中医药通过调节肠道菌群分布结构干预冠心病的研究进展

张鑫宇，蓝涛华，3，曾巧煌，3，江 巍，3，许文静，黄桂宝，李晓庆，姚思洁，吕渭辉，3

冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary heart disease，CHD)简称冠心病，是一种临床上多发且常见的心血管疾病，根据《中国心血管病报告2018 》[1]推算，我国心血管病患病人数共有2.9亿例，其中冠心病1 100万例，位居第一位；其次分别为心力衰竭450万例、风湿性心脏病250万例、先天性心脏病200万例。近年来，虽然对于冠心病的传统危险因素如高血压、高血脂、糖尿病等已有较为有效的控制方案，但冠心病的发生率和死亡率在全球仍呈上升趋势，为社会带来了巨大的经济压力，并严重危害着全人类健康，促使广大研究者基于冠心病的病理生理机制，从更多元化的角度探索新的治疗靶点。肠道菌群携带的基因是人类基因的150倍，被誉为“人类第二基因库”，与人类宿主的代谢联系密切[2]。中医药在防止冠心病的临床疗效方面做出了突出贡献，近年来，以肠道菌群为切入点，探索中医药干预冠心病的生理病理机制以及治疗新靶点已成为新的科研热点。本研究基于查阅到的国内外文献，从调控肠道菌群的具体分布结构的角度，就中医药干预冠心病进行综述。

1 肠道菌群与冠心病

1.1 肠道菌群失调与冠心病 肠道菌群失调主要指的是肠道菌因为一些体内外环境发生变化，使得各菌间的互相制约失衡，从而使肠道菌群组成和相关功能发生改变。早在1989年，Pasini等[3]研究发现，约50%的缺血性心肌病病人存在不同程度的肠道黏膜损伤，具体表现为肠道黏膜屏障结构形态及功能发生紊乱。Jie等[4]通过对218例冠心病病人和187名健康对照者肠道菌群经分析研究后发现，冠心病病人肠道细菌较健康者存在显著差异，即双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌丰富度减少，链球菌、大肠杆菌、鼠尾草杆菌等有害菌丰富度增加，该队列研究揭示了肠道菌群分布结构的失衡可能通过某些机制导致冠心病的发生发展。因此，通过改善冠心病病人肠道菌群的分布结构和菌落丰富度多样性，使得失衡的肠道菌群得到纠正并恢复平衡，从而正常发挥其生理功能，也许是当前预防和治疗冠心病的一个重要新靶点。

肠道微生物作为体内“共生生态系统”的主导者，与人类的自身基因共同调控着人类的健康。肠道微生物包括肠道中的细菌、真菌、原生动物和病毒等，因为细菌占比高达 99%以上，故用“肠道菌群”来代指肠道微生物[5]。肠道菌群主要分布在消化系统的结肠和远端小肠，按照生物学科“门纲目科属种”中的“门”分类，可分为厚壁菌门(firmicutes)、拟杆菌门(bacteroidetes)、变形菌门(proteobacteria)、放线菌门(fusobacteria)等，其中厚壁、拟杆菌门占总数的90%以上。按肠道菌群的生理功能可分为有益菌或称共生菌(如双歧杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌等)、有害菌(如脱硫弧菌、幽门螺旋杆菌等)和条件致病菌即中性菌(如肠杆菌、肠球菌等)[6]，其中有益菌占总体菌落的99%以上。

已有研究表明，肠道菌群与冠心病或其公认的危险因素之间有一定相关性，虽然部分机制还存在一定的争议，但主流观点认为这种相关性可以从肠道菌群的中间代谢产物以及肠道菌群自身分布失调两个方面进行解释，可能与动脉粥样硬化的形成、糖脂代谢、氧化应激及炎症反应关系密切[7]。

肠道菌群的结构失调可以直接引起肠道黏膜的屏障功能受损，即抑制了肠道黏膜中紧密连接蛋白的表达，促使肠道通透性增加，促进体内多种有害代谢产物(如内毒素、内源性乙醇等)从肠道位移入血液循环到达心脏，从而诱发甚至加重冠心病[8]。

1.2 肠道菌群中间代谢物与冠心病 肠道菌群的中间代谢物主要包括氧化三甲胺(TMAO)、短链脂肪酸(SCFAs)、胆汁酸(BAs)、脂多糖(LPS)等(见图 1)。其中，TMAO在冠心病的发病机制中发挥重要作用。

图1 肠道菌群中间代谢产物与冠心病发病相关机制

1.2.1 TMAO 人体通过摄入富含胆碱及左旋肉碱的食物(如红肉、贝类、蛋黄和高脂肪乳制品)经肠道菌群代谢产生前体三甲胺(trimethylamine，TMA)，TMA在肝脏中被FMOs氧化最终形成TMAO。TMAO通过多种机制导致冠心病的风险增加：①TMAO能促使GRP94和热休克蛋白70(HSP70)表达升高从而诱导应激，在巨噬细胞异常激活中发挥作用，以及参与泡沫细胞形成巨噬细胞的免疫炎症反应[9]。②TMAO通过SIRT3-SOD2-mtROS信号通路激活NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)炎性小体，从而引起血管炎症[10]。③当TMAO与血小板直接接触时，会增加细胞内Ca2+释放，通过多种激动剂的次强刺激依赖性血小板活化，增加血栓形成的潜在风险[11]。④TMAO可增加巨噬细胞上受体SRA1和ABCA1表达，导致胆固醇蓄积增加；TMAO还可下调肝脏中部分胆汁酸合成和转运蛋白所必需的表达基因(如CYP7A1和CYP27A1)，减少胆固醇清除，从而导致胆汁酸代谢的调节以及胆汁酸池大小、组成和运输的改变，导致BA相关通路紊乱和动脉粥样硬化的风险[12]。

1.2.2 SCFAs SCFAs是不易消化膳食纤维微生物发酵的主要产物，其不仅被结肠上皮吸收到门静脉中，为机体提供少量能量，而且其经肠道菌群发酵代谢后主要形成的乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐还可作为信号分子作用于受体发挥调节作用[13]。研究表明，丁酸盐和其他SCFAs通过调节紧密连接蛋白的表达等途径，维持肠道黏膜的屏障功能，避免相关炎症反应的发生[14]。还有研究发现，乙酸盐和丁酸盐可通过诱导肠道产生胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和多肽YY来改善葡萄糖稳态，进而刺激胰岛素分泌[15]。

1.2.3 BAs BAs是肝脏中胆固醇经关键酶7α-羟化酶代谢的主要产物，初级BAS经肠道菌群和BSH的脱氢、脱羟基和差向异构化作用后形成次级BAs，初级BAs在乳化脂溶性饮食物质和维生素中起到促进消化和吸收的作用。研究显示，FXR作为重要的胆汁酸受体被激活后，不仅诱导成纤维细胞生长因子15的表达，而且抑制肝脏中原发性胆汁酸生物合成的必要基因——胆固醇7α-羟化酶的表达，从而影响上调肝脏中FMO3的表达[16]。而且另一种重要的BAs受体——TGR5也被确定为胆汁酸信号网络的重要组成部分，其激活可以减少巨噬细胞及脂质斑块炎症，从而发挥抑制动脉粥样硬化的作用。

1.3 肠道菌群作为冠心病的治疗新靶点

1.3.1 益生菌或益生元 益生菌是一种对人体健康有益的活的微生物，Raygan等[18]的一项随机双盲安慰剂对照试验显示，通过口服益生菌制剂，可以有效增加肠道有益菌、减少肠道有害菌，改善肠道菌群分布结构，恢复其正常生理功能，改善冠心病病人的精神状态和相关代谢指标。益生元是一种大部分不被消化而能被肠道菌群所发酵吸收，能选择性地刺激肠道有益菌的代谢和增殖，从而调整肠道菌落的有机物质[19]。

1.3.2 降低血清 TMAO从肠道菌群的中间代谢物出发，是近年来防治冠心病的一个重要的研究热点。红肉、鱼等富含胆碱、肉碱的食物是TMAO的重要来源，而这些食物也为人体提供着重要的营养价值，所以限制这些食物的摄入并不是一个可行的措施。研究发现，存在于厚壁菌门和放线菌门等各种细菌中的微生物胆碱TMA裂解酶CutC及其相关激活蛋白CutD具有切割胆碱C-N键以产生TMA的作用，基于这一机制，出现了如 3，3-二甲基-1-丁醇(DMB)、氟甲基胆碱(FMC)和碘甲基胆碱(IMC)等 TMA 裂解酶抑制剂，可通过抑制TMA裂解酶的生成，达到降低血清TMAO的效果。而且低浓度的FMC 和 IMC还可发挥抑制血栓形成且不影响凝血系统的作用，为冠心病抗栓治疗提供了新思路[20-22]。

1.3.3 增加SCFAs生成 近年来有研究发现，某些食物或药物可增加 SCFAs 的生成，从而发挥降低糖、脂代谢相关指标及心血管风险等作用[23]。动物研究证实，食用富含多酚类食物，如槲皮素和茶黄素，可以调整肠道菌群结构，即生成SCFA的细菌和减少产生LPS的细菌，从而达到抗动脉粥样硬化的目的[19]。

1.3.4 其他 粪便移植也称粪便微生物群移植(FMT)，是一种将经过严格处理后的健康供体粪便转移至病人肠道内治疗疾病的手段，此方法已在诸多研究中被反复验证其有效性，并已被美国食品药品监督管理局批准用于治疗复发性艰难梭菌感染[24]。还有相关动物研究表明，FMT可以改善肠道黏膜免疫功能，且该方法的治疗作用与移植菌液的pH值相关[25]。但FMT会导致病人内毒素的引入和排斥反应等，且冠心病病人中尚无FMT的应用研究报道。

此外，肠道免疫与肠道菌群有着密切的联系，或许可作为治疗冠心病的一种新思路，口服具有免疫调节活性的药物或治疗剂诱导肠相关免疫耐受有望成为一种新的炎症调节方法。

2 中医药通过调控肠道菌群分布干预冠心病

益生菌或益生元、调节中间代谢产物、粪便移植等调节肠道菌群失调的治疗方法在临床应用时受到各种适应症及禁忌症的限制，一些方法还处于动物研究阶段，尚缺乏足够等临床证据。中药方剂、中药单体和中药相关有效成分不仅参与肠道菌群的代谢过程，对肠道菌群的分布、结构也有很大的调节作用，且机制众多，与肠道菌群的中间代谢产物如TMAO、SCFAs、BAs、LPS等密切相关，其正向调节不仅表现为对肠道菌群结构分布的重塑，而且还伴随着病人症状、血清学指标、微观组织结构等的改善。故中药调节肠道菌群干预冠心病的机制涉及途径较多，是一种综合的干预方式(见图2)。

图2 中医药调节肠道菌群分布结构干预冠心病

2.1 中医理论 近年来，不少学者用中医基础理论来阐明冠心病与肠道菌群之间的相关性。

2.1.1 “心与小肠相表里”理论[26]小肠主受盛化物和泌别清浊，与心相表里。小肠所受盛之化物分清泌化浊后，作精微物质的部分上输于心，而心主血脉且心阳温煦，可推动小肠的传化物的功能，故虽心与小肠看似一上一下，但因两者功能互助而发挥作用，言曰互为表里。结合现代医学理论，人体饮食后通过消化系统经行逐步消化，吸收营养与形成大便的过程，可近似上述小肠受盛化物、泌别清浊和输心精微的作用。而且在早期研究时，肠道菌群的功能就被普遍认为与消化、吸收营养方面相关[27]。

2.1.2 “瘀毒理论”[28]陈可冀院士团队在长期临床基础上提出的“瘀毒理论”认为，毒可分内外，从现代医学的角度，各种致病的微生物(如细菌、病毒等)可视为中医之“外毒”；而体内微生物相关炎性因子、血管活性物质等的过度释放可视为中医之“内毒”。人体内肠道菌群自身的失调可视为中医“外毒”的范畴，而因肠道菌群失调而引起的相关糖脂代谢及代谢产物异常、促炎因子释放和免疫受体应答等，均可视为“内毒”的范畴。

2.2 门水平下的菌群分布 厚壁菌门/拟杆菌门厚壁菌门(约64%)和拟杆菌门(约28%)为人群肠道菌的主要且重要组成部分。研究者很早就开始重视肠道菌群与人类健康与疾病的关系，在寻找两者关系的过程中发现了中拟杆菌门/厚壁菌门的比例与肥胖的关系密切，而肥胖又是冠心病的主要危险因素之一。Ley 等[29]对 12 位肥胖者与非肥胖者的对照研究中，通过比较肥胖组与非肥胖组远端结肠菌群结构，发现肥胖组粪便中的厚壁菌门比非肥胖组高20%，而拟杆菌门低90%。厚壁菌门和拟杆菌门存在一种相互促进的共生关系，主要表现为共同促进宿主吸收或储存能量，而且两者的比例对发酵多糖有着非常重要的作用[30]。通过对110例冠心病不稳定型心绞痛病人的随机对照试验发现，与正常人相比，冠心病不稳定型心绞痛病人的肠道内的菌群构成主要是拟杆菌门的下降及厚壁菌门的上升，应用大柴胡汤干预后，治疗组与对照组在拟杆菌门与厚壁菌门的丰度分布上均有变化，且治疗组有益菌属拟杆菌门增加显著，更接近正常人群组[31]。关乐[32]通过对载脂蛋白E基因敲除(ApoE-/-)小鼠进行高脂饮食诱导形成动脉粥样硬化模型，予益脉颗粒干预后行16S rRNA测序发现，治疗组厚壁菌门/拟杆菌门得以平衡，逐渐趋近正常组，且发现拟杆菌门与脂类及脂质样分子呈负向作用。

2.3 属/科水平下的菌群分布

2.3.1 有益菌

2.3.1.1 拟杆菌 拟杆菌属正常寄居于人和动物的肠道、口腔、上呼吸道和生殖道，是消化道菌群的主要组成部分。拟杆菌不仅在糖脂代谢中发挥重要作用，而且还可促进肠道黏膜血管形成，定植在肠黏膜表面，抵御肠侵入性病原菌的黏附，达到维持肠道菌群平衡的目的[33-34]，为人体重要的有益菌之一。陈维等[31]的随机对照临床试验显示，经典中药汤剂大柴胡汤配合基础西药治疗，对拟杆菌门的丰富度有一定程度的提高，可调节冠心病不稳定型心绞痛病人的肠道菌群、抑制人体内的促炎性介质的分泌，对冠心病不稳定型心绞痛病人有保护作用。在一项研究黄连解毒汤对高脂血症小鼠肠道微生态影响的随机对照试验中[35]，黄连解毒汤组与高脂饲料组比较，前者小鼠体内拟杆菌数量是高脂饲料组的1.64倍，且其他有益菌也有不同程度的增加，研究还认为黄连解毒汤可能通过增加肠道益生菌来调控糖脂代谢，从而干预冠心病等心血管疾病。

2.3.1.2 双歧杆菌 双歧杆菌属在药物、食品等领域广泛应用。一项关于益气活血药对心肌梗死后大鼠小肠黏膜屏障及肠道菌群影响的研究发现，给药组以双歧杆菌为主的有益菌数量明显增加，且小肠黏膜结构改变、绒毛高度增加、隐窝深度变浅、封闭蛋白的表达增加，促进肠道黏膜形态及功能的恢复[36]。中药通过干预双歧杆菌等有益菌的丰度，有效预防肠道内细菌等有害物质通过肠黏膜进入体内，下调炎性因子的表达，从而可能影响心肌梗死后心脏功能的改善。研究显示，双歧杆菌K-103通过人参皂苷Rd将人参皂苷Rc转化为人参皂苷化合物K，而双歧杆菌K 506通过人参皂苷Mb将其转化为化合物K，而代谢产生的化合物 K对人参皂苷的生物活性有一定的影响[37]。

2.3.1.3 白藜芦醇 白藜芦醇是一种提取自何首乌的天然多酚类化合物，具有抗氧化、抗炎、保护血管和延缓衰老等作用。Chen等[38]研究发现，白藜芦醇具有重塑肠道菌群的作用，其可增加乳杆菌和双歧杆菌等有益菌的数量及加快其生长速度，从而来促进BAs的解离和粪便排泄，并降低TMA、TMAO的合成。研究表明，白藜芦醇可通过下调肝肠法尼样X样受体-成纤维细胞生长因子15(FXR-FGF15)轴的表达等途径，实现对BAs的调控，最终发挥对抗APOE-/-小鼠动脉粥样硬化的作用[38]。白藜芦醇还可通过核转录因子-κB(NF-κB)、沉默信息调节因子1(SIRT1)、核转录相关因子2(Nrf2)、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)等多种信号通路发挥抗动脉粥样硬化作用[39]。

2.3.1.4 乳酸菌 乳酸菌是一种无芽孢杆菌，属革兰阳性菌，其有较强的代谢碳水化合物产酸能力，可以合成葡聚糖和杂多糖，是一种被广泛应用的有益菌。一项对气虚血瘀型冠心病病人进行养心通脉方联合阿司匹林肠溶片的中西医结合治疗干预的研究显示，治疗28 d后，发现以乳酸菌为主的有益菌数量增多、有害菌数量减少、中医证候积分减少，症状缓解，说明中西医结合能有效改善病人肠道菌群状态、平衡菌群、有效治疗冠心病[40]。张云等[41]探讨化浊祛湿通心方调理脾胃治疗冠心病的可能机制发现，试验组的益生菌乳酸杆菌与多个对照组间存在显著差异，且乳酸杆菌等有益菌能合成多种人体必需的B族维生素、维生素K、烟酸、氨基酸等，参与并调节免疫、凝血等；该研究还通过基因预测提示模型组改变的7条能量代谢通路，表明了化浊祛湿通心方通过改善肠道菌群及代谢通路，达到改善冠心病大鼠心功能及心脏结构的目的。

2.3.2 致病菌

2.3.2.1 幽门螺旋杆菌 幽门螺旋杆菌是一种常见的与消化系统疾病相关的细菌，研究显示，C反应蛋白在幽门螺旋杆菌免疫球蛋白A(IgA)抗体检测阳性的病人中明显升高，而在免疫球蛋白G(IgG)病人中则保持正常水平，C反应蛋白的显著升高可作为该类病人识别缺血性心脏病高危病人的重要生物学标记物之一[42]。另外， Franceschi 等[43]研究发现，在幽门螺杆菌菌株表达的细胞毒素相关基因(CagA)抗原中，冠心病不稳定型心绞痛病人 CagA 抗体滴度与稳定性心绞痛及冠状动脉血管正常者比较明显增高，证实了幽门螺杆菌与冠心病不稳定型心绞痛存在一定的相关性。Yu等[44]研究发现，牛黄中提取的牛磺酸能降低幽门螺旋杆菌菌落数量，促进 SCFAs 的生成，降低LPS 的浓度，从而改善肠道菌群结构，恢复正常生理功能。

2.3.2.2 脱硫弧菌 脱硫弧菌是硫酸盐还原菌在生物体内的重要成员之一。研究表明，脱硫弧菌可通过影响肝脏硫化氢合成相关基因表达使乙酸代谢的相关菌群失调，从而影响短链脂肪酸的代谢，其与肠道炎症等疾病密切相关[45]。黄连生物碱作为黄连的有效成分之一，能够提高小鼠肝脏中胆汁酸合成限速酶 CYP7A1 的表达，通过激活胆汁酸受体通路相关蛋白受体FXR和TGR5的表达，促进胆汁酸的肝肠循环和脂质消化，降低有害菌脱硫弧菌的数量，从而改善机体炎症水平及恢复肠道菌群失调[46]。

2.3.3 中性菌 肠球菌主要分布于自然环境及人和动物消化道内，是人体肠道中正常栖居的菌属，既往认为其是对人类无害的中性菌，但也有研究证明肠球菌在一定条件下存在致病性[47]。并且由于肠球菌的固有耐药和获得性耐药性使其诱发严重感染的发生率和病死率明显升高。研究表明，冠心病不稳定型心绞痛病人比正常病人的肠球菌数量大，并表现出致病性，其增加了促炎性因子的表达、加重冠心病病情，经过14 d的大柴胡汤干预后，病人肠球菌科的数量明显下降，治疗组有效率较对照组明显增高[31]。

3 小结与展望

肠道菌群是维持正常人体功能的重要“器官”，其失调时可引起机体各系统一系列的生理病理改变，近年来，对于冠心病病人肠道菌群的研究较多，体现出各个系统学科的交叉性，且目前多集中在TMAO、SCFA、BAS、LPS 等一系列中间代谢物的研究上，但这些中间代谢物如何影响冠心病及冠心病的危险因素尚需进一步探究。肠道菌群是一个庞大的生态体系，各种菌门、菌科、菌属的平衡也影响着整个肠道菌群的生理作用，而菌群的分布结构、失调情况及与冠心病的关系，目前根据有益菌及有害菌来划分，具体的菌属关系与影响机制有待进一步研究。肠道菌群的失调与肠道菌群中间代谢产物的产生之间的联系也尚待进一步系统研究。

综上所述，中医药在保证疗效的同时，可影响 TMAO、SCFA、BAS、LPS 等中间代谢产物，增加有益菌、降低致病菌从而逆转肠道菌群的分布结构，重塑肠道菌群，有效干预冠心病及其相关危险因素，可作为防治冠心病及其危险因素的新方向。但是，目前中药单体研究对象尚局限于动物，缺乏临床应用验证；中药复方由于其有效成分不稳定性、剂量未标准化、用法多样、中医辨证施治的可重复性等原因而难以开展大规模规范研究，尚需更多研究为中医药治疗冠心病提供更多的研究思路、理论依据和探索方法，阐明宿主与肠道微生物及冠心病的复杂关系。