肠道菌群与下肢动脉硬化闭塞症的相关性研究

曾梓咏，郭伟光，张海丽，唐莹蕾，殷明月

(1. 黑龙江中医药大学研究生院，黑龙江 哈尔滨 150040；2. 黑龙江中医药大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150040)

我国现在正步入老年化社会，到2030年时老年人口数将会达到总人口数的25%，伴随着人口老龄化的进程，我国周围血管疾病的患病人数预计将从2000年的2944万增至2020年的4113万[1]。随着中国老年化社会的到来，作为周围血管病的代表性疾病--下肢动脉硬化闭塞症(arteriosclerosis obliterans，ASO)治疗与预后将变得尤为重要。

2019年一项有关中老年人群的下肢血管疾病流行病学调查显示，受访者的患病率为6.6%，当中只有4.9%了解自身情况[2]。按时进行下肢检查以及积极治疗合并疾病，会有效减少下肢血管疾病的并发症，改善患者的日常生活质量。近年来，国内外研究表明肠道菌群在心脑血管疾病、高血压、糖尿病、高血脂症等疾病的诊治方面成为热点，肠道微生物群及代谢衍生物在ASO诊治预防方面也有着千丝万缕的联系，可通过多种途径调控肠道微生态从而改善ASO病情。

1 ASO概述

ASO是全身性动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)在肢体的局部表现，慢性炎症疾病驱使AS斑块的形成、进展和破裂，斑块主要以血液细胞、泡沫细胞(吞噬大量脂质的巨噬细胞或平滑肌细胞)、脂质、坏死细胞碎片和钙离子蛋白构成[3]。ASO主要病理机制是AS累及供应下肢的大、中型血管，导致肢体动脉管径变狭小最终堵塞，从而导致肢体出现供血不足并常发生肢体溃疡或坏疽，从而导致截肢与致残[4]。AS是ASO的主要原因，其风险因素多种多样，如个体的血糖、脂血、血压，肠道菌群与其有着十分密切的关联[5]。

2 肠道菌群的种类和功能

人体肠道中栖息的细菌总数大约有1013～1014个，它们与宿主共同存在，对宿主健康有重要影响。其中细菌主要类型为:厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和梭杆菌门(Fusobacteria)[6]。在其中以拟杆菌门和厚壁菌门作为主导，拟杆菌门是正常人体内菌群中相对丰度最高，与糖类、胆汁酸和脂质代谢相关，有助于肠道黏膜的细微血管增殖生长，对人体有益，而厚壁菌门在高血压、高血脂症、糖尿病、肥胖等患者体内相对丰度较高[6]。厚壁菌门/拟杆菌门比率(Firmicutes/Bacteroidetes ratio，F/B)是宿主体内肠道厚壁菌门与拟杆菌门的比率，它的上升提示肠道菌群结构失调。

3 肠道菌群参与ASO

肠道菌群与人体血糖、血脂及血压水平等ASO常见的危险因素联系密切[7]。肠道菌群诱发ASO的主要病理基础是AS，由于慢性炎症反应，形成血管内粥样斑块使得血管狭窄、闭塞，从而导致疾病的发生[8]。

肠道菌群组成成分的改变和功能平衡破坏在ASO的病情发展中发挥着巨大作用。肠上皮细胞是单层细胞，可以维系人体和肠道间的黏膜，从而防止致病菌的感染和炎症的发生[9-10]，而肠道菌群平衡破坏会对肠道黏膜的屏障功能产生不良影响，促进肠壁的通透性变大，并使体内多种有害代谢产物释放增加，如内毒素、内源性乙醇等[10]。菌群及代谢产物参与人体能量物质代谢以及某些炎症反应，同时，肠道菌群促进营养吸收，调节免疫，与血管疾病发病有着巨大关联[11]。下面基于AS的三大危险因素(血脂、血压、血糖)来讨论肠道菌群对下肢动脉硬化闭塞症的防治。

3.1高血脂 在ASO的众多发病因素中，高脂血症与ASO的发病最为密切。Velagapudi等[12]经动物研究证实，肠道菌群会改变宿主脂质和能量代谢，其中肠道微生物可改善血清、脂肪组织和肝脏中的脂质种类的含量。Morrison等[13]研究发现肠道菌群可将人体进食的食物消化代谢，从而生成代谢产物，其中包括：三甲胺(trimethylamine，TMA)、三甲胺氮氧化物(trimethylamine-N-oxide，TMAO)、胆汁酸(bile acid,BA)、短链脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)等。其中，TMA进入到门脉循环中，经过肝脏被氧化生成TMAO[14]。TMAO被认为是AS斑块危险性和病情发展的标志性物质，可加重氧化应激反应、促进血小板聚集、血管受损老化、脂质堆积、血管纤维化的发生[15]。研究表示减少血清TMAO水平能够防治AS导致的有关疾病[16]。SCFAs是肠道菌群产生的膳食纤维在肠道代谢后的终产物，其主要由乙酸、丙酸、丁酸盐组成[17]。这些终产物可用作调整机体代谢和宿主的免疫炎性反应的信号因子[13]。研究人员通过测定粪便中SCFAs的浓度，结论表示较低的SCFAs吸收与肠道菌群失调、肠道通透性、过度肥胖等ASO危险因素有关[18]。肠道菌群对BA的代谢有促进作用[19]，脆弱拟杆菌分泌的胆盐水解酶可以抑制肠道法尼醇X受体(farnesoid X receptor，FXR)的活化[20]。FXR可以调节胆汁酸平衡和肝肠循环，减弱胆汁酸浓度过高对细胞毒性作用[21]。肠道中脆弱拟杆菌减少可促进机体脂肪组织的消耗，抑制炎症反应[19]。

3.2高血压 肠道菌群结构的改变与高血压水平存在密切关系。某些益生菌菌株拥有降低高血压的能力[22]。许多研究表明在高血压发生时肠道菌群会发生改变，肠道菌群的丰度降低，F/B比率上升[23]。当发生心血管疾病时，心排量降低，肠道的低血流量会愈发减弱肠道的“菌膜屏障”作用，并使细菌转移加重全身炎症[24]。一项荟萃分析证明循环中TMAO浓度和高血压危险程度之间有着明显的正相关，高浓度的血清TMAO水平会增加患上高血压的几率12%[25]。此外，Jaworska等[26]实验观察给药TMA后高血压大鼠的动脉血压和肠血流量情况，显示高血压大鼠结肠对TMA的渗透性增加，说明TMA升高会推进高血压的发病进程。SCFAs通过多种途径调节血压[18]，SCFAs具有抗炎和组蛋白脱乙酰酶抑制特性，可调节参与染色质修饰酶的表达水平，通过调节线粒体的生物合成来改善缺氧对肾上皮细胞的影响，从而改善肾功能障碍继而降低血压。Zonulin是一类肠上皮蛋白调节物质，可迅速、双向地调控肠道间的紧密性，继而降低肠黏膜的保护功能，肠微生物可影响Zonulin的代谢表达[27]。Kim等[28]实验证实，人体内的Zonulin水平与收缩压密切相关，Zonulin水平上升提示高血压患者的肠黏膜保护功能受损。Hsu等[29]研究发现某些益生菌减少了体内醋酸盐水平和肾脏中Olfr78的mRNA表达，可预防高果糖饮食诱发的高血压。LPS是内毒素，是格兰阴性菌外膜中由脂质和糖组成的结构，可诱发全身性炎症，促进高血压的发生发展[28]。微生物群落与其代谢产物的改变可影响肠道交感神经的活动，研究人员通过抑制神经细胞活化，选择性地改变肠道微生物群落，减轻神经炎症，最终影响血压，提出了高血压可能关于脑-肠交流功能障碍的假说[30]。

3.3糖尿病 肠道菌群失衡可能诱发糖尿病，其中可能是由于肠道通透性改变和肠道免疫反应。当菌群生态紊乱，肠道革兰阴性菌数量上升，释放细胞壁结构中的LPS，内毒素破坏肠道黏膜，诱发炎症，导致糖尿病等代谢性疾病[31]。高血糖状态会增加细胞炎症因子含量,诱发细胞内氧化应激、诱导血小板活化、促进凝血酶生成等，从而加速AS的进展[32]。当致病病菌和食物过敏原进入肠道时，可激活肠道关联的淋巴细胞的应激活化，发生免疫炎症反应，从而损伤胰腺β细胞，推测致糖尿病细胞的初始启动发生在肠道中[31]。He等[33]研究发现体内TMAO水平可诱导宿主体内的胰岛素抵抗。脆弱拟杆菌含量升高可能是AS和糖尿病的共同致病原因[34]。SCFAs在葡萄糖稳态中存在潜在调节作用，增加通过肝脏的丙酸盐流量可能引起肝脏和全身葡萄糖稳态的改善[13]。邹步等[20]实验证实糖尿病患者服用二甲双胍控制血糖后，肠道微生物组分发生重塑，脆弱拟杆菌门的丰度下降，肠道FXR被显著抑制。Sun等[35]实验证实二甲双胍能够通过影响脆弱拟杆菌，来控制FXR含量，防止AS发生发展。研究人员发现肠FXR通过调控神经酰胺的合成来减轻代谢紊乱，神经酰胺在实验动物的肥胖期间会增加并促进胰岛素抵抗,抑制神经酰胺合成，可预防动物的糖尿病[36]。益生菌可以通过增加肠上皮紧密连接蛋白及影响胰高血糖素样肽-2的表达来降低肠道通透性，改善肥胖和糖尿病期间的炎症和代谢紊乱，降低炎症和氧化应激标志物[37]。Luo等[38]等研究归纳了共生微生物群落可以影响辅助性T淋巴细胞17和调节性T细胞的分化，介导肠道微生物群对肠道和结肠里的调节性T细胞诱导，这些发现证实肠道微生物群具改善胰岛素抵抗和肠道免疫状态的强大潜力。

4 调节肠道菌群治疗ASO

调节肠道菌群作为治疗ASO的一种新方式，可通过益生菌、益生元、饮食、药物等间接调节肠道生态结构的平衡，也可通过粪便移植影响患者肠道菌群，从而实现对ASO或ASO的危险因素的治疗。

4.1补充益生菌和益生元 益生菌是能调节肠道生态失衡有益细菌。它可以通过影响肠道酸碱值，抑制致病菌生长，稳定肠道微生态环境的作用，有益于宿主健康[39]。益生元是宿主饮食中某些不易被消化液分解的成分，如低聚糖或复合糖，虽然不易消化但是可被菌群代谢，代谢产物可保护肠道屏障，对机体的能量平衡产生有益影响[40]。有研究总结了某些益生菌菌株，如鼠李糖乳杆菌、清酒乳杆菌、植物乳杆菌等，具有降低血脂和血压的能力[22，41]。Liu等[42]对79株不同乳酸菌进行了体外转化胆固醇的菌株筛选，接种菌株LP96溶液的血脂水平显著降低，显示出乳酸菌具有良好的抗氧化活性和改善大鼠肠道微生物平衡作用。一项观察显示，长期口服益生菌56周后血清胆固醇浓度降低12%[43]。Larkin等[44]研究显示，大豆与益生菌的饮食组合会提高异黄酮生物利用度，从而增强的降脂作用。一实验对原发性高血压小鼠使用瑞士乳杆菌灌胃证实，乳酸菌对原发性高血压有降压作用，且不会对体内循环系统产生不利影响[45]。外科减肥手术胃切除术可对肥胖症以及2型糖尿病有显著改善作用，Ryan等[46]对小鼠行胃切除术后进行研究，发现在没有FXR与肠道菌群的情况下，胃切除术在改善体重和糖耐量方面的程度大大降低，证实了手术治疗效果与肠道微生物群落的变化相关。

4.2饮食干预 通过饮食干预来调节肠道菌群结构和消化代谢可以作为ASO患者的日常干预治疗。食物纤维在大肠内发酵代谢的主要产物是SCFAs，Marques等[47]用高纤维饮食如水果、粗粮和蔬菜等的干预小鼠进行治疗，可增加产生SCFAs的菌群的丰度，减少致病菌的数量，保护肠道屏障，降低血压，增加对胰岛素的敏感度。茶多酚是作用巨大的抗氧化物质，是茶叶中的重要的活性物质，它可减少低密度脂蛋白胆固醇的氧化，抑制活性氧的作用，诱导解毒酶消除有毒物质的活性形式，影响肠上皮细胞的吸收和分泌，易于有益菌增殖和病原菌抑制，减少AS的形成[48]。在人类和动物研究中，高钠饮食会促进局部和全身组织炎症并损害肠道解剖结构，饮食中过多的摄入钠盐会破坏肠道微生物稳态，因此降低盐的摄入对肠道有益[49]。

4.3微生物TMA裂解酶抑制剂 血浆TMAO含量水平上升与AS有十分紧密的关联，因此特异性降低TMAO生成可作为治疗AS的新途径。人体生成TMA主要是由肠道微生物通过胆碱TMA裂解酶和胆碱TMA裂解酶激活酶将胆碱转化为TMA[50]，可以通过使用TMA裂解酶抑制剂或者TMA裂解酶激活酶抑制剂降低TMAO的生成。Wang等[51]使用胆碱类似物作为竞争抑制剂，研究了靶向抑制共生微生物TMA的产生，结果证明竞争抑制剂可以温和地抑制实验细菌中TMA的形成，最终降低了TMAO的生成，同时抑制因胆碱饮食形成的泡沫细胞和AS斑块的形成。Chen等[52]实验证明，过度投喂食用高糖和饱和脂肪的小鼠，同步摄入TMA形成抑制剂，可降低TMA向TMAO的转变率，同时预防血管纤维化。降低血清TMAO含量的干预可能是防治ASO的新治疗策略。

4.4中药调控 中医中药大多数以汤药的形式，让患者服用从而产生临床疗效，其发挥作用和汤药成分吸收必定会与肠道菌群产生关联。具有补益脾胃功能的中药汤剂可以影响肠道基础吸收功能，促进食物代谢吸收，通过影响胆固醇等脂质的吸收代谢，减少斑块形成、血管狭窄，通过减少脂质氧化应激反应的损伤和内毒素的生成以防护血管内膜受损[53]。许多研究中，单味中药及汤方通过维持肠道平衡从而防治血管疾病。薏苡仁多酚提取物[54]、车前子多糖[55]等可以调节肠道菌群结构，巩固肠道黏膜的保护功能，减少内毒素通过黏膜屏障进入体内。黄连煎剂[56]、泻心汤[57]等中药汤剂可调节肠道菌群，增加乙酸、丙酸、丁酸等SCFAs的产生。中医药调节肠道平衡、防治ASO及危险因素是一个可行的方法，中药方剂在保证其本身疗效的同时能够影响TMA、TMAO、SCFAs、BA、LPS等中间产物的生成，起到对益生菌保护，病原菌抑制，逆转肠道生态组分平衡的作用[58]。

4.5粪便移植 粪便移植(fecal microbiota transplantation，FMT)是指将正常人的粪便置入肠道生态紊乱者的胃肠道来调整肠道菌群，使肠道菌群平衡恢复[59]。一研究[60]结果显示心血管病人肠道中维持肠屏障功能、促进物质代谢、降低内毒素及炎症反应有关的细菌的丰度较正常人群的要少，提示有益生菌的减少可能加速AS的进展。Yan等[61]指出萨特氏菌与多种人体慢性疾病有关，萨特氏菌属为SCFAs产生菌，可降低LPS对肠道屏障的损害,减少TMA等有害代谢物通过血肠屏障。在过度喂食植物多糖的饮食下，给实验小鼠移植生成SCFAs的益生菌可调控小鼠肠道的基因表达，引导小鼠肠细胞远离糖酵解并转向脂肪酸利用，抑制内毒素生成和炎症反应，延缓AS的进展[62]。以上研究提示了肠道内容物制剂或粪菌移植有益于ASO患者的防治。但是这具有一定的风险，因为FMT在移植益生菌菌群的同时，也不可避免地将其他个体的胃肠疾病的潜在致病菌或传染性物质转移进患者体内，导致新的疾病[15]。

5 总结与展望

据ASO与肠道菌群的关系可见，通过影响肠道菌群可减缓ASO的发病，调控肠道微生物代谢和血脂血压血糖相关的代谢物质可实现对AS相关疾病的预防，降低疾病发病率，对ASO治疗和降低其截肢率有着重要的作用。不过，对于肠道微生物群的研究，也曾有学者提出肠道菌群在疾病诊断、治疗、预后的相关研究过程中的存在夸大的论述。对于肠道菌群与血管疾病的影响仍存在争议。不过，我们应该在不同领域中继续学习，认识到肠道菌群在新研究领域中的创新性，不断汲取经验，开发新的肠道生态系统相关疾病的治疗策略。显而易见，近几年全球科研人员对肠道微生物群的实验研究仍处于热门阶段，肠道菌群在防治ASO及其他AS性心血管相关疾病中起着重要作用，但其具体机制仍需进一步研究。益生菌、益生元、TMA抑制药物、FMT等的合理应用将为ASO的防治带来新插入点，肠道菌群、肠道与人体作为一个整体，相互适应、相互影响，共同维持机体的动态平衡。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。