肠-肝轴在动脉粥样硬化发生发展中作用的研究进展

李朝政, 黄晓巍, 张泽鹏, 石妍玉, 陈 颖

（1. 长春中医药大学附属医院心病中心，吉林 长春 130021；2. 长春中医药大学药学院中药药理学实验室，吉林 长春 130117；3. 长春中医药大学附属医院实验中心，吉林 长春 130021）

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS） 是指由于脂质和复合糖类异常积聚于动脉内壁，导致动脉硬化和继发病变的慢性代谢性炎症性疾病，通常可造成血管管腔阻塞或狭窄，使心肌细胞缺氧缺血，进而引发各种心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）［1］。据统计，CVD 已成为全球疾病原因死亡首位，而AS 发病初期隐匿性强，一旦急性发病，则存在高致死率和高致残率风险，且迁延难愈，给患者家庭和社会带来了严重的经济负担，目前已经成为重大公共卫生问题［2-3］。因此干预AS 是减少CVD 发生的关键。

肠-肝轴是指肠道和肝脏之间通过肝肠循环进行物质交换而形成的双向通道，可以通过影响代谢物、胆汁酸（bile acids，BAs）、脂质和炎症因子等调控肝脏及肠道功能［4-5］。近年来，随着研究的深入，越来越多的代谢物和菌群被发现在AS 发生发展中起重要作用，而肠-肝轴作为这些代谢物和菌群的合成和工作场所，也被认为是AS 的调控枢纽［6］。目前国内外关于肠-肝轴在AS 发生发展中作用的综述报道较少，现结合近年来相关研究，从多角度论述肠-肝轴在AS 发生发展中的作用。

1 AS 的发病机制

AS 的发生是由多种因素共同作用的结果，其发病机制尚未完全阐明，目前主要有脂质代谢紊乱学说、炎症反应学说、血流动力学学说、内皮细胞损伤学说、氧化应激学说和胞葬学说等［7-8］。流行病学研究［9］显示：年龄、性别、遗传、吸烟、饮酒、肥胖、糖尿病、高血压和高脂血症等因素都可能导致或加速AS 的发生发展。

现代医学研究［10］显示：AS 是由内皮细胞激活启动，随后发生脂质、纤维成分和钙化的累积，进而引起血管狭窄和激发炎症反应等，最终造成斑块破裂，甚至发生心血管不良事件。AS 的病理过程主要是在机械刺激和物理因素等作用下，血管内皮功能受损，调节血管张力和炎症反应能力下降，使血管内膜脂质沉积；经氧化修饰的低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）激活免疫反应，诱导平滑肌细胞和内皮细胞等分泌黏附分子和趋化因子，导致细胞增殖和聚集并附着在血管内皮上，进入血管壁，并转化为巨噬细胞；巨噬细胞吞噬大量胆固醇，又促使炎症细胞由血管内皮进入内膜，介导胆固醇逆向转运以加快清除过程，并逐渐转为泡沫细胞；泡沫细胞通过释放生长因子和细胞因子等进一步刺激血管平滑肌细胞向内膜迁移，造成胶原纤维增生和内膜分裂，并转化为脂质条纹。当巨噬细胞清除胆固醇的能力不足时，会发生凋亡，并迫使胆固醇进一步沉积于血管壁，最终形成AS 斑块［11］。因此AS 可能是由多个机制共同作用所致。肠-肝轴作为近年来的研究热点，其在 AS 中的作用也受到广泛关注。

2 肠-肝轴概念

1998 年MIYAKE 等［12］首次提出了肠-肝轴的概念。肝脏和肠道由于具有相同的胚胎起源，因此存在较多解剖和功能上的联系。肝脏作为人体最大的代谢器官和解毒中心，可以分解并代谢机体内的营养，防止有害物质进入循环系统。肝脏具有双重供血系统，其中门静脉系统所占百分率为75%，肝动脉所占百分率为25%。肠道是机体最大的免疫器官，其免疫功能占全身免疫功能的70%，肠道中的营养成分、细菌及其代谢产物等物质经门静脉进入肝脏，而肝脏中的物质则经胆道系统进入肠道［13］。

肠道黏膜屏障作为人体抵御外界环境的首道防线，能够通过肠道内的大量微生物——肠道菌群的作用，有效地抑制肠道中多种有害物质侵袭，减少外源致病菌侵入，避免机体受到外源微生物的侵害［14］。同时，肠道菌群又能够促进短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs） 和BAs 等一些必需化合物的产生，加快营养物质的吸收，促使胃肠系统的成熟和免疫系统的形成，是必不可少的代谢器官［15］。肝脏可以识别并清除机体内毒素，维持免疫稳态以保护机体［16］。肝脏合成的BAs 和其他生物活性物质会分泌至小肠上部，然后沿着空肠、回肠和结肠下行，肠道菌群则在此过程中代谢内源性BAs 和外源性其他物质，再通过门静脉吸收入血后，重新流返至肝脏内，循环往复［17］。因此，肝脏通过胆道释放BAs 和生物活性物质影响肠道，肠道可通过肠道菌群影响肝脏，以共同维持机体健康。而肠道与肝脏用来交换物质的双向通道即为肠-肝轴。

3 肠-肝轴调控动AS 的相关机制

3.1 肠道菌群肠道菌群并非与生俱来的，而是随着胎儿出生从环境中获得的微生物伙伴，并随着人体成长，菌群的种类和结构趋于稳定，并伴随终生，可认为肠道菌群是机体后天获得的第二基因组。肠道菌群与宿主相互依存并相互制约，维持动态平衡，而这种平衡易受到外界环境的干扰或宿主生活方式改变的影响。当肠道菌群的组成发生改变时，宿主体内的物质代谢和免疫反应等亦会受到影响，造成脂质代谢紊乱和炎症反应加剧等，进一步引起肥胖、胃肠炎和CVD 等多种疾病的发生发展［18］。研究［19］显示：肠道菌群与AS 关系密切，AS 患者体内的拟杆菌、乳酸杆菌、普氏杆菌和粪杆菌等对机体有益的益生菌丰度较低，肠杆菌科、摩尔梭菌和产气肠杆菌等对机体有害的致病菌丰度则相对较高。

研究［20］显示：肠道菌群可以代谢膳食纤维并生成SCFAs，SCFAs 主要包括乙酸、丙酸和丁酸。其中，乙酸是细菌发酵的产物，大部分乙酸能够吸收入血，进入肝脏代谢，成为脂质和胆固醇合成的能源。丙酸是拟杆菌门的产物，能够抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA，HMG-CoA） 还原酶活性而减少胆固醇合成。丁酸是厚壁菌门的代谢产物，只有少部分丁酸通过门静脉进入体循环，维持肠道菌群的稳态和保护肠道屏障，同时调节机体脂质代谢及炎症反应等相关基因的表达。研究［21］证实：经丁酸盐预处理的小鼠，其主动脉弓处AS 斑块较其他小鼠，斑块面积减少50%，抑制了氧化LDL 的吸收并减少斑块内泡沫细胞的形成［21］。同时，SCFAs 除可以通过激活G 蛋白偶联受体 （G protein-coupled receptor， GPCR） 和抑制组蛋白脱乙基酶（histonedeacetylase，HDAC）2 条途径抑制炎症反应，还能够通过干扰包括丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK） 蛋白在内的关键信号蛋白激活发挥其抗炎作用［22］。因此，肠道菌群可以通过影响SCFAs 的生成来调节胆固醇合成和脂质代谢及炎症反应等，从而抑制或延缓AS 的发生发展［23］。

肠道菌群还可将直接饮食摄入或间接生成的胆碱、 甜菜碱和肉碱类等转化为三甲胺（trimethylamine，TMA），TMA 经门脉循环进入肝脏并被黄素单加氧酶（flavin-co ntaining mo nooxy genases， FMOs） 氧化生成氧化三甲胺（Trimethylamine N-oxide，TMAO）［24］。TMAO 是一种肠源性的菌群相关代谢产物，具有疏水和亲水双重基团，其生成量与人类肠道菌群种类有关，普氏菌属丰度高的肠道菌群相比拟杆菌属丰度高的肠道菌群中TMAO 水平更高［25］。研究［26］显示：TMAO 水平与AS 斑块负荷存在明显的量效关系，TMAO 通过上调巨噬细胞清道夫受体A1（scavenger receptor class-A1，SR-A1）和脂肪酸转位酶（fatty acid translocase，FAT）表达，加强对氧化型LDL 的吞噬，促进泡沫细胞的形成，加速AS 的发展；还能够通过抑制胆固醇逆向转运（reverse cholesterol transport，RCT），调节蛋白质的活性和稳定性，增加泡沫细胞的生成，加剧AS的形成。研究［27］显示：TMAO 水平升高能够促进诸如白细胞介素1（interleukin-1，IL-1）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎症因子水平升高，还能上调细胞热休克蛋白（heat shock protein，HSP）表达，尤其是HSP70 蛋白的表达。机体对HSP70 的自身免疫是AS 的起始阶段，HSP70 高表达会导致巨噬细胞异常活化，促进内皮细胞中黏附分子合成，从而促进泡沫细胞形成，并加剧AS 的进展。

血液中30%的代谢物来自肠道，一旦肠道微生态失衡，有害菌即会骤升，并释放出大量有毒物质，破坏肠道屏障和免疫系统，增加机体患肥胖和糖尿病等的风险，而上述风险是发生AS 的高危因素［28］。同时，肠道菌群还能将食物中的苯丙氨酸代谢为苯乙酰谷氨酰胺，从而影响血小板的活性和凝血功能， 促进血栓形成， 加快AS 的发生发展［29］。

3.2 BAs 代谢BAs 被誉为人体的清洁剂，能够分解体内多余的脂质和脂肪，并抑制机体的炎症反应。BAs 不仅是简单的酯化剂，而且还是强大的信号分子，其通过与不同的核激素受体结合，在肠道和全身水平的代谢及信号通路中发挥重要的调节作用［30］。

在肝脏中由胆固醇合成的BAs，其在体内主要通过经典和替代2 种途径来代谢胆固醇。经典途径：胆固醇-7α-羟化酶（cholesterol-7α-hydroxylase，CYP7A1）将胆固醇催化生成7α-羟基胆固醇，再催化生成胆酸（cholic acid，CA） 和鹅去氧胆酸（chenodeoxycholic acid，CDCA） 等初级BAs。人体中75%以上的BAs 由该途径产生；替代途径：甾醇-27-羟化酶催化生成CDCA。同时，由于BAs的化学结构既有疏水的甾环，又有亲水的羟基或氨基酸侧链。此两性结构使得BA 具有洗涤剂性质便于形成胶束，促进小肠中脂类的消化吸收。但在BAs 被排泄至十二指肠之前，需要通过与甘氨酸或牛磺酸结合增加其溶解度， 形成牛磺胆酸（taurocholic acid， TCA）、 甘氨鹅脱氧胆酸（glycine chenodeoxycholic acid，GCDCA）、甘氨胆酸（glycocholic acid，GCA） 和牛磺鹅去氧胆酸（taurine chenodeoxycholic acid，TCDCA） 等。上述物质结合BAs 后，被释放到肠中。在拟杆菌、梭菌、真杆菌和乳酸杆菌等多种菌群调控的胆盐水解酶作用下代谢分解为非结合BAs，在回肠部被吸收至肠上皮细胞，然后通过门静脉供应系统循环再至肝脏［31］。

研究［32］显示：BAs 代谢与AS 进程密切相关。健康人体内每天会经历5~7 个肝-肠循环，降解体内多余的胆固醇，抑制AS 形成，而AS 患者体内BAs-菌群宿主代谢轴处于紊乱状态。关键酶的活性降低和缺失及肝细胞受损等原因可致BAs 合成减少，引起大量的胆固醇和代谢产物等在体内积聚，从而引起BAs 代谢紊乱［33］。

BAs 还参与调节肠道菌群的组成，并通过肠-肝轴影响AS 的发展。BUSTOS 等［34］发现：肠道菌群的BAs 抵抗依赖于菌株类别和BAs 水解酶的活性，革兰阳性菌比革兰阴性菌更为敏感，而BAs 水解酶对肠道内细菌的定植和生长很重要。DEVKOTA 等［35］发现：由高乳脂饮食喂养白细胞介素10（interleukin-10，IL-10）－/－小鼠可促进牛磺酸结合BAs 的合成和沃氏嗜胆菌的生长。肝脏损伤后BAs 的分泌减少会导致小肠中菌群过度生长，而结肠中BAs 水平明显降低，这与回肠的重吸收有关，有利于细菌定植和BAs代谢。ISLAM 等［36］发现：经CA 喂养的大鼠，其粪便中总BAs 水平明显高于对照组大鼠，总细菌数与CA 水平成反比；厚壁菌门相对丰度升高，拟杆菌门相对丰度降低，其他菌门几乎消失。

BAs 还是重要的内分泌信号分子，可以通过激活法尼醇X 受体（farnesoid X receptor，FXR） 和Takeda G 蛋白偶联受体5 （Takeda G proteincoupled receptor 5，TGR5） 等因子，从而调节脂质、葡萄糖和能量代谢，并抑制炎症反应，参与免疫应答，构成机体代谢的基础［37］。FXR 和TGR5均可通过抑制核因子κB （nuclear factor- κB，NF-κB）依赖性炎症介质释放，从而改善AS。CHIANG 等［38］发现：肝脏FXR 通路可以抑制BAs的合成，而肠道FXR 则可改善肥胖和肝脂肪变性等代谢性疾病。HALKIAS 等［39］发现：TGR5 能够被BAs 激活，促进蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）磷酸化和上调钙离子浓度，进而促进内皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）磷酸化，诱导一氧化氮的产生，其可舒张血管、抑制血管平滑肌细胞增殖和血小板聚集内皮细胞的黏附，进而发挥抗AS 的特性。

3.3 脂质代谢脂质代谢异常是 AS 的重要危险因素。脂质代谢过程可分为外源性代谢途径、内源性代谢途径和RCT 3 种途径。其中外源性代谢途径是人体获取外源性胆固醇的主要方式，而内源性代谢途径和RCT 则是人体获取外源性胆固醇后在体内代谢的过程。研究［40］显示：LDL 的绝对值和总持续时间与AS 患病风险呈正相关关系。内源性代谢途径主要研究LDL 的代谢情况。RCT 是以高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）为载体将外周组织细胞中的胆固醇转运到肝脏中并进行分解代谢的过程。

肝脏通过调节胆固醇从头合成和RCT 等机制影响脂质代谢，从而影响AS 的发生发展［41］。脂肪主要经小肠上段的各种酶及胆汁酸盐，水解为甘油和脂肪酸等。脂类吸收有两种：一是由中链和短链脂肪酸构成的甘油三酯，乳化后即可吸收，并经门静脉入血；二是长链脂肪酸构成的甘油三酯，与胆固醇和载脂蛋白等结合，形成乳糜微粒，后经淋巴入血［42］。宿主真核细胞和肠道菌群之间的动态平衡决定了肠系环境的稳态，根据致病性菌群可分为有益菌、致病菌和中性菌，而肠道有益菌可以通过调控免疫反应，调节脂质的生成与代谢，延缓AS的发展；致病菌则相反，可以通过引起脂质代谢紊乱，加速AS 的发展［43］。过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs）作为核激素受体家族中的配体激活受体，在肝、肠、肾和血管壁等组织中高度表达。PPARs家族可分为PPARα、PPARδ 和PPARγ 3 种亚型。PPARα 主要参与调控脂肪酸运输和脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO）。PPARγ 主要通过提高胰岛素敏感性参与葡萄糖代谢，同时，其激活可减轻内皮细胞的炎症反应，改善血管AS。而PPARδ 则是脂肪酸氧化和葡萄糖摄取的重要调控因子，其激活可以通过减少血管斑块中髓样细胞数，促进巨噬细胞发生极化，从而延缓AS 的发展。PPARs 信号通路可上调肝X 受体α （liver X receptor- α， LXR- α）、 三磷酸腺苷（adenosine triphosphate， ATP） 结合盒转运子A1 （ATPbinding cassette transporter A1，ABCA1） 和ATP结合盒转运体G1 （ATP-binding cassette G1，ABCG1） 等，降低尼曼-匹克C1 型类似蛋白（Niemann-pick C1-like1，NPC1L1），促进胆固醇外流和排泄，抑制肠道对胆固醇的吸收和代谢，并减少肝脏组织中脂肪的蓄积［44］。因此，肠道菌群通过影响PPARs 信号通路调控胆固醇的吸收和代谢，调控脂质代谢，进而减轻AS 的病变程度。

3.4 炎症反应炎症反应贯穿于AS 发生发展的全过程［45］。当机体受到损伤时，大量炎性介质和炎性细胞因子如IL-1 和TNF-α 等物质得到大量释放，激活血液中的单核细胞，在黏附分子、趋化因子和细胞因子的共同作用下，诱导单核细胞迁移至血管损伤部位，进入内皮下转化为巨噬细胞。巨噬细胞大量摄取胆固醇后转变为泡沫细胞，构成脂质坏死核心，形成AS 斑块，从而加快AS 的发展［46］。

过量高脂、高胆固醇及酒精的摄入会影响肠道菌群稳态，导致致病菌增加和有益菌减少，进而感染血管壁，损伤肠道屏障功能，进一步加重损伤部位的炎症反应。同时，酒精直接作用于肠道屏障，提高肠道黏膜通透性，使得细菌、毒素和某些代谢物等有害物质肆意通过，进而引起肠道炎症的发生，并损害肝脏的正常功能。当肝脏功能受损时，又会进一步加重肠道菌群的失调，从而形成恶性循环［47］。因此，肠道的炎症反应会造成肠道菌群的失调从而引发肝脏炎症，而肝脏炎症亦会加重肠道菌群的紊乱，进而导致损伤部位炎症反应升级，因此，保持肠道菌群的健康稳态是维持肝脏功能和肠道功能正常的重要保障。

研究［48-49］显示：炎症性肠病（inflammatorybowel disease， IBD） 和 AS 也 有 关 联。YAMASHITA 等［50］发现：AS 患者血管斑块中存在多种细菌， 且与肠道中共有的细菌有Bacteroides、Streptococcus 和Veillonella 等，其机制可能为细菌被肠道上皮内层巨噬细胞吞噬，并随之到达损伤的血管壁部位，进入血管内皮层并转化为泡沫细胞，并最终存在于AS 的斑块中。核苷酸结合寡聚结构域样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎症小体是机体细胞中的多蛋白复合体，作为一种模式识别受体，能够感知机体内外的危险信号，参与感染、炎症和自身免疫等，其广泛表达于髓系细胞，如树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等，可识别胆固醇晶体和受损细胞产生的ATP 和活性氧等受损组织细胞产生的损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）及侵入机体的细菌崩解的代谢产物等，介导促炎细胞因子白细胞介素1β（interleukin-1β， IL-1β） 和 白 细 胞 介 素 18（interleukin-18，IL-18） 的产生，从而促进AS 发展。研究［51］显示：NLRP3 炎症小体信号受阻可能会造成免疫失调和肠道致病菌数的增加，进而引起肠道菌群失衡，并渗入至肠道黏膜固有层，诱导免疫细胞招募，刺激其产生异常的免疫应答反应，进而导致肠道炎症。不同肠道疾病的模型常伴随着BAs 水平的改变，这可能与影响NLRP3 炎症小体有关。当BAs 作为内源性DAMP 或与外源性病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）协同作用于NLRP3 炎症小体时，其能够调控肠道内的环境稳态，引起或加重肠道炎症反应［52-54］。因此，肠-肝轴可以通过影响肝脏和肠道的炎症反应，加快 AS 的发生发展。

3.5 中医学对肠-肝轴与AS 关系的研究中医药在治疗AS 这一复杂疾病中有独特的优势，其主要通过全面观察和整体分析等方法进行辨证论治，具有多角度、多途径及多层次的特点。藏象学说认为：人体五脏六腑之间通过相生相克、相互影响，共同维持机体的动态平衡，使之处于阴阳平和状态。尤其是肝、心和脾三脏之间相互协调，胃、小肠和大肠之间相互衔接，密切配合，若其中任一脏腑发生病变，将引起其他脏腑随之病变，并打破全身的动态平衡。若肝失疏泄、脾失运化，则气血生化乏源，津液输布失常，造成气血亏虚、痰浊内生或者气血运行失常，气滞血瘀，痰湿中阻，进而痹阻心脉，形成胸痹。若胃、大肠和小肠功能受损，则不能受纳腐熟水谷，精微物质生成减少或糟粕难以排出体外而沉积于体内，进一步影响脏腑功能，使得膏粱厚味淤积，痹阻心脉，发为胸痹，这与西医学相关研究［55］中CVD 的发病机制相似。

因此，结合现代药理实验和组学研究［56-57］结果，有学者［58］提出肠-肝轴学说的中医理论，并将其作为研究中医药治疗AS 的机制之一。如郁晨［59］发现：冠心宁片能够通过调节肠道菌属减轻肝内脂质合成和胰岛素抵抗，并改善机体炎症反应，从而发挥抗AS 作用。段盈竹等［60］基于肠-肝轴学说认为：脂质代谢异常会引起胆固醇向BAs 转化途径失调，导致胆固醇的清除减少，肠道吸收增加，形成膏浊，膏浊沉积并阻塞脉道，加速AS 发展，而越鞠丸可通过肠-肝轴学说调控FXR/FGF15/SHP信号通路，促进胆固醇代谢，抑制肠道对胆固醇吸收，改善肠道菌群结构，维持胆固醇代谢稳态，从而防治AS。

4 总结与展望

肠道屏障是人体抵御外界环境的首道防线，而由胃肠道黏膜逃逸后的有害物质及其产生的细菌、氛和致癌物等到达肝脏后被清除，故肝脏被称为第二道防线。机体正是通过肠道和肝脏两道防线及其相互作用，减少了致病因素，且通过调节肠道菌群、调控BAs 代谢、增强脂质代谢和抑制炎症反应等途径，减少AS 的发生。

肝脏与肠道之间关系密切，肠道屏障和肝脏防御功能在维持机体内环境稳定方面起重要作用，肠道屏障受损会造成细菌、病毒和有害代谢产物等发生移位，并随着门静脉系统进入肝脏，从而促进肝脏免疫系统分泌白细胞介素6（interleukin6，IL-6）、TNF-α 等炎性细胞因子，造成肝脏损伤，并通过肠-肝轴的作用进一步加重肠黏膜损伤，并最终影响其他脏器。

综上所述，肠-肝轴可以通过影响机体肝脏功能和肠道功能来调节肠道菌群的种类、数量和结构，调控BAs 代谢，影响脂质代谢和炎症反应等，进而促进或抑制AS 的发生发展。肠-肝轴是调节AS 的重要枢纽，通过研究肠-肝轴与AS 间的相互关系及其作用机制，可为开发以肠-肝轴为靶点的药物和AS 的中西医防治提供新的思路。