研究主要探討了血漿TMAO水平與全因死亡率的關系，該研究對5 469名參與者中位隨訪8.3年，其中322名受試者死亡，結果顯示，TMAO最高四分位數患者全因死亡率是最低四分位數患者的1.86倍（P＜0.001），按照腎功能分層〔估算腎小球濾過率（estimated glomerular filtration rat，eGFR）＜ 90 ml·min-1·（1.73 m2）-1與 eGFR ≥ 90 ml·min-1·（1.73 m2）-1）〕后，TMAO 僅與 eGFR ＜ 90 ml·min-1·（1.73 m2）-1的受試者全因死亡率相關〔校正HR=1.18，95%CI（1.02，1.36），P=0.023〕，提示TMAO與全因死亡率相關，尤其是與eGFR＜90 ml·min-1·（1.73 m2）-1的受試者。

上述研究表明，TMAO可用于評估人群死亡風險，在AIS患者短期死亡風險評估中具有一定應用價值，但在AIS患者長期（3～5年）死亡風險評估中的應用價值尚未明確。

6 小結及展望

綜上所述，TMAO在AIS的早期診斷、3個月功能預后評估及人群死亡風險評估中具有重要作用，與動脈粥樣硬化、心血管疾病、高血壓、糖尿病發生風險相關；此外，TMAO在AIS后認知障礙中具有潛在的應用價值，但在帕金森病、抑郁癥、自閉癥、精神分裂癥中的應用價值尚未知，均需要更多研究進一步證實。目前研究對于TMAO水平變化與疾病的關系尚存在爭議，如YIN等［57］研究表明，短暫性腦缺血發作和大動脈粥樣硬化型腦卒中患者TMAO水平降低，但其他研究表明 TMAO 水平升高與疾病有關［10，16，46，68，74］，見表1。因此，TMAO水平變化與疾病的關系尚需要更多高質量研究進一步證實。

表1 TMAO臨床應用的文獻薈萃Table 1 References collection of clinical value of TMAO

TMAO是一種近年發現的可評估AIS病情進展及功能預后的生物標志物，但為了提高其診斷價值，可能需要聯合其他生物標志物及神經影像學技術。此外，未來還需要更多的研究探索影響機體TMAO水平的因素、TMAO參與AIS患者功能預后不良的具體機制及TMAO在不同病因分型AIS患者中的應用價值。

作者貢獻：羅嘉欣進行文章構思與設計，文獻收集，負責論文撰寫及質量控制；張傲琪進行文獻整理；李自如進行文章可行性分析及論文修訂；姚遠進行英文修訂及文章質量控制；袁軍對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。