腸道微生物代謝與人體心腦血管疾病的相關(guān)性研究

王高強

鄭州澍青醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，河南 鄭州 450064

腸道微生物代謝指的是人體腸道內(nèi)的各類菌群通過消化、吸收和分解食物所生成的各種各樣的產(chǎn)物，這些代謝物質(zhì)對人體健康具有重要的調(diào)節(jié)作用。心腦血管疾病是心血管和腦血管疾病的合稱，調(diào)查統(tǒng)計顯示，我國每年因心腦血管疾病而死亡的人數(shù)為1 700 多萬，預(yù)計到2030年，這一數(shù)據(jù)還會增加約600 萬。由此可見，這一疾病具有高患病率、高死亡率的特點，是影響民眾健康的重要疾病。2021年，美國范德堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心助理教授Mariana Byndloss 在《科學(xué)》專欄發(fā)表了一篇有關(guān)心腦血管疾病的文章，其中指出，腸道微生物代謝與心腦血管疾病具有密切關(guān)聯(lián)。為驗證這一觀點，他還專門用動物模型開展了大量的研究，發(fā)現(xiàn)高脂肪飲食會破壞腸道內(nèi)壁及其微生物菌群的正常活動，并且代謝產(chǎn)物可能會引發(fā)心臟疾病。這些研究基本驗證了腸道微生物群對心血管疾病發(fā)展過程的影響。而從我國現(xiàn)有的文獻資料來看，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)Χ叩呐R床研究可能已有所突破，但文獻成果較為薄弱。基于此，分析腸道微生物代謝與人體心腦血管疾病的相關(guān)性十分必要。

1 腸道微生物代謝物及其功能

1.1 短鏈脂肪酸

短鏈脂肪酸屬于一種揮發(fā)性脂肪酸，是腸道微生物代謝纖維素和其他不消化的碳水化合物的產(chǎn)物，包括丙酸、丁酸和乙酸等，通過改善腸道免疫系統(tǒng)、增強腸道黏膜屏障、調(diào)節(jié)能量代謝和影響胰島素敏感性等多種途徑對人體健康產(chǎn)生諸多益處。短鏈脂肪酸的主要作用為能量貯存和供應(yīng)。人體腸道微生物的正常代謝需要葡萄糖，而短鏈脂肪酸中的丙酸是糖異生的主要物質(zhì)。體外研究表明，當葡萄糖、谷氨酰胺等物質(zhì)作為人體基本的能量供應(yīng)時，結(jié)腸上皮細胞會首先接觸丁酸這種代謝物。除了能量供應(yīng)之外，短鏈脂肪酸還具備多種作用，比如消炎作用。短鏈脂肪酸可以調(diào)節(jié)免疫細胞的基因表達、分化、趨化性、增殖和凋亡等，從而參與免疫調(diào)節(jié)過程。再如抗腫瘤作用。短鏈脂肪酸中的丁酸代謝物會激活人結(jié)腸癌細胞上的GPR109A，使病變細胞凋亡，從而起到抑制結(jié)腸癌的作用；同時，短鏈脂肪酸還有抑制腦部疾病的功能。短鏈脂肪酸能以多種形式影響人體的腦部健康，比如常見的抑郁、焦慮、情感障礙等精神類疾病都是由該物質(zhì)減少引發(fā)的[1]。

1.2 氨基酸代謝物

腸道微生物代謝產(chǎn)生的氨基酸能繼續(xù)生成多種代謝產(chǎn)物，包括支鏈氨基酸、天門冬氨酸和谷氨酰胺等，這些物質(zhì)在調(diào)節(jié)人體免疫系統(tǒng)、維持氮平衡、重塑腸道黏膜屏障等方面都具有重要作用。一般而言，氨基酸會隨血液進入肝臟，進而被合成為人體所需的蛋白質(zhì)及其他物質(zhì)。但是腸道微生物中的氨基酸主要是由腸道上皮組織負責(zé)代謝的。其主要功能體現(xiàn)為：其一，物質(zhì)代謝。腸道微生物中的氨基酸不僅負責(zé)吸收食物中的營養(yǎng)，還負責(zé)合成氨基酸、有機酸、維生素、抗生素等物質(zhì)供人體消耗，另外，腸道微生物中的氨基酸還可對產(chǎn)生的毒素進行篩選和代謝，減少毒素對人體的損害。其二，生物屏障。腸道微生物代謝產(chǎn)生的氨基酸能構(gòu)建起一層生物屏障，防止有害菌群侵入，保護腸道健康。其三，免疫調(diào)控和防御。腸道微生物的氨基酸代謝物可調(diào)節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)，幫助宿主直接抵御外界環(huán)境的侵襲，如抗菌、抗炎等，增強宿主的免疫力，預(yù)防疾病[2]。

1.3 膽汁酸代謝物

腸道微生物代謝的膽汁酸是人體脂類消化吸收的乳化劑，是脂肪酶的激活物質(zhì)，會影響膽固醇和其他脂質(zhì)物質(zhì)的代謝效率。膽汁酸代謝物的功能包括調(diào)節(jié)膽固醇合成、維持腸道黏膜屏障、參與脂肪和脂溶性維生素的吸收等，是人體必不可少的一類代謝物。這類代謝物的主要功能包括以下幾種：其一，促進膳食脂肪的消化和吸收。膽汁酸相當于人體腸道的洗滌劑，可以幫助人體消化和吸收膳食脂肪。其二，調(diào)節(jié)血糖水平和膽固醇代謝。膽汁酸能通過提高肝臟和腸道中菌群的活性使各種菌群正常代謝，從而使人體的血糖和膽固醇代謝水平處于正常范圍內(nèi)。其三，免疫調(diào)節(jié)。膽汁酸在提高腸道中的菌群活性時也會順帶強化宿主的免疫系統(tǒng)，從而有效預(yù)防各類疾病。此外，腸道微生物群還能增加膽汁酸的多樣性和疏水性，有利于清除人體內(nèi)的多余垃圾，促進膽汁酸經(jīng)由糞便排泄。

2 腸道微生物代謝與人體心腦血管疾病的相關(guān)性

2.1 高血壓

腸道微生物代謝與心腦血管疾病之間存在密切關(guān)聯(lián)。在心腦血管疾病中，高血壓是病癥的一類前期預(yù)兆。高血壓的發(fā)病機制多種多樣，病因十分復(fù)雜，臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域至今對其尚無明確的病因闡釋。腸道微生物代謝和高血壓之間的關(guān)系是近幾年的研究熱點。醫(yī)學(xué)界基本可以肯定腸道微生物的代謝產(chǎn)物對高血壓的形成具有重要影響。其中乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽是引發(fā)高血壓的主要代謝物。有研究者對原發(fā)性高血壓患者腸道微生物的代謝變化進行研究，發(fā)現(xiàn)最顯著的特點是高血壓患者腸道微生物的多樣性較弱且菌群分布不均衡，而健康人體腸道微生物的多樣性處于增加狀態(tài)。為了進一步驗證實驗結(jié)果，研究者將高血壓患者的糞便放到白鼠體內(nèi)，測量發(fā)現(xiàn)其血壓有明顯的增高趨勢。由此便可說明，腸道微生物代謝與高血壓具有一定的相關(guān)性[3]。

2.2 冠心病

冠心病是一類常見的心腦血管疾病，雖然也是由動脈粥樣硬化病變而來的，但其病癥范圍更加廣泛，除了有心肌缺血、缺氧或壞死等病癥之外，還包括管腔炎癥、管腔栓塞等。研究表明，冠心病的危險因素分為可改變因素和不可改變因素。前者包括高血壓、過度肥胖、不良生活方式等，后者包括性別、家族遺傳等。人體腸道微生物的代謝也與冠心病密切相關(guān)，腸道微生物群通過其代謝產(chǎn)物參與到膽固醇代謝、應(yīng)激反應(yīng)和各類炎癥等身體變化過程中，進入人體的血液循環(huán)系統(tǒng)，可誘導(dǎo)動脈粥樣硬化和罹患冠心病。目前，人類或小鼠模型中有幾種典型的腸道微生物代謝產(chǎn)物是誘發(fā)心血管疾病的風(fēng)險物質(zhì)，包括氧化三甲胺、短鏈脂肪酸和次級膽汁酸，對于這些腸道微生物代謝產(chǎn)物如何向宿主發(fā)出信號并誘發(fā)心腦血管疾病的問題，還在進一步探索當中。

2.3 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化也是心腦血管疾病中的一類病癥，特點是人體動脈內(nèi)膜發(fā)生病變，一般表現(xiàn)為；人體脂質(zhì)和復(fù)合糖類增多并大量集聚、動脈出血形成血栓，纖維組織增生發(fā)生鈣質(zhì)沉著，并伴有動脈中層逐漸鈣化，致使動脈壁變厚變硬、血管腔變窄，嚴重的甚至?xí)?dǎo)致對應(yīng)的組織或器官缺血或壞死。而人體腸道微生物代謝與動脈粥樣硬化密切相關(guān)。研究表明，人體腸道微生物代謝物會通過多種作用機制導(dǎo)致動脈粥樣硬化發(fā)生并惡化，比如參與介導(dǎo)膽固醇代謝、尿酸代謝、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等基本代謝過程，可誘導(dǎo)動脈粥樣硬化和冠心病的發(fā)生。現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)腸道微生物代謝物的機制未來可能會成為治療此類疾病的有效措施[4]。

2.4 腦卒中

腦卒中俗稱中風(fēng)，是人體腦部組織失靈不能正常運轉(zhuǎn)的一種疾病，在秋季發(fā)病率較高。調(diào)查顯示，該病癥目前已成為我國突發(fā)性死亡的重要原因之一。從臨床醫(yī)學(xué)上來看，該病癥具有發(fā)病率、致死率雙高的特點，但現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域只能采取預(yù)防措施，并沒有確切的治療手段，只能依賴預(yù)防手段做好對相關(guān)癥狀的防治。從關(guān)系上來看，高血壓是腦卒中突發(fā)病癥的現(xiàn)實相關(guān)因素，是心腦血管疾病的重要誘發(fā)因素，同時高血壓也是腸道微生物代謝失衡的重要表現(xiàn)。由此可知，腸道微生物代謝和腦卒中也有一定的關(guān)聯(lián)，并且該相關(guān)性也是當前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱門研究話題。醫(yī)學(xué)實踐研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物代謝與腦卒中后的認知功能障礙癥狀有關(guān)。另外，還有醫(yī)學(xué)研究表明，腸道微生物群與缺血性腦卒中這類病癥有關(guān)。具體來說，腸道微生物中的不同菌株可以通過其代謝產(chǎn)物參與介導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞的功能、神經(jīng)元的功能、神經(jīng)遞質(zhì)的合成和代謝等過程，從而誘發(fā)腦卒中病癥。

2.5 心力衰竭

心力衰竭指的是心臟正常的收縮和舒張功能失靈，無法正常充分排出靜脈回心血，導(dǎo)致心臟處的靜脈血液出現(xiàn)淤積現(xiàn)象，從而引發(fā)心臟循環(huán)障礙等癥狀。從患者的臨床表現(xiàn)來看，心力衰竭并非獨立的疾病，而是各種心腦血管疾病并發(fā)的末期階段。目前在臨床醫(yī)學(xué)實踐中，腸道微生物和心力衰竭之間的相關(guān)性已經(jīng)越來越多地得到證實，腸道微生物的組成和多樣性代謝確實與心腦血管系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。具體表現(xiàn)為，腸道微生物群通過糖代謝和氨基酸代謝產(chǎn)生大量短鏈脂肪酸、氧化三甲胺、吲哚硫酸鹽、膽汁酸等物質(zhì)，誘導(dǎo)心腦血管中的炎癥產(chǎn)物發(fā)生異化，進而出現(xiàn)心力衰竭的癥狀。其中，短鏈脂肪酸是腸道微生物代謝產(chǎn)物中最為重要的一類代謝物，此類代謝物可以通過多種途徑影響心腦血管系統(tǒng)，包括強化內(nèi)皮功能、優(yōu)化免疫反應(yīng)、調(diào)節(jié)血壓、調(diào)整葡萄糖代謝等。目前，針對腸道微生物代謝與心力衰竭的相關(guān)研究主要集中在利用菌群調(diào)節(jié)緩解心力衰竭的癥候群、延緩心衰速度等層面上，針對具體病癥的治療方式還需進一步觀察和總結(jié)[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，腸道微生物群落是人體機群內(nèi)的一個復(fù)雜系統(tǒng)，改變其作用機制可能會影響人體許多的內(nèi)在生理規(guī)律，從而表現(xiàn)出不同的病理現(xiàn)象。雖然目前醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域針對腸道微生物代謝和心腦血管疾病的相關(guān)性研究已日趨成熟，但針對腸道微生物不同代謝產(chǎn)物對心腦血管疾病的作用機制仍需進行進一步探討和觀察；同時從科學(xué)治療方面來看，如何預(yù)防不同代謝物延緩、降低心腦血管疾病的發(fā)生概率，仍是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的主題和方向。