近日，肠道微生物逐渐成为慢性代谢性疾病的研究热点，如糖尿病、高血压、高脂血症、动脉粥样硬化。对此，袁祖贻教授团队进行了综述学习，本文由邓伏雪博士完成，袁祖贻教授审校。
微生物通过三个途径可对动脉粥样硬化产生一定的影响。1.局部或者远隔部位的感染可引起严重的炎症反应从而加速斑块的发展或者引发斑块的破裂；2.肠道微生物对胆固醇和脂质的代谢作用可对动脉粥样斑块的发展产生影响；3.肠道微生物对多样的膳食以及特殊复合物的代谢作用：如膳食纤维有益，细菌代谢后产生的氧化物则被认为对人体有害。微生物与人类个体互利共生、共同生存发展。微生物群包括细菌、病毒、原生动物、古生菌以及真菌等等。拟杆菌以及厚壁门菌属是人类肠道中的主要菌群，在肠道细菌的分类中占到90%。微生物可以从人类身体中获取生存必须的供给，人类也可从微生物中获取一些必须维生素，微生物的存在对于人体中碳水化合物的消化作用、免疫系统的增强、分子信号通路作用时所必须的物质如短链脂肪酸、次级胆汁酸等均有辅助作用。在过去十年的研究中也发现，细菌除了对人体有益之外，还与一些代谢性疾病的发生有着相互关联作用，比如肥胖、2型糖尿病以及动脉粥样硬化等。
图1动脉粥样硬化的形成过程
在动脉粥样斑块中发现了细菌的存在，这些细菌也存在于身体其他部位，主要在口腔以及肠道，这两个地方的细菌可能为病理性微生物存在的潜在储备库。在一项名受试者试验中发现，有着不良口腔卫生的人，其致命或者非致命的CVD事件发生率、低等级的炎症反应发生率均高于正常者，而且这些人的C反应蛋白以及纤维蛋白原的浓度也被证明是升高的。另外一项包含92名受试者的研究发现，有症状的动脉粥样硬化患者（急性心肌梗死或者中风）中，口腔中的厚壁菌群含量丰富，明显多于正常者。有一些口腔中的细菌可在动脉粥样硬化斑块中检测到，包括牙龈卟啉单胞菌、放线杆菌。在动物模型中口腔或者静脉感染后可使得血管损伤加重，可能是由于促动脉粥样硬化的介质增多导致。除口腔之外，肠道内的微生物很有可能是影响CVD的另外一个源泉。有研究用鸟枪测序法发现，13位健康者与12位有症状的AS患者粪便样本分析有所不同。AS患者基因中含有丰富的柯林斯氏菌，而健康者中则含有丰富的罗氏菌和真杆菌。这些患者中微生物构成的改变与炎症过程中相关基因的增多密切关联。已有研究发现肠道中大量丰富的微生物群如拟杆菌、梭菌以及乳杆菌属与CAD的预测相关联。有CAD的患者，与control组相比，乳杆菌数目与厚壁菌/拟杆菌的比率增加；而拟杆菌的数目是降低的。
图2人体内主要存在的细菌
途径一微生物通过感染及炎症对AS的影响
在一项大于名患者的研究关于急性感染与心血管事件的潜在关系，结果发现，在呼吸道和尿路系统感染之后，急性心肌梗死或者中风发生概率增加。在感染后的第一天概率增加尤其明显，随后发生概率便会逐渐下降。一项大于名AS患者的meta分析研究发现，肺炎衣原体的血清阳性率（vs.肺炎衣原体血清反应阴性者比较）与一些炎性标志物水平的升高相关联，如C反应蛋白、IL-6和纤维蛋白原。相反，在另外一项患者的研究中发现，大肠埃希菌相关的肠胃炎并不增加心血管事件（MI、中风或HF）的发生。
检测人动脉粥样斑块内细菌DNA发现，动脉粥样斑块中最常见的细菌之一是肺炎衣原体，可引起呼吸道的感染。而且在AS患者的冠状动脉以及动脉内膜中均发现了肺炎衣原体，但是这个细菌群与斑块的稳定性（损伤严重程度）或者临床常用检测指标无关。相反的，肺炎衣原体与斑块内CD8+T细胞以及血浆中升高的C反应蛋白相关联。在动脉粥样斑块中可检测到50种以上的细菌类别，但是在健康对照组的组织中没有发现细菌。16srRNA基因检测可详细鉴定AS斑块中细菌，厚壁菌门和变形杆菌门属是斑块中含量最多。斑块中存在的细菌大多属于致病菌，在有AS症状的患者血管斑块中螺杆菌、奈瑟氏球菌的含量明显多于非症状的患者。这些研究结果仍需大样本量的研究进一步验证。虽然AS斑块中通过发现细菌DNA证实细菌的存在，但是他们是如何始动或者引发斑块的发展仍不清楚。
在探求细菌感染和CVD之间的因果关系方面，一些随机安慰剂对照vs抗菌药物研究显示，虽然服用抗菌药物在这些CVD患者无明显获益作用，这些研究中出现的阴性结果可能也是因为治疗时间过短，或者治疗开始太晚（病原体已经启动了疾病程序）。而且这些抗菌药物并未针对所有在人体内的所有细菌。仍需要部分研究寻找在AS始发阶段细菌的参与情况；但也要考虑到长期的实验不宜持续应用抗菌药物的情况。
总之，免疫系统激活后特异的细菌感染，以及促动脉粥样硬化炎症分子的增加，均对斑块的稳定性和斑块发展存在影响。
除了感染的作用，微生物的构成成分也会刺激影响免疫系统，并且激活部分炎症通路。其中一条为toll样受体通路（TLRs）。toll样受体是一类高度保守的跨膜识别受体，在免疫防御系统中起重要作用，保护机体免受病原微生物侵害。例如，当受到革兰阴性菌产生的内毒素LPS刺激后，可引起原发性反应蛋白MYD88这类适配蛋白的向胞质TLRs区域的聚集。适配蛋白的聚集可触发下游信号通路进而产生大量促炎因子和趋化因子。脂多糖可诱导产生低等级炎症状态同时加重AS的过程。再者，饱和脂肪酸也可作为TLR4的非微生物类的配体而发挥作用。这些脂肪酸与异常的微生物相关联，增加血浆中LPS水平以及代谢疾病。
途径二微生物通过影响体内脂质代谢对AS产生影响
肠道微生物群也可通过调节宿主本身代谢情况包括胆固醇及脂质代谢对CVD产生影响。事实上，肠道微生物现被认为在low-grade炎症代谢疾病中（如肥胖及糖尿病）起到积极作用，但是这些均和CVD有关。
图3肠道内丰富的细菌
有一些研究发现，CVD时，微生物群会调节血浆中脂质水平。AS患者脂质代谢发生变化，口腔和肠道中的细菌群被发现与血浆中胆固醇水平相关，可作为潜在的一种生物标志物。再者，细菌种类的丰富程度以及一些特异的菌属被认为与BMI和甘油三酯、HDL水平有关系，但是并未发现与体内总胆固醇水平或者LDL有关联。正常生长的小鼠（vs.germfreemice）血浆中胆固醇和甘油三酯水平是降低的，但是在脂肪组织和肝脏局部是升高的。这些结果支持肠道微生物与血浆胆固醇和脂质水平相关系的观点。
肠道微生物影响脂质及胆固醇代谢是通过胆汁酸和胆汁酸受体（FXR）发挥作用。胆汁酸在脂质和脂溶性维生素的吸收中起重要作用。胆汁酸在肝脏中由胆固醇代谢合成，储存于胆囊，在进食后释放。肝脏中合成的胆汁酸主要与牛磺素或者甘氨酸相结合，但是又会被肠道细菌的胆盐水解酶去结合进而在结肠部位代谢并形成次级胆汁酸。在无菌鼠体内，胆囊体积大于正常生长鼠而且胆汁酸含量也高（结合胆汁酸水平升高、次级胆汁酸减少），说明肠道微生物在胆汁酸合成代谢中发挥了重要作用。胆汁酸作为信号分子，与其受体胆汁酸受体（FXR）结合后发挥作用，FXR作为核受体可调节葡萄糖和脂肪等生理代谢。在肝脏中，胆汁酸介导的FXR被激活后，可调节甘油三酯代谢，尤其是VLDL的生成和脂肪从头合成途径。
途径三微生物通过日常膳食对AS的影响
图4健康饮食vs西方饮食
与健康膳食比较，西方饮食（高糖、高脂、高胆固醇）中的饱和脂肪酸会增强血浆中内毒素的激活作用，进而引起微生物构成的变化和/或加强微生物的迁移作用（穿过小肠屏障）。
给予Ldlr（低密度脂蛋白受体）敲除小鼠西方饮食，循环代谢物以及炎症标志物产生增加，当给予小鼠纤维含量丰富的饮食可使得胆固醇代谢失衡及氧化应激得到部分逆转。循环LPS（脂多糖）水平和动脉局部损伤大小也可通过微生物依赖机制被部分逆转。相反的，给予ApoE敲除的无菌鼠低胆固醇喂养，动脉损伤面积增加（vs正常饮食组），与高胆固醇喂养的小鼠间无明显差异。而且ApoE敲除的无菌鼠给予西方饮食喂养后发生了动脉粥样硬化（vs.常规饲养的老鼠）类似的研究很多，但是却没有研究明确发现微生物和AS间的因果关系。但是却不能否认，微生物通过引起慢性代谢性功能障碍或者产生病理性致病分子间接引起AS和CVD。
膳食成分也会在动脉粥样硬化疾病中起作用。比如病理性代谢物之一氧化三甲胺，由微生物代谢卵磷脂后产生，常见于红肉、贝类海鲜以及蛋类食物。卵磷脂通过肠道微生物的作用形成三甲胺（TMA），运输到肝脏后在黄素单加氧酶（FMO3）的作用下变成氧化型三甲胺（TMAO）。血浆中卵磷脂来源的代谢物水平和其他产生TMAO的分子（γ-丁内胺盐、L肉碱）水平，均与CVD发生风险增加有关。有研究发现，TMAO水平的增加与心血管事件发生风险、CVD发生以及不良预后和死亡风险呈正相关。再者，慢性心力衰竭的患者(vs健康对照人群)血浆中的TMAO水平明显升高。
图5TMAO在人体内的形成（与AS可能的关系）
年一项动物研究显示，动脉局部损伤大小与血浆中TMAO水平呈正相关，但是与胆碱水平呈负相关。Apoe敲除小鼠经卵磷脂代谢物干预后，导致动脉损伤程度增加，这依赖于肠道微生物群的作用。微生物产生三甲胺的能力大小被认为在AS进展中起重要作用；高产氧化三甲胺的细菌移植入Apoe敲除鼠，动脉损伤的程度明显增加（vs低产TMAO的细菌）。以上结果说明TMAO对心血管系统有潜在的不良作用。至今为止，TMAO促进AS发生的机制方面的研究局限，而且可能存在多种作用方式。肉碱（一种AA，在体内影响脂肪代谢）喂养的Apoe敲除鼠，当应用抗菌药物治疗抑制了TMA产生后发现，动脉损伤处巨噬细胞的数量以及泡沫细胞的形成均是减少的。TMAO还被发现通过激活核内因子kB诱发血管壁细胞促AS炎性蛋白的表达，包括COX2、IL-6、以及细胞粘附分子1。TMAO除了对AS有影响外，还会影响血栓的形成，高水平的TMAO与血栓事件发生率和血小板激活作用密切相关。在TMAO假设研究中发现，性别也是一个重要影响因素。与雄性小鼠相比，雌性小鼠体内黄素单加氧酶（FMO3）的形成增加。与上述结果类似，无菌雌鼠克隆加入产生TMA的菌群，结果小鼠体内产生宿主依赖及性别依赖的高水平TMAO和肝脏中高活性FMO3（vs雄性mice）。Fmo3敲除的小鼠血浆中TMAO减少，脂质和胆固醇代谢发生改变，动脉损伤面积减小。FXR可调节FMO3，向小鼠注射FXR的合成剂促进了FMO3和TMAO的表达。以上结果说明，FMO3受性别影响，是FXR作用的靶标之一，并在脂质和胆固醇代谢中起重要作用。
膳食纤维被认为对健康有益，因为食物中纤维成分可降低CVD的风险。在人类，这种效果可以被解释为血浆中LDL水平下降所致。而且，在健康人群中，膳食纤维与CVD死亡率呈负相关关系。但是，仍有少部分在人群中的研究发现，膳食纤维与CVD之间存在间接关系是通过调节葡萄糖代谢而实现的。益生元是一种植物来源的膳食补充剂，可以改善微生物的构成以及功能。给予Apoe敲除小鼠喂养菊粉（来源于植物的储备性多糖），与control组相比，胆固醇水平下降，动脉局部损伤面积减小。乳酸菌是一种常见的益生菌，在CVD动物模型中数量增多，与其特异性种属有关，会产生多种作用。比如，在一些AS患者中，大量应用植物乳杆菌会增加肠道内菌群的种类，使得在AS进展中炎症风险因素减少。在有些研究中发现（miceandhuman）乳酸菌可减少血浆胆固醇水平，但是有三种罗伊氏乳杆菌菌属对胆固醇水平或者动脉损伤无影响（Apoe敲除鼠）。
在AS中一种有益的细菌为akkermansia菌（也被学术界戏称为减肥菌），是正常微生物中的一种，在饮食诱导的肥胖中起到保护小肠屏障的作用。给予Apoe敲除小鼠西方饮食喂养，额外补充该菌群发现，动脉粥样损伤程度减轻。
图6细菌对动脉粥样硬化影响的三条通路
总结：
1.细菌感染激活免疫系统引发严重的炎症反应。细菌引起的局部感染侵害动脉斑块、斑块远处感染也可促动脉粥样硬化发展。感染通过巨噬细胞内toll样受体介导作用导致炎症因子和趋化因子增多。促炎反应会影响AS的进展以及使动脉斑块脆性增加。
2.微生物还可通过改变胆固醇代谢影响AS。肠道细菌在胆汁酸形成中起重要作用，通过胆汁酸受体（FXR）发挥作用。FXR激活可诱导肝脏中FMO3（黄素单加氧酶）增多；该酶使得三甲胺转化为氧化三甲胺（TMAO），从而间接促进AS的进展。
3.特殊的膳食成分、微生物代谢可产生有益或者有害的生物分子。他们可能会影响动脉粥样斑块的发展并加重该疾病，导致斑块破裂或者血栓发生。血浆中TMAO（细菌代谢肉碱及氨基酸来源）水平增加,与CVD关系密切。如TMAO可抑制胆固醇逆向转运、增加泡沫细胞形成，可间接抑制胆汁酸代谢相关酶，均可影响斑块的发展过程。
（内容原创，转载需经同意）
欢迎
