肠道菌群对高密度脂蛋白代谢及功能影响的研究进展

夏婉莹，于海奕，王贵松

临床研究表明，高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平与心血管疾病的发病率、冠状动脉（冠脉）病变的严重程度呈负相关[1]，血浆高HDL-C水平一度被认为是心血管疾病的保护性因素。但多项临床试验显示，单纯升高HDL-C水平未能使心血管疾病患者从中获益。多数胆固醇酯转运蛋白（CETP）抑制剂、烟酸等药物虽然能够升高HDL-C水平，在临床试验中却未能减少心血管事件发生率[2,3]。此外，两项前瞻性队列研究发现极高血浆HDL-C水平（男性＞2.4 mmol/L，女性＞1.9 mmol/L）人群的全因死亡率反而增加[4]。越来越多的研究表明，HDL在动脉粥样硬化性心血管疾病的发生发展中扮演的角色不仅受其血浆水平的影响，并且与其组成成分变化及功能异常密切相关[5]。

近年来，在影响HDL代谢及功能的诸多因素中肠道菌群及其代谢产物的参与日益受到关注。肠道菌群可产生多种代谢产物，部分有生物活性的物质可被吸收进入循环中影响机体生理活动。研究证实，肠道菌群在血脂代谢及动脉粥样硬化性心血管疾病的发病中起着重要作用。多项研究表明肠道菌群与血浆HDL水平比低密度脂蛋白（LDL）水平具有更高的相关性[6]，提示肠道菌群对HDL代谢及功能的影响更为突出。本文从代谢及功能方面对肠道菌群影响HDL的可能机制及潜在的治疗靶点做一综述。

1 肠道菌群对HDL代谢的影响

肠道菌群的数量及组成在血浆HDL水平变化中发挥着重要作用，具体效应与菌群种类相关。一项研究发现在人群年龄、性别及基因无差异的情况下肠道菌群组成可独立解释不同个体间HDL水平差异原因中的4%。Fredrik等测定145例欧洲女性粪便的宏基因组，发现2个基因簇与HDL水平相关，其中来自梭菌属的基因簇与HDL水平呈正相关。研究同时证实肠道菌群的多样性与血浆HDL水平呈正相关[6]。

肠道菌群及代谢产物除可影响HDL水平外，还影响其组成成分。HDL核心蛋白成分为载脂蛋白和酶，载脂蛋白主要包括ApoA-I、ApoE、ApoB，酶类成分主要为卵磷脂胆固醇脂酰基转移酶（LACT）、对氧磷酶1（PON1），其中ApoA-I被认为是HDL发挥抗动脉粥样硬化作用的主要功能成分[7]。Yiu等[8]发现高脂饮食可引起鞭毛细菌数量增加，鞭毛细菌通过分泌鞭毛蛋白激活肝细胞Toll样受体5，促进肝细胞合成ApoA-I、HDL-C。肠道菌群可将食物中的鞣花丹宁转化为尿石素，常见尿石素代谢亚型为尿石素A、B。Selma等[9]研究发现A型与ApoA-I、HDL水平正相关，而B型与ApoB水平正相关，提示肠道菌群可通过不同代谢产物影响HDL核心成分的构成。此外，肠道菌群被证实通过多种途径参与机体炎症反应，且多项研究表明炎症可降低HDL水平，同时降低包括ApoA-I、LCAT、CETP在内等多种重要功能成分水平，进而改变HDL的构成。但目前肠道菌群通过炎症反应改变HDL成分的机制尚未阐明。

2 肠道菌群对HDL功能的影响

HDL的功能主要包括促进胆固醇流出及逆向转运、抗氧化、抗炎等，近些年来研究揭示了胆固醇逆向转运（RCT）及胆固醇流出功能（CEC）在HDL作用中的重要性。RCT是指外周胆固醇被逆向转运至肝脏的一系列过程，CEC是HDL促进胆固醇从富含脂质的巨噬细胞流出转运至HDL，是逆向转运关键的起始步骤。流行病学研究表明，HDL功能比HDL-C水平更能预测冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）的发病风险[10]。

2.1 肠道菌群通过代谢产物抑制RCTMistry等[11]通过正常小鼠和菌群缺失小鼠对照研究，发现肠道菌群的完全缺失可在不影响血清胆固醇水平的情况下使RCT的能力增加2倍以上。肠道菌群的缺失可减少次级胆汁酸形成，亲水性牛-β-鼠胆酸无法被结肠吸收，其聚集可增加巨噬细胞-粪便间的逆向转运。近年来关于肠道菌群对RCT的作用集中在重要代谢产物三甲胺-N-氧化物（TMAO）上，多个研究发现可通过TMAO-CYP7A1途径抑制RCT。Wang及Tang等研究证实肠道菌群可将食物中的胆碱转化为TMAO[12]，Koeth等通过动物实验证实饮食中增加左旋肉碱可产生TMAO，在抑制RCT同时可促进体内动脉粥样硬化的发展；该团队同时证明口服抗生素可抑制肠道菌群生长，减少左旋肉碱生成TMAO，从而阻断左旋肉碱介导的对RCT的抑制。Miyake等研究进一步揭示TMAO抑制RCT的可能途径，TMAO可下调胆固醇分解代谢中主要的胆汁酸合成酶CYP7A1表达，CYP7A1表达减少抑制RCT同时增加动脉粥样硬化的水平。除上述途径，肠道菌群也可减弱其他物质对RCT的促进作用。β-环糊精被证实可在不影响总胆汁酸排泄量的情况下增强RCT、降低血清胆固醇水平，Mistry团队分别在传统小鼠和无菌小鼠上测定β-环糊精对RCT的影响，发现β-环糊精对RCT的促进作用在无菌小鼠中可进一步增强，提示肠道菌群的存在抑制了β-环糊精的作用[13]。但目前肠道菌群具体如何影响其他物质对RCT的作用尚不清楚，有待进一步研究。

2.2 肠道菌群不同代谢产物抑制CEC多数临床和基础研究证实了肠道菌群的不同代谢产物对CEC主要起抑制作用。Kocyigit等[14]对钙化性主动脉瓣狭窄患者及性别年龄匹配的对照组患者的肠道菌群代谢产物、HDL-CEC进行了对比研究，发现胆碱水平与CEC呈负相关。Wang等通过细胞学实验证实了上述结论，TMAO可通过增加细胞表面清道夫受体的表达，以微生物依赖的方式促进巨噬细胞中胆固醇聚集，进而减弱CEC。部分动物学实验却得出了不同的结论。在apoE-小鼠中，TMAO治疗未能减弱巨噬细胞外流能力，出现不同结果的原因可能为TMAO可上调小鼠腹膜巨噬细胞中ATP结合盒转运子A1（ABCA1）和ATP结合盒转运子G1（ABCG1）的表达，同时增加ABCA1介导的CEC。此外，果蔬、有色谷物等食物中常见组分花青素被证明可降低心血管事件发生风险[15]，饮食摄入的花青素在盲肠和大肠经肠道菌群的转化为有生物活性的代谢产物，其中主要代谢产物之一为原儿茶酸。Wang等研究证明原儿茶酸可抑制巨噬细胞中miRNA-10b的表达，miRNA-10b可直接抑制ABCA1和ABCG1，从而负向调节巨噬细胞的CEC。综上，目前研究提示肠道菌群代谢产物对CEC主要起抑制作用，但参与抑制CEC过程的菌群种类及具体作用机制尚需进一步研究。

3 肠道菌群作为改善HDL功能治疗靶点的可能性

在研究了肠道菌群对HDL代谢及功能的相关性及可能机制后，进一步的研究目标是寻找以肠道菌群为靶点改善HDL功能的方法，进而干预相关疾病发生发展。

3.1 口服抗生素多数研究提示肠道菌群对HDL功能起抑制作用，最直接的方法是通过口服抗生素减少肠道细菌载量而达到改善HDL功能的目的。Koeth等证明口服广谱抗生素可减少肠道菌群对RCT的抑制作用，同时临床试验表明使用抗生素杀灭幽门螺杆菌治疗可以升高血浆HDL-C水平[16]。然而，多数大规模前瞻性临床试验表明抗生素的使用并不能降低心血管疾病的发生率和死亡率[17,18]，原因之一可能是所用的抗生素覆盖肠道菌群能力弱，降低肠道菌群载量的效果不明确；另一原因可能是抗生素降低HDL重要成分PON1的活性，进而抑制PON1介导的抗动脉粥样硬化、抗氧化作用。理想措施是使用选择性的抗生素，通过选择性抑制影响HDL水平及功能的菌群达到抗动脉粥样硬化的效果，目前相关抗生素的研究尚不充分，有待进一步探索。

3.2 使用益生菌制剂HDL的水平及功能还受肠道菌群种类的影响，调节肠道菌群种类的方法之一为使用益生菌制剂，益生菌可通过增加或减少肠道菌的种类引起菌群组成及功能变化。多项研究表明服用益生菌可提高血浆HDL水平[19]；Martin等在携带有人类肠道菌群的小鼠模型中发现使用特定的益生菌可降低TMAO的产生，提示益生菌可通过降低TMAO水平从而增加RCT，但该作用尚未在临床研究中证实。

3.3 肠道菌群移植调节肠道菌群种类的另一方法为肠道菌群移植，Vrieze等研究表明，代谢综合征患者接受来自低体重供体的肠道菌群6周后胰岛素敏感性得到了改善，提示肠道菌群移植可影响机体糖脂代谢。但在肠易激综合征患者中，菌群移植并不影响血浆HDL水平及组成成分，目前尚无研究证明菌群移植对HDL功能的影响。

3.4 降脂药物除应用选择性抗生素、补充益生菌、菌群移植等方法外，也可通过降脂药物调节肠道菌群、升高HDL水平。Khan等[20]研究了正常对照组、高胆固醇血症未治疗组、高胆固醇血症他汀治疗组之间肠道菌群变化，发现费氏杆菌、普劳氏菌、颤螺旋菌属等菌属水平与HDL水平正相关，瘤胃球菌、产气柯林斯菌、副链球菌等则相反。另一项研究发现使用瑞舒伐他汀治疗高脂血症后，不同疗效的患者在HDL-C含量、肠道菌群丰度及数量方面存在较大差异[21]。上述研究均提示肠道菌群参与降脂药物调节HDL水平的过程，为肠道菌群作为治疗靶点提供了新思路。

4 总结

综上所述，肠道菌群可通过多种机制影响HDL水平、亚组分构成及胆固醇流出和逆向转运功能，具有作为调节HDL代谢及功能治疗靶点的潜在可能。但相关作用机制尚不清楚，多数研究停留在细胞、动物实验水平，缺乏大规模临床试验的证据，未来需进一步探究肠道菌群影响HDL代谢和功能的机制，为以肠道菌群为靶点的精准治疗提供依据。