乳酸杆菌在急性心肌梗死防治中的潜在机制及应用进展

梁燕，高静，2△

急性心肌梗死（AMI）是心血管系统危重症之一，具有发病率高、发展迅速、致残率及死亡率高等临床特征，是心血管疾病防治的重中之重［1］。乳酸杆菌作为人体肠道中重要的有益菌种，可能与AMI的发生发展相关。多组学分析显示，AMI 患者的肠道微生物群及其代谢物与冠状动脉正常者或稳定型冠状动脉性心脏病（CHD）患者不同，其中乳杆菌属的一些菌种有助于区分AMI和稳定型CHD［2］。本文回顾了近年来乳酸杆菌及相关代谢产物参与AMI的发生、发展、诊断及治疗的研究进展，为AMI 的诊疗提供新的思路。

1 乳酸杆菌的特性

人体肠道中含1 000种以上细菌，每种又包括许多亚种，总数量超过1×1014。肠道菌群主要由5个门构成：厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门以及疣微球菌门，其中又以厚壁菌门和拟杆菌门最具优势，占整个菌群的95%以上。健康的人体肠道是一个由微生物、宿主、环境三者组成的平衡统一体。

乳酸杆菌属于厚壁菌门，芽孢杆菌纲，乳杆菌目，乳杆菌科，乳杆菌属，是不产生芽孢的革兰阳性菌，具有耐酸性，适宜pH值5.5～6.2，适宜温度30～40 ℃。乳酸杆菌的形状多样，包括长状、细长状、弯曲状、短杆状和棒形球杆状，一般会形成链。哺乳动物消化系统定植的乳杆菌属主要包括植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸乳杆菌和干酪乳杆菌等［3］。

在体内，乳酸杆菌能够合成人体必需的维生素和氨基酸，促进机体对矿物质的吸收，更重要的是可以通过抑制有害微生物的生长达到改善肠道微生态的效果。乳酸杆菌的一些代谢产物可以影响体内外免疫反应，如调节T细胞亚群、增强体液免疫等。另外，乳酸杆菌还能通过促进共沉淀、黏附胆固醇，从而发挥降血压、降血脂、预防心血管疾病等功能［3］。故深入研究乳酸杆菌在预防和治疗心血管疾病方面的作用具有极其重要的意义。

2 乳酸杆菌通过肠道代谢物发挥作用

肠道中的乳酸杆菌产生乳酸、短链脂肪酸（SCFAs）等代谢物，同时调节其他代谢物，如血管紧张素转化酶抑制（ACEI）肽、氧化三甲胺（TMAO）、胆汁酸等。乳酸杆菌通过这些中间产物发挥生物学功能。

2.1 降低血浆TMAO 水平 膳食中的胆碱和肉碱经肠道菌群发酵转化为三甲胺（TMA），被宿主吸收后在肝脏代谢产生TMAO。宿主体内肉碱→γ-丁基甜菜碱→TMA→TMAO的转化通路可以抑制胆固醇逆向转运，导致泡沫细胞形成和血管炎症，从而促进CHD的发病［4］。TMAO 通过激活丝裂原活化蛋白激酶、细胞外信号相关激酶和核因子-κB（NF-κB）通路诱导人主动脉内皮细胞和血管平滑肌细胞的炎症基因表达［5］。另外，在人脐静脉内皮细胞和载脂蛋白E（ApoE）缺乏小鼠的主动脉，TMAO 可通过抑制超氧化物歧化酶（SOD）2以及去乙酰化酶Sirt 3的活性，诱导产生活性氧（ROS），特别是产生线粒体ROS［6］。TMAO的升高还与其他改变有关，如利钠肽水平升高、肺水肿和心脏功能改变，可促进心脏纤维化、心力衰竭进展和高血压的发展［7］。近年来临床研究发现血浆TMAO水平可用于预测急性冠脉综合征（ACS）患者短期和长期主要不良心血管事件（MACE），血浆TMAO 水平越高，患者的MACE 发生率越高［8-9］。

TMAO受饮食影响和肠道微生物群的调控。素食者体内TMAO水平较低，而不同菌株，如产气肠杆菌、植物乳杆菌和副干酪乳杆菌可通过肠道菌群重构降低TMAO 和TMA 水平，从而减少动脉粥样硬化斑块的面积［7，10］。因此调控相关肠道菌群，减少TMAO的产生可能成为抑制动脉粥样硬化的一个潜在途径。

2.2 调节胆汁酸代谢 人体摄入的胆固醇经肝脏代谢生成初级胆汁酸后随胆汁入肠，并在回肠远段与牛磺酸和甘氨酸结合形成胆盐，然后在消化球菌、双歧杆菌、梭状芽胞杆菌等肠道菌群和胆盐水解酶的共同作用下生成次级胆汁酸，此为胆固醇排泄的主要途径。血清总胆汁酸（TBA）水平能反映正常肝胆条件下的肠肝循环和胆汁酸的合成。一项前瞻性研究连续纳入了80例接受冠状动脉造影的患者，对其采用液相色谱法测定循环TBA，结果发现CHD患者的平均血清TBA 浓度比非CHD 患者低2 倍［11］。本课题组研究结果也提示血清TBA 水平与ACS 患者冠状动脉病变严重程度及心源性死亡发生率高度独立相关［12］。

胆汁酸信号作用于多个受体，其中胆汁酸G 蛋白偶联受体5（TGR5）和法尼醇X受体（FXR）是胆汁酸调节的最佳靶点。胆汁酸通过FXR 调节脂质代谢稳态，特别是极低密度脂蛋白（VLDL）的产生。对缺血心脏组织进行胆汁酸靶向代谢组学发现，胆酸和去氧胆酸增加可导致FXR 过表达，促进脂肪组织来源的间充质干细胞分泌血管生成素样蛋白4（ANGPTL4），提高其促血管生成能力。靶向胆汁酸-FXR轴可能是治疗心肌梗死（MI）的新策略［13］。

目前发现鼠李糖乳杆菌可通过肠道FXR-成纤维细胞生长因子15（FXR-FGF-15）信号通路增加胆汁酸排泄，降低肝脏胆汁酸水平［14］。因此，通过胆汁酸代谢途径调控血脂水平，延缓冠状动脉粥样硬化进展并减少ACS的发生可能是乳酸杆菌作用的途径之一。

2.3 水解产生ACEI 肽 研究表明，多种乳酸杆菌可用于发酵乳制品，其蛋白水解系统在发酵过程中可水解牛奶蛋白，从而释放功能多肽，其中之一便是ACEI 肽［15］。ACEI 肽主要作用于肾素-血管紧张素系统（RAS），发挥控制血压、保护靶器官的作用。此外，ACEI肽能够逆转左心室肥厚，保护缺血心肌，减轻心肌损伤所致的心律失常，预防心力衰竭等。既往研究发现植物乳杆菌QS670发酵的牛奶具有降压作用，进一步研究表明发酵产生的乳清蛋白中可纯化出ACEI 肽，ACEI 肽的产生与不同乳杆菌的蛋白水解活性相关［16］。目前瑞士乳杆菌已广泛用于乳制品中生成ACEI肽。Wu等［17］从德氏乳杆菌QS306发酵的牛奶中分离并鉴定出一种高效ACEI 肽。但通常情况下食物在胃肠道消化液的作用下其蛋白质结构已经被分解，肠上皮细胞进一步将短链肽类彻底水解后释放进入血液，故乳制品中的ACEI肽发挥降压作用的具体途径需要更多的研究论证。

2.4 产生SCFAs 肠道细菌发酵膳食纤维可产生SCFAs，其中乙酸、丙酸和丁酸含量位居前三［18］。多种乳酸杆菌可产生SCFAs，其中鼠李糖乳杆菌和格氏乳杆菌PA 16/8 可产生丙酸，嗜酸乳杆菌CRL 1014 可产生乙酸、丙酸和丁酸，唾液乳杆菌亚种JCM 1230 和敏捷乳杆菌JCM 1048 可产生丙酸和丁酸［19］。此外，包括上述菌株在内的乳杆菌属均可产生乳酸，乳酸盐可转化为不同的SCFAs。SCFAs 通过抑制白细胞介素（IL）-6、IL-1β和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的表达发挥抗炎作用，并可影响DNA 甲基化以增加调节性T 细胞（Tregs）数量，从而发挥心血管保护作用［20］。一项包含1 253 例患者的大型横断面研究探讨了SCFAs 与CHD 的相关性，结果表明CHD 患者的丙酸盐水平显著低于非CHD 患者（5.75 µmol/Lvs. 6.53 µmol/L，P＜0.001），Logistic 回归分析显示丙酸盐作为CHD 预测因子的OR值为0.94（P=0.002）［21］，提示丙酸盐水平可作为冠状动脉疾病的独立预测因子。Tang 等［22］通过构建小鼠模型发现膳食补充SCFAs 有助于在MI 后提高宿主髓系细胞水平，维持心肌修复能力，增加小鼠MI 后存活率。SCFAs的免疫调节作用及其对心血管健康的重要性正逐渐引起关注。对于心血管疾病患者，改变生活方式、调节体内SCFAs 水平可能是一种有效的非药物预防策略。

2.5 参与芳香族氨基酸代谢 芳香族氨基酸经肠道菌群分解代谢后产生多种代谢物，可调节局部和全身免疫，参与代谢和神经元反应。芳香族氨基酸之一的色氨酸可在特异性乳酸杆菌菌株作用下生成吲哚相关代谢物，如罗伊氏乳杆菌、约翰逊乳杆菌、嗜酸乳杆菌和穆氏乳杆菌等通过芳香族氨基酸氨基转移酶（ArAT）和吲哚乳酸脱氢酶（ILDH）产生吲哚-3-醛（IAld）［23］。吲哚可减少促炎细胞因子IL-8的产生和NF-κB的表达，诱导抗炎因子IL-10的分泌，维持肠道免疫屏障的稳定［24］。研究发现，膳食补充吲哚-3-丙酸（IPA）可延缓ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化斑块的发展，进一步的体外研究表明，IPA可促进巨噬细胞中的胆固醇外排，与miR-142-5p/ATP结合盒转运体A1（ABCA1）通路的调控有关［25］。IPA/miR-142-5p/ABCA1 途径可能是一个潜在的动脉粥样硬化干预靶点。

3 乳酸杆菌在AMI中的作用机制

目前研究认为，AMI 是冠状动脉粥样硬化斑块不稳定/破裂继发血小板聚集、血栓形成所致，心肌组织在此基础上发生炎症、氧化应激等一系列病理生理改变，导致心肌细胞发生凋亡［26］，近年来研究认为铁死亡也是MI后细胞程序性死亡的方式之一［27］。循证研究发现乳酸杆菌直接或通过TMAO、SCFAs、胆汁酸等中间代谢产物间接参与脂质代谢［28］、炎症及氧化应激［29］、血栓形成［30］、铁死亡［31］等，可能与AMI的发生发展有关。

3.1 调节脂质代谢 TMAO可抑制胆汁酸的合成和肝脏转运，并上调巨噬细胞清道夫受体（SRA）和CD36的表达，导致巨噬细胞中的胆固醇沉积和泡沫细胞形成［32］。口服发酵乳杆菌ZJUIDS06 可通过促进肝脏中胆固醇调节元件结合蛋白2（SREBP2）、低密度脂蛋白受体（LDLR）和胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）的表达来诱导结肠SCFAs 升高并降低血脂［33］。发酵乳杆菌CQPC07可通过调节脂质代谢有效控制高脂饮食引起的小鼠体质量增加，缓解慢性轻度炎症和肝损伤［28］。黏膜乳杆菌DPC 6426 可调节Apo E-/-小鼠的胆汁酸组成及免疫反应，减轻血脂异常和高胆固醇血症，显示出潜在的心脏保护特性［34］。一项双盲随机对照试验（RCT）中将50 例高胆固醇患者随机分组为每天服用副干酪乳杆菌TISTR 2593 组和安慰剂组，结果表明服用TISTR 2593可显著降低血清低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，并提高血清Apo E 和脂联素水平［35］。因此乳酸杆菌可通过多种代谢物调节脂质代谢，从而抑制冠状动脉粥样硬化的发展，减少AMI的发生。

3.2 抑制炎症及氧化应激 乳酸杆菌可通过抑制炎症及氧化应激，改善多器官缺血再灌注损伤（IRI）［36-37］。Yan 等［38］研究显示，血液和粪便的SCFAs 水平与血管钙化程度呈负相关，摄入丙酸可提高大鼠SCFAs水平，降低脂多糖，减少巨噬细胞浸润，抑制炎性因子分泌，改善血管钙化。另一项研究表明，丙酸盐通过G 蛋白偶联受体1（GPR1）缓解血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）诱导的小鼠心肌IRI［39］。Koppinger 等［40］预先给予大鼠口服罗伊氏乳杆菌6周，然后建立心肌IRI 模型并进行评估，发现与对照组相比，口服罗伊氏乳杆菌的大鼠IL-6水平明显降低，心肌损伤面积减小。Wang等［29］通过建立大鼠心肌IRI 模型，发现灭活乳酸杆菌可通过抑制NF-κB信号通路降低血清丙二醛（MDA）水平，增加SOD活性，减少MI 面积和内皮细胞凋亡率，有效改善氧自由基引起的心肌IRI。

3.3 减少血栓形成 乳酸杆菌减少血栓形成主要通过抑制TMAO 实现。TMAO 可增加血小板对固定胶原蛋白的黏附，促进细胞内存储钙的释放以增加血小板高反应性，并诱导血管组织因子和血管细胞黏附分子（VCAM）1 的表达，从多方面促进血栓形成［41］。Hsu 等［30］发现，干酪乳杆菌可降低厚壁菌门与拟杆菌门的比例，降低TMAO水平，而副干酪乳杆菌可抑制胆碱的吸收，使TMA 和TMAO 的产生减少。一项双盲RCT纳入了20名健康男性，随机分配口服包括嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌GG、动物双歧杆菌和长双歧杆菌在内的复合制剂或安慰剂，干预4 周后发现口服复合制剂的受试者血清TMAO 明显降低［42］。

3.4 抑制铁死亡 铁死亡是一种脂质过氧化诱导的调节性细胞死亡形式。MI 发生时脂质过氧化物积累，通过消耗谷胱甘肽过氧化物酶4（Gpx4）诱发心肌细胞发生铁死亡。抑制铁死亡可通过降低内质网应激以及激活转录因子4（ATF4）-C/EBP 同源蛋白（CHOP）通路来改善MI 后的再灌注损伤［27］，这可能是心肌IRI 治疗的一个潜在靶点。目前已经发现肠道菌群代谢物在体内外均可减轻铁死亡依赖的肠道IRI［43］。研究表明植物乳杆菌299v 可通过驱动Fe3+/十二指肠细胞色素b（Cyt b）轴介导铁代谢［31］，而代谢物之一的丁酸盐可能通过线粒体Ca2+和Gpx4调节铁死亡［44］，这可能是改善心肌IRI的潜在途径。

4 乳酸杆菌的应用前景

肠道菌群在心血管疾病的进展中起重要作用，目前肠道菌群已成为疾病预防和治疗的理想靶点。现已开发出旨在控制肠道微生物群组成和/或其代谢物的治疗策略，包括饮食干预、粪菌移植、工程益生菌的应用等。

4.1 乳酸杆菌的临床应用 目前已有多项研究发现乳酸杆菌具有在AMI中发挥作用的潜能。一项临床研究纳入20例稳定型CHD患者，每天饮用含植物乳杆菌299v（Lp299v）的饮品（200 亿CFU），持续6周，结果发现与基线数据相比，补充Lp299v 后患者的循环IL-8 和IL-12 水平降低，丙酸水平升高［45］。Moludi 等［46］采用单中心双盲RCT 纳入44 例接受经皮冠状动脉介入治疗的AMI 患者，随机分配接受含1.6×109CFU 的鼠李糖乳杆菌GG 或安慰剂，发现与安慰剂组相比，补充鼠李糖乳杆菌GG 12 周后患者血清MDA和超敏C反应蛋白均明显降低，提示鼠李糖乳杆菌GG可减轻炎症和氧化应激，并有助于改善或预防抑郁症状。另外，该团队发现服用鼠李糖乳杆菌GG的患者TMAO水平显著降低，左室舒张末期容积、左室收缩末期容积及射血分数得到改善，提示给予鼠李糖乳杆菌GG可能对MI患者的心脏重塑过程有益［47］。国内正在进行的一项大型RCT（中国临床试验注册中心注册号：ChiCTR2000038797）［48］纳入了2 594例AMI成年患者，住院期间口服长双歧杆菌、嗜酸乳杆菌和粪肠球菌组成的复合制剂或仅接受标准治疗方案，最长30 d，入院后第30 天进行电话随访，观察患者的院内死亡率及预后是否得到改善，未来研究结果可能为乳酸杆菌作为AMI 的补充治疗提供新的证据。

然而，目前乳酸杆菌在AMI中的作用尚存争议。首先，乳酸杆菌只有到达结肠并达到一定的活菌数量才能发挥作用，在此之前口腔及胃肠道消化液的分解可导致大部分菌株失活，极大程度上削弱了菌群的功效。另一方面，如果患者肠黏膜屏障遭到破环或发生病变，菌群有异位入血引发败血症的风险，严重时甚至威胁生命。

4.2 乳酸杆菌的转化应用

4.2.1 粪便菌群移植 粪便菌群移植（FMT）是一种将供体粪便移植到受者肠道来重塑微生物群组成和恢复健康状态的有效方法。在肥胖患者中进行的一项双盲RCT 发现，FMT 可增强肠道细菌对胆汁酸的代谢作用，并延缓糖耐量受损的进展［49］。需要注意的是，FMT的供体选择需非常慎重，否则可能发生代谢紊乱和免疫异常，甚至诱发癌变等不良后果。

4.2.2 工程益生菌 工程益生菌是经过组学技术改造的微生物，可作为一种创新疗法用于感染、炎症、代谢相关及癌症等多种疾病的治疗。已经发现基于乳酸杆菌设计的工程益生菌可用于感染性疾病的治疗［50］，但有关MI的研究尚未开展。

5 小结与展望

基于目前研究结果已知，AMI 发生时存在肠道菌群的改变，包括大肠杆菌、链球菌和肠杆菌科水平的升高以及乳酸杆菌水平的降低，其中乳酸杆菌及其相关的代谢产物，如TMAO、胆汁酸、SCFAs 等参与AMI的发生发展等病理生理过程。后续可以将宏基因组学、代谢组学以及蛋白质组学等结合起来，进一步深入研究乳酸杆菌及相关代谢产物，从细胞和分子水平探索其作用机制，为AMI的诊疗提供方向。另外，更多高质量的临床研究尚需开展，并对乳酸杆菌的安全性进行临床评估，为AMI 的治疗提供强有力的循证医学证据。