肠道菌群干预在缺血性脑卒中的治疗进展

周澈 邹伟 王穆 张平

就整个人体系统来看，肠道菌群毫无疑问是个庞大的体系，从近几年国内外研究热点不难看出，无论对于哪个学科，肠道菌群的研究都是个热门话题。众所周知，缺血性脑卒中（Ischemic stroke，IS）的治疗方法有限，仍是一个世界性的难题。随着“微生物-肠-脑轴”概念的提出，临床研究有了新的方向，目前肠道菌群相关干预措施对缺血性脑卒中的治疗处于初级阶段，动物实验正在开展，临床研究也在逐步进行中。现综述肠道菌群相关干预措施对缺血性脑卒中的治疗作用，探索缺血性脑卒中的新疗法。

1 肠道微生物群与IS

肠道微生物群是一组在人体肠道中定植的微生物群，由细菌、古菌、病毒和单细胞真核生物等组成[1]，细菌作为肠道微生物群落之一，其在人类身体中的作用已被广泛研究，据统计，胃肠道中的细菌细胞数量大约为3.8×1013，近似于人体内的总细胞数目；健康个体的肠道微生物群总量仅占总体重的0.3%[2]，宏基因组研究发现，胃肠道中存在着约900万个独特的基因，是人体全基因组的450 倍[3，4]，人类胃肠道很可能存在一个巨大的微生物生态系统。IS 作为目前世界上第二大死亡和第三大致残原因的疾病[5]，它的发生发展与肠道菌群有着密切联系，肠道与大脑之间存在双向沟通途径，这种途径被称作“微生物-肠-脑轴”[6]，它包括了两条信号传导通路，即自上而下的信号传导通路（脑→肠道）和自下而上的信号传导通路（肠道→脑）。

1.1 自上而下的信号传导肠道通过肠壁上分布丰富的交感神经和副交感神经纤维直接接收信息，或者大脑在刺激肠道神经系统后由肠道间接接收信息；肠道神经系统是一个高度发达的神经元连接系统，位于肠粘膜下层和髓鞘丛，这些神经元的信息输入影响着微生物群组成、肠道运动、肠道通透性和常驻免疫细胞的激活；除了直接的神经元输入信息外，下丘脑-垂体-肾上腺轴作为一种通信途径在应激反应中也扮演着重要角色[7]。

1.2 自下而上的信号传导它由几种不同的机制产生，可通过神经元和非神经元传导机制来完成。首先，迷走神经由80%的传入纤维和20%的传出纤维组成，在肠道和大脑双向传递信息方面起着关键作用。这些传入纤维被微生物代谢物和肠内分泌神经肽所刺激，进而传递促进垂体分泌的下丘脑神经元[8]；其次，来自微生物群的免疫原性内毒素，例如脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS），它主要是通过激活可迁移到大脑的外周免疫细胞，如小胶质细胞来诱导加剧神经炎症[9，10]；再者，微生物群可以产生或刺激许多代谢物释放，例如神经递质、短链脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFA）、吲哚和胆汁酸，研究表明，这些代谢物能进入全身血液循环并进入大脑，以此来调节神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞和血脑屏障[11，12]。

微生物群不仅能够产生影响宿主的神经递质，而且这些神经递质在细菌上的结合位点也被揭示，这些位点可以影响细菌的毒力、增殖和代谢[7]。通过以上发现，IS 可能会导致肠道微生物群的组成及功能发生变化，致使肠道微环境发生改变，肠道微生物群也能导致缺血性脑卒中并发症的产生[13]。

2 肠道菌群干预与IS

据研究，消化道是免疫反应的主要器官，含有丰富的免疫细胞，负责整个免疫系统活性的70%以上[14]；肠道炎症与免疫反应在脑卒中的病理与生理学中起着重要作用，这可能成为日后IS 的重要治疗靶点[15]。目前肠道菌群在IS 的治疗方面包括：抗生素疗法、益生菌制剂、肠道菌群移植、饮食疗法等。

2.1 抗生素疗法与ISIS 是一种高致残、高致死的疾病，目前治疗选择有限[16]。炎症是脑缺血病理生理学的关键组成部分[15]，Benakis 等[10]发现在诱导大脑缺血性损伤之前的实验小鼠使用阿莫西林/克拉维酸和万古霉素治疗可使小鼠体内的肠道微生物群发生改变，可使大脑中动脉闭塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）的梗死体积减少60%±6%，且抗生素敏感型小鼠比抗生素耐药型小鼠的感觉运动功能得到更好的保留；接着研究人员进一步对抗生素治疗小鼠体内的粪便进行移植，也得到了同样结果。证明抗生素诱导的肠道菌群改变减轻了小鼠的缺血性脑损伤，这也是粪便移植传播的一种效应。

糖尿病是动脉粥样硬化的重要危险因素。瘦素受体缺乏的小鼠表现出2 型糖尿病的特征[17]。Kurita 等[18]发现瘦素受体缺乏的小鼠在IS 中表现出梗死体积和LPS—革兰氏阴性细菌的外膜增加，刺激Toll 样受体4（Toll-like receptor 4，TLR-4）和炎症细胞因子的表达水平较高，以及更严重的神经损伤和MCAO 后存活率降低；而口服不可吸收的抗生素多粘菌素B 调节了肠道微生物群，改善了瘦素受体缺乏小鼠的代谢内毒素血症和IS 结局；这些影响与缺血性大脑中LPS 水平的降低和神经炎症有关。

尽管有研究证明了抗生素治疗在IS 中的可行性，但更多研究表明抗生素的施用会促进肠道生态失调[19]，长期使用抗生素已被证明对正常生理学和生物群落的组成具有负面影响[20]。目前，益生菌和粪便微生物群移植（Fecal microbiota transplantation，FMT）的使用是新兴疗法，可能成为解决抗生素诱导的肠道生态失调的有害影响的潜在干预措施[21]。

2.2 益生菌制剂与IS2014年国际益生菌和益生元科学协会（International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics，ISAPP）将益生菌定义为“严格挑选的微生物的活菌株，当使用足够量时，会给宿主带来健康益处”[22]，目前最常用的益生菌是乳酸杆菌和双歧杆菌[23]。一项研究发现，口服短双歧杆菌、干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜酸乳杆菌可减少小鼠实验性卒中后的缺血性损伤[24]。此外，一项研究发现通过降低丙二醛和TLR-4 水平，增加超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性，可以减少脑梗死体积和神经细胞凋亡，由此揭示灭活乳酸菌对大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用[25]。

一项Meta 分析显示益生菌联合肠内营养（Enteral nutrition，EN）缩短了IS 患者的住院时间和卧床时间，改善了患者的营养状况，增加了白蛋白、血清总蛋白、前白蛋白以及血红蛋白的生物活性；虽然并未降低IS 患者美国国立卫生研究院中风量表（The national institutes of health stroke scale，NIHSS）评分，但能缓解炎症，肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素6（Interleukin-6，IL-6）和白介素10（Interleukin-10，IL-10）显著降低；在减少IS 并发症方面，益生菌联合EN 可降低肺、胃肠道和尿路感染的发生率，同时降低患者死亡率和肠道菌群失衡率[26]。

2.3 肠道粪菌移植（Fecal microbiota transplantation，FMT）与ISFMT 是将健康供体粪便中的功能性细菌移植到患者的胃肠道中，以求恢复肠道菌群的平衡，从而达到治疗与肠道微生物相关疾病的目的[27]。肠道菌群在神经系统疾病的病理生理学中起到的重要作用已经被多项研究证明，这表明肠道菌群的改变可成为一种治疗策略。FMT 是目前最有效的肠道菌群干预措施，也是治疗复发性艰难梭菌感染的公认方法[28]。

微生物多样性随着年龄的增长而减少，衰老本身会改变肠道微生物群，导致“生态失调”[29]；急性损伤后老年人恢复更差以及许多与年龄有关的疾病患病率日益增加可能与机体生态失调有关。IS主要是一种与衰老相关的疾病，通过多项实验发现，与年轻小鼠相比，实验性卒中后导致的结果在老年小鼠中往往表现更差[30]；老年人群与年轻人相比，在肠道菌群组成方面也存在差异[31]，年轻健康成年人的肠道菌群主要由厚壁菌门和拟杆菌门组成[32，33]，研究显示老年人的菌群组成厚壁菌门增多，拟杆菌门减少[34，35]。Feng 等[36]研究表明，老年卒中小鼠通过移植青年小鼠的肠道菌群导致老年小鼠粪菌构成中拟杆菌门增加，厚壁菌门减少；而且通过粪菌移植，老年小鼠脑缺血后神经功能得到了显著改善，脑梗死体积也明显缩小；说明肠道微生物群及短链脂肪酸（SCFA）代谢物在IS 中起着重要的保护作用。

而IS 会引发肠道菌群失调，增加肠道通透性。Chen 等[37]的实验证明，通过移植富含SCFA 的粪便细菌并补充肠道代谢物丁酸来干扰肠道微生物群是治疗IS 的有效方法；Wang 等[38]的实验也证明了这一点，研究人员发现通过肠道菌群移植补充丁酸盐对实验小鼠的卒中损伤产生了有利影响。

2.4 饮食疗法与IS不同的饮食偏差导致每个人肠道菌群的组成存在差异，饮食习惯也可能影响着疾病的发生和发展，例如多酚以其有益的健康作用而闻名，它存在于许多药用或食用植物中，研究表明，肠道微生物群可以调节对卒中具有潜在保护作用的多酚的活性[39]，补充水果多酚已被证明可以改善缺血性卒中患者的认知和神经功能恢复[40]。尽管目前关于含有特定多酚类或分离的多酚化合物抗卒中作用的科学证据还不多，但是现有的研究结果仍然可以证明这一点。如食用富含槲皮素的食物与血栓性卒中风险降低有关，槲皮素代谢物4-甲基儿茶酚在人血中显示出相关的抗血小板活性，表明它可以预防血栓性卒中[41]。

限制热量摄入（Calorie restriction，CR）可以调节肠道微生物群，预防包括IS 在内的许多疾病，Huang 等[42]通过对小鼠进行限制热量摄入实验，首先发现CR 对卒中小鼠的长期康复更加有优势；接着将接受了CR 治疗的小鼠的肠道微生物群移植到另一批卒中小鼠后，得到了同样的结果；进一步通过16S 核糖体RNA 测序鉴定发现了限制热量摄入的小鼠体内出现了双歧杆菌的富集；最后给卒中小鼠注射双歧杆菌，发现通过双歧杆菌治疗可以改善脑缺血小鼠的长期康复。此外，通过代谢组学分析也揭示了一组代谢产物的上升趋势，这表明CR 极大地改变了肠道微生物群的组成和代谢。由此可见，CR 对IS 长期康复的新作用以及肠道微生物群的潜在作用，为临床IS 的康复提供了新思路。

3 结语

缺血性脑卒中的治疗一直是神经科学的热点和难点问题，传统的治疗方法包括药物、溶栓和血管内治疗等都一定程度上存在一些局限。“微生物-肠-脑轴”的研究是一个全新的领域，可能是比传统治疗手段更为安全和经济有效的方法，肠道菌群非常庞大，目前针对它的研究十分有限。纵观近几年国内外相关研究，针对IS 相关肠道菌群的靶向治疗，热点非常多，但亮点却比较少；目前相关研究仍处于量变到质变的积累阶段，需要我们与时俱进，多学科协作，一旦有重大突破，将会对IS 的治疗与康复产生深远影响。