基于腸道菌群探討針灸治療缺血性腦卒中的研究進展

趙麗莉,吳林納,孫一鳴,李桂平

(1. 天津中醫藥大學第一附屬醫院,國家中醫針灸臨床醫學研究中心,天津 300193;2. 成都市第八人民醫院,四川 成都 610036;3. 成都醫學院附屬老年醫院,四川 成都 610036)

缺血性卒中(ischemic stroke,IS)主要由大腦動脈局灶性閉塞或動脈狹窄引起,導致相應區域腦實質受損,伴隨相應神經炎癥和免疫反應出現。IS引起的腦損傷是一系列復雜神經病理生理和神經病理事件的結果,導致永久性神經損傷、癡呆或死亡[1]。正常穩定的腸道菌群在大腦發育和維持功能等方面起關鍵作用。腸道菌群及代謝物通過神經、內分泌、免疫三大通路與中樞神經系統構成一個綜合性生理網絡[2]。菌群失調會改變腸道通透性,降低腸道防御功能,影響腸神經系統和中樞神經系統,增加發生腦血管事件的風險。而IS發生后會破壞腸上皮屏障完整性,誘發腸缺血,進一步加劇菌群失調[3]。針灸能改善腸道微生物的豐度、比例、均勻度等,提高有益菌數量,減少有害菌數量,恢復腸道微生態,對于維持腸道功能穩定、提高神經功能恢復有積極意義[4-6]。同時能阻止腦血管內皮功能受損、延緩內皮細胞凋亡以預防動脈粥樣硬化來降低IS危險因素,改善預后[7]。本文基于腸道菌群對IS的影響及通過針灸調節腸道菌群治療IS的相關研究應用概述如下。

1 腸道菌群的種類和功能

腸道菌群是指人體胃腸道中的所有微生物,約15 000～36 000個菌種,主要由擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門、放線菌門組成[8-9]。按照與宿主的關系,腸道菌群可分為共生菌、條件致病菌和致病菌。有益腸道菌群及其代謝產物構成的腸道微生態系統具有調節宿主代謝活動,增強腸道免疫和修復生物屏障的能力[10],對維持宿主的健康起著重要作用[11]。然而,腸道微生態只有處于平衡狀態時才能產生對人體有益的反應鏈,一旦失調,條件致病菌和致病菌過度繁殖就會產生各種疾病,甚至累及中樞神經系統[12-13]。

2 腸道菌群與IS

多項研究證明,90%的卒中患者發病與行為因素相關,如高脂高糖不合理飲食結構、缺乏運動、吸煙和飲酒等不良嗜好。冠心病、高血壓、糖尿病等與IS相關的基礎代謝病同樣對腸道菌群的組成和代謝起重要作用[14-15]。IS導致腸道微生物群被破壞、腸道黏膜屏障的滲透性增加,進而腸道動力障礙。而紊亂的菌群引起腦腸肽等代謝產物失調,代謝產物又通過不同途徑影響IS的發展和預后。

最近研究發現腸道菌群的生態變化與IS疾病密切相關,具體表現為腸道微生物的多樣性和豐度發生顯著變化[16]。觀察卒中和短暫性腦缺血發作患者腸道菌群變化的臨床試驗顯示[17],兩者腸道微生態失調伴有機會性病原體增多,如腸桿菌屬、巨球菌屬、脫硫弧菌屬,而有益菌屬(包括擬桿菌屬、普雷沃菌屬和糞桿菌屬)減少。另有研究發現,與健康人相比,IS患者腸道菌群顯著不平衡,乳螺旋體科、擬桿菌、糞桿菌等豐度降低,而乳酸桿菌科、阿克曼菌科、腸桿菌科等豐度增加[18]。由此可見,腸道菌群與IS之間存在相關性。由于研究人群、分析技術、測序方法存在差異,未來還需大規模的臨床研究來明確健康人群和IS患者腸道菌群核心差異,以尋找腸道微生態的可靠標志物,對監測疾病進展以及確立治療的靶點菌群均具有重要意義。

2.1腸道菌群參與IS發生發展的機制

2.1.1IS由腸道菌群及其代謝產物誘發動脈粥樣硬化引起 腸道微生物在腦血管疾病發病機制中有重要作用,腸道菌群及代謝物與動脈粥樣硬化等導致IS的危險因素緊密相關。主要通過以下三種方式影響動脈粥樣硬化的發生。①腸道微生物通過產生甲胺N-氧化物(Trimethylamine N-oxide,TMAO)介導血小板高反應性促進動脈粥樣硬化斑塊的形成。食物中的膽堿左旋肉堿經腸道微生物分解成三甲胺,經肝腸循環后氧化生成TMAO[19]。TMAO通過血小板激活劑依賴性方式促進鈣離子向細胞外釋放,從而提高血小板高活性,增加血栓形成的風險[20-21]。TMAO被認為是腸道菌群影響動脈粥樣硬化的最直接通路。動物實驗顯示,在腸道微生物群完整的條件下,喂養富含膽堿的飲食物,小鼠血漿中TMAO水平升高,泡沫細胞數量增多,動脈粥樣硬化斑塊形成[22]。相比之下,對照組使用抗生素短期抑制腸道菌群,TMAO的生成較少,動脈粥樣硬化負擔減輕[23]。此外,關于TMAO的臨床研究也表明,其血栓形成相關作用可能是血管細胞黏附分子的表達介導的[24]。②腸道菌群通過代謝膽固醇和脂肪影響動脈粥樣硬化斑塊的形成。腸道菌群代謝膽固醇和脂肪產生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs),包括較高水平的乙酸、丙酸和丁酸鹽,以及較低水平的甲酸、戊酸鹽和己酸[25]。SCFAs通常被結腸吸收后進入血液循環,并通過與單羧酸轉運蛋白(MCT)結合或直接透過血腦屏障,能改善受損大腦認知功能[26]。研究表明,使用益生菌混合物VSL#3喂養能顯著減少小鼠動脈粥樣硬化斑塊,分析其結腸微生物譜后,發現試驗組小鼠腸道菌群組成與對照組明顯不同,腸道多樣性增加[27]。③腸道菌群紊亂后激活的免疫系統加速動脈粥樣硬化斑塊的形成。IS后誘發腸道生態失調的三大改變為物種多樣性減少、門優勢失衡和代謝物改變。在IS腦損傷的過程中,紊亂菌群過度繁殖,促使腸道和腦組織免疫細胞發生極化,向促炎癥表型轉變。例如T淋巴細胞合成下降,腸淋巴細胞從腸道遷移到缺血腦組織,從而破壞免疫系統的平衡性和穩定性[28]。同時菌群失調后巨噬細胞TLR受體表達增強,加速促炎細胞因子和趨化因子釋放入血,從而推動動脈粥樣硬化斑塊的進程,導致脆弱斑塊形成,并且部分炎性因子由血腦屏障入腦,加劇腦損傷[29]。

2.1.2IS后腦組織的修復受腸道菌群變化影響腸道菌群與中樞神經系統之間通過腦-腸-菌軸構成雙向通信系統[30],腸道菌群豐度和結構的變化對卒中的預后有重要影響。Zhou等[31]研究發現,向MCAO小鼠鼻內補充脂肪酸可有效改善小鼠腦缺血預后情況,其中作用最顯著的是丁酸鈉,能在一定程度上減輕腦損傷,改善神經功能。多項研究表明,丁酸可以通過抑制組蛋白脫乙酰酶(HDAC)來減少神經毒性及神經炎癥導致的行為異常,對多種中樞神經系統疾病均有積極治療作用。此外,丁酸通過激活過氧化物酶體增殖物-激活受體(PPAR)、減少核因子-κB(NF-κB)介導的NLRP3信號傳導、避免病原體增殖和影響免疫功能,減少炎癥發生[32]。補充可生產丁酸的腸道微生物能縮小腦梗死體積,緩解腦水腫情況,恢復神經元正常的生理功能,在治療中發揮有益作用[33]。

相關研究表明,菌群失調是卒中患者預后不良的原因之一。腦缺血后進一步誘發腸缺血,腸道微生物組偏離正常狀態,產生過量的硝酸鹽,菌群紊亂導致腸桿菌科富集,進而增強全身炎癥反應加重病情。若使用超氧化物歧化酶可減少硝酸鹽的產生,抑制腸桿菌科細菌繁殖,減輕炎癥反應,緩解腦梗死進展[34]。Zheng等[35]使用16S rRNA測序隱源性卒中患者體內腸道菌群,結果發現與正常組相比,菌群α多樣性增加,并且隨著克雷伯菌豐度增加,患者卒中嚴重程度、腦梗死體積和血漿中炎癥標志物的水平也顯著增加。

2.1.3IS的發展及預后與腸黏膜通透性的改變有關 IS發生后,機體處于高應激狀態下,可引發一系列神經系統炎癥和外周免疫應答。同時,腸道血管收縮痙攣,腸黏膜透性增加,腸道屏障完整性被破壞,腸免疫穩態失衡,大量有毒物質入血加劇腦梗死。IS患者腸道屏障功能受損與以下因素有關。①IS后腸道緊密連接蛋白Occludin和ZO-1表達受到抑制,腸道上皮結構和功能的完整性不復存在,腸黏膜通透性增加,細菌、內毒素及大分子物質即進入體循環[36]。項舒雅等[37]發現卒中患者存在較高腸道炎癥反應,腸黏膜浸潤較多炎性細胞,腸組織緊密連接蛋白表達水平降低,這可能與菌群紊亂引起腸黏膜中ZO-1及Occludin表達的改變,導致腸上皮屏障受損,腸道通透性增加有關。恢復Occludin與ZO-1蛋白表達水平或有助于中風后腦組織損傷的修復和神經功能的恢復。②卒中后腸道菌群失調產生炎性物質作用于腸黏膜上皮。脂多糖(LPS)是革蘭陰性菌外膜的主要成分,卒中后革蘭陰性腸桿菌的豐度增加,循環中LPS水平升高,活性氧(ROS)的分泌量上調,過量ROS會引起全身炎癥反應,同時產生白細胞介素(IL)-1β和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎癥因子,損傷腦血管內皮細胞和血腦屏障[40]。大量ROS或促炎細胞因子可導致腸上皮細胞緊密連接降解和血腦屏障破壞,進一步加重腦組織損傷[41]。當菌群失衡時,腸道屏障功能破壞,LPS進入循環系統,導致內毒血癥,并激活促炎反應。此外,LPS通過介導TLR-4激活先天免疫產生炎癥刺激反應,損傷神經系統,而TLR4的基因缺失可顯著減少梗死體積[42]。由此可知,TLR-4是IS過程中的關鍵靶點,能通過激活促炎因子,改變腸黏膜受體蛋白表達,減弱腸道屏障保護作用[43]。同時,LPS誘發炎癥反應,進而加重卒中嚴重程度。上述研究均表明IS和腸道菌群的改變具有交互作用。

3 針灸調節腸道菌群

3.1中醫理論下的腦腸相通

3.1.1經絡相通 從經絡循行上,手足陽明經皆循頭絡腦。人中穴是督脈與手陽明大腸經、足陽明胃經交會之會穴。“督脈者,起于下極之輸,并于脊里,上至風府,入屬于腦。”督脈督領人體諸經陽經,是聯絡人體下部器官和腦的關鍵通道。醒神開竅治療中風的主穴操作之一即采用雀啄法針刺人中穴,可調神導氣、宣導腦腸氣血[44]。可見陽明經與腦在經絡位置上密切相關。

3.1.2氣血相關 從臟腑氣血上,針灸刺激胃經、大腸經循行穴位,調節臟腑功能,腦與神功能活動與此密不可分。《靈樞》云:“五臟六腑之精氣,皆上注于目……上屬于腦。”飲食入胃,胃腑腐熟受納水谷,精微物質化生氣血,大腸傳變糟粕濁氣,氣血充沛運行通暢,清竅得以濡養。若二者功能失司,氣血津液虧虛,則腦神失養。

3.1.3病理互聯 《內經·素問》云:“陽明與太陰俱病,則腹滿,身熱,不欲食,譫言。”《傷寒論》記載“陽明病,胃中燥,大便必硬,硬則譫語”。胃腸燥熱導致大便秘結,腑氣不暢則神志失常。張仲景對于此類疾病的治療多采用以三承氣湯為代表的通下之法,一來通腑瀉下,通降陽明之氣,腸腑氣機通暢,神明自安;二來予邪熱出路、引導瘀熱下行,最終達到通腑安腦的目的[45]。

綜上可見古代醫家已經意識到腦功能與胃腸具有相關性。基于腦腸相通理論,可通過針灸調腸治腦。現代研究也證實,針灸可以調節腸道菌群,達到恢復菌群多樣性,維持腸道健康生態,促進神經功能恢復的作用。“腦腸同調”能有效改善胃腸道黏膜屏障,清除有害物質,從而改善腦部微循環,修復受損腦功能[46]。

3.2針灸基于“腦-腸-菌”軸治療IS 傳統醫學認為,針灸刺激相關穴位可達到調節臟腑、調和陰陽及運行氣血的作用。臨床試驗證實,通過針灸調節腸道菌群的機制復雜,如腦腸菌軸、腦腸肽、免疫炎性反應等途徑,最終達到優化菌群結構、改善神經系統代謝的效果,作為針灸防治IS的新靶點。

趙一點等[47]通過于氏頭針配合頭針胃腸區取穴,對IS患者行針刺干預,觀察到腸道樣本中乳酸桿菌、雙歧桿菌有益菌水平較前上調,而腸球菌、小梭菌致病菌數量減少。且血清中炎癥因子TNF-α、IL-18的含量降低。提示針刺通過優化腸道菌群豐度產生積極抗炎效應,從而用于腦卒中的治療。趙紅霞等[48]發現,針刺腹部腧穴可有效改善腦梗死患者體內腸道菌群紊亂現象,恢復其腸道黏膜屏障,激發腦腸軸雙向通路調節功能,最終同時優化腦腸功能,進而影響神經系統。王葉青等[49]研究發現,應用薄氏腹針治療非急性期腦梗死患者,其腸道D-乳酸、細菌毒素及二胺氧化酶等指標有效改善。說明針刺對腸道菌群及代謝產生良性干預,有改善患者生活質量、降低感染風險的作用。王慧等[50]發現,采用“腦腸同調”針刺法可有效改善IS患者神經功能狀態,程度優于常規針刺組。推測通過針刺調腸治腦的作用機制與調節腸道菌群代謝及炎癥因子水平有關。王杰[51]發現選用上巨虛、天樞穴能有效改善IS患者臨床癥狀,究其原因與腸道菌群中雙歧桿菌和腸球菌的平衡有一定關聯,針刺使雙歧桿菌比例上升、腸球菌比例下降,菌群的優化減緩了中風的發生發展。

一些醫家也使用針藥聯用的手段調節腸道菌群治療IS。黃壑霏等[52]研究發現,針刺聯合大柴胡湯治療能有效恢復急性重癥腦卒中患者腸道黏膜屏障功能,減輕腸道黏膜損傷。針藥并用能抑制腦腸肽激素水平并減輕全身炎性反應,對減少并發癥發生、預防腦損傷加重有重要意義,其機制與腦腸肽失調密切相關。唐祎周等[53]運用培元通腑針法聯合湯藥辨證施治痰熱腑實型中風患者,結果表明雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌豐度增加,血清MTL、GAS、SP等菌群代謝物水平較前逆轉。提示治療作用可能是通過干預腦-腸軸雙向調節功能,糾正機體腦腸肽分泌紊亂和改善腸道菌群豐度實現的。袁偉渠[54]認為“調任通督”針刺法能上調腸道疣微菌門、艾克曼菌屬,表明通過“調任通督”針刺法調節腸道菌群組成和豐度,有益菌通過降低炎癥反應、降解聚糖、脂質轉運等作用機制緩解腦梗死進展,有利于患者往良好預后方向發展。

4 小結與展望

腸道菌群結構復雜,種類豐富,其功能和代謝產物與動脈粥樣硬化、腸黏膜通透性改變、腸道穩態失調等病理過程密切相關,是影響IS發生發展以及腦組織修復結局的重要因素。近年來多項研究彰顯出針灸調控腸道菌群的獨特性。但目前針灸對腸道菌群的研究還處在初級階段,有待不斷挖掘其潛在價值。菌群失調變化對腦缺血損傷的影響是多靶點、多途徑的。通過腸道菌群變化調控代謝影響IS后腦組織修復的原理十分復雜,如何有效運用其治療IS的具體機制仍是未來研究的重點,這不僅依賴于高通量測序等技術的創新,更需分子生物學等多學科綜合分析。總之,相信隨著上述生物信息技術的發展創新,未來通過針灸調節腸道菌群防治IS將為臨床提供新的研究思路。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。