肠道微生物与心血管疾病研究进展

高 标，王 施综述，李红霞，沈 慧审校

0 引 言

肠道微生物参与并影响机体功能，近年已成为研究热点。包括动脉粥样硬化、炎症、肥胖、胰岛素抵抗和血脂异常等心血管疾病(cardiovasculardisease, CVD)重要风险因素与肠菌的强相关性不断被证实[1]。

1 文献聚类分析

在知网中文期刊数据库(CNKI)检索主题=“肠道菌群”AND“心血管疾病”，得到165篇文献。在WoS核心数据库(1985-2021)检索，语法：(AK=intestinal microbes OR AK= gut microbiota OR AK=gut flora) AND AK=cardiovascular disease，得到97篇文献。中英文文献年发文量用Excel作图分析见图1。

图1 CNKI和WoS数据库检索所得文献时间分布

1.1中文文献将165篇中文文献题录导入CiteSpace，合并同义词后进行分析。

除检索词外，糖尿病、动脉粥样硬化、益生菌、冠心病、糖尿病、心血管、氧化三甲胺、心力衰竭的词中心性均≥0.03，是十分重要的关注焦点。共现图清晰展示了高频词分布和重要的聚类。除高中心性词以外，高频词代谢综合征、短链脂肪酸也非常令人瞩目，见图2。

图2 CNKI数据主题检索所得文献关键词共现

膏脂转输、脾主运化、细菌结构成分、细菌代谢产物、细菌结构成分、泡沫细胞形成和磷脂酰胆碱均突现时间长(1970-2013年)、强度大(5.78～7.8)，影响深远，但现在已经变冷。当前的研究热点且还将继续的是高血压、心力衰竭、冠心病、代谢综合征、代谢产物和益生菌，突现时间均较短、较晚(2017-2021年)，见图3。聚类时间分析发现：第1、第3、第4大聚类文献为细菌代谢产物、氧化三甲胺和磷脂酰胆碱，均与TMAO相关；第2大聚类是心血管疾病；第5、第7大聚类为代谢性疾病(肥胖、糖尿病)，益生菌为第6大聚类。时间域分析发现：相关研究于2013年始呈迸发，但却是在2017年后才密集涌现大量重要的关键词，相关研究十分活跃。

图3 CNKI数据前12个突现关键词

1.2英文文献将97篇文献导入CiteSpace试运行后合并同义词再进行聚类分析。

除检索词外，TMAO、炎症、左旋肉碱、慢性肾病、代谢综合征、代谢、高血压、胆固醇、血压、饮食所致肥胖、肥胖、胰岛素抵抗、微生物群、生态失调、链脂肪酸、胆汁酸、双盲、饮食、疾病、多样性、密度脂蛋白、2型糖尿病、高脂饮食、胆碱、益生菌、死亡率等词的中心性≥0.03。

共现图清晰地显示了高词频和中心性相一致的研究聚焦领域，见图4。

图4 WoS数据关键词共现

突现的关键词均始于近年(2014-2019年)，说明相关研究趋热的时间并不久。饮食所致肥胖关键词突现强度最大(2.12)、影响时间最长(4年)；炎症、高脂饮食、内毒素所致炎症和丁酸(短链脂肪酸)持续时长为2年且已变冷；当前的研究热点且还在持续的是风险因素、代谢物、健康和冠心病，见图5。

图5 WoS数据前21个突现关键词

整体上，英文文献密集涌现始于2013年，2014-2019年相关文献密集发表，代谢及相关疾病(慢性肾病、肥胖、高血脂)和心血管疾病为主要的聚类，研究也最为集中。包含三甲胺的第2大聚类为动脉粥样硬化、包含TMAO的第3大聚类代谢综合征、包含左旋肉碱的第5大聚类治疗，以及包含(短)链脂肪酸的第7大聚类高血脂研究最为活跃，并持续到现在也没有衰减的迹象。另外一些聚类曾一度受关注，如氧化应激聚类(2014-2015)、蒜素聚类(2015-2017)、古生菌聚类(2014-2015)，现均已经趋减。

时间域图也表明重要的关键词密集涌现的时间为2013-2018年，之后不再有密集涌现的关键词，说明该阶段研究热烈且成熟稳定。

1.3综合分析纳入分析的中英文献数量差别大(165vs97)，但分析结果十分相近。说明国内外相关研究一致、无脱节。

中心性>0.03的词中英文为10vs31。中文频次≥3的有25个，英文频次≥5的有28个，重叠12个词；中文中心性≥0.01的有19个，英文中心性≥0.03的有31个，重叠10个词。重叠词除检索词外为：代谢类、TMAO类和益生菌。中文的短链脂肪酸中心性为0，但英文为0.08。

两文献词频和中心性高的词(或变相词)：①氧化三甲胺：包括TAMO、肉碱、磷酸胆碱、胆碱等的研究最为热烈，中文还有细菌代谢产物也包括TAMO。②代谢：包括代谢、代谢物、代谢综合征等。代谢产物短链脂肪酸中文中词频较高，在英文中词频和中心性均较高，很受重视。③益生菌词频高、中心性均较高(中文还有双歧杆菌)。

既往的研究热点中英文有差异。但当前且持续的热点均包括代谢，英文还有风险因素，中文则是高血压、心力衰竭、冠心病、代谢综合征(列举了风险因素)。可认为中英文献的热点在当前和短期的未来是一致的！

中英文文献集群快速增长和研究最为热烈的时间均是2013年；中文文献高峰时间为2017-2018年，英文为2015-2019年。

2 代谢性疾病

代谢综合征(metabolic syndrome, MetS)包括腹部肥胖、胰岛素抵抗、血脂异常、高血糖和高血压等一系列与心血管疾病紧密相关的临床问题，MetS患者的肠菌构成比和多样性发生了显著性变化[2]。

2.1肥胖肠菌生态失衡导致体重改变[3]，其组成和代谢影响肥胖的发展[4]，机制涉及遗传、代谢和炎性病理生理，调控肠菌有望重塑代谢谱[5]。肠菌中厚壁菌门和拟杆菌门的比例改变影响获取热量的能力[6-7]，BMI值增大伴随着肠菌多样性的显著性下降[8]。实验发现高脂饮食改变了小鼠的肠菌组成，抑制多不饱和脂肪酸的肠菌代谢物(10-羟基-顺式-12-十八碳烯酸，HYA)生成。补充HYA可减轻高脂饮食诱导的小鼠肥胖。肠菌对不饱和脂肪酸的代谢调节，能让宿主对抗高脂饮食诱导的肥胖[9]。这些变化是否为适应性调节，以及对宿主生理功能的确切影响机制尚不太清楚。但并不妨碍使用益生菌和肠菌移植作为恢复肠菌生态来治疗疾病的尝试[3]。

2.2糖尿病肠菌发酵的代谢产物调节糖脂代谢,影响生理功能，在2型糖尿病(diabetes mellitus type2, T2DM)的发病、进展中起作用，可考虑为未来的治疗靶点。肠菌经外周和中枢调节胰岛素稳态(生成/清除)[10]，包括胰高血糖素样肽-1分泌的改变、促炎和胰岛素抵抗(益生元可视为胰岛素增敏剂)，小肠Sirtuin 1经肠-脑轴逆转下丘脑胰岛素抵抗，以及肠源性内分泌、旁分泌因子和肠菌代谢物作用于肝、胰和脑，从而影响血糖水平。

Tanase等[11]认为除上述机制外，短链脂肪酸(SCFAs)、TMAO(trimethylamine N-oxide)、脂多糖、芳香氨基酸及其相关代谢产物也对T2DM起作用，肠菌失衡后的免疫致病更是T2DM发展和微血管并发症(视网膜、神经疾病和肾病)关键因素。组氨酸代谢生成的咪唑丙酸可改变细胞对胰岛素的反应[12]，降低咪唑丙酸有望成为治疗T2DM的新尝试。

1型糖尿病(T1DM)被认为是免疫诱发，Patrick等[13]发现T1DM与肠菌改变关联明确，且此关联可能并非仅仅是疾病伴随现象，但未发现胰腺功能和肠菌间的直接联系。分析认为肠菌影响T1DM的机制可能包括扰乱肠道免疫应答及破坏肠黏膜屏障。

2.3共同机制代谢性疾病与肠菌相关的共性：①高脂饮食致肠道通透性显著性调高，肠上皮细胞紧密连接闭合带蛋白-1和封闭蛋白减少。②代谢性内毒血症致炎症细胞激活[14-15]，产生大量炎症因子，如白介素-6、肿瘤坏死因子等，参与轻度炎症的发生[16]。③肠菌传递的内分泌信号(肠促素1、2)，除胰腺外，中枢神经、胃肠、心血管、肝脏、脂肪、肌肉等组织/器官均有受体，产生多重生物学效应，包括影响胰岛细胞功能、能量摄入、营养素吸收和能量储存，实现调节能量平衡[17-19]。④高通量测序(NGS)和定量PCR均发现肠菌生态失衡，产丁酸的罗氏菌属(R.hominis)和普拉氏梭杆菌(F.prauznitzii)丰度显著降低[20-21]。丁酸、乙酸和丙酸是肠菌分解膳食纤维而产生的SCFAs，能下调炎症因子、上调肠道激素分泌、参与血糖调节[22-23]，可被考虑为饮食肥胖的治疗靶点[24-25]。

3 心血管疾病

肠菌与MetS密切关联，MetS是CVD的高危因素，故而CVD与肠菌也不无关系。

3.1动脉粥样硬化动脉粥样硬化作为直接病因导致冠心病，其最严重的类型为心肌梗死。

与胆固醇代谢相关的双歧杆菌(也与高密度脂蛋白正相关)、乳酸杆菌、拟杆菌、梭菌等的种类/比例的失调是冠状动脉粥样硬化患者的重要特征，稳定/不稳定的粥样斑块伴随着相同/有差异的变化[26]。此间，肠菌调节炎症和生成代谢产物发挥作用[27-28]，可高效地促进动脉粥样硬化的发生[29]。

肠菌代谢物TMA经肝生成的TMAO作为动脉粥样硬化和心脏疾病的有力促进者已受到广泛关注[30-31]。强力证据表明TMAO水平与粥样硬化斑块大小正相关性远强于原来认识的甘油三酯、脂蛋白、空腹血糖和甘油三酯[32]，危险性远大于传统上认为的CVD高危因素——低密度脂蛋白[33]。

黄酮柚皮苷在实验中抑制FXR/FGF15而上调CYP7A1,促进胆固醇中胆汁酸合成,下调PCSK9/IDOL促进胆固醇逆转，是经“肠菌-肝-胆固醇轴”的路径完成的[34]。白藜芦醇的途径是相同的，除调节胆汗酸的代谢外，还降低了TMAO水平来改善动脉粥样硬化[35]。

3.2高血压作为CVD最重要的危险因素，高血压与肠菌的关系也逐渐清晰[36-37]。高血压患者肠菌的丰度、广度和分布均发生了变化，肠菌及代谢物经“肠-脑轴”决定了一些血压相关激素的变化。

焦虑和心理压力是血压升高的常见因素。无菌小鼠不会产生焦虑特征[51]，焦虑是经肠菌与群体交互共同作用而形成的[52]。Stevens等[38]的研究提示了肠菌在焦虑和高血压之间所起的桥梁作用。肠菌移植能改善肠菌失衡，减轻因应激引起的肠道炎症、黏膜紊乱和神经炎症，从而改善抑郁、焦虑相关的症状[39]，包括血压。

肠菌对神经系统的影响(发育、发病和塑形)。由炎性反应、氧化应激参与的肠菌、肠神经、自主神经、中枢神经组成的、复杂的信号网络系统，被称为“肠菌-肠-脑轴”[36]，这是目前比较完善的理论阐释。此轴经过内分泌、免疫、代谢和神经相联系，激活下丘脑-垂体-肾上腺轴，且具有双向性特点。肠菌参与色氨酸、γ氨基丁酸代谢，影响5-HT[37]、多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素、组胺、肠源肽[38]等神经递质，这些递质大多与血压的调节相关。

抑郁和焦虑通常伴结肠运动改变(生理甚至形态变化)，从而影响肠菌的组成和稳定，这也与应激引发肠源性炎症的发生机制一致。

肠菌的重要产物SCFAs影响代谢，继而与肥胖和高血压发生关联[40]。药物米诺环素(minocycline)和高果糖(high-fructose)单独和共同影响血压，途径是影响肠菌改变，致SCFAs受体的表达的提升，伴随的是肾素-血管紧张素系统异常激活[41]。

TMAO除影响动脉粥样硬化的形成外，最近的Meta分析证实TMAO与高血压存着浓度水平的正向依赖性的相关性[42]，更深入的研究会为临床治疗提供新思路[1]。

4 结 语

肠菌的多样性、稳定性是健康的重要指标，与心血管疾病的相关性研究相对较晚，但因心血管疾病的重要性却更热，关键性问题深入研究的迫切性更强[43]。所幸，分子生物学、NGS和前瞻性大样本队列研究，联合基因组学和代谢组学等新兴的研究方法日趋成熟[44]，不远的将来有望清晰描绘出心血管疾病的肠菌组成和代谢特征，阐明机理和因果关系，为后续的针对性诊疗提供依据。膳食模式、成分塑造、改变肠菌等措施无创且易行，未来，多靶点干预肠菌及其代谢产物有望成为治疗CVD的新选择。