腦卒中后認(rèn)知功能障礙危險(xiǎn)因素與腸道微生物群的研究進(jìn)展

周英群 吳李碩 李先鋒 羅毓婷 周鳳昆 張春麗

(南寧市第一人民醫(yī)院 1醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，廣西 南寧 530022；2神經(jīng)內(nèi)科)

目前我國已成為全世界腦卒中發(fā)病率最高的國家之一，并呈現(xiàn)日漸年輕化的趨勢。其中腦卒中后認(rèn)知功能障礙(PSCI)是腦卒中常見的并發(fā)癥，被認(rèn)為是影響中老年人生活質(zhì)量的常見原因，給家庭和社會(huì)帶來極大的負(fù)擔(dān)。因此對(duì)PSCI的預(yù)防及早發(fā)現(xiàn)、及早治療就顯得尤為重要。PSCI已知的危險(xiǎn)因素為：有腦卒中病史、高血壓、糖尿病(DM)、高尿酸(UA)血癥、冠狀動(dòng)脈疾病(CAD)等。研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物群(GM)通過利用腦-腸軸通過神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌和代謝途徑來影響這些危險(xiǎn)因素的發(fā)生。本文就PSCI的危險(xiǎn)因素與GM的關(guān)系進(jìn)行綜述，進(jìn)一步探討PSCI的發(fā)生、發(fā)展與GM的聯(lián)系，為臨床治療提供更好的思路。PSCI是繼發(fā)于腦卒中后的一種常見并發(fā)癥，腦卒中事件發(fā)生后認(rèn)知障礙的患病率可達(dá)20%～80%。Jokinen等〔1〕的研究表明，腦卒中后3個(gè)月內(nèi)有83%的患者出現(xiàn)至少有一個(gè)認(rèn)知域受損，50%的患者在3個(gè)或3個(gè)以上認(rèn)知域出現(xiàn)損害。在其他不同的研究中也發(fā)現(xiàn)，腦卒中3個(gè)月內(nèi)的癡呆比率為6%～27%〔2,3〕，就算是在3個(gè)月內(nèi)通過臨床治療恢復(fù)良好的病例中，出現(xiàn)認(rèn)知障礙的比例仍高達(dá)71%。因此，隨著老齡化社會(huì)的到來，PSCI常困擾腦卒中幸存者，是腦卒中患者認(rèn)知和身體康復(fù)的主要障礙。正確認(rèn)識(shí)PSCI，并在癡呆發(fā)生前進(jìn)行早期預(yù)防和治療，已成為醫(yī)學(xué)界急需解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。已有證據(jù)表明，PSCI與腦卒中病史、高血壓〔4〕、DM〔5〕、CAD〔6〕、高UA血癥〔7〕等密切相關(guān)。此外，越來越多的證據(jù)表明，人類GM在這些疾病中發(fā)揮著潛在的作用。人類的腸道是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，擁有約1 014種微生物的復(fù)雜微生物群落。GM對(duì)人體健康起著重要的作用，參與能量提取、維生素的生物合成、防止病原體過度生長和免疫系統(tǒng)的發(fā)育等，它們與寄主的免疫系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，在維持動(dòng)態(tài)的代謝生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用〔8〕。除此以外，神經(jīng)炎癥、壓力軸的激活、神經(jīng)傳遞和神經(jīng)發(fā)生已被很多研究者證實(shí)這些行為的發(fā)生是受到GM和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響〔9～15〕，其主要機(jī)制是通過微生物-內(nèi)臟-大腦軸來影響大腦的關(guān)鍵過程，進(jìn)而調(diào)節(jié)復(fù)雜的行為，如個(gè)人的社交能力和焦慮等。

1 腦卒中與GM

腦卒中又稱“中風(fēng)”“腦血管意外”，是腦血管病危險(xiǎn)因素、腦血管突然破裂或血管阻塞導(dǎo)致血液不能流入大腦而引起的表現(xiàn)為從輕度認(rèn)知障礙到癡呆的腦組織損傷的一組疾病。PSCI是腦卒中后常見嚴(yán)重并發(fā)癥，它是指不同程度的腦卒中事件發(fā)生后6個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)并達(dá)到認(rèn)知功能障礙診斷標(biāo)準(zhǔn)的一系列臨床綜合征，主要表現(xiàn)在語言、記憶、學(xué)習(xí)、執(zhí)行力等領(lǐng)域的認(rèn)知損害〔16〕。最近的一項(xiàng)研究表明，嚴(yán)重腦缺血后GM的變化和腦卒中后的生物失調(diào)與炎癥性免疫反應(yīng)的誘導(dǎo)有關(guān)，腦缺血后調(diào)節(jié)菌群平衡可改善腦卒中的預(yù)后〔17〕。

更值得關(guān)注的是，已有研究表明，GM可能參與了該病的發(fā)病機(jī)制，影響動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成〔18，19〕。GM參與磷脂酰膽堿的代謝，其代謝產(chǎn)物膽堿、甜菜堿，特別是三甲胺n-氧化物(TMAO;宿主產(chǎn)物三甲胺氧化)，已被確定為心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測因子〔19，20〕。一項(xiàng)臨床研究通過比較無癥狀動(dòng)脈粥樣硬化、腦卒中和短暫性缺血發(fā)作患者之間GM的分布，發(fā)現(xiàn)有頸動(dòng)脈斑塊的無癥狀動(dòng)脈粥樣硬化組與無頸動(dòng)脈斑塊的無癥狀動(dòng)脈粥樣硬化組具有相似的氧化三甲胺水平，且GM的分布也很相似。相比之下，腦卒中和短暫性缺血發(fā)作患者在微生物組成方面與無癥狀組存在顯著差異，但其三甲胺n-氧化物水平低于無癥狀組〔21〕。此外，最近還報(bào)道了小鼠中腦動(dòng)脈栓塞(MCAo)模型和輕度創(chuàng)傷性腦損傷后模型GM的特異性變化。在MCAo動(dòng)物中，消化球菌科和普雷沃菌科的改變與梗死嚴(yán)重程度相關(guān)；創(chuàng)傷性腦損傷也會(huì)引起GM的變化，腦損傷后GM的變化可能影響患者的康復(fù)和治療〔22〕。一項(xiàng)對(duì)DM小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，在雙側(cè)頸總動(dòng)脈阻塞后，補(bǔ)充丁酸梭狀芽胞桿菌對(duì)缺血/再灌注誘導(dǎo)的腦損傷效果明顯，通過丁酸鈣治療可減少神經(jīng)損傷，從而改善認(rèn)知功能〔23〕。這些數(shù)據(jù)表明，微生物組的代謝物也可能對(duì)疾病的發(fā)展提供一定程度的預(yù)防作用。然而，臨床環(huán)境下的GM研究比動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究更具挑戰(zhàn)性。人類的研究群體通常更加多樣化，因?yàn)樗麄兪芏喾N因素的影響，而這些因素與被調(diào)查的疾病無關(guān)，這些因素也可能影響GM的組成〔24〕。

2 高血壓與腸道微生物

高血壓為腦卒中發(fā)病的重要危險(xiǎn)因素,影響著全球至少11.3億人，引起腦卒中后常會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知功能減退甚至癡呆。長期的血壓升高可導(dǎo)致高血壓相關(guān)性病理改變：小血管病變與腦動(dòng)脈硬化、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、低灌注、自身調(diào)節(jié)障礙、血腦屏障破壞及腦淀粉樣血管病等，進(jìn)而引起認(rèn)知功能障礙〔25，26〕。在印尼的Karya Kasih養(yǎng)老院，研究人員通過采用橫斷面分析法進(jìn)行分析觀察發(fā)現(xiàn)高血壓病史與認(rèn)知功能受損有顯著關(guān)系，老年高血壓患者認(rèn)知功能障礙的病史或持續(xù)時(shí)間與高血壓的嚴(yán)重程度存在相關(guān)性〔27〕。Osovska等〔28〕通過對(duì)患者心內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知障礙患者的病理變化明顯多于非認(rèn)知障礙患者，收縮壓的變異性隨著患者認(rèn)知功能的惡化而增加。此外，在研究外周血管狀態(tài)(外周阻力增加、搏動(dòng)指數(shù)增加、線速度增加、內(nèi)膜-中膜復(fù)合體增厚)時(shí)也觀察到了重構(gòu)的跡象，這是認(rèn)知障礙發(fā)生的主要原因，可反映認(rèn)知障礙的程度，揭示了認(rèn)知障礙程度與血壓日變化程度之間存在明顯的相關(guān)性。

據(jù)報(bào)道，在心血管疾病的發(fā)展過程中，人體GM的組成發(fā)生了變化，很多研究人員旨在評(píng)估腸道失調(diào)在高血壓中的作用。Mell等〔29〕首先發(fā)現(xiàn)Dahl鹽敏感大鼠和Dahl耐鹽大鼠盲腸微生物成分存在差異。同年，Yang等〔30〕也發(fā)現(xiàn)自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)GM組成與常壓性Wistar-Kyoto大鼠在豐富度和多樣性上存在差異，高血壓個(gè)體GM的多樣性明顯高于健康對(duì)照組。Mushtaq等〔31〕發(fā)現(xiàn)在腸道內(nèi)的主要菌群中，以擬桿菌門、厚壁菌門和變形桿菌為主；然而，與健康對(duì)照組相比，高血壓患者的厚壁菌門與擬桿菌門的比值顯著增加。GM參與神經(jīng)遞質(zhì)(如血清素、氨基丁酸、去甲腎上腺素和乙酰膽堿)的生成，可能調(diào)節(jié)中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)。臨床研究表明，自主神經(jīng)系統(tǒng)可能影響GM〔32〕。Santisteban等〔33〕報(bào)道了室旁核和腸道交感神經(jīng)之間通訊的增加、腸道交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)活動(dòng)的不平衡都會(huì)導(dǎo)致與高血壓相關(guān)的腸道病理改變、失調(diào)和免疫系統(tǒng)的激活。這些結(jié)果都提示高血壓患者GM發(fā)生了改變，了解這些微生物組成變化的機(jī)制可能會(huì)為治療高血壓及其他相關(guān)疾病開辟新的思路。

3 DM與GM

DM是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，它是引起腦卒中的公認(rèn)的危險(xiǎn)因素之一，其會(huì)增加認(rèn)知障礙的風(fēng)險(xiǎn)和嚴(yán)重程度，尤其是在缺血性腦卒中之后。腦血管系統(tǒng)的病理重建被認(rèn)為是DM患者神經(jīng)修復(fù)不良和認(rèn)知功能障礙惡化的原因之一。Ward等〔34〕通過確定DM對(duì)海馬神經(jīng)與血管的重構(gòu)的影響及由此導(dǎo)致PSCI的嚴(yán)重程度不同,和比較影響缺血海馬神經(jīng)與血管的損傷在DM雄性和雌性動(dòng)物的差異，為DM對(duì)腦卒中嚴(yán)重程度和PSCI的影響提供了進(jìn)一步的了解。Groeneveld等〔35〕的研究發(fā)現(xiàn)2型DM(T2DM)增加了血管性認(rèn)知障礙的風(fēng)險(xiǎn)，T2DM的存在與更明顯的腦萎縮和更高的腔隙性梗死的負(fù)擔(dān)有關(guān)。Xiu等〔36〕采用簡易精神狀態(tài)檢查(MMSE)量表對(duì)中國北京1 039名年齡≥55歲的社區(qū)居民的認(rèn)知功能狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)與血糖正常的受試者相比，DM或空腹血糖受損的受試者在MMSE中的表現(xiàn)較差，存在不同的認(rèn)知障礙危險(xiǎn)因素。

GM作為人體最大的微生態(tài)系統(tǒng)，不僅參與機(jī)體的物質(zhì)和能量代謝，且對(duì)其產(chǎn)生重大影響。研究表明，DM的危險(xiǎn)因素除了胰島功能障礙、肥胖、妊娠、遺傳等因素外，GM紊亂也可致DM。研究人員對(duì)突尼斯患有和未患有DM的參與者的GM進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)DM患者的GM發(fā)生了改變，其GM的分布，特別是黏液菌群的分布受到血糖失調(diào)的影響〔37〕。Adachi等〔38〕研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者的雙歧桿菌水平與碳水化合物攝入量呈負(fù)相關(guān)，而乳酸桿菌目細(xì)菌水平與蛋白質(zhì)攝入量呈負(fù)相關(guān)。T2DM患者存在GM失調(diào)，可能導(dǎo)致發(fā)病并影響預(yù)后〔38〕。而中醫(yī)藥在治療DM方面歷史悠久，最近的研究表明，中藥可以通過重塑GM來改善葡萄糖代謝，這為進(jìn)一步研究降糖機(jī)制開辟了新的途徑〔39〕。大黃在中藥中廣泛用于便秘的治療，從大黃中提取蒽醌苷類化合物(RAGP)對(duì)T2DM大鼠的治療作用及其機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)RAGP的降糖作用機(jī)制包括調(diào)節(jié)GM、激活胰高糖素樣肽(GLP)-1/環(huán)磷酸腺苷(cAMP)通路以改善胰島素抵抗，這可能是一種修復(fù)GM的新方法〔40〕。因此，這些研究為臨床預(yù)防和治療DM提供了新的思路。

4 高UA血癥與GM

高UA血癥近年來呈現(xiàn)高流行、年輕化的趨勢，是多種心血管疾病、代謝性疾病、慢性腎病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。UA是人體中最豐富的一種神經(jīng)保護(hù)抗氧化劑，是人類嘌呤化合物的終末代謝產(chǎn)物，同時(shí)可能是心腦血管疾病發(fā)生的一個(gè)重要原因。既往研究發(fā)現(xiàn)，高血UA水平與心肌梗死和腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)〔41〕。大多數(shù)流行病學(xué)證據(jù)表明〔42〕，血清UA水平與心血管發(fā)病率和死亡率之間存在顯著的、分級(jí)的、獨(dú)立的和特定的關(guān)聯(lián)。這在心血管高危人群中尤其明顯，包括高血壓、DM和充血性心力衰竭患者。而越來越多的研究發(fā)現(xiàn)〔43～46〕，血清UA水平可能是腦出血的危險(xiǎn)因素之一，是認(rèn)知障礙的獨(dú)立危險(xiǎn)因素；它可通過獲得促氧化特性而使認(rèn)知功能惡化，也可預(yù)防認(rèn)知功能障礙的發(fā)生。吳婧等〔47〕將缺血性腦卒中患者根據(jù)蒙特利爾認(rèn)知功能評(píng)定(MoCA)量表分為A組(有認(rèn)知功能障礙)和B組(無認(rèn)知功能障礙)，結(jié)果A組血清UA明顯高于B組，Logistic回歸分析顯示UA水平是PSCI的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。相反，不同的研究認(rèn)為〔48〕，在正常范圍內(nèi)較高的血UA水平與MCI患病率的降低呈正相關(guān)，而且這種相關(guān)性在高UA血癥患者中并不顯著。已有多項(xiàng)研究證明血UA對(duì)認(rèn)知功能具有一定的保護(hù)作用，有利于減少癡呆〔49～51〕。目前研究人員正試圖揭示UA與認(rèn)知障礙之間的這種矛盾關(guān)系。

長期以來，飲食一直被認(rèn)為是血清UA水平不可忽視的決定因素〔52，53〕；而GM也被認(rèn)為是血清UA水平的另一個(gè)重要決定因素，因?yàn)樗鼈冎苯訁⑴c食物的消化和吸收〔54〕，因此控制GM失調(diào)可能有助于預(yù)防高UA血癥。Wang等〔55〕研究發(fā)現(xiàn)，從酸菜中分離到的短乳桿菌DM9218具有調(diào)節(jié)高果糖誘導(dǎo)的腸道失調(diào)和降低高果糖誘導(dǎo)的UA升高的作用。此外，有研究發(fā)現(xiàn)痛風(fēng)患者的GM分布與健康人群的GM存在顯著差異，GM與UA代謝和排泄之間存在相互作用，后者可能調(diào)節(jié)血清UA水平〔56〕。目前降低血清UA的治療方法包括黃嘌呤氧化酶抑制劑、重組UA酶和排UA藥物。然而，所有這些藥物都可能產(chǎn)生意想不到的副作用〔57〕。因此，對(duì)糞便微生物群進(jìn)行分析評(píng)估高UA血癥和益生菌補(bǔ)充對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，開發(fā)降低UA濃度的療法將可能成為有用的替代治療策略。

5 CAD與GM

CAD在發(fā)展中國家日益流行，是許多工業(yè)化社會(huì)主要的死亡原因。腦卒中的發(fā)生是冠狀動(dòng)脈介入術(shù)后嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，認(rèn)知功能障礙也是其常見的癥狀，但其發(fā)病機(jī)制尚未闡明。有研究發(fā)現(xiàn)〔57〕，在輕度認(rèn)知障礙患者中，冠狀動(dòng)脈狹窄程度越高，與認(rèn)知功能相關(guān)的特定腦區(qū)灰質(zhì)的損失越大。越來越多的證據(jù)表明，GM與心血管疾病的關(guān)系密切〔58～60〕。Emoto等〔61，62〕先是通過分析CAD患者GM的組成，證明GM與CAD之間可能存在的聯(lián)系，但尚未能確定GM的變化是否參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。之后又通過終端限制性片段長度多態(tài)性(T-RFLP)數(shù)據(jù)挖掘分析，對(duì)冠心病患者的GM進(jìn)行了分類，并證明了GM是冠心病的診斷標(biāo)志。有研究發(fā)現(xiàn)老年冠心病組和合并心衰組患者GM豐度低于健康對(duì)照組，且GM的多樣性也發(fā)生混亂〔63〕。Karlsson等〔64〕通過對(duì)頸靜脈粥樣硬化斑塊患者及健康對(duì)照組的糞便進(jìn)行宏基因組測序，發(fā)現(xiàn)患者組中富含與肽聚糖生物合成相關(guān)的基因，而肽聚糖是革蘭陽性細(xì)菌和革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁中的主要成分，這表明腸道中肽聚糖生成的增加可能通過啟動(dòng)先天免疫系統(tǒng)和增強(qiáng)中性粒細(xì)胞功能作為宿主炎癥通路而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，腸道宏基因組可能在有癥狀的動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展中發(fā)揮作用。而目前，使用高效他汀類藥物降低低密度脂蛋白是預(yù)防冠心病和心血管事件的重要治療措施，但如何降低他汀類藥物的殘留風(fēng)險(xiǎn)仍待解決。因此，針對(duì)CAD及其危險(xiǎn)因素的一種新途徑——GM作為冠心病的診斷和治療靶點(diǎn)，正引發(fā)越來越多的關(guān)注。

綜上，PSCI的發(fā)生是腦血管性機(jī)制和腦神經(jīng)退行性機(jī)制相互作用的結(jié)果，其中炎癥、氧化應(yīng)激和興奮性氨基酸的細(xì)胞毒性等機(jī)制在神經(jīng)元損傷和神經(jīng)血管功能損害中起了重要作用。目前，糞便微生物菌群移植除了在腸道疾病和與微生物菌群失調(diào)相關(guān)的腸道外疾病中取得了良好的效果,也被用于治療代謝和自身免疫性疾病〔65〕。另外還有病例報(bào)道，它在治療自閉癥、帕金森病、多發(fā)性硬化癥、慢性疲勞綜合征〔66～69〕等方面療效顯著。因此，盡管GM與PSCI之間相互影響的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，但已有的研究表明GM與PSCI的多種危險(xiǎn)因素相關(guān)，我們有充分的理由推測GM的變化與PSCI患者存在某種聯(lián)系。高通量測序技術(shù)和宏基因組學(xué)的快速發(fā)展，使得微生物的研究，特別是GM研究在醫(yī)學(xué)研究中得到了廣泛的關(guān)注，這也將極大推動(dòng)PSCI與GM相關(guān)機(jī)制的研究，對(duì)PSCI的早期診斷和早期干預(yù)具有重要意義。