腸道菌群與下肢動(dòng)脈硬化閉塞癥的相關(guān)性研究

曾梓詠，郭偉光，張海麗，唐瑩蕾，殷明月

(1. 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，黑龍江 哈爾濱 150040；2. 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

我國(guó)現(xiàn)在正步入老年化社會(huì)，到2030年時(shí)老年人口數(shù)將會(huì)達(dá)到總?cè)丝跀?shù)的25%，伴隨著人口老齡化的進(jìn)程，我國(guó)周圍血管疾病的患病人數(shù)預(yù)計(jì)將從2000年的2944萬(wàn)增至2020年的4113萬(wàn)[1]。隨著中國(guó)老年化社會(huì)的到來(lái)，作為周圍血管病的代表性疾病--下肢動(dòng)脈硬化閉塞癥(arteriosclerosis obliterans，ASO)治療與預(yù)后將變得尤為重要。

2019年一項(xiàng)有關(guān)中老年人群的下肢血管疾病流行病學(xué)調(diào)查顯示，受訪者的患病率為6.6%，當(dāng)中只有4.9%了解自身情況[2]。按時(shí)進(jìn)行下肢檢查以及積極治療合并疾病，會(huì)有效減少下肢血管疾病的并發(fā)癥，改善患者的日常生活質(zhì)量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究表明腸道菌群在心腦血管疾病、高血壓、糖尿病、高血脂癥等疾病的診治方面成為熱點(diǎn)，腸道微生物群及代謝衍生物在ASO診治預(yù)防方面也有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，可通過(guò)多種途徑調(diào)控腸道微生態(tài)從而改善ASO病情。

1 ASO概述

ASO是全身性動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)在肢體的局部表現(xiàn)，慢性炎癥疾病驅(qū)使AS斑塊的形成、進(jìn)展和破裂，斑塊主要以血液細(xì)胞、泡沫細(xì)胞(吞噬大量脂質(zhì)的巨噬細(xì)胞或平滑肌細(xì)胞)、脂質(zhì)、壞死細(xì)胞碎片和鈣離子蛋白構(gòu)成[3]。ASO主要病理機(jī)制是AS累及供應(yīng)下肢的大、中型血管，導(dǎo)致肢體動(dòng)脈管徑變狹小最終堵塞，從而導(dǎo)致肢體出現(xiàn)供血不足并常發(fā)生肢體潰瘍或壞疽，從而導(dǎo)致截肢與致殘[4]。AS是ASO的主要原因，其風(fēng)險(xiǎn)因素多種多樣，如個(gè)體的血糖、脂血、血壓，腸道菌群與其有著十分密切的關(guān)聯(lián)[5]。

2 腸道菌群的種類和功能

人體腸道中棲息的細(xì)菌總數(shù)大約有1013～1014個(gè)，它們與宿主共同存在，對(duì)宿主健康有重要影響。其中細(xì)菌主要類型為:厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)和梭桿菌門(Fusobacteria)[6]。在其中以擬桿菌門和厚壁菌門作為主導(dǎo)，擬桿菌門是正常人體內(nèi)菌群中相對(duì)豐度最高，與糖類、膽汁酸和脂質(zhì)代謝相關(guān)，有助于腸道黏膜的細(xì)微血管增殖生長(zhǎng)，對(duì)人體有益，而厚壁菌門在高血壓、高血脂癥、糖尿病、肥胖等患者體內(nèi)相對(duì)豐度較高[6]。厚壁菌門/擬桿菌門比率(Firmicutes/Bacteroidetes ratio，F(xiàn)/B)是宿主體內(nèi)腸道厚壁菌門與擬桿菌門的比率，它的上升提示腸道菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)。

3 腸道菌群參與ASO

腸道菌群與人體血糖、血脂及血壓水平等ASO常見(jiàn)的危險(xiǎn)因素聯(lián)系密切[7]。腸道菌群誘發(fā)ASO的主要病理基礎(chǔ)是AS，由于慢性炎癥反應(yīng)，形成血管內(nèi)粥樣斑塊使得血管狹窄、閉塞，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生[8]。

腸道菌群組成成分的改變和功能平衡破壞在ASO的病情發(fā)展中發(fā)揮著巨大作用。腸上皮細(xì)胞是單層細(xì)胞，可以維系人體和腸道間的黏膜，從而防止致病菌的感染和炎癥的發(fā)生[9-10]，而腸道菌群平衡破壞會(huì)對(duì)腸道黏膜的屏障功能產(chǎn)生不良影響，促進(jìn)腸壁的通透性變大，并使體內(nèi)多種有害代謝產(chǎn)物釋放增加，如內(nèi)毒素、內(nèi)源性乙醇等[10]。菌群及代謝產(chǎn)物參與人體能量物質(zhì)代謝以及某些炎癥反應(yīng)，同時(shí)，腸道菌群促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收，調(diào)節(jié)免疫，與血管疾病發(fā)病有著巨大關(guān)聯(lián)[11]。下面基于AS的三大危險(xiǎn)因素(血脂、血壓、血糖)來(lái)討論腸道菌群對(duì)下肢動(dòng)脈硬化閉塞癥的防治。

3.1高血脂 在ASO的眾多發(fā)病因素中，高脂血癥與ASO的發(fā)病最為密切。Velagapudi等[12]經(jīng)動(dòng)物研究證實(shí)，腸道菌群會(huì)改變宿主脂質(zhì)和能量代謝，其中腸道微生物可改善血清、脂肪組織和肝臟中的脂質(zhì)種類的含量。Morrison等[13]研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群可將人體進(jìn)食的食物消化代謝，從而生成代謝產(chǎn)物，其中包括：三甲胺(trimethylamine，TMA)、三甲胺氮氧化物(trimethylamine-N-oxide，TMAO)、膽汁酸(bile acid,BA)、短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)等。其中，TMA進(jìn)入到門脈循環(huán)中，經(jīng)過(guò)肝臟被氧化生成TMAO[14]。TMAO被認(rèn)為是AS斑塊危險(xiǎn)性和病情發(fā)展的標(biāo)志性物質(zhì)，可加重氧化應(yīng)激反應(yīng)、促進(jìn)血小板聚集、血管受損老化、脂質(zhì)堆積、血管纖維化的發(fā)生[15]。研究表示減少血清TMAO水平能夠防治AS導(dǎo)致的有關(guān)疾病[16]。SCFAs是腸道菌群產(chǎn)生的膳食纖維在腸道代謝后的終產(chǎn)物，其主要由乙酸、丙酸、丁酸鹽組成[17]。這些終產(chǎn)物可用作調(diào)整機(jī)體代謝和宿主的免疫炎性反應(yīng)的信號(hào)因子[13]。研究人員通過(guò)測(cè)定糞便中SCFAs的濃度，結(jié)論表示較低的SCFAs吸收與腸道菌群失調(diào)、腸道通透性、過(guò)度肥胖等ASO危險(xiǎn)因素有關(guān)[18]。腸道菌群對(duì)BA的代謝有促進(jìn)作用[19]，脆弱擬桿菌分泌的膽鹽水解酶可以抑制腸道法尼醇X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)的活化[20]。FXR可以調(diào)節(jié)膽汁酸平衡和肝腸循環(huán)，減弱膽汁酸濃度過(guò)高對(duì)細(xì)胞毒性作用[21]。腸道中脆弱擬桿菌減少可促進(jìn)機(jī)體脂肪組織的消耗，抑制炎癥反應(yīng)[19]。

3.2高血壓 腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變與高血壓水平存在密切關(guān)系。某些益生菌菌株擁有降低高血壓的能力[22]。許多研究表明在高血壓發(fā)生時(shí)腸道菌群會(huì)發(fā)生改變，腸道菌群的豐度降低，F(xiàn)/B比率上升[23]。當(dāng)發(fā)生心血管疾病時(shí)，心排量降低，腸道的低血流量會(huì)愈發(fā)減弱腸道的“菌膜屏障”作用，并使細(xì)菌轉(zhuǎn)移加重全身炎癥[24]。一項(xiàng)薈萃分析證明循環(huán)中TMAO濃度和高血壓危險(xiǎn)程度之間有著明顯的正相關(guān)，高濃度的血清TMAO水平會(huì)增加患上高血壓的幾率12%[25]。此外，Jaworska等[26]實(shí)驗(yàn)觀察給藥TMA后高血壓大鼠的動(dòng)脈血壓和腸血流量情況，顯示高血壓大鼠結(jié)腸對(duì)TMA的滲透性增加，說(shuō)明TMA升高會(huì)推進(jìn)高血壓的發(fā)病進(jìn)程。SCFAs通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)血壓[18]，SCFAs具有抗炎和組蛋白脫乙酰酶抑制特性，可調(diào)節(jié)參與染色質(zhì)修飾酶的表達(dá)水平，通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體的生物合成來(lái)改善缺氧對(duì)腎上皮細(xì)胞的影響，從而改善腎功能障礙繼而降低血壓。Zonulin是一類腸上皮蛋白調(diào)節(jié)物質(zhì)，可迅速、雙向地調(diào)控腸道間的緊密性，繼而降低腸黏膜的保護(hù)功能，腸微生物可影響Zonulin的代謝表達(dá)[27]。Kim等[28]實(shí)驗(yàn)證實(shí)，人體內(nèi)的Zonulin水平與收縮壓密切相關(guān)，Zonulin水平上升提示高血壓患者的腸黏膜保護(hù)功能受損。Hsu等[29]研究發(fā)現(xiàn)某些益生菌減少了體內(nèi)醋酸鹽水平和腎臟中Olfr78的mRNA表達(dá)，可預(yù)防高果糖飲食誘發(fā)的高血壓。LPS是內(nèi)毒素，是格蘭陰性菌外膜中由脂質(zhì)和糖組成的結(jié)構(gòu)，可誘發(fā)全身性炎癥，促進(jìn)高血壓的發(fā)生發(fā)展[28]。微生物群落與其代謝產(chǎn)物的改變可影響腸道交感神經(jīng)的活動(dòng)，研究人員通過(guò)抑制神經(jīng)細(xì)胞活化，選擇性地改變腸道微生物群落，減輕神經(jīng)炎癥，最終影響血壓，提出了高血壓可能關(guān)于腦-腸交流功能障礙的假說(shuō)[30]。

3.3糖尿病 腸道菌群失衡可能誘發(fā)糖尿病，其中可能是由于腸道通透性改變和腸道免疫反應(yīng)。當(dāng)菌群生態(tài)紊亂，腸道革蘭陰性菌數(shù)量上升，釋放細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中的LPS，內(nèi)毒素破壞腸道黏膜，誘發(fā)炎癥，導(dǎo)致糖尿病等代謝性疾病[31]。高血糖狀態(tài)會(huì)增加細(xì)胞炎癥因子含量,誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激、誘導(dǎo)血小板活化、促進(jìn)凝血酶生成等，從而加速AS的進(jìn)展[32]。當(dāng)致病病菌和食物過(guò)敏原進(jìn)入腸道時(shí)，可激活腸道關(guān)聯(lián)的淋巴細(xì)胞的應(yīng)激活化，發(fā)生免疫炎癥反應(yīng)，從而損傷胰腺β細(xì)胞，推測(cè)致糖尿病細(xì)胞的初始啟動(dòng)發(fā)生在腸道中[31]。He等[33]研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)TMAO水平可誘導(dǎo)宿主體內(nèi)的胰島素抵抗。脆弱擬桿菌含量升高可能是AS和糖尿病的共同致病原因[34]。SCFAs在葡萄糖穩(wěn)態(tài)中存在潛在調(diào)節(jié)作用，增加通過(guò)肝臟的丙酸鹽流量可能引起肝臟和全身葡萄糖穩(wěn)態(tài)的改善[13]。鄒步等[20]實(shí)驗(yàn)證實(shí)糖尿病患者服用二甲雙胍控制血糖后，腸道微生物組分發(fā)生重塑，脆弱擬桿菌門的豐度下降，腸道FXR被顯著抑制。Sun等[35]實(shí)驗(yàn)證實(shí)二甲雙胍能夠通過(guò)影響脆弱擬桿菌，來(lái)控制FXR含量，防止AS發(fā)生發(fā)展。研究人員發(fā)現(xiàn)腸FXR通過(guò)調(diào)控神經(jīng)酰胺的合成來(lái)減輕代謝紊亂，神經(jīng)酰胺在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的肥胖期間會(huì)增加并促進(jìn)胰島素抵抗,抑制神經(jīng)酰胺合成，可預(yù)防動(dòng)物的糖尿病[36]。益生菌可以通過(guò)增加腸上皮緊密連接蛋白及影響胰高血糖素樣肽-2的表達(dá)來(lái)降低腸道通透性，改善肥胖和糖尿病期間的炎癥和代謝紊亂，降低炎癥和氧化應(yīng)激標(biāo)志物[37]。Luo等[38]等研究歸納了共生微生物群落可以影響輔助性T淋巴細(xì)胞17和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化，介導(dǎo)腸道微生物群對(duì)腸道和結(jié)腸里的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞誘導(dǎo)，這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)腸道微生物群具改善胰島素抵抗和腸道免疫狀態(tài)的強(qiáng)大潛力。

4 調(diào)節(jié)腸道菌群治療ASO

調(diào)節(jié)腸道菌群作為治療ASO的一種新方式，可通過(guò)益生菌、益生元、飲食、藥物等間接調(diào)節(jié)腸道生態(tài)結(jié)構(gòu)的平衡，也可通過(guò)糞便移植影響患者腸道菌群，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ASO或ASO的危險(xiǎn)因素的治療。

4.1補(bǔ)充益生菌和益生元 益生菌是能調(diào)節(jié)腸道生態(tài)失衡有益細(xì)菌。它可以通過(guò)影響腸道酸堿值，抑制致病菌生長(zhǎng)，穩(wěn)定腸道微生態(tài)環(huán)境的作用，有益于宿主健康[39]。益生元是宿主飲食中某些不易被消化液分解的成分，如低聚糖或復(fù)合糖，雖然不易消化但是可被菌群代謝，代謝產(chǎn)物可保護(hù)腸道屏障，對(duì)機(jī)體的能量平衡產(chǎn)生有益影響[40]。有研究總結(jié)了某些益生菌菌株，如鼠李糖乳桿菌、清酒乳桿菌、植物乳桿菌等，具有降低血脂和血壓的能力[22，41]。Liu等[42]對(duì)79株不同乳酸菌進(jìn)行了體外轉(zhuǎn)化膽固醇的菌株篩選，接種菌株LP96溶液的血脂水平顯著降低，顯示出乳酸菌具有良好的抗氧化活性和改善大鼠腸道微生物平衡作用。一項(xiàng)觀察顯示，長(zhǎng)期口服益生菌56周后血清膽固醇濃度降低12%[43]。Larkin等[44]研究顯示，大豆與益生菌的飲食組合會(huì)提高異黃酮生物利用度，從而增強(qiáng)的降脂作用。一實(shí)驗(yàn)對(duì)原發(fā)性高血壓小鼠使用瑞士乳桿菌灌胃證實(shí)，乳酸菌對(duì)原發(fā)性高血壓有降壓作用，且不會(huì)對(duì)體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響[45]。外科減肥手術(shù)胃切除術(shù)可對(duì)肥胖癥以及2型糖尿病有顯著改善作用，Ryan等[46]對(duì)小鼠行胃切除術(shù)后進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有FXR與腸道菌群的情況下，胃切除術(shù)在改善體重和糖耐量方面的程度大大降低，證實(shí)了手術(shù)治療效果與腸道微生物群落的變化相關(guān)。

4.2飲食干預(yù) 通過(guò)飲食干預(yù)來(lái)調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)和消化代謝可以作為ASO患者的日常干預(yù)治療。食物纖維在大腸內(nèi)發(fā)酵代謝的主要產(chǎn)物是SCFAs，Marques等[47]用高纖維飲食如水果、粗糧和蔬菜等的干預(yù)小鼠進(jìn)行治療，可增加產(chǎn)生SCFAs的菌群的豐度，減少致病菌的數(shù)量，保護(hù)腸道屏障，降低血壓，增加對(duì)胰島素的敏感度。茶多酚是作用巨大的抗氧化物質(zhì)，是茶葉中的重要的活性物質(zhì)，它可減少低密度脂蛋白膽固醇的氧化，抑制活性氧的作用，誘導(dǎo)解毒酶消除有毒物質(zhì)的活性形式，影響腸上皮細(xì)胞的吸收和分泌，易于有益菌增殖和病原菌抑制，減少AS的形成[48]。在人類和動(dòng)物研究中，高鈉飲食會(huì)促進(jìn)局部和全身組織炎癥并損害腸道解剖結(jié)構(gòu)，飲食中過(guò)多的攝入鈉鹽會(huì)破壞腸道微生物穩(wěn)態(tài)，因此降低鹽的攝入對(duì)腸道有益[49]。

4.3微生物TMA裂解酶抑制劑 血漿TMAO含量水平上升與AS有十分緊密的關(guān)聯(lián)，因此特異性降低TMAO生成可作為治療AS的新途徑。人體生成TMA主要是由腸道微生物通過(guò)膽堿TMA裂解酶和膽堿TMA裂解酶激活酶將膽堿轉(zhuǎn)化為TMA[50]，可以通過(guò)使用TMA裂解酶抑制劑或者TMA裂解酶激活酶抑制劑降低TMAO的生成。Wang等[51]使用膽堿類似物作為競(jìng)爭(zhēng)抑制劑，研究了靶向抑制共生微生物TMA的產(chǎn)生，結(jié)果證明競(jìng)爭(zhēng)抑制劑可以溫和地抑制實(shí)驗(yàn)細(xì)菌中TMA的形成，最終降低了TMAO的生成，同時(shí)抑制因膽堿飲食形成的泡沫細(xì)胞和AS斑塊的形成。Chen等[52]實(shí)驗(yàn)證明，過(guò)度投喂食用高糖和飽和脂肪的小鼠，同步攝入TMA形成抑制劑，可降低TMA向TMAO的轉(zhuǎn)變率，同時(shí)預(yù)防血管纖維化。降低血清TMAO含量的干預(yù)可能是防治ASO的新治療策略。

4.4中藥調(diào)控 中醫(yī)中藥大多數(shù)以湯藥的形式，讓患者服用從而產(chǎn)生臨床療效，其發(fā)揮作用和湯藥成分吸收必定會(huì)與腸道菌群產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。具有補(bǔ)益脾胃功能的中藥湯劑可以影響腸道基礎(chǔ)吸收功能，促進(jìn)食物代謝吸收，通過(guò)影響膽固醇等脂質(zhì)的吸收代謝，減少斑塊形成、血管狹窄，通過(guò)減少脂質(zhì)氧化應(yīng)激反應(yīng)的損傷和內(nèi)毒素的生成以防護(hù)血管內(nèi)膜受損[53]。許多研究中，單味中藥及湯方通過(guò)維持腸道平衡從而防治血管疾病。薏苡仁多酚提取物[54]、車前子多糖[55]等可以調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，鞏固腸道黏膜的保護(hù)功能，減少內(nèi)毒素通過(guò)黏膜屏障進(jìn)入體內(nèi)。黃連煎劑[56]、瀉心湯[57]等中藥湯劑可調(diào)節(jié)腸道菌群，增加乙酸、丙酸、丁酸等SCFAs的產(chǎn)生。中醫(yī)藥調(diào)節(jié)腸道平衡、防治ASO及危險(xiǎn)因素是一個(gè)可行的方法，中藥方劑在保證其本身療效的同時(shí)能夠影響TMA、TMAO、SCFAs、BA、LPS等中間產(chǎn)物的生成，起到對(duì)益生菌保護(hù)，病原菌抑制，逆轉(zhuǎn)腸道生態(tài)組分平衡的作用[58]。

4.5糞便移植 糞便移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)是指將正常人的糞便置入腸道生態(tài)紊亂者的胃腸道來(lái)調(diào)整腸道菌群，使腸道菌群平衡恢復(fù)[59]。一研究[60]結(jié)果顯示心血管病人腸道中維持腸屏障功能、促進(jìn)物質(zhì)代謝、降低內(nèi)毒素及炎癥反應(yīng)有關(guān)的細(xì)菌的豐度較正常人群的要少，提示有益生菌的減少可能加速AS的進(jìn)展。Yan等[61]指出薩特氏菌與多種人體慢性疾病有關(guān)，薩特氏菌屬為SCFAs產(chǎn)生菌，可降低LPS對(duì)腸道屏障的損害,減少TMA等有害代謝物通過(guò)血腸屏障。在過(guò)度喂食植物多糖的飲食下，給實(shí)驗(yàn)小鼠移植生成SCFAs的益生菌可調(diào)控小鼠腸道的基因表達(dá)，引導(dǎo)小鼠腸細(xì)胞遠(yuǎn)離糖酵解并轉(zhuǎn)向脂肪酸利用，抑制內(nèi)毒素生成和炎癥反應(yīng)，延緩AS的進(jìn)展[62]。以上研究提示了腸道內(nèi)容物制劑或糞菌移植有益于ASO患者的防治。但是這具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)镕MT在移植益生菌菌群的同時(shí)，也不可避免地將其他個(gè)體的胃腸疾病的潛在致病菌或傳染性物質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)患者體內(nèi)，導(dǎo)致新的疾病[15]。

5 總結(jié)與展望

據(jù)ASO與腸道菌群的關(guān)系可見(jiàn)，通過(guò)影響腸道菌群可減緩ASO的發(fā)病，調(diào)控腸道微生物代謝和血脂血壓血糖相關(guān)的代謝物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)AS相關(guān)疾病的預(yù)防，降低疾病發(fā)病率，對(duì)ASO治療和降低其截肢率有著重要的作用。不過(guò)，對(duì)于腸道微生物群的研究，也曾有學(xué)者提出腸道菌群在疾病診斷、治療、預(yù)后的相關(guān)研究過(guò)程中的存在夸大的論述。對(duì)于腸道菌群與血管疾病的影響仍存在爭(zhēng)議。不過(guò)，我們應(yīng)該在不同領(lǐng)域中繼續(xù)學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到腸道菌群在新研究領(lǐng)域中的創(chuàng)新性，不斷汲取經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)新的腸道生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)疾病的治療策略。顯而易見(jiàn)，近幾年全球科研人員對(duì)腸道微生物群的實(shí)驗(yàn)研究仍處于熱門階段，腸道菌群在防治ASO及其他AS性心血管相關(guān)疾病中起著重要作用，但其具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。益生菌、益生元、TMA抑制藥物、FMT等的合理應(yīng)用將為ASO的防治帶來(lái)新插入點(diǎn)，腸道菌群、腸道與人體作為一個(gè)整體，相互適應(yīng)、相互影響，共同維持機(jī)體的動(dòng)態(tài)平衡。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。