基于肠道菌群探讨针灸治疗缺血性脑卒中的研究进展

赵丽莉,吴林纳,孙一鸣,李桂平

(1. 天津中医药大学第一附属医院,国家中医针灸临床医学研究中心,天津 300193;2. 成都市第八人民医院,四川 成都 610036;3. 成都医学院附属老年医院,四川 成都 610036)

缺血性卒中(ischemic stroke,IS)主要由大脑动脉局灶性闭塞或动脉狭窄引起,导致相应区域脑实质受损,伴随相应神经炎症和免疫反应出现。IS引起的脑损伤是一系列复杂神经病理生理和神经病理事件的结果,导致永久性神经损伤、痴呆或死亡[1]。正常稳定的肠道菌群在大脑发育和维持功能等方面起关键作用。肠道菌群及代谢物通过神经、内分泌、免疫三大通路与中枢神经系统构成一个综合性生理网络[2]。菌群失调会改变肠道通透性,降低肠道防御功能,影响肠神经系统和中枢神经系统,增加发生脑血管事件的风险。而IS发生后会破坏肠上皮屏障完整性,诱发肠缺血,进一步加剧菌群失调[3]。针灸能改善肠道微生物的丰度、比例、均匀度等,提高有益菌数量,减少有害菌数量,恢复肠道微生态,对于维持肠道功能稳定、提高神经功能恢复有积极意义[4-6]。同时能阻止脑血管内皮功能受损、延缓内皮细胞凋亡以预防动脉粥样硬化来降低IS危险因素,改善预后[7]。本文基于肠道菌群对IS的影响及通过针灸调节肠道菌群治疗IS的相关研究应用概述如下。

1 肠道菌群的种类和功能

肠道菌群是指人体胃肠道中的所有微生物,约15 000～36 000个菌种,主要由拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、放线菌门组成[8-9]。按照与宿主的关系,肠道菌群可分为共生菌、条件致病菌和致病菌。有益肠道菌群及其代谢产物构成的肠道微生态系统具有调节宿主代谢活动,增强肠道免疫和修复生物屏障的能力[10],对维持宿主的健康起着重要作用[11]。然而,肠道微生态只有处于平衡状态时才能产生对人体有益的反应链,一旦失调,条件致病菌和致病菌过度繁殖就会产生各种疾病,甚至累及中枢神经系统[12-13]。

2 肠道菌群与IS

多项研究证明,90%的卒中患者发病与行为因素相关,如高脂高糖不合理饮食结构、缺乏运动、吸烟和饮酒等不良嗜好。冠心病、高血压、糖尿病等与IS相关的基础代谢病同样对肠道菌群的组成和代谢起重要作用[14-15]。IS导致肠道微生物群被破坏、肠道黏膜屏障的渗透性增加,进而肠道动力障碍。而紊乱的菌群引起脑肠肽等代谢产物失调,代谢产物又通过不同途径影响IS的发展和预后。

最近研究发现肠道菌群的生态变化与IS疾病密切相关,具体表现为肠道微生物的多样性和丰度发生显著变化[16]。观察卒中和短暂性脑缺血发作患者肠道菌群变化的临床试验显示[17],两者肠道微生态失调伴有机会性病原体增多,如肠杆菌属、巨球菌属、脱硫弧菌属,而有益菌属(包括拟杆菌属、普雷沃菌属和粪杆菌属)减少。另有研究发现,与健康人相比,IS患者肠道菌群显著不平衡,乳螺旋体科、拟杆菌、粪杆菌等丰度降低,而乳酸杆菌科、阿克曼菌科、肠杆菌科等丰度增加[18]。由此可见,肠道菌群与IS之间存在相关性。由于研究人群、分析技术、测序方法存在差异,未来还需大规模的临床研究来明确健康人群和IS患者肠道菌群核心差异,以寻找肠道微生态的可靠标志物,对监测疾病进展以及确立治疗的靶点菌群均具有重要意义。

2.1肠道菌群参与IS发生发展的机制

2.1.1IS由肠道菌群及其代谢产物诱发动脉粥样硬化引起 肠道微生物在脑血管疾病发病机制中有重要作用,肠道菌群及代谢物与动脉粥样硬化等导致IS的危险因素紧密相关。主要通过以下三种方式影响动脉粥样硬化的发生。①肠道微生物通过产生甲胺N-氧化物(Trimethylamine N-oxide,TMAO)介导血小板高反应性促进动脉粥样硬化斑块的形成。食物中的胆碱左旋肉碱经肠道微生物分解成三甲胺,经肝肠循环后氧化生成TMAO[19]。TMAO通过血小板激活剂依赖性方式促进钙离子向细胞外释放,从而提高血小板高活性,增加血栓形成的风险[20-21]。TMAO被认为是肠道菌群影响动脉粥样硬化的最直接通路。动物实验显示,在肠道微生物群完整的条件下,喂养富含胆碱的饮食物,小鼠血浆中TMAO水平升高,泡沫细胞数量增多,动脉粥样硬化斑块形成[22]。相比之下,对照组使用抗生素短期抑制肠道菌群,TMAO的生成较少,动脉粥样硬化负担减轻[23]。此外,关于TMAO的临床研究也表明,其血栓形成相关作用可能是血管细胞黏附分子的表达介导的[24]。②肠道菌群通过代谢胆固醇和脂肪影响动脉粥样硬化斑块的形成。肠道菌群代谢胆固醇和脂肪产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs),包括较高水平的乙酸、丙酸和丁酸盐,以及较低水平的甲酸、戊酸盐和己酸[25]。SCFAs通常被结肠吸收后进入血液循环,并通过与单羧酸转运蛋白(MCT)结合或直接透过血脑屏障,能改善受损大脑认知功能[26]。研究表明,使用益生菌混合物VSL#3喂养能显著减少小鼠动脉粥样硬化斑块,分析其结肠微生物谱后,发现试验组小鼠肠道菌群组成与对照组明显不同,肠道多样性增加[27]。③肠道菌群紊乱后激活的免疫系统加速动脉粥样硬化斑块的形成。IS后诱发肠道生态失调的三大改变为物种多样性减少、门优势失衡和代谢物改变。在IS脑损伤的过程中,紊乱菌群过度繁殖,促使肠道和脑组织免疫细胞发生极化,向促炎症表型转变。例如T淋巴细胞合成下降,肠淋巴细胞从肠道迁移到缺血脑组织,从而破坏免疫系统的平衡性和稳定性[28]。同时菌群失调后巨噬细胞TLR受体表达增强,加速促炎细胞因子和趋化因子释放入血,从而推动动脉粥样硬化斑块的进程,导致脆弱斑块形成,并且部分炎性因子由血脑屏障入脑,加剧脑损伤[29]。

2.1.2IS后脑组织的修复受肠道菌群变化影响肠道菌群与中枢神经系统之间通过脑-肠-菌轴构成双向通信系统[30],肠道菌群丰度和结构的变化对卒中的预后有重要影响。Zhou等[31]研究发现,向MCAO小鼠鼻内补充脂肪酸可有效改善小鼠脑缺血预后情况,其中作用最显著的是丁酸钠,能在一定程度上减轻脑损伤,改善神经功能。多项研究表明,丁酸可以通过抑制组蛋白脱乙酰酶(HDAC)来减少神经毒性及神经炎症导致的行为异常,对多种中枢神经系统疾病均有积极治疗作用。此外,丁酸通过激活过氧化物酶体增殖物-激活受体(PPAR)、减少核因子-κB(NF-κB)介导的NLRP3信号传导、避免病原体增殖和影响免疫功能,减少炎症发生[32]。补充可生产丁酸的肠道微生物能缩小脑梗死体积,缓解脑水肿情况,恢复神经元正常的生理功能,在治疗中发挥有益作用[33]。

相关研究表明,菌群失调是卒中患者预后不良的原因之一。脑缺血后进一步诱发肠缺血,肠道微生物组偏离正常状态,产生过量的硝酸盐,菌群紊乱导致肠杆菌科富集,进而增强全身炎症反应加重病情。若使用超氧化物歧化酶可减少硝酸盐的产生,抑制肠杆菌科细菌繁殖,减轻炎症反应,缓解脑梗死进展[34]。Zheng等[35]使用16S rRNA测序隐源性卒中患者体内肠道菌群,结果发现与正常组相比,菌群α多样性增加,并且随着克雷伯菌丰度增加,患者卒中严重程度、脑梗死体积和血浆中炎症标志物的水平也显著增加。

2.1.3IS的发展及预后与肠黏膜通透性的改变有关 IS发生后,机体处于高应激状态下,可引发一系列神经系统炎症和外周免疫应答。同时,肠道血管收缩痉挛,肠黏膜透性增加,肠道屏障完整性被破坏,肠免疫稳态失衡,大量有毒物质入血加剧脑梗死。IS患者肠道屏障功能受损与以下因素有关。①IS后肠道紧密连接蛋白Occludin和ZO-1表达受到抑制,肠道上皮结构和功能的完整性不复存在,肠黏膜通透性增加,细菌、内毒素及大分子物质即进入体循环[36]。项舒雅等[37]发现卒中患者存在较高肠道炎症反应,肠黏膜浸润较多炎性细胞,肠组织紧密连接蛋白表达水平降低,这可能与菌群紊乱引起肠黏膜中ZO-1及Occludin表达的改变,导致肠上皮屏障受损,肠道通透性增加有关。恢复Occludin与ZO-1蛋白表达水平或有助于中风后脑组织损伤的修复和神经功能的恢复。②卒中后肠道菌群失调产生炎性物质作用于肠黏膜上皮。脂多糖(LPS)是革兰阴性菌外膜的主要成分,卒中后革兰阴性肠杆菌的丰度增加,循环中LPS水平升高,活性氧(ROS)的分泌量上调,过量ROS会引起全身炎症反应,同时产生白细胞介素(IL)-1β和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎症因子,损伤脑血管内皮细胞和血脑屏障[40]。大量ROS或促炎细胞因子可导致肠上皮细胞紧密连接降解和血脑屏障破坏,进一步加重脑组织损伤[41]。当菌群失衡时,肠道屏障功能破坏,LPS进入循环系统,导致内毒血症,并激活促炎反应。此外,LPS通过介导TLR-4激活先天免疫产生炎症刺激反应,损伤神经系统,而TLR4的基因缺失可显著减少梗死体积[42]。由此可知,TLR-4是IS过程中的关键靶点,能通过激活促炎因子,改变肠黏膜受体蛋白表达,减弱肠道屏障保护作用[43]。同时,LPS诱发炎症反应,进而加重卒中严重程度。上述研究均表明IS和肠道菌群的改变具有交互作用。

3 针灸调节肠道菌群

3.1中医理论下的脑肠相通

3.1.1经络相通 从经络循行上,手足阳明经皆循头络脑。人中穴是督脉与手阳明大肠经、足阳明胃经交会之会穴。“督脉者,起于下极之输,并于脊里,上至风府,入属于脑。”督脉督领人体诸经阳经,是联络人体下部器官和脑的关键通道。醒神开窍治疗中风的主穴操作之一即采用雀啄法针刺人中穴,可调神导气、宣导脑肠气血[44]。可见阳明经与脑在经络位置上密切相关。

3.1.2气血相关 从脏腑气血上,针灸刺激胃经、大肠经循行穴位,调节脏腑功能,脑与神功能活动与此密不可分。《灵枢》云:“五脏六腑之精气,皆上注于目……上属于脑。”饮食入胃,胃腑腐熟受纳水谷,精微物质化生气血,大肠传变糟粕浊气,气血充沛运行通畅,清窍得以濡养。若二者功能失司,气血津液亏虚,则脑神失养。

3.1.3病理互联 《内经·素问》云:“阳明与太阴俱病,则腹满,身热,不欲食,谵言。”《伤寒论》记载“阳明病,胃中燥,大便必硬,硬则谵语”。胃肠燥热导致大便秘结,腑气不畅则神志失常。张仲景对于此类疾病的治疗多采用以三承气汤为代表的通下之法,一来通腑泻下,通降阳明之气,肠腑气机通畅,神明自安;二来予邪热出路、引导瘀热下行,最终达到通腑安脑的目的[45]。

综上可见古代医家已经意识到脑功能与胃肠具有相关性。基于脑肠相通理论,可通过针灸调肠治脑。现代研究也证实,针灸可以调节肠道菌群,达到恢复菌群多样性,维持肠道健康生态,促进神经功能恢复的作用。“脑肠同调”能有效改善胃肠道黏膜屏障,清除有害物质,从而改善脑部微循环,修复受损脑功能[46]。

3.2针灸基于“脑-肠-菌”轴治疗IS 传统医学认为,针灸刺激相关穴位可达到调节脏腑、调和阴阳及运行气血的作用。临床试验证实,通过针灸调节肠道菌群的机制复杂,如脑肠菌轴、脑肠肽、免疫炎性反应等途径,最终达到优化菌群结构、改善神经系统代谢的效果,作为针灸防治IS的新靶点。

赵一点等[47]通过于氏头针配合头针胃肠区取穴,对IS患者行针刺干预,观察到肠道样本中乳酸杆菌、双歧杆菌有益菌水平较前上调,而肠球菌、小梭菌致病菌数量减少。且血清中炎症因子TNF-α、IL-18的含量降低。提示针刺通过优化肠道菌群丰度产生积极抗炎效应,从而用于脑卒中的治疗。赵红霞等[48]发现,针刺腹部腧穴可有效改善脑梗死患者体内肠道菌群紊乱现象,恢复其肠道黏膜屏障,激发脑肠轴双向通路调节功能,最终同时优化脑肠功能,进而影响神经系统。王叶青等[49]研究发现,应用薄氏腹针治疗非急性期脑梗死患者,其肠道D-乳酸、细菌毒素及二胺氧化酶等指标有效改善。说明针刺对肠道菌群及代谢产生良性干预,有改善患者生活质量、降低感染风险的作用。王慧等[50]发现,采用“脑肠同调”针刺法可有效改善IS患者神经功能状态,程度优于常规针刺组。推测通过针刺调肠治脑的作用机制与调节肠道菌群代谢及炎症因子水平有关。王杰[51]发现选用上巨虚、天枢穴能有效改善IS患者临床症状,究其原因与肠道菌群中双歧杆菌和肠球菌的平衡有一定关联,针刺使双歧杆菌比例上升、肠球菌比例下降,菌群的优化减缓了中风的发生发展。

一些医家也使用针药联用的手段调节肠道菌群治疗IS。黄壑霏等[52]研究发现,针刺联合大柴胡汤治疗能有效恢复急性重症脑卒中患者肠道黏膜屏障功能,减轻肠道黏膜损伤。针药并用能抑制脑肠肽激素水平并减轻全身炎性反应,对减少并发症发生、预防脑损伤加重有重要意义,其机制与脑肠肽失调密切相关。唐祎周等[53]运用培元通腑针法联合汤药辨证施治痰热腑实型中风患者,结果表明双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌丰度增加,血清MTL、GAS、SP等菌群代谢物水平较前逆转。提示治疗作用可能是通过干预脑-肠轴双向调节功能,纠正机体脑肠肽分泌紊乱和改善肠道菌群丰度实现的。袁伟渠[54]认为“调任通督”针刺法能上调肠道疣微菌门、艾克曼菌属,表明通过“调任通督”针刺法调节肠道菌群组成和丰度,有益菌通过降低炎症反应、降解聚糖、脂质转运等作用机制缓解脑梗死进展,有利于患者往良好预后方向发展。

4 小结与展望

肠道菌群结构复杂,种类丰富,其功能和代谢产物与动脉粥样硬化、肠黏膜通透性改变、肠道稳态失调等病理过程密切相关,是影响IS发生发展以及脑组织修复结局的重要因素。近年来多项研究彰显出针灸调控肠道菌群的独特性。但目前针灸对肠道菌群的研究还处在初级阶段,有待不断挖掘其潜在价值。菌群失调变化对脑缺血损伤的影响是多靶点、多途径的。通过肠道菌群变化调控代谢影响IS后脑组织修复的原理十分复杂,如何有效运用其治疗IS的具体机制仍是未来研究的重点,这不仅依赖于高通量测序等技术的创新,更需分子生物学等多学科综合分析。总之,相信随着上述生物信息技术的发展创新,未来通过针灸调节肠道菌群防治IS将为临床提供新的研究思路。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。