氧化三甲胺与老年慢性心力衰竭相关性的研究进展

王章 邬真力

作者单位：010010 内蒙古自治区呼和浩特市，内蒙古医科大学(王章)；010020 内蒙古自治区呼和浩特市，内蒙古自治区人民医院老年医学中心(邬真力)

CHF是各类心血管疾病发展的终末阶段，病情复杂，发病率高，且预后不良。根据流行病学调查显示，普通人群患病率约为1.0%～2.0%，老年人群患病率可达6%～10%。伴随着人口老龄化加剧，我国老年CHF患病率及死亡率均呈明显上升趋势，年死亡率可达40%，成为心血管疾病最常见的死亡原因之一[1]。最新研究提示，老年CHF病人肠道微环境失衡，肠道菌群代谢产物氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide, TMAO)高表达，被认为是影响老年CHF的独立危险因素。而通过补充肠道益生菌，改变肠道菌群结构，降低血液中TMAO含量，有助于改善老年CHF病人症状及预后。本文就TMAO与老年CHF相关性进行综述，旨在为老年CHF的防治提供新思路。

1 老年肠道微环境改变

肠道微环境是指肠道微生态环境，由胃肠道内众多的微生物组成，这些微生物称为肠道菌群。各类肠道菌群之间呈现动态平衡，在维持宿主健康中起关键作用[2]。健康成年人肠道菌群构成丰富，约有400～500种，主要包含有厚壁杆菌(phylum firmicutes)、拟杆菌(bacteroides)、变形杆菌(proteus)、放线菌(actinomyces)、梭杆菌(fusobacteria)和疣状杆菌等[1]。健康的肠道微环境维持肠道屏障功能，包括机械屏障、免疫屏障、生物屏障、化学屏障、胃肠动力等5个部分。正常的肠道黏膜各细胞间紧密连接形成肠道机械屏障，淋巴组织及分泌的抗体维护肠道免疫屏障，与肠道菌群形成的肠道生物学屏障，有效阻止致病菌及内毒素入侵[2]。肠道黏膜分泌的黏液、消化酶及肠道内正常菌群分泌的代谢产物形成化学屏障，能够裂解、杀灭细菌，抑制细菌在肠道上皮的粘附、定植及扩增，同时转换细菌攻击位点，使细菌与肠道分泌物结合，加速细菌随粪便排出[3]。

老年人消化系统功能逐步退化[4]，其肠壁供血欠佳，肠道黏膜萎缩、变薄，肠道分泌的黏液及各类消化酶减少、活性减低，肠系膜淋巴结数量减少、体积减小，抗体分泌减少，最终导致肠道机械、化学及免疫屏障功能均减弱[5]。同时，由于老年人饮食结构单一，存在咀嚼能力减弱，吞咽困难，便秘频发等原因，肠道菌群多样性下降，优势菌种转移，使有益菌群减少，病原菌感染风险增高，菌群代谢产物出现紊乱，生物学屏障遭到破坏[1]。此外，老年人肠道蠕动、排空速度减弱，胃肠动力明显受损[6]。

2 肠道微环境与老年CHF

越来越多研究表明，CHF不单是以血流动力学障碍为特征的临床综合征，肠道微环境失衡及肠道代谢产物改变与CHF的病理生理过程密切相关。当CHF发生时，心输出量减少，体循环再分配导致肠道灌注明显减少，肠黏膜缺血坏死、连续性中断、通透性增加，引起细菌易位、内毒素入血[7]。激活免疫系统释放TNF-α、IL-1、IL-6等大量炎性介质，一方面诱导肠黏膜细胞凋亡，加重肠道屏障功能损伤，加速细菌及内毒素易位；另一方面损伤血管内皮细胞，引起心肌细胞代谢异常，最终导致心肌凋亡、心脏结构及功能改变[8]。同时，内毒素引起循环低胃泌素，出现胃排空延迟、肠蠕动减弱，加速肠道内致病菌生长，使肠道菌群构成及比例失衡[9]。Hayashi等[10]比较了CHF病人与健康对照组粪便中的细菌和真菌，结果表明，CHF病人比对照组更易感染致病细菌。同时，分析显示念珠菌、弯曲杆菌和志贺菌与疾病的严重程度呈正相关。在老年人群中，由于其自身的肠道结构改变、菌群失调、肠道菌群代谢产物紊乱，使老年人肠道微环境与CHF的关系较其他年龄组更为密切，具有症状更重、预后更差的特点[11]。

3 肠道代谢产物TMAO与老年CHF

3.1 TMAO代谢与老年CHF TMAO是肠道菌群代谢产物三甲胺(trimethylamine，TMA)的肝内氧化产物，被认为是肠道微环境与CHF之间的关键介质。肠道菌群可以消化食物中胆碱、肉碱、磷脂酰胆碱等，形成TMA，TMA被肠道吸收之后转运至肝脏，在肝脏黄素单氧化酶3(flavin-containing monooxygenases 3, FMO3)的作用下氧化成为TMAO，并通过肾脏排泄。不是所有的肠道细菌都能产生 TMA，较高的血液TMAO水平可归因于具有TMA裂解酶的微生物组[12]。基因分析表明，在厚壁菌、放线菌和变形杆菌中表达促进TMA合成的相关基因，在乳酸杆菌、双歧杆菌属表达抑制TMA生成的相关基因[13]。TMAO参与氧化反应，可调节细胞内外渗透压，促进核酸、蛋白质稳定性，参与调节各种酶和激素的活性，其异常分泌与动脉粥样硬化、高血压、心房颤动、急性冠脉综合征、CHF进展密切相关[14]。

CHF引起肠道形态和功能显著变化，肠道菌群失衡，肠道菌群代谢产物紊乱，老年CHF病人肠道微环境受损更重，更易感染致病细菌，导致TMA合成增多，通过受损肠道黏膜进入肝脏经代谢引起循环高TMAO血症[12]。TMAO的浓度与心功能分级具有相关性，在老年CHF病人中表达更高。一项动物实验显示，TMAO饲养的小鼠，CHF的易感性增加[15]。使用横向主动脉弓缩窄模型诱导CHF大鼠的实验结果显示，与对照组相比，CHF组循环TMAO水平升高，病理性左室扩张，左室射血分数降低，循环脑钠肽水平升高，肺水肿增加，心肌纤维化增加，心肌重塑[15]。另一项纳入了720例CHF病人的研究显示，CHF病人血液中TMAO水平显著高于对照组，TMAO水平的升高与5年病死率呈正相关[16]。而与TMAO相关的心血管不良事件(major adverse cardiovascular events, MACE)发生的Meta分析显示，高TMAO病人的MACE发生率升高62%，死亡率增加63%，且与既往心血管病史无关，同时，MACE发生率显示出对TMAO的剂量依赖性[12]。因此TMAO水平升高可作为预测心血管疾病风险的一种独立新因子。

3.2 TMAO引起老年CHF机制 TMAO的作用机制尚在不断研究中。研究表明，TMAO表达水平与左室射血分数下降、心肌间质细胞及血管周围细胞纤维化、心肌重塑等密切相关[15]。

深入分析TMAO与老年CHF进展相关性发现，TMAO主要通过活化TGF-β/Smad信号通路、激活炎症反应、促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化、促进成纤维细胞增殖迁移和胶原蛋白分泌引起心肌纤维化，最终导致心肌重塑[15]。TMAO在心肌纤维化过程中可能还涉及TLR4-NLRP3-TGF-β信号通路，NOD样受体蛋白3 (NLRP3)炎性小体是NOD受体家族的重要成员之一，TMAO可通过增加Toll样受体4(TLR4)的表达，激活NLRP3炎性小体，引起IL-β/pro-IL-1β、TGF-β、ColⅠ和Col Ⅲ水平的升高，促进心肌纤维化。研究证实，NLRP3可以调控TGF-β/Smad3信号通路，促进心肌纤维化的过程，造成心肌重构[17]。

近年来研究人员发现，TMAO亦可通过PI3K/AKT/mTOR信号通路提高心脏成纤维细胞的增殖活力，引起心肌重塑。而升高的TMAO水平与NF-κB蛋白表达增加、心室间质纤维化面积、心肌纤维化标志物水平相关，因此NF-κB亦被认为与心肌纤维化相关。

同时，TMAO可通过抑制胆固醇逆向转运，增加巨噬细胞上清道夫受体表达，导致巨噬细胞内胆固醇积聚，加速泡沫细胞形成，并可改变胆汁酸谱，抑制胆汁酸合成，促进动脉粥样硬化形成，诱发并加快CHF终末事件的出现[18]。此外，TMAO通过诱导肾脏氧化应激反应，加快肾间质纤维化的进程，引起水钠潴留，导致肾脏功能衰退，加快老年CHF的进展[19]。

4 基于肠道代谢产物TAMO的老年CHF治疗

随着研究深入，肠道微环境成为CHF治疗的新靶点。有几种治疗策略可影响TMAO代谢，降低心血管疾病的发生率[20]。

4.1 补充肠道益生菌 益生菌干预已被证实会影响肠道微生物群的含量，影响产生TMAO的菌群结构，从而改善CHF疾病进展[19]。益生菌主要有酵母菌、乳酸菌、双歧菌、放线菌等。乳酸杆菌及双歧杆菌与TMAO生成呈负相关，可直接减少循环TMAO含量，减轻其对心脏的毒害作用[21]。同时，益生菌可降低肠道微环境pH值，通过竞争病原体在肠道的结合位点，阻止病原菌侵袭、抑制病原菌的黏附定植及生长，实现调整肠道菌群结构，减少产TMAO菌群的丰度，有效减少TMAO生成，减轻心肌重构[19, 21]。此外，益生菌具有保护和修复肠道黏膜屏障的作用。有研究发现，使用益生菌鼠李糖乳杆菌可减轻心肌肥厚[22]。

4.2 饮食结构与肠道微环境改变休戚相关 富含纤维素的“地中海”饮食可以减少TMAO生成，继而降低心血管疾病风险[23-24]。然而，老年人咀嚼功能减低、吞咽困难阻碍了对纤维素的摄入。但也有研究认为，肠道微生物群的组成在一生中几乎没有变化，调整饮食结构对心血管疾病的干预作用有限[21]。

4.3 肠道微生物群移植——“粪菌移植” 该策略旨在取代病人肠道病原体，并将健康个体的粪便菌群引入高危病人体内，以减少产TMAO菌群丰度。该治疗体现了微生物治疗手段的临床价值，但存在引入内毒素、产生排斥反应的风险，且无法实现制药工业化生产，病人接受度低，在老年人群中实现困难[25]。

4.4 抗生素改变肠道微生物结构 抗生素的抗菌作用可以减少产TMAO菌群丰度，继而减轻TMAO的心肌毒害作用。一项动物实验研究也表明，接受抗生素治疗的小鼠在恢复期间左心室功能改善。然而抗生素的抗菌作用没有特异性，使用不当会杀死体内的有益细菌，产生耐药性菌群，打破了肠道微环境的稳定性，引起各种不良反应，无益于心力衰竭治疗[26]。因此，我们应该权衡抗生素的不良反应和临床疗效。

4.5 选择性靶向关键酶抑制治疗 有研究显示，选择FMO3抑制剂，可降低代谢产物TMAO浓度，增加了控制代谢物产生的潜力，从而减少罹患心血管疾病的风险。但FMO3抑制剂可诱发肝脏炎症，其危害远大于收益[27]。

5 总结

肠道微环境在CHF进展中扮演重要角色，而老年人是CHF主要患病人群，肠道微环境失衡成为老年CHF反复发作、病情复杂、预后不良及病死率高的一个重要原因。TMAO可诱导心肌纤维化，引起心肌重塑，将TMAO作为老年CHF一级预防的新型标志物将引起传统心血管疾病危险因素的转变，并为新的治疗方法和专门针对肠道微环境调节的治疗手段打开新的大门。