胡 娟，汪星輝，高 杉，孟祥云

(1. 合肥市第二人民醫(yī)院(安徽醫(yī)科大學附屬合肥醫(yī)院)藥學部，安徽 合肥 230011; 2 .安徽醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院藥理教研室,安徽 合肥 230032)

心血管疾病(cardiovascular diseases，CVDs)因具有發(fā)病率高，治愈率低，死亡率大的特點，現已嚴重威脅了人類的健康。最近的研究表明[1]，腸道菌群(gut microbiota，GM)在CVDs中起著至關重要的作用，且對于GM的研究一直呈上升趨勢，研究發(fā)現，GM與多種疾病有關[2]，如肥胖、糖尿病、消化系統(tǒng)疾病和癌癥等。嬰兒出生之前，腸道里的微生物很少，出生后就開始不斷受到外界的刺激，腸道內的微生物數量開始不斷增加，逐漸形成腸道一個動態(tài)平衡的微生物群。當飲食習慣、環(huán)境因素、腸道感染、疾病或其他危險因素會導致成年人體內GM的種類和數量發(fā)生改變，導致GM失調，引起氧化應激反應、炎癥反應和代謝紊亂，從而促進CVDs的發(fā)生和發(fā)展。

1 GM概述

GM是對大量依賴人類腸道微生物的總稱,人體攜帶的細菌數量約為1014種，據估計，GM的基因約有300萬個，是人類基因組的150倍, GM及其代謝物能夠幫助人體完成多種生理生化功能。人體中胃腸道是細菌居住最多的地方,腸道不同解剖位置的GM組成無明顯差異,主要由厚壁菌，擬桿菌，變形桿菌，放線菌，梭菌和疣微菌組成，其中大部分為厭氧微生物。在健康人體的GM中，厚壁菌和擬桿菌是主要的優(yōu)勢菌群，占比達到90%。生活在胃腸道不同區(qū)域的微生物數量不同，且相差很大[2]，升結腸的數量最高(1011cells·g-1),其次為回腸遠端(107～108cells·g-1)，近端回腸、空腸含量較少，僅102～103cells·g-1。人體為GM提供適宜的環(huán)境和必需的營養(yǎng)，反之，GM參與調控人體的各種功能，如提供代謝營養(yǎng)、促進生長、調節(jié)免疫、消除病原微生物、保持腸道屏障的完整性和正常的穩(wěn)態(tài)平衡[3]。

2 GM代謝物

2.1 氧化三甲胺 ( trimethylamine N-oxide，TMAO)TMAO是一種具有生物活性的分子，是慢性CVDs的啟動子[4]。三甲胺主要來源于肉類、雞蛋、乳制品和咸魚等，通過膽堿、磷脂酰膽堿、左旋肉堿和甜菜堿代謝，產生一系列微生物酶，主要是三甲胺裂合酶，大部分三甲胺被血液吸收，然后被一種肝臟酶-含黃素的單氧化酶-3迅速氧化為TMAO。TMAO不僅影響脂質代謝，引起細胞內膽固醇積累，還直接影響血小板功能、促進炎癥反應等，TMAO及其相關代謝物的水平與CVD的風險成正比。

2.2 短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)人體胃腸道每天一般產生SCFAs約為50～100 mmol，大部分來源于腸道細菌發(fā)酵未消化的碳水化合物，小部分來源于日常飲食和蛋白質代謝，腸道中SCFAs主要以離子形式存在，易被吸收到宿主的血液中，與宿主蛋白質相互作用而影響宿主的生理功能[5]。SCFAs主要由醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽組成，在結腸中的占比分別約為60%、25%和15%，三者占GM產生的總SCFAs的80% ，SCFAs除了作為結腸上皮細胞的重要燃料外，還通過G蛋白偶聯受體調節(jié)不同的細胞信號轉導過程，在糖和脂代謝中也發(fā)揮重要作用，SCFAs還可以通過減少免疫細胞的遷移和增殖，抑制炎癥反應。因此，SCFA被認為具有抗炎作用。

2.3 膽汁酸膽汁酸是由肝臟中的膽固醇合成的兩親性分子，這一過程是消除人體膽固醇的重要途徑。儲存在膽囊中的膽汁酸被分泌到腸道中，促進乳化膳食脂肪，有助于腸道吸收脂質營養(yǎng)和脂溶性維生素。一方面, 膽汁酸可以自身調節(jié)代謝，主要通過法尼醇X受體，法尼醇X受體活化可以減少腸缺血/再灌注損傷，保持腸內結構完整性和通透性。此外，法尼醇X受體激動劑可以減少促炎細胞因子的釋放[3]。另一方面GM也可以通過代謝膽汁酸來調節(jié)宿主的代謝，膽汁酸具有多效性和激素活性，可以調節(jié)脂質和葡萄糖代謝，控制炎癥和纖維化，維持血管完整性，恢復腸道屏障，控制晝夜節(jié)律，延緩衰老[6]。

2.4 兒茶酸兒茶酸是花青素和原花青素等復雜多酚的主要代謝物之一，通常在洋蔥、李子、醋栗和葡萄等蔬菜水果中高濃度存在。兒茶酸通過作用于不同的分子靶點，發(fā)揮不同的生物學作用。有學者認為兒茶酸通過IGF-I信號通路抑制血管平滑肌細胞增殖，提高巨噬細胞內源性抗氧化能力，促進細胞增殖和細胞存活[3]，兒茶酸可以改善心功能和心臟自主平衡，防止心肌線粒體功能障礙，增加抗凋亡蛋白的表達。兒茶酸還可以明顯刺激骨骼肌糖代謝，調節(jié)血糖和脂質狀態(tài)，減少促炎細胞因子的分泌。

2.5 其他代謝物腸道中的蛋白質被有害微生物代謝，產生有害的胺、酚、氨，引起不適和疾病，對人體的心血管系統(tǒng)有很大的影響。研究發(fā)現，對甲酚硫酸鹽和苯乙酰谷氨酰胺在非冠心病患者中含量較低，而在冠心病患者中含量較高[7]。食物中的色氨酸被大腸桿菌代謝產生大量醌，在微生物氧化酶的作用下進一步氧化為吲哚酚。與TMAO類似，肝臟中的吲哚酚被磺化形成硫酸吲哚酚，硫酸吲哚酚過量積累導致心肌細胞氧化，誘導心肌細胞損傷，血管內皮細胞損傷，促進血管通路血栓形成。腸內酯主要由腸內消化富含纖維的食物產生。meta分析發(fā)現，血清中腸內酯水平較高的患者發(fā)生急性冠狀動脈意外的風險較低，因此較低的腸內酯水平可能是冠心病的另一個危險因素[8]。此外，人類腸道中一些還原菌以硫酸鹽為底物，產生大量的硫化氫，硫化氫在人體中起著氣體發(fā)射器的作用，具有保護細胞、舒張血管、調節(jié)血壓和降低心率等多種生理功能。

3 GM與CVDs

3.1 高血壓高血壓是一種最常見的心血管疾病，隨著年齡的增長，發(fā)病率也逐漸增長，而且我國高血壓的發(fā)病人群正趨于年輕化，其發(fā)病機制具有復雜性，影響因素多，尋找新的致病點，從而更有效地靶向治療一直是醫(yī)務工作者努力的方向，現已發(fā)現GM失調是高血壓的致病因素之一[9],GM中厚壁菌和擬桿菌占GM的很大一部分，厚壁菌和擬桿菌的比值被認為是GM失調的生物標志物，無論在自發(fā)性高血壓動物模型中，還是在臨床高血壓患者中，GM的多樣性、豐度及均勻性都有所下降，而厚壁菌/擬桿菌比值增加，乙酸和丁酸鹽細菌數量減少。眾多致病性菌群，如克雷伯菌、鏈球菌和擬桿菌等參與高血壓的病程發(fā)揮直接或間接作用，且與疾病嚴重程度相關，與其他GM代謝物相比，更多的研究表明，SCFAs通過與G蛋白偶聯受體(GPR41、GPR43和GPR109A)和血管嗅覺受體78結合調節(jié)血壓的生理功能，主要介導內分泌系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、炎癥和腸道穩(wěn)態(tài)等發(fā)揮多種生物學效應。血管嗅覺受體78可升高腎素水平，引起血壓升高，而GPR41表現為拮抗作用。但也有研究指出，GPR41和血管嗅覺受體78對丙酸鹽反應后的血壓調節(jié)有相反的作用[3]。因此，高血壓與GM的多樣性、豐富性和均勻性密切相關，并且受厚壁菌/擬桿菌比值的影響。SCFAs的高血壓和低血壓效應分別通過與血管嗅覺受體78和GRP41結合來介導。藥物干預通過改變GM的種類和代謝產物來調節(jié)血壓，這一發(fā)現可能為高血壓的治療提供新方向。

3.2 冠心病冠心病是臨床最常見的CVDs之一，對人體健康有著極大的危害，GM的結構變化可作為冠心病的診斷指標。臨床患者研究和實驗動物研究均證實了GM在冠心病中具有一定的作用，有些GM被認為是冠心病發(fā)展的促進因素，有些GM則被認為可以保護冠心病。目前還不清楚人體內的微生物是如何驅動或啟動冠心病的發(fā)展，也不清楚具體哪種菌群主導CVDs的發(fā)生與發(fā)展，其所涉及的具體機制需要進一步研究[2]。TMAO是CVDs的主要影響因素，血清中TMAO水平與動脈粥樣硬化斑塊面積呈正相關。這可能與TMAO誘導兩個清除劑受體細胞的表達(分化細胞36和清除劑受體A)有關，從而抑制膽固醇的逆向轉運和巨噬細胞膽固醇的積累。TMAO可以通過抑制膽汁酸合成來降低體內膽固醇，也可以通過減少膽固醇的再吸收，防止動脈粥樣硬化的形成。Tang等[10]隨訪了4 000多名患者冠狀動脈造影情況,結果表明,冠心病的風險與TMAO濃度呈正相關。在2235例冠心病患者中，高TMAO濃度(>6.5 mol·L-1)患者數是低水平(<2.5 mol·L-1)患者的3.9倍。同時，TMAO可以獨立預測冠心病患者的死亡風險，而不依賴于傳統(tǒng)的預測因子，如腦利鈉肽，超敏C反應蛋白和過氧化物酶等?？偟膩碚f，目前對TMAO的研究較為深入，TMAO水平有望成為冠心病患者診斷和風險評估的標準。

3.3 心肌梗死與其他慢性CVDs不同，急性心肌梗死是一種嚴重的機體應激性損傷。在這種創(chuàng)傷下，GM及其代謝產物的結構會發(fā)生應激變化，心肌梗死患者會出現典型的GM紊亂，益生菌明顯減少，致病菌大量繁殖，腸屏障功能受損、腸通透性增加等一系列變化。通過分析49例健康對照者、50例冠心病患者和100例心肌梗死患者的血菌群，發(fā)現心肌梗死患者血菌群的多樣性和豐富度均有所增加，其中超過12%的血細菌來自GM[11]。動物實驗表明[12]，心肌梗死大鼠腸道屏障損傷與假手術組比較，GM豐富度明顯高于假手術組，心肌梗死會導致乳酸菌減少,而SCFA可以改善心肌梗死的狀況，這說明GM及其代謝物對心肌梗死后心臟組織有明顯的修復作用，因此，通過干預GM改善心肌梗死患者的臨床預后可能是一種新的心肌梗死治療方法。

3.4 心力衰竭心力衰竭是心肌梗死后的終極階段，心臟結構和功能嚴重受損，目前手術和藥物治療可以一定程度延緩心力衰竭的進展，但死亡率仍然很高。近些年來，我們對心力衰竭病理生理機制的認識發(fā)生了很大變化，從血液動力學轉變到神經體液免疫調節(jié)，如今GM在心力衰竭中的作用引起了人們廣泛的關注。Pasini等[13]的研究結果表明，心力衰竭患者比對照組更易感染致病菌。念珠菌、彎曲桿菌和志賀菌與疾病的嚴重程度呈正相關。與健康對照組相比，78.3%的心力衰竭患者的腸道通透性增加。中度和重度心力衰竭患者的腸道通透性高于輕度心力衰竭患者。這些數據表明心力衰竭破壞了GM的平衡。兩項納入數百名參與者的隊列研究表明，TMAO水平升高不僅預示著慢性心力衰竭患者的死亡風險，也預示著急性心力衰竭患者的死亡風險。TMAO含量可以為心衰的風險分級提供基礎。Organ等[14]手術構建小鼠心力衰竭模型，與對照正常飲食的小鼠相比，發(fā)現喂食TMAO小鼠中表現出更嚴重的心力衰竭癥狀和體征。硫酸吲哚酚與心肌纖維化和心室重構有關，甲酚硫酸鹽和苯乙酰谷氨酰胺也參與了心力衰竭的病程, 對甲酚硫酸鹽水平已被證明可以預測老年血液透析患者的CVDs的死亡率，同樣，高水平的苯乙酰谷氨酰胺被認為是CVDs獨立的危險因素。

4 作用機制探討

4.1 氧化應激氧化應激的產生不是由于生理過程(通過產生氧化應激酶)，就是由于與潛在的有害外源性因子的相互作用。大多數活性氧主要來源于線粒體，由細胞不同部位生理過程產生，其他來源的活性氧包括黃嘌呤和黃酮氧化酶，大腸桿菌產生黃嘌呤脫氫酶，是嘌呤氧化代謝的關鍵酶，GM參與嘌呤和尿酸的代謝[15]，且尿酸的分解活性與大腸桿菌的含量呈正相關，冠心病患者的大腸桿菌數量增加，血尿酸水平顯著升高，而高濃度的尿酸則表現為預氧化。血尿酸水平升高可導致血液中亞硝酸鹽/硝酸鹽含量升高，一氧化氮生物利用度降低，氧化應激水平增加。此外，益生菌具有抗氧化作用，通過與金屬離子螯合、調節(jié)信號通路和干預GM穩(wěn)態(tài)而改善宿主的氧化還原狀態(tài)[16]。氧化應激發(fā)生時，GM還可以介導非酶途徑，通過還原硝酸鹽，增加一氧化氮的水平，從而改善CVDs的現狀，而GM的代謝物硫酸吲哚酚則通過誘導還原型輔酶Ⅱ，促進過氧亞硝酸鹽和超氧化物的生成，抑制一氧化氮的生成及內皮細胞生長，引發(fā)內皮功能障礙而增加CVDs的風險[15]。因此，通過調節(jié)GM干預氧化應激作用，可以影響心血管疾病的進程。

4.2 炎癥反應心血管疾病常常伴隨有局部或全身的炎癥反應，而干預GM可以直接或間接調節(jié)免疫平衡。GM通過與腸道黏膜、免疫細胞的黏液及上皮屏障的相互作用，直接控制宿主的炎癥反應。益生菌和共生菌可以預防局部和全身炎癥的發(fā)生，加強腸道屏障功能，阻止細菌代謝物脂多糖進入循環(huán)，增加抗菌素的分泌和粘液生產、加強腸道上皮細胞之間的緊密連接,抑制腸道上皮細胞的炎癥反應[15]。此外，擬桿菌和梭狀芽孢桿菌可增加T調節(jié)細胞活性，下調T輔助17細胞免疫功能，從而形成一種抗炎環(huán)境。發(fā)揮抗炎介質有SCFAs和一氧化氮，主要由乳酸菌、厚壁菌和擬桿菌產生。其中SCFAs可以抑制巨噬細胞釋放腫瘤壞死因子-α和中性粒細胞釋放白介素-8等炎癥因子，其機制為抑制組蛋白去乙?；? 減少核轉錄因子NF-κB活性。SCFAs還有益于內分泌調節(jié), 刺激腸內分泌細胞產生抗炎的腸道激素。變形桿菌產生的硫化氫，是一種強大的抗炎氣體信號分子，具有心臟保護作用。GM不僅能產生抗炎神經遞質γ-氨基丁酸和乙酰膽堿，還能調節(jié)自主神經系統(tǒng)活性，其中乳酸菌還能誘導迷走神經，而迷走神經具有重要的抗炎作用。最新研究表明，TMAO能夠激活NLRP3炎癥小體[17]，增強血小板反應活性和血栓形成風險，促進血管炎癥發(fā)生。因此，GM可通過干預炎癥機制參與CVDs的發(fā)展。然而其核心機制仍有待進一步闡明。

4.3 代謝紊亂人體腸道內GM具有廣泛的代謝功能，是形成飲食生化特征的一個關鍵因素，對人類的新陳代謝有重要的貢獻，GM失調導致的代謝紊亂是心血管疾病的影響因素之一。丁酸鹽是人類健康最重要的SCFAs，激活糖異生通過環(huán)磷酸腺苷途徑維持體內葡萄糖和能量的平衡，而丙酸鹽與葡萄糖直接發(fā)生腸內糖異生，減少產量促進能量平衡。GM還可以通過抑制磷酸腺苷，活化蛋白激酶，誘導脂肪細胞因子活性、調控過氧化物酶、活化受體γ、改變腸道通透性等方式影響人體脂和糖的代謝，增加CVDs風險。GM具有相當大的蛋白水解能力，將攝入的蛋白質分解成更短的肽、氨基酸、支鏈脂肪酸、產生氨、氫氣和硫化氫等氣體。主要的蛋白水解菌為丙酸桿菌、梭狀芽孢桿菌、鏈球菌、葡萄球菌和芽孢桿菌等。膽汁酸在肝臟中由膽固醇合成，主要形成膽酸和去氧膽酸，在脂肪代謝中具有重要作用[15]，其功能為促進脂肪的消化和吸收，膽鹽水解酶由雙歧桿菌、乳酸桿菌產生，結合膽鹽在膽鹽水解酶作用下轉變?yōu)橛坞x膽鹽，通過糞便排出體外而不易被重吸收進入腸肝循環(huán)，此時肝臟會重新利用膽固醇再次合成膽汁酸，消化更多的脂肪，達到降血脂目的。因此，宿主腸道中雙歧桿菌和乳酸桿菌數量減少會降低膽固醇的轉化利用率，從而升高血脂。此外，最新研究揭示GM與藥物代謝也密切相關[18]。

5 基于GM的治療方法

5.1 益生菌療法益生菌是一種對宿主健康有益的活性微生物，大多數益生菌是存在于水果、蔬菜和谷類等天然產品,常見的益生菌包括乳酸菌、鏈球菌、雙歧桿菌、腸球菌、和乳球菌，益生菌能夠選擇性地促進一種甚至多種有益菌的生長，從而對宿主產生有益的作用。適當補充益生菌可以干擾GM的功能和組成，從而激活免疫系統(tǒng)，控制炎癥。研究表明，經布氏桿菌治療3個月后，慢性心力衰竭患者肌酐值降低、左心房直徑減小和左心室射血分數升高[19]。益生菌也可以直接吸收膽固醇從而降低膽固醇含量，然而，益生菌療法仍有感染風險，其安全性需要進一步研究。

5.2 微生物移植法微生物群移植是將供體菌群或代謝物導入患病受體，提供營養(yǎng)，抑制致病菌的生長，調節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)，糾正腸道微生態(tài)失衡，從而幫助患者重建腸道微生物群的正常功能。一項meta分析推測菌群移植在恢復GM方面可能比益生菌更有效，因為移植菌群可以克服益生菌的短期療效，使菌群發(fā)生永久性的改變[20]。目前，微生物群移植治療復發(fā)性或難治性嚴重梭菌感染已取得理想療效，在治療代謝性疾病中也有新發(fā)現，一項隨機對照試驗發(fā)現將較瘦的人的菌群移植到較胖人的體內，55%的參與者在6周后胰島素抵抗有所改善[21]。最近，微生物群移植也被測試作為一種新興的治療手段來治療CVDs，然而，微生物群移植的使用目前是有限的，因為它存在風險，可能會轉移內毒素或其他危險藥物，會導致新的胃腸并發(fā)癥。雖然微生物群移植是一種很有前途的治療CVDs方法，但仍需要進一步研究。

5.3 抗生素療法抗生素治療具有兩面性[15]，萬古霉素能夠使厚壁菌和擬桿菌的數量明顯減少，變形桿菌的數量明顯增加，氨芐西林能夠降低膽固醇的水平，通過降低低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白而減少動脈粥樣硬化病變區(qū)域。多粘菌素B和妥布霉素可以降低心衰患者體中內毒素含量和白介素-1β、白介素-6及腫瘤壞死-α的水平，然而，由于多粘菌素B的毒性，其臨床應用受到限制。Galla等[22]給鹽敏感大鼠和自發(fā)性高血壓大鼠服用了三種口服抗生素(新霉素、米諾環(huán)素和萬古霉素)，以研究血壓的變化。他們發(fā)現，經米諾環(huán)素和萬古霉素干預后，鹽敏感大鼠體內GM發(fā)生改變，收縮壓升高，自發(fā)性高血壓大鼠收縮壓降低，但新霉素干預沒有變化，在臨床患者試驗中，抗生素的使用是否對CVD有保護作用仍然沒有答案。抗生素使用不當會殺死體內有益的GM。因此，我們應該注意抗生素的副作用以及它們的臨床效果。

5.4 飲食療法飲食調節(jié)已被證明是降低CVDs風險的有效策略。日常飲食為谷物、魚類，豆類，蔬菜和橄欖油等被證實可以預防CVDs，降低CVDs的死亡率，這即為著名的地中海飲食，不堅持這種地中海飲食的患者尿液中TMAO的水平有所上升。Bier等[23]研究了高鹽飲食與微生物變異以及代謝產物水平之間的關系，高鹽飲食小鼠腸道微生物群的組成與SCFAs出現改變，從而導致高血壓。與對照組相比，高鹽飲食組小鼠中的三個菌群(歐文氏菌、克里斯滕氏菌和棒狀桿菌)顯著增加，而在高鹽飲食組小鼠中也觀察到了厭氧菌數量有所減少。此外，高纖維飲食和醋酸可以降低厚壁菌/擬桿菌的比值，增加細菌的數量，減少高血壓小鼠心肌纖維化，阻止高血壓和心力衰竭的進展[24]。因此，對患者進行飲食調整以延緩CVD的進展是非常重要的。

5.5 其他療法通過抑制微生物代謝過程產生的化學物質治療CVDs已經進行了一些研究，研究表明，膽堿結構類似物(3,3-二甲基-1-丁醇)可阻斷膽堿代謝，降低三甲胺的產生， 因三甲胺被肝含黃素的單氧化酶-3氧化成TMAO，所以研究潛在的含黃素的單氧化酶-3抑制劑來預防或治療CVDs是一個新方向[25]。目前對腸道微生態(tài)制劑的研究大多處在臨床試驗階段，開發(fā)新的微生態(tài)制劑，靶向治療CVDs是非常有前景的。

6 小結

腸道微生態(tài)是以GM為代表的最大的微生物系統(tǒng)，GM與宿主共同維持著其微生態(tài)平衡。只要GM失衡，就會迅速導致包括CVDs在內的一系列病理生理變化。因此，進一步深入研究GM與CVDs之間的關系，精準靶向干預GM及其代謝物為CVDs的治療開拓新思路，從而減輕心血管疾病患者痛苦，提高他們的生活質量。