肠道微生物与缺血性脑卒中的相关性研究

韦潋滟，徐冬娟

（温州医科大学附属东阳医院神经内科，浙江 东阳 322100）

脑血管病、恶性肿瘤和心血管病是当今导致人类死亡最常见的3 大疾病。脑卒中是脑血管病最常见的类型，具有高发病率、高死亡率、高致残率和高复发率的特点，是导致我国人口残疾和死亡的首要原因，给社会及家庭带来了沉重的负担，其中缺血性卒中约占脑卒中事件的70%～80%，而它的病因学基础主要是动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）[1]。肠道微生物与人体健康密切相关，研究发现[2]，肠道微生物结构的改变与功能失调在AS 的发生发展中起着重要的作用。现阶段对缺血性脑卒中预防和治疗的靶点主要集中在改善脑血循环的多种措施（包括溶栓、抗血小板、抗凝、降纤、扩容等方法）及神经保护的多种药物，肠道微生物菌群有望成为缺血性脑卒中治疗的新靶点。本文就肠道微生物及动脉粥样硬化概述、肠道微生物与动脉粥样硬化的关系、肠道微生物-缺血性脑卒中预防的潜在靶点作一综述。

1 肠道微生物概述

人体的体表和体内寄居着大量的微生物，其中微生物含量最多的是消化道，被称为肠道微生物，作为人体最大的“免疫器官”，肠道微生物由成千上万种共生有机体组成，其主要成员是细菌，主要包括放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、梭杆菌门、变形菌门、螺旋菌门等[3]。肠道微生物的功能包括：①降解植物多糖等不可消化的化合物；②维持肠道上皮细胞屏障功能；③抑制肠道病原体粘附定植；④调节免疫系统；⑤产生短链脂肪酸、维生素等代谢产物。

肠道微生物的代谢产物对维持机体的健康和正常的消化功能有着重要影响，除了参与消化系统的新陈代谢，还能产生多种次生代谢产物，通过血液循环对人体产生系统性影响[4]，其主要通过血清素、细胞因子和各种代谢产物影响人体代谢和营养物质的吸收。肠道微生物分解人体摄入的食物和药物，产生并分泌多种小分子次生代谢物，通过血液循环到达人体的各个部位发挥附加作用[5]。不同的肠段寄居的不同种类菌群对宿主-菌群之间信息交换的化学信号有着特定的影响[6]，这些潜在的“信号分子”包括低分子量代谢物、多肽、蛋白质等，它们具有替代某些间接免疫调节途径的能力。目前已发现多达300 余种微生物宿主代谢物，包括胆汁酸、短链脂肪酸、氨基酸、苯甲酰和苯基衍生物、联氨衍生物、脂类、胆碱、酚类、维生素、激素和多胺等[7]。肠道微生物的失调与人类所患的许多慢性疾病[8，9]，如动脉粥样硬化、高血压、2 型糖尿病、肥胖症和慢性肾脏病等的发生发展都密切相关。

2 动脉粥样硬化概述

AS 是缺血性脑卒中、冠心病、外周血管病等多种血管性疾病的主要病因，其病变基础主要是脂质代谢障碍，是在多种危险因素作用下发生的脂质堆积、纤维基质形成、细胞迁移增生等导致的黄色粥样病变，主要累及大中型动脉。AS 也被认为是一种长期、缓慢进展的退行性炎症性病变，是血管壁对各种损伤的一种异常反应，是一个复杂的、受多种致病因素影响的病理生理过程，包括血管内皮损伤、黏附分子表达、白细胞趋化、单核细胞募集、脂质积累、平滑肌细胞增殖迁移和泡沫细胞形成等。

炎症在AS 的发生、发展和演变中起着十分重要的作用，其中炎症涉及各种免疫细胞的积累和活动，而免疫系统是一个由多种细胞类型、数百种生物活性细胞因子和数百万种不同抗原组成的复杂网络，这使得明确动脉粥样硬化的相关机制具有巨大的挑战性。研究表明[10]，AS 发生的最初阶段主要涉及氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）的形成，ox-LDL 主要损伤和破坏血管内皮细胞，从而导致血管内皮细胞的功能受损与活化。ox-LDL 可被清道夫受体识别和内化，诱导巨噬细胞内胆固醇聚集和泡沫细胞的形成，最终导致血管动脉粥样硬化。

3 肠道微生物与动脉粥样硬化的关系

3.1 肠道微生物代谢产物三甲胺（TMA）参与动脉粥样硬化的发生与发展 肠道微生物与人体健康息息相关。肠道微生物可以通过增加人体对食物中的能量吸收、调节脂肪酸代谢、分泌肠衍生肽、引起慢性低度炎症等多种途径影响AS 的产生和发展。研究证实[11-13]，长期进食肉类食物会导致肠道微生物大量繁殖和比例失调，导致食物摄入的胆碱、肉碱等更多地分解为TMA，而TMA 被吸收入体循环，经肝脏氧化生成氧化三甲胺（trimethylamine-N-oxide，TMAO），后者通过诱导巨噬细胞转化为泡沫细胞等推动动脉粥样硬化的发展，导致个体罹患心脑血管疾病的风险增加。提示肠道微生物有望成为动脉粥样硬化类疾病（如因大动脉粥样硬化引发的缺血性脑卒中）潜在的治疗和预防靶点，而抑制TMA 进入体循环可能是治疗该类脑卒中的一个重要环节。

3.2 肠道微生物可通过诱发肠道炎性反应促进TMA入体循环 研究发现[14]，炎症因子可作用于肠上皮细胞，使其细胞间缝隙增大，导致那些在正常情况下不能或少量进入体循环的肠道代谢产物大量涌入体循环。炎症因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）可以明显增加肠上皮细胞旁路的通透性[15]，而肠道微生物失调可进一步促进肠道炎症。肠上皮细胞旁路通透性主要受紧密连接调控，而紧密连接由多种紧密连接蛋白组成，claudin-1 蛋白是其中最重要的一种，其表达量的高低直接影响肠上皮细胞屏障的通透性[16]，也是反映肠上皮屏障功能的重要指标。ApoE基因敲除小鼠是一种经典的动脉粥样硬化模型，有研究以该小鼠为研究对象[17]，结果发现当出现典型的动脉粥样硬化病理改变时，小鼠血浆中TNF-α、白细胞介素-6（IL-6）、C 反应蛋白（CRP）等炎性因子水平均显著升高，同时，其肠道微生物结构也随之发生显著改变，如普氏杆菌异常增多。由此推测，肠道微生物失调可能促进肠道炎症反应，产生TNFα、IL-6 等炎症因子，通过降低肠上皮细胞claudin-1 的表达增加肠道上皮屏障的通透性，从而导致TMA 大量进入体循环。

3.3 肠道微生物在动脉粥样硬化斑块发生过程中发挥着重要的作用 肠道微生物主要通过以下3 条途径影响AS 的发生和发展[18，19]：首先，肠道微生物移位进入血液，激活免疫应答，并通过其外膜成分如内毒素、脂多糖（LPS）及其他毒力因子激活宿主模式识别受体（Toll 样受体、CD14 等），加速粥样斑块的进展；其次，肠道微生物群通过影响胆固醇、胆汁酸和脂肪的代谢促进动脉粥样硬化斑块的形成；最后，肠道微生物通过代谢产物TMAO 激活血小板活性，促进粥样斑块形成，其中TMAO 途径被认为是最直接的途径。

目前对于TMAO 促进AS 的机制尚未完全阐明，可能包括以下几个方面：①抑制胆固醇表达相关的RNA 逆转录[20]；②上调巨噬细胞CD36 和清道夫受体A1（SR-A1）活性，促进细胞摄取胆固醇，推动泡沫细胞的形成；③下调胆固醇吸收靶点ABCG5/8和NPC1L1 的表达水平，降低肠道胆固醇含量，影响胆固醇代谢；④通过激活增殖蛋白激酶（MAPK）和核因子-κB（NF-κB）信号通路促进血管炎症，从而引起内皮下低密度脂蛋白颗粒的积累[21]。Wang Z 等[22]通过给小鼠投喂含有胆碱类的食物或直接饲喂TMAO，分析两组小鼠发生AS 的差异，证明TMAO可促进动脉粥样硬化斑块形成。Tang WH 等[23]对4007 例受试者进行了为期3 年的前瞻性队列研究,结果显示在具有同等心血管病高危因素的患者中，TMAO 血浆水平高者发生AS 的风险更高，且TMAO预测值比传统危险因素（高龄、糖尿病、高血压等）的预测性更佳。在AS 早期，由于TMAO 水平升高与细胞内脂质堆积[24]、内皮细胞炎性损伤[21]、单核细胞黏附聚集、血小板的高反应性[25]等关键事件密切相关，因此理论上TMAO 可作为缺血性脑卒中发生的潜在生物标志物，不仅可以用于预测早期AS 及脑血管不良事件的发生，也为临床防治缺血性脑卒中提供了思路。

4 肠道微生物-缺血性脑卒中预防的潜在靶点

肠道与大脑之间通过多种机制进行信号传递和交流，两者间的联系被称为肠-脑轴[26]。中枢神经系统能直接调控肠道功能和内环境的稳态，反之肠道微生物菌群的组成和数量等的紊乱也会对中枢神经系统功能造成影响。随着研究的深入，越来越多的证据表明肠-脑轴与缺血性脑卒中之间有着密切的联系。肠道屏障在防止细菌成分移位方面起着关键作用，当肠道微生物群稳定时，这种屏障是有效的，而在某些不利环境下，如高脂肪、高胆固醇饮食或发生某些疾病时，宿主微生物群结构可能发生重大变化，进而引起肠道屏障作用的破坏[27]。缺血性脑卒中发生后机体出现应激状态，肠道屏障功能遭到破坏，进而出现菌群移位，肠道菌群从胃肠道转移到胃肠道以外的器官，甚至可由消化道转移至血液，从而诱发系统性的免疫和炎症反应，而免疫和炎症反应已被证实是脑缺血性损伤发生机制中的关键环节。

肠道内含有体内70%以上的炎性细胞和免疫细胞，在缺血性脑卒中发生后可以迁移至大脑，与中枢神经系统相互作用，促进并发症的发生，影响患者的预后。此外，缺血性脑卒中可以通过神经系统和肠道屏障传递信号，释放细胞因子，直接或间接地引起肠道微生物群失调。肠道微生物群失调会影响机体对营养物质的消化吸收，削弱肠道的屏障作用，破坏机体平衡，促进缺血性脑卒中并发症的发生，从而加重缺血性脑卒中患者的不良结局。Karlsson FH 等[28]基因组学研究表明，缺血性卒中患者的肠道菌群结构与正常人之间存在明显的差异，缺血性脑卒中患者的瘤胃球菌属含量明显增加，而真杆菌属和拟杆菌属的比例明显减少。另有研究证实[29]，严重的脑梗死发生后会改变患者肠道菌群分布，并导致卒中后体内稳态失调，诱导免疫应答，且在脑梗死发生后通过粪菌移植能够显著改善缺血性脑卒中患者的生存预后。

5 总结

缺血性脑卒中的病因学基础是动脉粥样硬化，动脉粥样硬化形成的机制复杂，除动脉粥样硬化传统的影响因素外，肠道微生物在动脉粥样硬化的发生发展中起着重要作用。肠道微生物与机体的免疫调节及炎症反应密切相关，通过识别受体Toll 样受体、CD14，参与胆固醇、胆汁酸代谢和脂肪代谢，以及代谢产物TMAO 等促进动脉粥样硬化斑块形成，进而导致缺血性脑卒中的发生，其可能是大动脉粥样硬化型缺血性脑卒中的治疗和预防靶点。相信未来以肠道菌群为靶点的治疗模式，无论是在缺血性卒中的一级预防还是二级预防都将发挥重要的作用。