缺血性脑卒中与肠道菌群失调的关系研究进展

李蒙蒙,王 佩

(保定市第一中心医院神经内科，河北 保定 071000)

肠道菌群是肠道内与宿主互利、共生的微生物群落。据估计，稳定存在于人体内的微生物数量达100万亿，其基因数量约为人体基因总数的100倍[1]，其中大部分居于肠道内，肠道菌群被认为是一种虚拟器官，介导消化、免疫及代谢等多种生理功能。肠道微生物由17个科、50个属和1 000多种细菌组成，主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形杆菌门。在成人体内，拟杆菌和厚壁菌是占有数量优势的2个主要菌门，而放线菌和变形菌的数量较少；生理情况下，肠道菌群与机体形成一种动态的微生态平衡，对人体的健康起着重要作用[2]。肠道菌群失调，主要表现为菌群数量和组成的变化，会破坏其与机体的动态平衡，进而导致疾病的发生。“肠道菌群-肠-脑轴”被认为是肠与脑之间的双向调节系统，缺血性脑卒中可能会引起肠道菌群失调，而后者又可能会影响卒中结局。为探讨二者之间的关系，本文将缺血性脑卒中与肠道菌群失调相互影响可能的机制进行综述。

1 肠、脑之间的双向调节系统——“肠道菌群-肠-脑轴”

越来越多的证据表明，肠道菌群通过直接和间接途径与中枢神经系统保持双向联系。这一双向调节系统被称为“肠道菌群-肠-脑轴”或“脑-肠-肠道菌群轴”[3]。WANG等[1]总结此轴可能涉及的通路包括：(1)脑与肠之间的神经解剖通路；(2)神经内分泌与下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamus-pituitary-adrena，HPA)轴通路；(3)肠道免疫系统；(4)肠道菌群代谢系统；(5)肠道黏膜屏障和血脑屏障。这为人们研究肠道菌群与缺血性脑卒中提供了理论基础。

2 缺血性脑卒中引起肠道菌群失调可能的机制

2.1缺血性脑卒中可通过自主神经系统影响肠道菌群SINGH等[4]研究认为，卒中可影响肠道菌群的组成，其主要是通过间接改变肠道微环境或产生大量分子信号而直接影响肠道菌群[5]。研究表明，实验性缺血性脑卒中发生后72 h内盲肠内微生物的构成发生改变，其中消化球菌科和普雷沃菌科的特异性变化还与卒中严重程度有关；上述研究还发现，实验性缺血性脑卒中对肠道菌群的影响可能与自主神经系统(autonomic nervous system，ANS)释放去甲肾上腺素，从而改变杯状细胞数量及黏蛋白的产生有关[6]。ANS介导调节的黏液分泌对肠道黏液上皮层的厚度及质量有重要作用，而肠道黏液上皮层是肠道菌群的重要栖息地[7]。缺血性脑卒中时ANS失衡，其介导的肠道黏液分泌受到影响，即肠道菌群“栖息地”发生变化，肠道菌群失调也随之发生。

2.2缺血性脑卒中可增加肠道通透性引起菌群失调肠道通透性增加可以促进肠道菌群移位进而引发肠道菌群失调[8]。急性应激可导致肠道屏障功能障碍，增加肠道通透性。而脑卒中属于一种急性应激反应，有研究表明，脑卒中后肠道血管和上皮通透性明显增加[9]。齐志伟等[10]研究发现，缺血性脑卒中模型犬的肠道屏障功能明显受损，其重要的分子机制之一可能是缺血性脑卒中时肠黏膜紧密连接蛋白Occludin表达降低,从而导致紧密连接破坏。此外，急性应激可激活交感神经系统和HPA轴。被激活的HPA轴可刺激下丘脑室旁核神经元分泌促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropin releasing hormone，CRH)和精氨酸加压素，而CRH可增加肠道通透性。肠壁由肾上腺素能交感神经纤维支配，交感神经兴奋时可促进肠道对水、钠和葡萄糖的吸收，同时增加肠道通透性[11]。微小核糖核酸(microRNA，miRNA)是一类小型非编码核糖核酸,miR-21-5p是miRNA中一员。WU等[12]研究发现，miR-21-5p在缺血性脑卒中患者血清中水平显著升高。而miR-21-5p已被证明可通过上调鸟苷三磷腺苷二磷酸核糖基化因子4(guanosine triphosphatase adenosine diphosphate-ribosylation factor 4,ARF4)的表达来增加肠上皮通透性[13]。肠道通透性增加可使菌群代谢产物、细胞因子及趋化因子入血并穿过血脑屏障进而影响脑功能[14]。

2.3缺血性脑卒中可通过影响肠道动力引起肠道菌群失调有研究发现，便秘在卒中患者中发生率为29%～79%,基底节区的卒中患者可能更易出现便秘[15-16]，通常是肠道动力减弱所致，提示缺血性脑卒中患者易出现肠道动力障碍。便秘可使缺血性脑卒中患者肠道局部的菌群过度增殖进而危害机体。缺血性脑卒中造成肠道动力障碍可能的原因为：(1)缺血性脑卒中患者脑-肠功能轴改变，使肠道神经系统、自主神经系统、某些激素和肠腔内容物等影响胃肠动力的因素发生变化[17]，导致患者胃肠排空紊乱和肠蠕动异常；(2)缺血性脑卒中患者常以失语、肢体活动障碍、吞咽功能障碍为主要临床表现，影响患者日常生活；陌生的诊疗环境、新的人际关系等因素会使缺血性脑卒中患者产生一系列精神心理障碍，表现为紧张、焦虑、恐惧、失望及抑郁等心理情绪。焦虑、抑郁等精神心理因素可通过大脑皮质影响下丘脑及自主神经系统，从而影响胃肠道动力及内脏敏感性[18]。

3 肠道菌群失调对缺血性脑卒中的影响

3.1菌群失调代谢产物可能损伤肠道屏障、血脑屏障功能肠道中不同种属的细菌之间用于“交流”的信号分子，包括代谢产物等，也可被宿主细胞识别进而对宿主产生影响[19]。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是革兰阴性菌的细胞壁成分，又称内毒素，由类脂 A、核心寡聚糖和 O-多糖侧链构成，正常情况下在人体循环中浓度很低，肠道通透性增加时，LPS及其他菌群代谢产物可进入血液循环。Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)是LPS的重要结合配体[20-21]，被激活的 TLR4可诱导多种促炎性细胞因子的产生,引起并维持低水平炎症。研究发现，LPS可通过介导TLR4/MyD88信号转导途径影响肠上皮紧密连接，增加肠道通透性[21]。LPS还可破坏血脑屏障，与LPS下调紧密连接蛋白Occludin、Zonula occludens-1及其mRNA的表达有关。LPS诱导Occludin蛋白的下调可能与基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinases，MMP-9)的高表达有关[22]。LPS跨肠道屏障的增加亦可刺激固有层免疫细胞分泌炎性细胞因子和前列腺素[10]。已有研究证实，外周血中促炎因子可增加血脑屏障的通透性，使促炎因子易于穿过血脑屏障直接影响脑功能[23]。血脑屏障遭到损害时，其通透性增加，血液中的有害物质易进入脑组织，加重脑细胞损伤。

3.2菌群移位或变化可能促进缺血性脑卒中并发症的发生缺血性脑卒中出现并发症后可延长患者住院时间，阻碍患者的康复，对预后产生不利影响，甚至增加病死率。卒中后肺部感染是缺血性脑卒中常见的并发症。STANLEY等[24]利用高通量16S rRNA基因扩增测序和生物信息学分析，证实了肠道微生物可通过血流和淋巴系统2种途径进入缺血性脑卒中小鼠的肺部，从而促进肺炎的发生。卒中后感染的机制可能为卒中诱发交感神经系统过度激活、HPA轴活化介导抗炎反应，导致糖皮质激素过度分泌，从而诱发了免疫抑制[25]。此外，卒中后抑郁在老年缺血性脑卒中患者中较常见，范文涛等[26]研究发现，卒中后抑郁大鼠肠道菌群构成发生改变,尤其是大肠杆菌/志贺杆菌属、普雷沃菌属、颤克杆菌属比例的减低,在一定程度上导致了卒中后抑郁大鼠的病情变化。

3.3肠道菌群可能影响缺血性脑卒中预后肠道微生物可对小胶质细胞活性、血脑屏障完整性及脑的特定活动等产生影响[27]。肠道菌群变化可影响免疫介导的炎症反应，免疫、炎症反应在缺血性脑卒中的病理进程中发挥重要作用。小胶质细胞广泛存在于中枢神经系统，被视为大脑的固有免疫系统，在脑内炎症反应中发挥双向作用。小胶质细胞在不同的刺激下可极化为促炎的M1型和抗炎的M2型。研究证实，脑缺血后小胶质细胞在经历短暂的M2表型后即向M1型转化[28]。肠道菌群失调时，菌群代谢产物如LPS进入血液循环增多，LPS可诱导小胶质细胞极化为M1型，促进促炎因子、细胞因子和细胞毒性物质的释放。另有研究发现，给予益生菌可抑制小胶质细胞的激活，改善小鼠病态行为[29]。因此，肠道菌群失调可加重缺血性脑卒中后炎症反应，对预后产生不利影响。而通过应用益生菌等调节肠道菌群可能抑制炎性小胶质细胞的激活，使神经炎症水平得到改善。总之，肠道菌群可能通过调节中枢神经系统中的小胶质细胞的转化影响缺血性脑卒中患者的预后。

肠道菌群亦对 T细胞亚群有着重要的调节作用[30]。T淋巴细胞亚群及相关炎性因子也参与了缺血性脑卒中的病理过程，调节性T细胞(regulatory cells,Treg)细胞参与抑制炎症、调节和维持免疫稳态，在脑缺血模型中具有神经保护作用。BODHANKAR等[31]研究发现，通过增加分泌白细胞介素-10的CD8+CD122+Treg细胞的数量，可在缺血性脑卒中后4 d减少梗死体积和改善神经功能缺损。SINGH等[32]将炎性肠病患者和健康人的肠道菌群进行对比研究，结果发现，炎性肠病患者外周血中Treg细胞数量显著少于健康人，肠道菌群失调可抑制Treg细胞的分化。Treg细胞数量减少减轻了对缺血性脑卒中后炎症反应的抑制，使炎症反应相对增强，从而恶化缺血性脑卒中结局。γδT细胞位于肠上皮，是先天免疫功能相关的主要T细胞亚群[33]。γδT细胞可分泌白细胞介素-17，后者作为一种促炎因子，与受体结合后可通过激活丝裂原活化蛋白激酶和核因子κB，继而刺激树突状细胞、单核细胞和成纤维细胞活化，促进中性粒细胞分化、成熟和活化，最终通过联系体内适应免疫系统与固有免疫系统而引起组织炎性细胞浸润，进而导致组织破坏。BENAKIS等[34]研究发现，缺血性脑卒中小鼠肠道IL-17+γδT细胞向脑膜迁移并沉积，且与缺血性脑卒中灶大小相关。而肠道菌群失调可促进γδT细胞活化[35]，进而加重缺血性脑卒中患者机体的炎症反应。因此，肠道菌群可通过调节T细胞亚群的构成而影响缺血性脑卒中患者的预后。

4 展望

综上所述，以“肠道菌群-肠-脑轴”为理论基础，缺血性脑卒中可能通过改变肠腔环境、产生大量分子信号而间接或直接影响肠道菌群。肠道菌群失调时肠道屏障功能、血脑屏障均受到损害，失调的肠道菌群产生一系列信号分子，如LPS、炎性因子等穿过肠道屏障进入血液循环，影响免疫介导的炎症反应，进而影响缺血性脑卒中预后。但目前关于肠道菌群失调与缺血性脑卒中之间相互影响的具体机制还有待进一步研究。此外，如何在现有治疗方法的基础上，“以肠道菌群为靶点”改善缺血性脑卒中患者的预后，使患者获益更多，是需进一步思考和研究的课题。