腸道微生物與缺血性腦卒中的相關性研究

韋瀲滟，徐冬娟

（溫州醫(yī)科大學附屬東陽醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，浙江 東陽 322100）

腦血管病、惡性腫瘤和心血管病是當今導致人類死亡最常見的3 大疾病。腦卒中是腦血管病最常見的類型，具有高發(fā)病率、高死亡率、高致殘率和高復發(fā)率的特點，是導致我國人口殘疾和死亡的首要原因，給社會及家庭帶來了沉重的負擔，其中缺血性卒中約占腦卒中事件的70%～80%，而它的病因?qū)W基礎主要是動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）[1]。腸道微生物與人體健康密切相關，研究發(fā)現(xiàn)[2]，腸道微生物結(jié)構(gòu)的改變與功能失調(diào)在AS 的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用。現(xiàn)階段對缺血性腦卒中預防和治療的靶點主要集中在改善腦血循環(huán)的多種措施（包括溶栓、抗血小板、抗凝、降纖、擴容等方法）及神經(jīng)保護的多種藥物，腸道微生物菌群有望成為缺血性腦卒中治療的新靶點。本文就腸道微生物及動脈粥樣硬化概述、腸道微生物與動脈粥樣硬化的關系、腸道微生物-缺血性腦卒中預防的潛在靶點作一綜述。

1 腸道微生物概述

人體的體表和體內(nèi)寄居著大量的微生物，其中微生物含量最多的是消化道，被稱為腸道微生物，作為人體最大的“免疫器官”，腸道微生物由成千上萬種共生有機體組成，其主要成員是細菌，主要包括放線菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、梭桿菌門、變形菌門、螺旋菌門等[3]。腸道微生物的功能包括：①降解植物多糖等不可消化的化合物；②維持腸道上皮細胞屏障功能；③抑制腸道病原體粘附定植；④調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)；⑤產(chǎn)生短鏈脂肪酸、維生素等代謝產(chǎn)物。

腸道微生物的代謝產(chǎn)物對維持機體的健康和正常的消化功能有著重要影響，除了參與消化系統(tǒng)的新陳代謝，還能產(chǎn)生多種次生代謝產(chǎn)物，通過血液循環(huán)對人體產(chǎn)生系統(tǒng)性影響[4]，其主要通過血清素、細胞因子和各種代謝產(chǎn)物影響人體代謝和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。腸道微生物分解人體攝入的食物和藥物，產(chǎn)生并分泌多種小分子次生代謝物，通過血液循環(huán)到達人體的各個部位發(fā)揮附加作用[5]。不同的腸段寄居的不同種類菌群對宿主-菌群之間信息交換的化學信號有著特定的影響[6]，這些潛在的“信號分子”包括低分子量代謝物、多肽、蛋白質(zhì)等，它們具有替代某些間接免疫調(diào)節(jié)途徑的能力。目前已發(fā)現(xiàn)多達300 余種微生物宿主代謝物，包括膽汁酸、短鏈脂肪酸、氨基酸、苯甲酰和苯基衍生物、聯(lián)氨衍生物、脂類、膽堿、酚類、維生素、激素和多胺等[7]。腸道微生物的失調(diào)與人類所患的許多慢性疾病[8，9]，如動脈粥樣硬化、高血壓、2 型糖尿病、肥胖癥和慢性腎臟病等的發(fā)生發(fā)展都密切相關。

2 動脈粥樣硬化概述

AS 是缺血性腦卒中、冠心病、外周血管病等多種血管性疾病的主要病因，其病變基礎主要是脂質(zhì)代謝障礙，是在多種危險因素作用下發(fā)生的脂質(zhì)堆積、纖維基質(zhì)形成、細胞遷移增生等導致的黃色粥樣病變，主要累及大中型動脈。AS 也被認為是一種長期、緩慢進展的退行性炎癥性病變，是血管壁對各種損傷的一種異常反應，是一個復雜的、受多種致病因素影響的病理生理過程，包括血管內(nèi)皮損傷、黏附分子表達、白細胞趨化、單核細胞募集、脂質(zhì)積累、平滑肌細胞增殖遷移和泡沫細胞形成等。

炎癥在AS 的發(fā)生、發(fā)展和演變中起著十分重要的作用，其中炎癥涉及各種免疫細胞的積累和活動，而免疫系統(tǒng)是一個由多種細胞類型、數(shù)百種生物活性細胞因子和數(shù)百萬種不同抗原組成的復雜網(wǎng)絡，這使得明確動脈粥樣硬化的相關機制具有巨大的挑戰(zhàn)性。研究表明[10]，AS 發(fā)生的最初階段主要涉及氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）的形成，ox-LDL 主要損傷和破壞血管內(nèi)皮細胞，從而導致血管內(nèi)皮細胞的功能受損與活化。ox-LDL 可被清道夫受體識別和內(nèi)化，誘導巨噬細胞內(nèi)膽固醇聚集和泡沫細胞的形成，最終導致血管動脈粥樣硬化。

3 腸道微生物與動脈粥樣硬化的關系

3.1 腸道微生物代謝產(chǎn)物三甲胺（TMA）參與動脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展 腸道微生物與人體健康息息相關。腸道微生物可以通過增加人體對食物中的能量吸收、調(diào)節(jié)脂肪酸代謝、分泌腸衍生肽、引起慢性低度炎癥等多種途徑影響AS 的產(chǎn)生和發(fā)展。研究證實[11-13]，長期進食肉類食物會導致腸道微生物大量繁殖和比例失調(diào)，導致食物攝入的膽堿、肉堿等更多地分解為TMA，而TMA 被吸收入體循環(huán)，經(jīng)肝臟氧化生成氧化三甲胺（trimethylamine-N-oxide，TMAO），后者通過誘導巨噬細胞轉(zhuǎn)化為泡沫細胞等推動動脈粥樣硬化的發(fā)展，導致個體罹患心腦血管疾病的風險增加。提示腸道微生物有望成為動脈粥樣硬化類疾病（如因大動脈粥樣硬化引發(fā)的缺血性腦卒中）潛在的治療和預防靶點，而抑制TMA 進入體循環(huán)可能是治療該類腦卒中的一個重要環(huán)節(jié)。

3.2 腸道微生物可通過誘發(fā)腸道炎性反應促進TMA入體循環(huán) 研究發(fā)現(xiàn)[14]，炎癥因子可作用于腸上皮細胞，使其細胞間縫隙增大，導致那些在正常情況下不能或少量進入體循環(huán)的腸道代謝產(chǎn)物大量涌入體循環(huán)。炎癥因子如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）可以明顯增加腸上皮細胞旁路的通透性[15]，而腸道微生物失調(diào)可進一步促進腸道炎癥。腸上皮細胞旁路通透性主要受緊密連接調(diào)控，而緊密連接由多種緊密連接蛋白組成，claudin-1 蛋白是其中最重要的一種，其表達量的高低直接影響腸上皮細胞屏障的通透性[16]，也是反映腸上皮屏障功能的重要指標。ApoE基因敲除小鼠是一種經(jīng)典的動脈粥樣硬化模型，有研究以該小鼠為研究對象[17]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當出現(xiàn)典型的動脈粥樣硬化病理改變時，小鼠血漿中TNF-α、白細胞介素-6（IL-6）、C 反應蛋白（CRP）等炎性因子水平均顯著升高，同時，其腸道微生物結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生顯著改變，如普氏桿菌異常增多。由此推測，腸道微生物失調(diào)可能促進腸道炎癥反應，產(chǎn)生TNFα、IL-6 等炎癥因子，通過降低腸上皮細胞claudin-1 的表達增加腸道上皮屏障的通透性，從而導致TMA 大量進入體循環(huán)。

3.3 腸道微生物在動脈粥樣硬化斑塊發(fā)生過程中發(fā)揮著重要的作用 腸道微生物主要通過以下3 條途徑影響AS 的發(fā)生和發(fā)展[18，19]：首先，腸道微生物移位進入血液，激活免疫應答，并通過其外膜成分如內(nèi)毒素、脂多糖（LPS）及其他毒力因子激活宿主模式識別受體（Toll 樣受體、CD14 等），加速粥樣斑塊的進展；其次，腸道微生物群通過影響膽固醇、膽汁酸和脂肪的代謝促進動脈粥樣硬化斑塊的形成；最后，腸道微生物通過代謝產(chǎn)物TMAO 激活血小板活性，促進粥樣斑塊形成，其中TMAO 途徑被認為是最直接的途徑。

目前對于TMAO 促進AS 的機制尚未完全闡明，可能包括以下幾個方面：①抑制膽固醇表達相關的RNA 逆轉(zhuǎn)錄[20]；②上調(diào)巨噬細胞CD36 和清道夫受體A1（SR-A1）活性，促進細胞攝取膽固醇，推動泡沫細胞的形成；③下調(diào)膽固醇吸收靶點ABCG5/8和NPC1L1 的表達水平，降低腸道膽固醇含量，影響膽固醇代謝；④通過激活增殖蛋白激酶（MAPK）和核因子-κB（NF-κB）信號通路促進血管炎癥，從而引起內(nèi)皮下低密度脂蛋白顆粒的積累[21]。Wang Z 等[22]通過給小鼠投喂含有膽堿類的食物或直接飼喂TMAO，分析兩組小鼠發(fā)生AS 的差異，證明TMAO可促進動脈粥樣硬化斑塊形成。Tang WH 等[23]對4007 例受試者進行了為期3 年的前瞻性隊列研究,結(jié)果顯示在具有同等心血管病高危因素的患者中，TMAO 血漿水平高者發(fā)生AS 的風險更高，且TMAO預測值比傳統(tǒng)危險因素（高齡、糖尿病、高血壓等）的預測性更佳。在AS 早期，由于TMAO 水平升高與細胞內(nèi)脂質(zhì)堆積[24]、內(nèi)皮細胞炎性損傷[21]、單核細胞黏附聚集、血小板的高反應性[25]等關鍵事件密切相關，因此理論上TMAO 可作為缺血性腦卒中發(fā)生的潛在生物標志物，不僅可以用于預測早期AS 及腦血管不良事件的發(fā)生，也為臨床防治缺血性腦卒中提供了思路。

4 腸道微生物-缺血性腦卒中預防的潛在靶點

腸道與大腦之間通過多種機制進行信號傳遞和交流，兩者間的聯(lián)系被稱為腸-腦軸[26]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)能直接調(diào)控腸道功能和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，反之腸道微生物菌群的組成和數(shù)量等的紊亂也會對中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能造成影響。隨著研究的深入，越來越多的證據(jù)表明腸-腦軸與缺血性腦卒中之間有著密切的聯(lián)系。腸道屏障在防止細菌成分移位方面起著關鍵作用，當腸道微生物群穩(wěn)定時，這種屏障是有效的，而在某些不利環(huán)境下，如高脂肪、高膽固醇飲食或發(fā)生某些疾病時，宿主微生物群結(jié)構(gòu)可能發(fā)生重大變化，進而引起腸道屏障作用的破壞[27]。缺血性腦卒中發(fā)生后機體出現(xiàn)應激狀態(tài)，腸道屏障功能遭到破壞，進而出現(xiàn)菌群移位，腸道菌群從胃腸道轉(zhuǎn)移到胃腸道以外的器官，甚至可由消化道轉(zhuǎn)移至血液，從而誘發(fā)系統(tǒng)性的免疫和炎癥反應，而免疫和炎癥反應已被證實是腦缺血性損傷發(fā)生機制中的關鍵環(huán)節(jié)。

腸道內(nèi)含有體內(nèi)70%以上的炎性細胞和免疫細胞，在缺血性腦卒中發(fā)生后可以遷移至大腦，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相互作用，促進并發(fā)癥的發(fā)生，影響患者的預后。此外，缺血性腦卒中可以通過神經(jīng)系統(tǒng)和腸道屏障傳遞信號，釋放細胞因子，直接或間接地引起腸道微生物群失調(diào)。腸道微生物群失調(diào)會影響機體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，削弱腸道的屏障作用，破壞機體平衡，促進缺血性腦卒中并發(fā)癥的發(fā)生，從而加重缺血性腦卒中患者的不良結(jié)局。Karlsson FH 等[28]基因組學研究表明，缺血性卒中患者的腸道菌群結(jié)構(gòu)與正常人之間存在明顯的差異，缺血性腦卒中患者的瘤胃球菌屬含量明顯增加，而真桿菌屬和擬桿菌屬的比例明顯減少。另有研究證實[29]，嚴重的腦梗死發(fā)生后會改變患者腸道菌群分布，并導致卒中后體內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調(diào)，誘導免疫應答，且在腦梗死發(fā)生后通過糞菌移植能夠顯著改善缺血性腦卒中患者的生存預后。

5 總結(jié)

缺血性腦卒中的病因?qū)W基礎是動脈粥樣硬化，動脈粥樣硬化形成的機制復雜，除動脈粥樣硬化傳統(tǒng)的影響因素外，腸道微生物在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。腸道微生物與機體的免疫調(diào)節(jié)及炎癥反應密切相關，通過識別受體Toll 樣受體、CD14，參與膽固醇、膽汁酸代謝和脂肪代謝，以及代謝產(chǎn)物TMAO 等促進動脈粥樣硬化斑塊形成，進而導致缺血性腦卒中的發(fā)生，其可能是大動脈粥樣硬化型缺血性腦卒中的治療和預防靶點。相信未來以腸道菌群為靶點的治療模式，無論是在缺血性卒中的一級預防還是二級預防都將發(fā)揮重要的作用。