肠道菌群与糖尿病大血管病变的研究进展

冯皓月 岳仁宋 张新霞

成都中医药大学附属医院（成都610075）

糖尿病大血管病变是糖尿病（DM）的常见并发症之一，已经成为糖尿病致残致死的主要原因。大血管并发症以大血管床内持续动脉粥样硬化（AS）为特点，包括冠状动脉疾病、外周动脉疾病和脑血管疾病。近年来，肠道菌群在糖尿病大血管病变进程中发挥的作用受到关注，但其中机制尚未阐明。本文就肠道菌群与糖尿病大血管病变的最新研究进行综述，以期为糖尿病大血管病变的潜在临床治疗方案提供依据。

1 长期高糖、高脂诱导肠道微生态进一步失衡

1.1 肠道菌群组成改变与正常人群相比，2 型糖尿病（T2DM）患者梭菌纲等产丁酸盐的细菌比例明显下降；拟杆菌、部分芽孢杆菌和部分变形杆菌等机会致病菌丰度显著增加［1］，进一步研究发现柔嫩梭菌类群、拟杆菌属含量及拟杆菌/球形梭菌与空腹血糖（FBG）、糖化血红蛋白（HbA1c）和血脂都密切相关［2］。但糖尿病大血管并发症的菌群变化与T2DM 和大血管病变本身并非完全一致，TIAN 等［3］发现与冠状动脉疾病相比，合并T2DM患者肠道中微生物群和代谢产物存在显著差异，陈茜等［4］报告中糖尿病及糖尿病心血管并发症患者的肠道菌群特征也存在差异，说明糖尿病大血管并发症可能存在更进一步的肠道微生态改变。

1.2 肠道屏障完整性降低正常生理状态下，肠道拥有完整的屏障功能。长期高糖、高脂环境导致肠道生态失调，肠道屏障的完整性降低，大量代谢产物释放入血参与大血管并发症的进程。例如细菌产物内毒素——脂多糖（LPS），大肠埃希菌、肠球菌等可引起强烈的炎症反应，使得肠壁通透性增加，产生并吸收更多的脂多糖入血，参与代谢性疾病的慢性炎症进程［5］。

1.3 肠道细菌移位慢性高血糖所致HbA1c 的增加及血脂代谢异常均可导致全身血管壁损伤，近年来发现AS 的发展可能受到远处感染或血管壁细胞直接感染的影响。在动脉粥样硬化斑块中观察到的细菌也在身体其他部位发现，主要集中在口腔和肠道［6］，因此它们可能充当这些潜在致病微生物的宿主，增加血管壁功能和结构的损害。

2 肠道菌群与糖尿病大血管病变的关系

2.1 糖尿病大血管病变的肠道菌群改变动物和人类模型中的证据均支持糖尿病大血管病变与深层肠道失调有关的假设。陈茜等［4］发现T2DM1：血管并发症患者肠道中厚壁菌门的比例明显下降，放线菌门和变形菌门的比例上升，且维持肠道正常代谢、免疫的有益菌如真杆菌属细菌丰度减少，而大肠埃希氏菌等常见的条件致病菌丰度显著增高。在动物模型中，同样发现糖尿病大血管病变模型大鼠肠道拟杆菌门/厚壁菌门比值下降［7］，且糖尿病心脑血管并发症可能与厚壁菌门中Blautia菌属的丰度相关［8］。但仍需进一步研究以明确改变的微生物群是引起还是仅反映了糖尿病大血管病变。

2.2 肠道代谢产物与糖尿病大血管病变肠道菌群代谢产物可能通过促进营养成分吸收、诱发慢性低度炎症以及调节脂质代谢、氧化应激等方面影响动脉斑块的形成与扩展，进而在T2DM 大血管并发症中发挥重要作用。

2.2.1 脂多糖慢性低度炎症状态是糖尿病大血管病变的重要发病机制，肠道微生物衍生的LPS作为糖尿病宿主炎症反应触发器的重要性已被证实。糖尿病大血管病变与LPS/Toll样受体4（TRL4）通路激活密切相关。LPS与脂多糖结合蛋白（LBP）结合后，识别TLR4 产生大量炎性细胞因子，直接损伤血管内皮细胞［9］。研究显示，大肠杆菌中的LPS 和TLR4 仅出现在颈动脉斑块标本中，而不存在于正常动脉中［10］。血清LBP 水平与T2DM 患者的动脉硬化程度呈独立正相关［11］。此外，最新的一项研究发现LPS 可减弱抗生素对糖尿病大血管病变肠道微生物群调节的积极作用［12］。在糖尿病合并急性脑卒中模型小鼠肠道中发现大肠杆菌、克雷伯氏菌等革兰氏阴性菌明显增多，其导致的肠道通透性增加及循环LPS 水平升高与TLR4、炎性细胞因子水平的增加密切相关，其后用不可吸收的抗生素多粘菌素B 调节肠道菌群可降低循环中的LPS 水平从而改善预后。肠道屏障的损害导致大量LPS 入血，释放的炎性细胞因子又可进一步作用于大血管。高水平TNF-α通过丝氨酸磷酸化损害胰岛素信号传导，诱导脂肪细胞和外周组织的胰岛素抵抗，引发大血管病变［13］。IL-6 也与多种脂肪细胞因子的生物学效应具有相关性，可以调节心肌内脂质的积累，增加糖尿病患者发生心血管并发症的临床易感性［14］。与此同时，LPS 与Toll 样受体相结合后金属蛋白酶表达增加，能够降解斑块的纤维帽从而使稳定斑块变成不稳定斑块，继而引起血小板的黏附、聚集，加速AS 进程［15］。

2.2.2 胆汁酸胆汁酸（BAs）是一种对糖脂代谢有显著调节作用的肠道代谢产物，其合成和转化需要肠道微生物的参与。高糖高脂环境下，肠道中与胆汁酸代谢相关的细菌受到影响，糖尿病患者肠道中能促进游离胆汁酸的7α-羟基脱氧的梭菌纲以及具有胆汁酸水解酶活性的部分拟杆菌、梭状芽孢杆菌等的相对丰度减少［16-17］，胆汁酸合成受到影响，进而抑制脂质的消化吸收，加速血管病变。王华等［18］发现糖尿病大血管病变患者的总胆汁酸和甘胆酸水平显著低于无大血管病变组且与LDL-C 呈负相关。胆汁酸螯合剂能够降低血清LDL-C 含量，孟德尔随机化分析表明，其有助于降低心血管动脉粥样硬化疾病的风险，尤其是在糖尿病患者中［19］。法尼醇X 受体（FXR）、G 蛋白偶联受体5（TGR5）的激活在胆汁酸的合成和转化过程中起到重要作用。研究发现，FXR 基因敲除小鼠在高脂饮食喂养后会出现HDL 代谢障碍和胆固醇运输受阻［20］，在给予FXR 激动剂后这一现象得到改善，且这种作用呈体重依赖性［21］。此外FXR在主动脉血管平滑肌细胞（VSMCs）和内皮细胞（VECs）中均有表达［22］。TGR5 则能够介导胆汁酸对炎症反应的调控，采用INT-777（TGR5 激动剂）可通过激活TGR5 抑制NF-κB 转录活性，减轻炎性浸润，延缓AS 病理进程［23］。另一方面，肠道菌群对胆汁酸的重吸收也具有一定作用，主要通过钠依赖性胆汁酸转运蛋白（ASBT）进行主动运输。动物实验表明，破坏肠道菌群稳态后，小鼠肠道ABST 表达水平显著增加［24］。因此，通过人工合成FXR、TGR5 受体激动剂和ABST 相关药物等促进胆汁酸调整糖尿病大血管病变脂代谢紊乱的药物研发可能是重要方向。

2.2.3 短链脂肪酸（SCFAs）SCFAs 是肠道内益生菌通过膳食纤维发酵产生的主要代谢产物，作为肠道微生物群和宿主之间的信号分子发挥作用。糖尿病患者肠道内产丁酸盐细菌如罗氏菌和普氏栖粪杆菌数量的减少，在低度炎症的发展中起到关键作用［25］，继发的大血管病变与此可能有关联。最新研究［26］证实，丁酸可能通过降低肠道通透性，减少血液循环中内毒素LPS 和炎症因子水平，发挥抗AS 作用。此外，微生物群通过营养吸收改变影响宿主的效应主要由SCFAs 介导，糖尿病并发AS 以甘油三酯/极低密度脂蛋白和高密度脂蛋白水平的异常表现为主［27］。丁酸盐通过激活SCFAs 受体GPR109A，减少总脂肪酶活性从而抑制甘油三酯的合成和积累，也可以激活脂肪细胞中的环氧合酶2、磷脂酶A2 发挥抗脂解作用，同时亦观察到丁酸盐治疗组的动脉斑块由较厚的纤维帽和较低比例的巨噬细胞浸润组成，这两者都是稳定动脉粥样硬化斑块的特征［28］。另有研究［29］报道丁酸钠还可以通过激活NRF2 信号通路减轻糖尿病对动脉内皮的氧化应激和炎性刺激。由此推测，在早期补充丁酸盐可能对防治糖尿病大血管病变有一定积极作用。

2.2.4 氧化三甲胺TMAOTMAO 的循环浓度是糖尿病大血管病变的重要危险因素之一，多项研究揭示了升高的TMAO 血浆水平与糖尿病大血管病变的不良心血管事件增加之间的关联［30-31］。一项测定中国冠心病患者（有或没有T2DM）血浆TMAO 水平的研究分析也提示了TMAO 表达与冠心病/T2DM 之间的强关联［32］。此外，微生物移植研究揭示血糖控制受损、动脉粥样硬化易感和TMAO 的产生都可以通过微生物群传播的特征也印证了三者的联系［33］，完整地将TMAO 与糖尿病和大血管疾病联系起来。

元生物途径能够利用一个潜在的新模型来研究肠道代谢的影响，而不依赖于将肠道生态系统的复杂性作为终点进行比较［34］。微量营养素如磷脂酰胆碱、甜菜碱和左旋肉碱可以通过肠道微生物群依赖的三甲胺（TMA）生成和随后的吸收参与糖尿病大血管病变的发展。血浆TMAO水平升高是T2DM 患者合并颈动脉粥样硬化的独立危险因素，可能成为评估DM 患者大血管并发症的新指标［35］。除关联研究之外，MIAO 等［36］发现产生TMAO 的黄素单加氧酶3（FMO）是重要的胰岛素靶标。在肝脏特异性胰岛素受体敲除（LIRKO）小鼠中敲除FMO3 可以抑制FoxO1（代谢控制的中心节点），改善胰岛素耐受性，阻止高血糖的发展；FMO3 敲除还可以预防高胆固醇血症和动脉粥样硬化［36-37］。TMAO 还参与了血栓形成，降低TMAO 可能减缓血栓形成［38］。虽然参与TMAO 代谢的菌群种类尚未明确，但越来越多的证据表明TMAO 在糖尿病大血管的发生发展中起着重要作用，因此，更积极和具体的饮食和药物治疗也是下一步需要研究的重点。

2.2.5 H2S据报道，胱硫醚γ-裂解酶（CSE）是肠道H2S 产生的主要来源，在CSE 的催化下，L-半胱氨酸和L-同型半胱氨酸转化为H2S［39］。H2S 可通过调节氧化应激水平，降低炎症反应，抑制内皮细胞凋亡和平滑肌细胞增殖等途径减缓糖尿病血管病变速度［40］，但研究主要集中在心血管组织酶促产生的H2S 效应。近年研究［41］发现组织中酶合成H2S途径的CSE 活性显著降低与缺少微生物群有关，同时伴随合成底物半胱氨酸水平的升高，这些观察结果提供了一种假设，即细菌产物可能会影响CSE 活性或表达。另外，TOMASOVA 等［39］发现结肠内注射Na2S（一种H2S 供体）可显著提高门静脉血浆中硫代硫酸钠（H2S 氧化产物）水平，而在外周血中未观察到这种显著影响，这为Na2S 的血液动力学效应取决于H2S 及其衍生物的肠吸收增加提供了强有力的证据。根据以上推测，肠道细菌释放的H2S 亦可参与糖尿病血管病变，调控肠道H2S可能成为治疗该病的新靶点。

3 总结与展望

糖尿病大血管病变属于心血管疾病高风险类别，一种有效且方便的用于监测糖脂代谢紊乱的生物标志物对于预防重大心脑血管事件是非常重要的。本研究发现优势菌群占比和代谢物的联合标记有成为糖尿病大血管病变不良反应事件预后生物标志物的潜力，在未来，可用于心脑血管风险分层。肠道微生物及其代谢产物也有望成为糖尿病大血管病变潜在可调控因素之一，目前益生菌、非吸收性粘合剂、肠道菌群移植、中医药干预等治疗方案在糖尿病大血管病变中的证据是有限的，仍需要更多的研究明确肠道菌群及其代谢产物与疾病之间的因果关系，建立以肠道菌群为靶点治疗糖尿病大血管病变的新策略。