【學(xué)術(shù)薈萃】楚英杰腸道菌群與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性疾病

【學(xué)術(shù)薈萃】楚英杰:腸道菌群與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性疾病楚英杰河南省人民醫(yī)院副院,主任醫(yī),教,醫(yī)學(xué)博,碩士研究生導(dǎo)...冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟(CHD是威脅人類健康的主要疾病之,尤其是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂所引發(fā)的急性心肌梗(AMI)是目前全球?qū)е滤劳雎实闹饕∫?。?dāng),使用有效的他汀類藥物降低低密度脂蛋白和膽固醇并穩(wěn)定冠脈粥樣斑,是降低心血管不良事件發(fā)生的主要手段之;且隨著急診冠脈血運(yùn)重建救治水平的提,AMI的救治率明顯提高。但是近年,心血管疾病的發(fā)病率和死亡率卻有逐年上升的趨,這些數(shù)據(jù)警示我,僅控制已知的危險(xiǎn)因素和提高冠脈血運(yùn)重建的水平對(duì)于冠心病的預(yù)防和救治是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠;基于當(dāng)前的醫(yī)療需,關(guān)于可能導(dǎo)致冠心病的新的傳導(dǎo)通路和代謝機(jī)制不斷被發(fā)現(xiàn)。近年,腸道菌群和慢性代謝性疾病的關(guān)系受到多領(lǐng)域?qū)W者的追,已有研究證,腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變參與了高血壓、糖尿病、自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。腸道菌群參與機(jī)體冠心病進(jìn)展相關(guān)的代謝和免疫通,也成為當(dāng)下心血管和微生物領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文旨在討論了目前腸道菌群及其代謝產(chǎn)物與冠心病關(guān)系的研究現(xiàn)狀及其未來(lái)的研究方向和臨床應(yīng)用前,可能為冠心病的診治開(kāi)辟新的治療靶點(diǎn)。冠心病患者腸道菌群結(jié)構(gòu)特征人體腸道細(xì)菌群的建立從自母體分娩時(shí)接觸到母體陰道的菌群開(kāi)始。胚胎在母體的子宮內(nèi)處在一個(gè)無(wú)菌的環(huán),出生后第一,腸桿菌、腸球菌、葡萄球菌和類桿菌開(kāi)始在嬰兒的腸道內(nèi)定,第六天,腸道內(nèi)雙歧桿菌占優(yōu),斷奶后到成,雙歧桿菌和乳酸菌處于優(yōu)勢(shì)地,到老,雙歧桿菌等有益菌群數(shù)量下,有害菌種的比例升高。據(jù)估計(jì),在我們?nèi)梭w的腸道中大約有由大約1000種細(xì)菌組成的100萬(wàn)億細(xì)菌細(xì),其基因含量超過(guò)宿主基因至少100倍。這組龐大的基因,被稱為人體后天獲得的“第二個(gè)基因組”。這數(shù)百萬(wàn)億的群所產(chǎn)生的代謝產(chǎn),參與了機(jī)體多個(gè)分子學(xué)代謝通路。近年,基因測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā),為我們研究人類腸道菌群結(jié)構(gòu)和其攜帶的基因組提供了新的技術(shù)支持。對(duì)于健康的成年人而,腸道菌群結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。目前的研究指,腸道內(nèi)菌群多數(shù)歸屬于厚壁菌門和擬桿菌,少數(shù)歸屬于放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和疣微菌門。其中,約99%的腸道細(xì)菌屬于厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門四種門類菌。鑒于腸道內(nèi)的很多菌種不能在體外培養(yǎng),腸道菌群的分類和確認(rèn)變得復(fù)雜,單純應(yīng)用體外分析和培養(yǎng)尚難以確定健康成年人的腸道菌群組成。宏基因組技術(shù)應(yīng)用后,將人類腸道優(yōu)勢(shì)菌群按三種優(yōu)勢(shì)菌群進(jìn)行區(qū)分:I型為擬桿菌屬優(yōu)勢(shì)型,II型為普氏菌屬優(yōu)勢(shì)型,III型為瘤胃球菌屬優(yōu)勢(shì)型。III型也可稱之為擬桿菌屬和普氏菌屬劣勢(shì)型,雖此種分型方法尚未達(dá)成廣泛共識(shí),但將腸道菌群結(jié)構(gòu)研究推向了菌屬的水平。對(duì)于健康人而言,有益菌占多數(shù),有害菌占少數(shù),二者動(dòng)態(tài)平衡維持機(jī)體健康狀態(tài)。有益菌成為優(yōu)勢(shì)菌群,可形象的稱之“大樹(shù)菌“。當(dāng)處于某些疾病狀態(tài)時(shí),腸道菌群會(huì)發(fā)生顯著變化:有益菌減少,有害菌增多。腸道菌群失調(diào)又進(jìn)一步加重疾病狀態(tài),形成惡性循環(huán)。2006年有研究報(bào)道:肥胖和腸道菌群變化相關(guān),肥胖患者腸道內(nèi)厚壁菌門的增多及擬桿菌門的減少。Turnbaugh等人通過(guò)將肥胖小鼠的糞菌移植到無(wú)菌小鼠腸道中,發(fā)現(xiàn)無(wú)菌小鼠變得肥胖;該研究提示腸道菌群變化導(dǎo)致肥胖的發(fā)生。2012年,Karlssion等人應(yīng)用全基因測(cè)序的方法探究腸道菌群結(jié)構(gòu)變化和粥樣硬化性心臟病是否有關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果表明,與健康人群相比,冠心病患者組柯林斯菌屬增多,羅氏菌屬和優(yōu)桿菌屬降低;采用宏基因組技術(shù)行進(jìn)一步的功能分析,結(jié)果表明冠心病患者組腸道菌群基因組中編碼肽聚糖合成的基因增多,編碼八氫番茄紅素脫氫酶(與降低血清中的β-胡蘿卜素有關(guān)的基因減少。2016年,Emoto等人利用末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(T-RFLP)和16SRNA的方法研究冠心病患者和健康志愿者之間的腸道菌群結(jié)構(gòu)差別;通過(guò)T-RFLP可將腸道菌群分為10組,分別為:普氏菌屬、擬桿菌屬、乳桿菌目、雙歧桿菌屬、梭菌屬IX、梭菌屬XI、梭菌屬XVIII和其他菌屬。研究結(jié)果提示:在冠心病患者組,成熟的乳酸桿菌目明顯增多,擬桿菌門(擬桿菌屬+普氏菌屬)明顯下降,且厚壁菌門/擬桿菌門的比例明顯上升。腸道的細(xì)菌分類等級(jí)界定為界、門、綱、科、屬、種,目前冠心病對(duì)于患者腸道菌群結(jié)構(gòu)特征的研究雖然層出不窮,但多數(shù)停留在種屬的層面。宏基因測(cè)序技術(shù)的誕生,可以將菌群的研究精確到菌株水平,菌株是由一獨(dú)立分離的單細(xì)胞繁殖而成的純遺傳型群體及其一切后代,典型菌株、模式株。為將來(lái)腸道菌群的干預(yù)研究,提供更加精確的干預(yù)靶點(diǎn)。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物:膽汁酸和短鏈脂肪酸腸道菌群被證實(shí)對(duì)膽汁酸的代謝有促進(jìn)作用。初級(jí)膽汁酸主要是通過(guò)肝臟中膽固醇的氧化而合成的,并被分泌到腸道中以溶解脂質(zhì)促進(jìn)其吸收。微生物膽汁鹽水解酶將初級(jí)膽汁酸分解為次級(jí)膽汁酸。大約95%的膽汁酸從腸道中被重新吸收用于循環(huán),5%在糞便中丟失,這是排泄膽固醇的主要途徑。最近研究發(fā)現(xiàn),膽汁酸不僅在脂類代謝,亦在各種生理過(guò)程發(fā)揮作用。腸道細(xì)菌參與膽汁酸的轉(zhuǎn)化過(guò)程中,增加了人體宿主棕色脂肪組織(BAT)的燃燒、能量消耗和胰島素敏感,從而抑制炎癥的產(chǎn)生。其主要由farnesoidX受體(FXR)和膽汁酸G蛋白耦合受體-5(TGR5)23、24)受體介導(dǎo);具體機(jī)制目前正在研究中,而其功能和機(jī)制的澄清,可能會(huì)導(dǎo)致新的治療方法的發(fā)展,不僅僅在CAD方面。細(xì)菌分解碳水化合物后的主要產(chǎn)物是單糖,其發(fā)酵形成各種短鏈脂肪酸(SCFAs),如醋酸酯、丁酸酯、丙酸酯等。醋酸酯和丙酸酯主要是由門菌產(chǎn)生,而丁酸酯則是由門生菌產(chǎn)生。SCFAs是G-蛋白耦合受體GPR43和GPR41.27的配體,由特定的單羧轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過(guò)腸黏膜上皮細(xì)胞輸送到血液中。短鏈脂肪酸與相應(yīng)受體結(jié)合后可降低組蛋白脫乙酰酶(HDAC)的活性,增強(qiáng)G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)信號(hào),而G-蛋白耦合受體在能量代謝、交感神經(jīng)系統(tǒng)和免疫細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中得到廣泛的表達(dá)和發(fā)揮作用?？偟膩?lái)說(shuō),腸道細(xì)菌的這些差異可能與SCFAs的數(shù)量有關(guān),并影響了若干種疾病的發(fā)病率。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對(duì)冠心病的影響腸道菌群參與人體代謝與非代謝相關(guān)過(guò)程。WangZ等人應(yīng)用代謝組學(xué)的方法明確了人類血漿中和心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的三種小分子腸道菌群代謝產(chǎn)物,分別是:膽堿、三甲胺氮氧化物(TMAO)和甜菜堿;其均來(lái)自食物中的脂質(zhì)磷脂酰膽堿。腸道細(xì)菌將人體攝入的脂質(zhì)磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)化為膽堿和L-肉毒堿[三甲胺(TMA)],TMA在人體肝臟內(nèi)黃素單氧酶(FMO)的催化下轉(zhuǎn)化為三甲胺氮氧化物(TMAO)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),給動(dòng)脈粥樣硬化傾向的小鼠喂養(yǎng)富含膽堿或者TMAO的食物,加速了動(dòng)脈粥樣硬化的形成且改變膽固醇的代謝。然而,給使用抗生素或者無(wú)菌小鼠喂養(yǎng)同樣的食物,結(jié)果顯示食物中膽堿代謝產(chǎn)生的TMAO和動(dòng)脈粥樣硬化的加速現(xiàn)象均消失。不難發(fā)現(xiàn),這種加速動(dòng)脈粥樣硬化的現(xiàn)象離不開(kāi)腸道菌群的參與。綜上所述,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)研究明確了一條食物中脂質(zhì)磷脂酰膽堿參與心血管疾病發(fā)生發(fā)展的新的代謝通路,即腸道菌群依賴的脂質(zhì)磷脂酰膽堿代謝物TMA,TMA通過(guò)肝臟中的FMO轉(zhuǎn)化為TMAO釋放入血,TMAO通過(guò)改變固醇和膽汁酸的代謝,增加巨噬細(xì)胞的活性等機(jī)制加速動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程。臨床研究亦表明,TMAO增加了心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn),使急性心肌梗死、心源性休克和死亡的發(fā)生率升高。2013年,TangWH等人的大樣本量(n=4007)研究表明血清中TMAO水平升高和惡性心血管事件相關(guān)。循環(huán)中TMAO含量在較高1/4的患者組其惡性心臟事件的發(fā)生率是較低1/4患者組的2.5倍;而且,TMAO的風(fēng)險(xiǎn)比值明顯高于低密度脂蛋白;在校正了傳統(tǒng)的影響因子和腎功能以后,TMAO水平升高依然是惡性心血管事件的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。那么,血中的TMAO是通過(guò)何種機(jī)制參與冠脈粥樣硬化的過(guò)程呢?有研究表明,TMAO影響膽固醇代謝、食物膽堿或TMAO的補(bǔ)充劑導(dǎo)致巨噬細(xì)胞表面清道夫受體(CD36和SR-A1)表達(dá)增加,促使泡沫細(xì)胞的形成,從而加速了動(dòng)脈粥樣硬化的形成。另外,腸道菌群還通過(guò)非代謝相關(guān)的因素影響的冠心病的發(fā)生和發(fā)展,非代謝相關(guān)的作用包括腸道壁滲透性增高,細(xì)菌細(xì)胞壁產(chǎn)生脂多糖(LPS)和肽聚糖可通過(guò)腸壁入血。循環(huán)中這些物質(zhì)的出現(xiàn)可激活巨噬細(xì)胞,從而影響脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn),增加胰島素抵抗,高脂血癥和血管炎癥。腸道細(xì)菌就像一個(gè)大的內(nèi)分泌器,從代謝依賴和非代謝依賴兩個(gè)方面增加冠心病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。干預(yù)腸道菌群結(jié)構(gòu)對(duì)急性心肌梗死預(yù)后的影響急性心肌梗死是冠心病的繼發(fā)性改,也是其最嚴(yán)重的分型。與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的慢性形成過(guò)程不同,急性心肌梗死對(duì)機(jī)體來(lái)說(shuō)是急性的應(yīng)激性創(chuàng)傷。在此創(chuàng)傷,腸道菌群結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生應(yīng)激性改變并且影響到其代謝產(chǎn)物的變化?我們推,AMI可能導(dǎo)致腸道菌群結(jié)構(gòu)急性的改,腸道菌群結(jié)構(gòu)的紊亂可能影響到AMI患者的預(yù)后。通過(guò)干預(yù)腸道菌群的結(jié)構(gòu)來(lái)阻止冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展或者改善已發(fā)生AMI患者的預(yù)后,或許會(huì)為急性心肌梗死治療提供新方向。目前,針對(duì)腸道菌群和冠心病的干預(yù)性研究多停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的階段。2012年,LamV等人使用抗生素抑制腸道菌群,觀察腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變對(duì)AMI小鼠預(yù)后的影響,分別給予實(shí)驗(yàn)組小鼠腸道含萬(wàn)古霉素(僅可微量通過(guò)腸道吸收)的飲用水,對(duì)照組小鼠給予無(wú)萬(wàn)古霉素的水;后使用外科結(jié)扎方式人為制造小鼠急性心肌梗死模型。結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組小鼠較對(duì)照組小鼠梗死面積減少了27%。為證實(shí)萬(wàn)古霉素通過(guò)腸道菌群減輕了小鼠心梗面積,后直接在冠脈循環(huán)中給予實(shí)驗(yàn)組小鼠萬(wàn)古霉素,與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組小鼠的心梗面積改變并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。第三組仍給予實(shí)驗(yàn)組小鼠口服萬(wàn)古霉素的水,后將吸收入循環(huán)血中的萬(wàn)古霉素從循環(huán)中去除,結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組小鼠的心梗面積減少了27%。此實(shí)驗(yàn)證實(shí),抗生素對(duì)小鼠AMI面積的影響主要是通過(guò)影響腸道而起作用。2016年,VyLam等人使用不可吸收的萬(wàn)古霉素或者鏈霉素、新霉素、多粘菌素B和桿菌肽四種抗生素的混合物喂養(yǎng)小鼠7天后,人為制造小鼠心梗模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩組小鼠和對(duì)照組相比,心梗面積分別下降了27%和29%,與LamV等人的研究結(jié)果一致。2014年,GanXT等人在小鼠身上證實(shí)給予小鼠益生菌可以減輕心梗后心肌肥大.干預(yù)腸道菌群結(jié)構(gòu)而改善急性心肌梗死臨床預(yù)后,或許會(huì)成為AMI治療的新方法。然而,上述研究并未證實(shí)改善腸道菌群結(jié)構(gòu)是否可預(yù)防冠狀動(dòng)脈粥樣硬化及降低急性心肌梗死的發(fā)生率;大樣本的前瞻性的隊(duì)列研究有待實(shí)施,進(jìn)一步探究腸道菌群和冠心病之間是否為因果關(guān)系。本文闡述腸道菌群和冠心病關(guān)系目前的研究現(xiàn)狀,冠心病患者于健康人群腸道菌群結(jié)構(gòu)存在差異已在本領(lǐng)域達(dá)成