蔣小燕，段家懷,2*

(1湖南師范大學(xué)第二附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，長沙 410003；2解放軍聯(lián)勤保障部隊第921醫(yī)院營養(yǎng)科，長沙 410003)

近年來，腸道菌群和疾病的相關(guān)性研究越來越多，大量研究證實了腸道菌群衍生物三甲胺N-氧化物(trimethylamine-N-oxide，TMAO)與高脂血癥、高血壓病、糖尿病等代謝性疾病有一定相關(guān)性。隨著對腸道微生物群的深入研究，發(fā)現(xiàn)其可通過多種機制參與動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，因此維持腸道微生物群穩(wěn)態(tài)對防治相關(guān)疾病具有重要意義。

1 概述

人類的皮膚、黏膜表面、腸道被無數(shù)的微生物所占據(jù)，這些微生物包括細(xì)菌、古細(xì)菌、病毒、真菌和其他原生生物，統(tǒng)稱為微生物群。宿主為微生物群提供營養(yǎng)物質(zhì)，而微生物群能夠平衡免疫和代謝功能等[1,2]。腸道微生物具有三甲胺裂解酶(哺乳動物沒有這種酶)， 可以使卵磷脂、膽堿、肉堿等營養(yǎng)素中C-N鍵斷裂， 三甲胺(trimethylamine，TMA)即作為代謝廢物被釋放，通過門脈循環(huán)進(jìn)入肝臟[3]。TMA被輸送到肝臟，由黃素單加氧酶(flavin-containing monooxygenase，F(xiàn)MO)(主要是FMO3)氧化成TMAO。

在人體內(nèi)，血漿TMAO水平升高與主要不良心血管事件和死亡風(fēng)險增加之間呈正相關(guān)。Wang等[3]通過給小鼠食用含有膽堿類的食物或直接飼喂TMAO，證明TMAO可促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊形成。Tang等[4]對4 007例平均年齡為63歲的受試者進(jìn)行了3年的前瞻性隊列研究，該研究顯示，同樣有心血管高危因素的患者，3年間TMAO血漿水平高者較血漿水平低者動脈粥樣硬化的發(fā)病率高，且TMAO預(yù)測值比傳統(tǒng)危險因素(高齡、糖尿病、高血壓等)預(yù)測性好。最近的研究表明，TMAO通過多種

機制促進(jìn)動脈粥樣硬化，主要歸因于TMAO影響膽固醇和膽汁酸代謝、促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成、參與炎性通路的激活、增強血小板反應(yīng)性、提高血栓形成的潛力、增加胰島素抵抗等。

2 TMAO致動脈粥樣硬化機制

2.1 影響膽固醇及膽汁酸代謝

TMAO調(diào)節(jié)體內(nèi)多個位點的膽固醇和甾醇代謝，具有動脈粥樣硬化增加的凈效應(yīng)。泡沫細(xì)胞是指吞噬了脂質(zhì)的巨噬細(xì)胞或組織細(xì)胞，其胞質(zhì)中含有許多脂滴，是動脈粥樣硬化斑塊出現(xiàn)的特征性病理細(xì)胞。目前研究觀察到TMAO的一種前動脈粥樣硬化機制是減少膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(reverse cholesterol transport，RCT)[5]。TMAO通過3種機制使膽固醇在動脈壁的細(xì)胞內(nèi)積聚。(1)TMAO干擾膽固醇從肝外器官及組織逆向轉(zhuǎn)運入肝臟，從而影響膽固醇及脂質(zhì)蛋白在人體血漿內(nèi)的水平，并使膽固醇在巨噬細(xì)胞內(nèi)不斷積累，進(jìn)而使巨噬細(xì)胞形成泡沫細(xì)胞[3,6,7]；(2)TMAO抑制膽汁酸合成酶膽固醇7α-羥化酶(cholesterol 7 α hydroxylase，CYP7A1)、CYP27A1和膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白在肝臟的表達(dá)，CYP7A1是膽固醇分解代謝的限速步驟，其表達(dá)上調(diào)有助于擴大膽汁酸池，增加RCT，減少易感小鼠動脈粥樣硬化斑塊[8-10]，所以抑制CYP7A1等即減少了RCT、增加了泡沫細(xì)胞形成；(3)TMAO增加兩種致動脈粥樣硬化清道夫受體-分化簇36(cluster of differentiation 36，CD36)和清道夫受體A(scavenger receptor class A，SRA)的細(xì)胞表面表達(dá)，促進(jìn)單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附，使單核細(xì)胞進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞，在內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)單核細(xì)胞變成巨噬細(xì)胞，進(jìn)而吞噬氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)，導(dǎo)致膽固醇積累，形成泡沫細(xì)胞，泡沫細(xì)胞堆積在血管內(nèi)皮細(xì)胞上，形成動脈粥樣硬化[3,6,11,12]。

2.2 促進(jìn)血管炎癥

動脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病，是血管壁對各種損傷的一種異常反應(yīng)，具有經(jīng)典炎癥變性、滲出及增生的特點。炎癥在動脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展和演變中起到關(guān)鍵作用。Seldin等[13]研究發(fā)現(xiàn)，TMAO可誘導(dǎo)炎性基因表達(dá)甚至直接激活炎性通路，在人主動脈內(nèi)皮細(xì)胞(human aortic endothelial cells，HAEC)和平滑肌細(xì)胞中，TMAO通過激活促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、誘導(dǎo)核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)磷酸化來促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞募集活化的白細(xì)胞。Ma等[14]研究表明，TMAO可抑制人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)增殖及其與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的黏附，即血漿TMAO抑制了血管自我修復(fù)的能力；且TMAO正向調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞(epithelial cells，EC)中血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)的表達(dá)，導(dǎo)致單核細(xì)胞黏附增加，推測TMAO可能作為蛋白激酶C/p-NF-κB信號的正向上游調(diào)節(jié)因子起作用，并間接激活VCAM-1啟動子以促進(jìn)單核細(xì)胞黏附。Sun等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在HUVEC中，TMAO以顯著的劑量和時間依賴性觸發(fā)氧化應(yīng)激和硫氧還蛋白結(jié)合蛋白-炎性體蛋白3(thioredoxin interacting protein-nod-like receptor protein 3,TXNIP-NLRP3)炎癥小體的活化，其中炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β(interleukinin-1β，IL-1β)和IL-18以時間依賴性方式釋放，而內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)和一氧化氮(nitric oxide，NO)受到抑制。此外，活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)抑制劑N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)及小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)介導(dǎo)的TXPIN和NLRP3基因敲除可明顯逆轉(zhuǎn)TMAO介導(dǎo)的作用。該研究結(jié)果首次揭示TMAO通過激活ROS-TXNIP-NLRP3炎癥小體誘導(dǎo)炎癥和內(nèi)皮功能障礙。Chen等[16]研究結(jié)果證實了TMAO通過NLRP3炎癥小體促進(jìn)了血管炎癥，而NLRP3炎癥小體活化部分通過抑制沉默信息調(diào)節(jié)因子3-超氧化物歧化酶2-mtROS信號通路來介導(dǎo)，且該信號通路在調(diào)節(jié)TMAO介導(dǎo)的NLRP3炎癥小體激活中起關(guān)鍵作用。

2.3 增強血小板反應(yīng)性及血栓形成風(fēng)險

血小板激活在動脈粥樣硬化中起重要作用。Zhu等[17]發(fā)現(xiàn)，TMAO通過增強細(xì)胞內(nèi)儲存的刺激依賴性Ca2+釋放來促進(jìn)血小板高反應(yīng)性、增加血栓形成風(fēng)險；通過量化肌醇磷酸鹽水平，發(fā)現(xiàn)TMAO可增加血小板中的肌醇-1，4，5-三磷酸(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3)信號傳導(dǎo)途徑。

2.4 其他

有研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者血清TMAO濃度明顯高于健康對照者[3]，不論血糖狀況如何，空腹TMAO濃度增加者預(yù)后差[3]，說明TMAO可能引起或加重胰島素抵抗，具體機制有待進(jìn)一步研究。Li等[18]研究表明，循環(huán)水平的腸微生物依賴性代謝物TMAO隨著衰老而增加，這可能通過增加血管炎癥和氧化應(yīng)激損害eNOS衍生的NO生物利用度，導(dǎo)致與衰老相關(guān)的內(nèi)皮功能障礙。

3 潛在治療策略

(1)最簡單的干預(yù)措施是調(diào)整飲食，限制富含卵磷脂、膽堿和肉堿食物的攝取可能是限制循環(huán)TMAO的有效策略[3-5]。(2)抑制或減少TMAO形成：3，3-二甲基-1-丁醇(3，3-dimethyl-1-butanol，DMB)被證明可抑制TMA的生成，因此可以通過DMB抑制TMA進(jìn)而抑制TMAO的生成[18]。(3)使用益生元或益生菌[19-21]。益生元療法包括選擇性攝取營養(yǎng)素或飲食成分(非微生物組合物)，提供“有益”細(xì)菌的生長優(yōu)勢[21]。益生菌療法包括飲食攝入一種或多種活菌株，試圖利用微生物的互惠性和水平基因轉(zhuǎn)移的潛力使宿主受益[22,23]。目前有研究表明益生菌對調(diào)節(jié)血脂有作用[24]。益生菌可以直接吸收膽固醇而降低介質(zhì)中膽固醇的含量，其中乳酸菌等在生長過程中可促進(jìn)膽固醇的分解代謝，從而降低膽固醇含量，該作用與調(diào)控膽固醇合成限速酶3-羥基-3-甲基戊二酰 CoA還原酶(HMG-CoA還原酶)表達(dá)有關(guān)[25]；雙歧桿菌等可通過膽鹽水解酶水解氨基化合物，阻斷膽鹽的腸肝循環(huán)，降低血清膽固醇[26,27]。(4)有學(xué)者[28,29]提出使用清血消脂方，該藥通過抑制氧化三甲胺對CD36等清道夫受體mRNA和蛋白的表達(dá), 減少膽固醇的攝入, 從而起到顯著抑制巨噬細(xì)胞泡沫化過程, 最終達(dá)到抗動脈粥樣硬化的作用。(5)糞菌移植術(shù)也引起了人們很大關(guān)注，糞便微生物移植治療炎癥性腸病等為該法治療動脈粥樣硬化提供可能。上述可能的治療干預(yù)策略尚未成熟，但提供了新的思路，有望通過調(diào)節(jié)飲食、藥物、腸道菌群等控制TMAO水平，進(jìn)而有效預(yù)防及治療動脈粥樣硬化及其相關(guān)疾病。

4 小結(jié)

動脈粥樣硬化形成的機制復(fù)雜且存在較多爭議。目前研究表明，除動脈粥樣硬化傳統(tǒng)的影響因素外，TMAO已成為當(dāng)前心血管疾病研究領(lǐng)域的一個新方向。本文旨在提示相關(guān)研究需關(guān)注腸道菌群及其衍生物TMAO與動脈粥樣硬化形成之間的關(guān)系，為防治動脈粥樣硬化及相關(guān)疾病提供更多可能。