肠-脑轴在脑缺血中作用的研究进展

杨赫，唐强，陈秋欣

1.黑龙江中医药大学，黑龙江哈尔滨市 150040；2.黑龙江中医药大学附属第二医院，黑龙江哈尔滨市 150001；3.黑龙江中医药大学附属第一医院，黑龙江哈尔滨市 150040

肠道菌群与许多脑卒中危险因素有关，如高血压、糖尿病、动脉粥样硬化、衰老、血管功能障碍和肥胖[1]。急性脑卒中患者继发胃肠道并发症的预后不佳，死亡率和致残率增加。老年患者脑卒中后肠道生态失调或肠源性脓毒症的发生率越来越高[2]。

肠道有肠神经系统(enteric nervous system,ENS)，神经元数超过1 亿个，比所有外周神经节结合的神经元数还要多。许多神经疾病有胃肠道症状，且通常先于中枢神经系统症状出现，有学者称其为人类的“第二大脑”[3]。肠道菌群多样性的丧失导致肠道生态失调，诱发疾病[4]。临床和动物研究均表明[5]，肠道微生物群的快速变化可能是影响重伤预后的重要标志。利用微生物相关技术调控肠道可能间接降低脑卒中的风险，为脑缺血的预防和治疗提供新的思路[5]。

1 脑卒中后脑与肠的沟通

1.1 肠-脑轴

肠-脑轴不是一个线性系统，而是通过多种途径交流的循环反馈环路[6]，涉及中枢神经系统、自主神经系统、ENS 和下丘脑-垂体-肾上腺轴[7]；信号涉及血清素、乙酰胆碱、谷氨酸、γ-氨基丁酸、短链脂肪酸(short chain fatty acids,SCFA)和长链脂肪酸、组胺、激素、细胞因子等。最常见的途径是激活迷走神经ENS[8]。研究表明[9]，肠内分泌细胞依赖迷走神经感觉神经元突触，释放谷氨酸，激活迷走神经，并向大脑发出微生物变化的信号。脑与肠道间的相互作用也可能发生在大脑和免疫系统之间(因为肠道拥有人体大部分免疫细胞)，以及大脑和内分泌系统之间。

1.2 肠道菌群失调

肠道免疫稳态的调节涉及肠道微生物群，包括一系列细菌及其衍生物，与肠上皮细胞、单核吞噬细胞、先天淋巴细胞、树突细胞和T 或B 淋巴细胞有关[10]。病理状态下，共生细菌打破宿主体内免疫平衡，发生微生物失衡，这一现象被称为失调。将失调的脑卒中微生物群移植到无菌小鼠体内，会加剧大脑中动脉闭塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)，且动物的后续脑损伤都与肠源性促炎T 淋巴细胞(TH1和TH17表型)向脑梗死部位的迁移、增加有关[11]。Benakis等[12]发现，肠道菌群和脑膜白细胞介素(interleukin,IL)-17+γδT 细胞对缺血性损伤有负面影响。研究还显示[13]，肠道菌群改变小鼠缺血性脑损伤状态。Winek 等[14]用抗生素预处理小鼠脑卒中模型，脑卒中后小鼠死亡率更高；而有复杂肠道微生物群的小鼠存活率更高。肠道微生物群门类丰富，包括厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门，它们在脑卒中后显著减少[14]。

1.3 脑缺血和肠道菌群

一些研究显示[15-16]，脑损伤可能对肠道菌群组成产生影响，脑卒中和短暂脑缺血发作患者的粪便细菌数和有机酸浓度发生显著变化，这些变化与缺血性脑卒中代谢和炎症标志物水平相关。脑缺血后，交感神经系统活性增高，激活黏膜微生物群。实验性脑卒中刺激自主神经释放去甲肾上腺素，改变盲肠区与损伤程度相关的消化球菌科和普雷沃氏菌科[17]。Stanley 等[18]发现，脑卒中引起人类黏蛋白降解菌丰度增加，梭菌属物种增加。应用宏基因组学技术进行核酸测序[19]，可分析脑卒中诱发的黏膜微生物群，发现其与感染性疾病、膜转运和异生素降解关系密切[18]。脑卒中后并发感染的患者，通过粪便治疗性移植共生细菌[20]，可改善菌群失调，影响预后[21]。

2 脑缺血后肠-脑轴的免疫调节

2.1 炎症

脑缺血，特别是急性脑缺血，会使区域脑血流中断，引起血脑屏障破坏，导致外周白细胞迁移并渗透到梗死部位[22]。这些白细胞可以激活小胶质细胞，启动炎症级联反应，释放一系列炎症介质，产生组织损伤。炎症反应不仅局限于早期局部脑组织，也会诱导非特异性和全身性炎症反应，其主要原因是脑组织坏死，而不是通常意义上的感染[23-24]。

2.2 内毒素

肠黏膜损伤可能是脑缺血患者细菌和内毒素暴露和移位的原因[25]。在脑缺血患者外周组织中发现大量细菌增殖，细菌从肠道转移到脾、肝和肺[26]。这种损伤可能导致肠道毛细血管通透性升高：广泛的上皮与绒毛分离，上皮坏死，固有层破损、出血和溃疡形成[27]。

2.3 抗炎

脑缺血后，肠道γδT 细胞活化。γδT 细胞在肠道丰集，脑卒中后流向脑膜，迁移到损伤部位，加剧脑损伤或发挥保护作用[12]。Vogelgesang 等[28]发现，脑缺血后12 h，外周血T 细胞百分比和绝对值明显下降，同时CD4+和CD8+T 细胞亚群数量减少。肠道T 淋巴细胞有促炎和抑炎两种作用。分泌促炎细胞因子(如IL-17)的T 细胞在损伤部位吸引嗜中性粒细胞和单核细胞，在实验性脑缺血中，γδT 细胞产生的IL-17 加重促炎反应[22-29]；而损伤部位中CD4+-CD25+-Foxp3+调节性T细胞(Treg)的激活和迁移，对脑缺血损伤起保护作用[30-31]。Treg细胞来源于幼稚CD4+细胞相同谱系。Liesz 等[32]发现，Treg细胞缺失后，脑卒中模型动物中驻留和侵袭性炎症细胞(包括小胶质细胞和T 细胞)活化增强。Treg细胞能表达转录因子Foxp3，并分泌抗炎细胞因子IL-10，抑制免疫反应，提示Treg细胞在抑制缺血后炎症中发挥作用。在脑卒中晚期，肠系膜淋巴结中的树突细胞促进Treg细胞向肠道迁移，抑制IL-17+γδT细胞分化，减少γδT细胞向脑迁移。同时，抗炎细胞因子IL-10 上调，减少γδT 细胞从肠道向脑膜的迁移，导致IL-17表达下调，从而发挥脑保护作用。

综上所述，肠道微生物群是启动脑损伤神经炎症反应的关键调节因子[33]，对脑卒中病情发展至关重要。根据肠道菌群激活的免疫反应不同，对脑卒中预后可能是有害的，也可能是有利的。肠-脑轴的T 细胞稳态、Treg/TH17比值和肠淋巴细胞向脑的迁移，都可能降低脑梗死损害，加速脑康复[12]。

3 粪菌移植

调控肠道微生物群可能改善脑缺血的预后。粪菌移植是将健康人粪便中的细菌移植到脑缺血患者的肠道中。粪便菌群虽不能完全等同于肠道菌群，但大体相似。常用的粪菌移植有两种方法：一是经鼻-十二指肠，将菌液注入；另一种是通过肠镜注入。

粪菌移植尚处于临床试验阶段，可能有一些副作用，包括细菌性血液感染、胃肠胀气、腹痛、痉挛、恶心和发热等。粪菌移植使脑损伤引起的生态失调正常化，并改善脑卒中预后；减少病灶大小，与外周免疫系统和调节T 细胞扩增有关[11]。Chen 等[34]发现，缺血性脑卒中后，肠内SCFA 水平降低；移植富含SCFA 的粪便细菌，调整肠道菌群并补充丁酸，是治疗缺血性脑卒中的有效方法。Singh 等[11]将脑卒中小鼠的粪便转移到无菌小鼠时，导致促炎细胞水平增加；这些细胞在病变处浸润，这表明脑损伤的过程中存在免疫机制。Spychala等[35]发现，在老年小鼠中建立年轻的微生物群，在缺血性脑卒中后会对预后产生积极影响；在老年小鼠中建立老年菌群则对脑卒中预后产生负面影响。

4 小结

目前对肠道菌群的作用尚缺乏透彻理解，肠道菌群产物可能直接或间接参与肠道与大脑的沟通。尽管肠道炎症和免疫细胞的组成和分布在不同动物和人类之间相似，但基于动物研究的结果是否适用于人类仍需探讨。有必要加深对神经疾病中肠-脑轴的研究，探讨肠-脑轴与神经疾病间的关联。

肠-脑轴的确切分子机制仍有待进一步研究[36]。卒中后血脑屏障改变、肠道炎症和免疫反应，以及脑卒中后生态失调是脑卒中动物研究的重要对象。在脑卒中患者中，肠道引起的炎症和免疫反应，以及脑卒中后生态失调的变化仍然令人困惑。目前，粪便微生物群移植正在探索中，以粪菌移植为代表的临床治疗可能是革命性的，以肠道微生物的可塑性调节脑功能重组是有前途的治疗方法。