新型生物标志物TMAO与心血管疾病关系的研究进展

王洁，高静

近年来，肠道菌群及其代谢产物在动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）中的作用逐渐受到重视。三甲胺-N-氧化物（TMAO）是一种重要的肠道微生物依赖代谢产物，其可通过参与宿主的免疫系统调节［1］、胆固醇代谢［2］、氧化应激［3-4］、炎症反应［5-6］、血栓形成［7-8］等方式，诱导AS 的发生发展。临床研究证实血浆TMAO 升高可增加心血管疾病（CVD）发生［9］及远期预后不良的风险［10］，因此TMAO 可能是AS 的一个潜在的治疗靶点。本文对肠道菌群的代谢产物TMAO与AS及CVD预后的关系进行综述。

1 肠道菌群及其代谢产物概述

肠道菌群在AS中的作用机制已成为研究热点，在肠道菌群的代谢产物中，TMAO作为诱导AS的一种重要介质受到了广泛关注。当人体摄入含有三甲胺（TMA）的营养物质，如富含左旋胆碱和肉碱的肉类（特别是红肉）、鸡蛋、鱼类及富含甜菜碱的植物［11-13］时，微生物TMA 裂解酶通过对营养物质代谢产生TMA，TMA进入门静脉循环，由肝脏Flavin单加氧酶（主要是FMO 3）氧化为TMAO［14-16］，然后通过肾脏清除或分布到不同组织［17］。目前，TMAO在AS发生发展中的作用机制仍在探索阶段。

2 TMAO在CVD中的作用机制

研究表明，TMAO 对心血管功能的不良影响与多种途径和机制有关：（1）TMAO 可通过增加2 种促AS清道夫受体（SRs）SR-A和CD36的表达来促进巨噬细胞胆固醇的积累［18］，并通过抑制胆汁酸合成经典途径中胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）的表达来抑制胆汁酸的合成［19］，造成胆固醇在细胞内堆积。脂质超载的巨噬细胞变成泡沫细胞，这是AS过程中最早的细胞标志之一。（2）AS 被认为是一种慢性炎症性疾病［20］，炎症贯穿了AS 的全过程［21-22］。研究发现，TMAO 水平的升高可诱导核因子（NF）-κB 通路的激活，增加促炎基因的表达，释放炎性细胞因子白细胞介素（IL）-18 和IL-1β 等［3，5］。（3）TMAO 可通过增加细胞内钙离子（Ca2+）释放，促进血小板高反应性，增加血栓形成风险［7］；同时TMAO还直接增强了血小板对多种不同激动剂［二磷酸腺苷（ADP）、凝血酶和胶原］的反应性［8］。

一些研究表明，TMAO 可通过增加组织因子（TF）的表达和活性来促进血栓形成［23］，还可通过延长血管紧张素的作用时长，加剧心脏重塑，导致心力衰竭等不良结果［24］。另外，其可通过激活转化生长因子β1 型受体/Smad2（TGF-βRⅠ/Smad2）通路，促进成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化，加重心肌纤维化［25］，损害心脏顺应性及心脏功能［26］。

3 TMAO与CVD的临床研究

3.1 TMAO与CVD的发生发展 2011年Wang等［18］的动物模型研究表明，在小鼠饮食中添加TMAO可导致AS。随后，TMAO与CVD的临床研究也逐渐证实，血浆TMAO可促进CVD的发生发展。Dong等［27］发现血浆TMAO 升高是冠状动脉粥样硬化性心脏病（CHD）患者是否合并2型糖尿病（T2DM）的独立预测因子。Senthong 等［28］的一项前瞻性队列研究结果表明，血浆TMAO水平与CHD患者SYNTAX评分独立相关，TMAO水平升高是弥漫性病变存在的独立预测因子。由此可见，循环TMAO水平升高可加重CHD患者的动脉粥样硬化斑块负荷及冠脉病变程度。

Sheng 等［29］发现血浆TMAO 水平升高是急性ST段抬高型心肌梗死（STEMI）患者SYNTAX 评分升高的独立预测因素，也是多支血管病变的预测因素，提示TMAO或可用于临床上量化冠状动脉粥样硬化的负担。Liu 等［30］应用光学相干断层扫描（OCT）对急性冠脉综合征（ACS）患者的非罪犯斑块进行检测，结果表明血浆TMAO 升高与薄帽型纤维动脉瘤（TCFA）的发生显著相关，提示TMAO水平升高可增加ACS及稳定型心绞痛患者的斑块易损性以及发生不良心血管事件的风险。Tan等［31］对STEMI 患者行介入OCT 检查，结果表明发生斑块破裂的患者血浆TMAO 水平显著高于斑块侵蚀的患者，高水平血浆TMAO 与斑块破裂发生独立相关（调整后OR=4.06，95%CI：2.38～6.91，P＜0.001），TMAO 截点水平为1.95 μmol/L 时，TMAO 鉴别斑块破裂与斑块侵蚀的敏感度为88.3%，特异度为76.8%。

由上述结果可知，血浆TMAO与CHD、ACS患者冠状动脉粥样硬化严重程度有关，TMAO 或可成为一个新型生物标志物，用来评估CHD、ACS患者冠脉血管病变严重程度，对患者进行风险分层及早期的干预治疗。

3.2 TMAO 与CVD 的预后 Schiattarella 等［10］通过对17篇文献中所纳入的临床研究结果的分析，系统评估和量化了CHD 患者的血浆TMAO 水平、全因死亡率和主要不良心脑血管事件（MACCE，包括死亡、再发心肌梗死、脑卒中）之间的关系，结果表明高水平TMAO 与全因死亡率（HR=1.91，95%CI：1.40～2.61，P＜0.01，I2=94%）和 发生MACCE（HR=1.67，95%CI：1.33～2.11，P＜0.01，I2=46%）的增加有关，并且血浆TMAO 水平每增加10 μmol/L，全因死亡的相对危险度（RR）增加7.6%，证明了TMAO血浆水平与心血管风险和死亡率之间的剂量依赖性。随后Qi等［32］综合了11 篇临床研究的结果显示，血浆TMAO水平越高，发生不良心血管事件的风险越高（HR=1.23，95%CI：1.07～1.42，P=0.212，I2=31.4%），全因死亡率高于55%（HR=1.55，95%CI：1.19～2.02，P＜0.001，I2=80.8%）。

Li 等［33］研究表明，ACS 患者的血浆TMAO 水平升高与其发生主要心血管事件（MACE）的风险有着独立的联系，也是长期（7 年）死亡率的显著预测因素；肌钙蛋白T（cTnT）作为传统的心肌损伤标志物，对于急性心肌梗死（AMI）的诊断和风险分层有重要的临床意义，而TMAO 在cTnT 阴性的ACS 患者（cTnT＜0.1 μg/L）中也有独立预测能力。Matsuzawa等［34］检测了STEMI 患者的急性发病期和10 个月后（慢性期）血浆TMAO 水平，发现从急性期到慢性期血浆TMAO 水平均显著升高，这与传统的心肌酶谱只在STEMI 患者急性期升高不同，慢性期TMAO 水平可独立预测未来心血管事件。

Suzuki 等［35］证明血浆TMAO 水平与心力衰竭（HF）患者1、2 和3 年的不良事件（死亡率和/或再住院）相关（HR=1.37～1.51，P＜0.05），并且目前基于指南的HF 治疗，B 型利钠肽（BNP）水平随着治疗的强化而下降，却并不影响血浆TMAO水平，降低血浆TMAO或可改善HF患者的远期预后。

目前，临床上对于心肌坏死的风险分层多为短期不良风险评估，包括心肌酶谱、BNP、超声心动图（UCG）以及各项侵入性检查，如冠脉造影检查（CAG）和冠脉血管内超声（IVUS）等；胆固醇（TC）、三酰甘油（TG）、超敏C反应蛋白（hs-CRP）等生物标志物具有长期风险预测能力，但可同时用于预测CVD患者短期和长期风险的生物标志物有限。经过不断地探索，血浆TMAO 对于AS 的发生发展、冠脉斑块负荷、斑块破裂以及不良预后等短期及长期风险评估均具有独立预测能力，其可能是一个新型有效的生物标志物，可与现有的风险分层标准共同评估病变严重程度，改善CVD患者的风险分层和临床管理，使临床防治方案更加合理。

4 TMAO与CVD的防治

目前，减少血浆TMAO 的生成或降低血浆TMAO 水平已成为CVD 的研究热点，包括在饮食调节、抗生素和益生菌的应用以及代谢通路靶向治疗等方面都取得了一定进展。

4.1 饮食调节 饮食是影响血浆TMAO 水平的重要原因。高脂饮食（HFD）尤其是食用富含胆碱、左旋肉碱及甜菜碱的饮食，在短时间内可观察到血浆TMAO 水平升高［36］，而纯素饮食则被证明可用来预防重大心血管不良事件的发生［37］。在CHD队列中，Zhong 等［38］发现冠心病患者血浆TMAO、肌酐、胆碱和肉碱水平明显高于健康对照者，较高的血浆左旋肉碱、胆碱和甜菜碱水平预示着CHD 和MACE 事件的风险增加。Wang 等［39］发现长期食用红肉可升高血浆TMAO水平，停止食用红肉后4周内血浆TMAO水平下降。目前调整饮食结构、限制HFD以及适量运动［40］、增加膳食纤维的摄入量［41］是降低血浆TAMO水平的有效方法。

4.2 肠道菌群调节 TMAO作为肠道微生物的代谢产物，可通过调节肠道微生物群来控制血浆TMAO水平，进而预防AS的发生发展。有研究通过在小鼠的饮用水中添加广谱抗生素来抑制肠道微生物群3～4周，改善了氧化应激和动脉硬化的发生［42］。然而，对于应用广谱抗生素调节肠道菌群的构成尚存在争议，长期应用抗生素可能产生超级耐药菌株，扰乱正常肠道菌群功能，影响正常的生理代谢。

使用益生菌调节肠道菌群被认为是更安全的方法。近年来，益生菌、益生素及共生体在肠道菌群重塑及调节肠道免疫功能方面的作用被广泛探索。研究表明，口服益生菌、益生素及共生体等可调节肠道免疫、改善肠道微生物稳态、减轻炎症反应等［43］。动物实验表明，益生菌株植物乳杆菌ZDY04［44］和产气肠杆菌ZDY01［45］可以通过重塑小鼠肠道微生物群，显著降低血浆TMAO 水平。在临床试验中，对90例AS 患者的研究表明，试验组通过口服乳酸发酵的Annurca苹果泥（LFAAP）对肠道微生物进行重塑，有效控制了血浆TMAO和高密度脂蛋白胆固醇（HDLC）水平［46］。白藜芦醇［47］、小檗碱［48］等一些天然分子也可通过重塑肠道微生物，降低血浆TMAO水平，对AS的发生发展起保护作用。

4.3 代谢通路靶向治疗 3，3-二甲基-1-丁醇（DMB）是胆碱的一种结构类似物，可通过抑制肠道微生物TMA 裂解酶，进而抑制TMA 的形成。Wang等［49］研究表明，给予小鼠喂食DMB可阻止载脂蛋白E 基因敲除（ApoE-/-）小鼠AS 病变的发生。给予小鼠口服剂量DMB，血浆TMAO 水平可显著降低长达3 d，并可以降低小鼠血小板反应性和血栓形成的概率，且不会增加出血风险［50］。植物甾醇酯（PSEs）能显著抑制产生TMA 的微生物，并且抑制小鼠AS 的发生［51］。这些结果表明，使用靶向抑制剂抑制肠道微生物的产物TMA是治疗AS的有效方法。

FMO3是TMA转化为TMAO的关键酶。研究表明将小鼠肝脏中FMO3 敲除或沉默可降低血浆TMAO 水平，减缓AS 的发生发展［52-53］。然而，FMO3同时在儿茶酚胺代谢系统中起作用，抑制其功能可能引起机体其他的生理代谢功能紊乱［54］。

5 展望

肠道菌群代谢产物TMAO 参与了CVD 的发生、发展及预后的全过程。将血浆TMAO作为一种新的生物标志物应用于CVD的初步预防及危险分层，突破了传统的对于CVD危险因素认识的局限，为CVD的防治提供了新思路。然而，目前仍需要针对我国人群的多中心、大样本的临床研究，为血浆TMAO能否作为临床新型生物标志物以及治疗靶点提供证据。